Методические указания по рад. гигиене_2007. Исследование объектов окружающей среды. Приборы для определения объемной и удельной активности объектов окружающей среды. Радиометрия
 Скачать 7.3 Mb.
|
|
Используемые в ряде случаев в строительстве радиоактивные строительные материалы являются, как правило, побочной продукцией, технологическими отходами. Например, фосфогипс является отходом при производстве фосфорной кислоты из осадочной фосфатной руды, красный глиняный кирпич - побочная продукция при получении глинозема из боксита, доменный шлак - побочный продукт процесса производства железа и т.д. В последние годы в качестве строительных материалов используются промышленные отходы. Однако использование некоторых из них впоследствии было ограничено из-за относительно высокого содержания радиоактивных элементов. Например, квасцовые глинистые сланцы в течение нескольких десятилетий использовались в Швеции для изготовления газобетона и составляли до одной трети сбыта в производстве строительных материалов. В 1979 г. производство их было полностью прекращено. Проведенное изучение объемной активности радона в домах в Финляндии и Великобритании показало, что повышенное его содержание в основном определяется поступлением почвенного воздуха, обогащенного радоном, из грунта под строением. При этом радиоактивность почвенного воздуха определяется характером залегающих пород и количеством воды в них. Концентрации радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Исследования, проведенные в Норвегии, показали, что концентрация радона в деревянных домах даже выше, чем в кирпичных, хотя дерево выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами. Это объясняется тем, что деревянные дома, как правило, имеют меньше этажей, чем кирпичные, и, следовательно, комнаты, в которых проводились измерения, находились ближе к земле - основному источнику радона. В воздухе помещений большинства зданий среднегодовые концентрации радона и его дочерних продуктов не превышают 40 Бк/м3 и только в 1-1,5 % домов эти концентрации могут быть более 100 Бк/м3. Встречаются, однако, случаи исключительно высокого содержания радона в жилых помещениях - до 1000 Бк/м3 и даже больше, но число таких случаев в разных странах незначительно - 0,01- 0,1 % от общего количества обследованных домов. Важным, хотя и менее значимым источником поступления радона в жилые помещения представляет собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, может содержать много радона. Наибольшая зарегистрированная удельная радиоактивность воды в системах водоснабжения составляет 100 млн. Бк/м3, наименьшая равна нулю. По оценкам НКДАР, среди всего населения Земли менее 1 % жителей потребляет воду с удельной радиоактивностью более 1 млн. Бк/м3 и около 10 % пьют воду с концентрацией радона, превышающей 100 000 Бк/м3. Радон поступает в воду из окружающей почвы, а также гранитов, базальтов, песка с которыми соприкасаются водоносные слои. Поэтому концентрация радона в водах зависит от концентрации материнских элементов в горных породах, омываемых ею, коэффициента эманирования, пористости или трещиноватости горных пород и скорости движения воды (расхода потока). Рыхлые или трещиноватые породы характеризуются повышенными концентрациями радона (зоны тектонических нарушений, кора выветривания и т.д.). Кристаллические породы обычно имеют более высокую концентрацию урана, чем средние осадочные породы. Примером пород, которые имеют повышенную концентрацию урана, являются граниты, сиениты, пегматиты, кислые вулканические породы, а также кислые гнейсы. Подземные воды трещинных массивов кислых кристаллических пород обычно отличаются наиболее высокой концентрацией радона, достигающей 500 Бк/л и выше. Значительно ниже концентрация радона в водах основных изверженных пород. Трещинные воды известняков, песчаников, сланцев обычно имеют концентрацию радона в пределах 10-100 Бк/л. Однако, в отдельных случаях, и в этих породах могут встречаться повышенные концентрации радона. Подземные воды в горизонтах грунтовых вод, залегающих недалеко от поверхности, обычно имеют более низкую концентрацию радона, составляющую менее 50 Бк/л. В поверхностных водах концентрация радона, как правило, не превышает 2-5 Бк/л, главным образом, так как происходит его распад и аэрация в атмосферу. В зависимости от геологических и гидрогеологических условий в различных районах земли создаются условия для формирования широкого спектра фоновых концентрации радона. Наряду с районами с пониженными фоновыми концентрациями радона в водах имеются территории с весьма высокими содержанием радона. Такие территории обнаружены в Бразилии, Индии, Канаде. В Иране известны родники с высокими концентрациями радона. Повышенными фоновыми концентрациями радона характеризуются скандинавские страны. Многочисленные зоны с высокой концентрацией радона в водах выявлены в США. В России выявлены зоны с концентрацией радона в воде в 300-400 Бк/л. Если в используемой воде содержится много радона, то есть несколько простых способов снижения радона в используемой воде. Самый простой из них, это кипячение. Обычно люди потребляют большую часть воды в виде горячих напитков и блюд (супы, чай, кофе). При кипячении воды или приготовлении пищи радон в значительной степени улетучивается. Также заметно снизить концентрацию можно при использовании фильтров из активированного угля. Наибольшую опасность представляет поступление радона с водяными парами при пользовании душем, ванной, парной и т. п. Так, при обследовании ряда домов в Финляндии, было выяснено, что концентрация радона в ванной комнате в 40 раз выше, чем в жилой. Всего за 22 минуты пользования душем концентрация радона достигает величины, которая в 55 раз превышает предельно допустимую. В Швеции возникла острая проблема, связанная с проведением кампании за экономию энергии и тщательной герметизацией зданий: с 50-х до 70-х годов скорость вентилирования в домах уменьшилась более чем вдвое, а концентрация радона внутри домов увеличилась более чем в три раза. В случае, когда для снабжения водой используются артезианские скважины, радон попадает в дом с водой и также может скапливаться в значительных количествах в кухнях и ванных комнатах. Дело в том, что радон очень хорошо растворяется в воде и при контакте подземных вод с радоном, они очень быстро насыщаются последним. В США уровень содержания радона в грунтовых водах колеблется от 10 до 100 Бк/л, в отдельных районах доходя до сотен и даже тысяч Бк/л. Растворенный в воде радон действует двояко. С одной стороны, он вместе с водой попадает в пищеварительную систему, а с другой стороны, люди вдыхают выделяемый водой радон при ее использовании. Дело в том, что в тот момент, когда вода вытекает из крана, радон выделяется из нее, в результате чего концентрация радона в кухне или ванной комнате может в 30-40 раз превышать его уровень в других помещениях (например, в жилых комнатах). Второй (ингаляционный) способ воздействия радона считается более опасным для здоровья. Из-за разнообразия условий радононакопления в водах в разных странах приняты различные величины допустимых концентраций радона, которые ограничивают использование вод с высоким его содержанием. Так, в Финляндии предельно допустимые концентрации установлены на уровне 300 Бк/л, в Швеции - 300 Бк/л, в Ирландии - 200 Бк/л. В России нормы радиационной безопасности (НРБ-99), устанавливают предельно допустимое содержание радона в воде в 60 Бк/л при отсутствии в воде других радиоактивных веществ. Радон проникает также в природный газ под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона распадается и улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой. При наличии вытяжки, которая сообщается с наружным воздухом, пользование газом практически не влияет на концентрацию радона в помещении. Радонозащитные меры Обеспечение радоновой безопасности - одна из важнейших проблем, которая активно обсуждается в последние два десятилетия. Исследованиями последних лет надежно установлено, что около 70% дозы ионизирующего излучения на человека в год приходится от естественных природных источников излучения, при этом более 50% облучения обусловлено радоном и продуктами его распада. Так как радон и, особенно, продукты его распада являются вредными для организма, то радиацию, излучаемую радоном, можно уменьшить, если выбрать дом из природных материалов для строительства, таких как природный гипс, портландцемент, гравий, содержание радона в которых не превышает 30-50 Бк/кг; самое низкое содержание радона в дереве - 26 Бк/кг. Концентрация радона может меняться в зависимости от этажности здания; в квартирах первого этажа концентрация радона в 2-3 раза выше, чем в квартирах верхних этажей, так как проникновение радона в жилые помещения зависит от толщины и целостности межэтажных перекрытий, облицовки стен и полов, заделки щелей пола и стен. Радон содержится в водопроводной воде и некоторых продуктах питания, но при кипячении воды и приготовлении горячих блюд некоторая часть радона улетучивается. При строительстве новых зданий предусматриваются (должны предусматриваться.) выполнение радонозащитных мероприятий; ответственность за проведение таких мероприятий, а также за оценку доз от природных источников и осуществление мероприятий по их снижению, Федеральным законом «О радиационной безопасности населения» №3-Ф3 от 9.01.96 г. и Нормами радиационной безопасности НРБ-99 возлагается на администрацию территорий. Основные направления (мероприятия) Федеральной программы «Радон» следующие:
В случае выявления жилых помещений, в которых среднегодовая эквивалентная объемная равновесная активность радона превышает 200 Бк/м3, необходимо произвести комплекс радонозащитных мероприятий, включающих следующие меры:
В воздухе содержится и торон-220. Однако период его полураспада и концентрация значительно меньше, чем радона. В отношении распределения в зависимости от характера подстилающей поверхности, высоты над уровнем моря, метеорологических и других условий торон подчиняется тем же закономерностям, что и радон. Распадаясь, радон и торон образуют долго- и короткоживущие нуклиды некоторых радиоэлементов, встречающихся в воздухе в виде радиоактивных аэрозолей Определенный дополнительный вклад в естественную радиоактивность воздуха могут вносить пылевые аэрозоли. В составе этих аэрозолей могут быть частицы урана, калий-40 и другие радионуклиды. Радиоактивность воздуха, таким образом, может быть обусловлена как аэрозолями, так и газами. Краткая характеристика аэрозолей Аэрозоли – это системы, представляющие собой твердые или жидкие частицы, взвешенные в газообразной среде. По механизму возникновения различают аэрозоли диспергации и конденсации. Диспергационные аэрозоли появляются при разбрызгивании жидкостей, измельчении твердых тел, взмучивании порошков и т.п., а конденсационные аэрозоли – при конденсации паров воды, металлов и их окислов и др. Механизмы возникновения радиоактивных аэрозолей могут быть точно такими же, как и у стабильных аэрозолей. Вместе с тем, помимо указанных процессов, радиоактивные аэрозоли могут возникать и в результате особых явлений. Так, возможна активация первоначально неактивных частиц под действием нейтронного облучения; при распаде некоторых радиоактивных газов (например, радона, торона) появляются короткоживущие радиоактивные изотопы висмута и полония, представляющие собой твердые частицы; процесс образования радиоактивных аэрозолей наблюдается у поверхности с a-активными веществами, когда в результате обратной отдачи из препарата в воздух могут вылетать атомы и увлекаемые ими агрегаты, состоящие из нескольких активных атомов. Свойства аэрозолей зависят от природы вещества, из которого состоят частицы, и состава газовой среды, концентрации аэрозолей по массе и числу частиц в единице объема, размера, формы и заряда частиц. Методы отбора проб аэрозолей В основе методов количественного определения аэрозолей в воздухе, в том числе и радиоактивных веществ лежит или косвенный способ, когда предварительно извлекают частицы из газовой среды с последующим исследованием их, или прямой метод изучения радиоактивности радионуклида в определенном объеме газовой среды. Методы, при которых твердая или жидкая фаза отделяется от газовой среды, чаще всего основаны на седиментации, фильтрации, инерционном и электростатическом осаждении. Прямой метод предполагает использование проточных ионизационных камер, счетчиков или камер, в которые для исследования отбирается определенный объем воздуха. Седиментационные методы определения содержания в воздухе аэрозолей условно можно разделить на 2 группы.
Для сбора атмосферных осадков, как правило, используют кюветы с предварительно нанесенным на их дно тонким слоем глицерина. Сроки экспозиции при отборе проб осадков зависят в первую очередь от уровня радиоактивности атмосферы и количества осадков. Обычно кюветы выставляются на срок, превышающий 1 мес. При контроле за содержанием радионуклидов в воздухе широкое применение нашли аспирационные методы отбора проб. Все возможные условия отбора проб при помощи этого метода можно условно разделить на 5 групп:
Концентрация радиоактивного газа в воздухе может быть определена методами, основанными на счете отдельных частиц или квантов и на измерении ионизационного эффекта. Для счета отдельных частиц или квантов используют счетчики внутреннего наполнения. В этом случае газообразный препарат вводится непосредственно в детектор или детектор погружается (частично или полностью) в исследуемый газ. Оценка концентрации по ионизационному эффекту осуществляется при помощи так называемых ионизационных камер с газовой стенкой или камер внутреннего наполнения. Наибольшая точность измерения концентрации газов достигается при использовании счетчиков внутреннего наполнения. В этих случаях радиоактивный газ вводят непосредственно в рабочий объем, что обеспечивает регистрацию практически каждого акта распада. Широкое распространение при измерении концентрации трития и углерода нашли методы, основанные на применении различного типа сцинтилляторов. При определении изотопного состава радионуклидов отбираемых проб воздуха применяют радиохимические и гамма-спектрометрические методы. Прямое измерение содержания и радиоактивности аэрозолей в воздухе производственных помещений осуществляется с помощью различных стационарных и переносных радиометров удельной объемной активности (технологический контроль и контроль РБ). Например, для измерения альфа-активных аэрозолей могут использоваться радиометры РГА-2-01, для бета-активных аэрозолей – радиометр РУБ-01П и другие. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ ВОЗДУХА БЕТА-РАДИОМЕТРОМ РКБ4-1еМ ВНИМАНИЕ! КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ ВКЛЮЧАТЬ РАДИОМЕТР ПРИ СНЯТОЙ КРЫШКЕ, ОТКРЫТОЙ ГОРЛОВИНЕ ИЛИ С ОТКРЫТЫМИ ШТУЦЕРАМИ НА КРЫШКЕ БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ, ИНАЧЕ НЕИЗБЕЖЕН ВЫХОД БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИЗ СТРОЯ. Подключите радиометр к сети переменного тока. Установите переключатели на лицевой панели пульта радиометра в следующие положения: - переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение КОНТР., - переключатель ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ в положение 10 с, - тумблер ИНДИКАЦИЯ-ЦПУ в положение ИНДИКАЦИЯ, - переключатель ПИТАНИЕ в положение ВКЛ, при этом должен загореться индикаторный светодиод. Нажмите и отпустите кнопку СБРОС на передней панели пульта радиометра, при этом на индикаторах высвечиваются нули. Через несколько секунд индикаторы гаснут, радиометр переходит в режим набора информации. Через 10 сек после начала набора информации на индикаторах высвечивается четырехзначное число, соответствующее числу импульсов, лежащих в пределах 55002000. Сброс и новый набор информации происходит автоматически через каждые 10 сек. Переведите переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение N×10 с. 1. В гнездо на крышке блока детектирования БДЖБ-02 поместите контрольный источник 137Cs из комплекта поставки, измерьте скорость счета, сравните полученный результат с данными формуляра (2006 имп/сек), в случае расхождения значений скоростей счета с помощью ручек КОРРЕКЦИЯ ГРУБО ПЛАВНО на передней панели пульта радиометра добейтесь совпадения результатов намерения с данными формуляра с величиной сходимости 3%; 2. Снимите контрольный источник, измерьте фоновую скорость счёта, выключите радиометр, снимите заглушки со штуцеров, к одному из штуцеров с помощью резинового шланга подсоедините ручной насос, а к другому штуцеру подсоедините второй резиновый шланг; 3. В месте контроля произведите не менее 30 качков с помощью ручного насоса, отключите шланги и быстро закройте штуцера заглушками; 4. Включите радиометр и на месте измерения фоновой скорости счёта проведите измерение скорости счёта контролируемой среды; 5. Определите объёмную активность пробы по следующей методике: Рассчитайте скорость счета от контролируемой пробы по формуле: Nэфф = Nф+эфф - Nф, где: Nэфф - скорость счета от контролируемой пробы, с-1 Nф - “фоновая” скорость счета, с-1 Nф+эфф - суммарная скорость счета фона и контролируемой пробы,с-1 Определите объемную активность пробы по формуле: Nэфф Q = ----------- P Q - объемная (удельная) активность пробы, Бк/л (Бк/кг) P - чувствительность радиометра к измеряемому изотопу, л/с·Бк (кг/с·Бк). (Чувствительность блока детектирования БДЖБ-02 при измерении активности газов составляет: для Аргона-41 - 1,3ž10-1, для Криптона-85 - 2,3×10-1, для Ксенона-133 - 1,6×10-1 л/секžБк). 6. При большом количестве измерений периодически производите проверку скорости счёта от контрольного источника, при необходимости произведите коррекцию до получения значения скорости счёта, указанного в формуляре (200 6 имп/сек). СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РАДОНА В ВОЗДУХЕ Для определения ОА изотопов радона и его ДПР в воздухе в настоящее время применяется ряд различных методов, которые реализованы в соответствующих средствах измерений. Эти методы и, соответственно, типы средств измерений (СИ), как правило, весьма четко ориентированы на конкретную цель, которая преследуется в ходе измерений. Поэтому, прежде чем рассматривать типы и характеристики конкретных средств измерений, перечислим кратко виды измерительных задач: 1. Скрининговые обследования Главные требования, предъявляемые к измерениям в рамках скринингового обследования помещений зданий и сооружений на территории региона (города, района и т.д.) - воспроизводимость. Большая вариабельность ОА изотопов радона и его ДПР в воздухе практически всех объектов (суточная периодика, сезонные и погодные изменения и др.) оценки среднегодовых значений измеряемой величины. Для выполнения таких измерений в настоящее время применяются пассивные интегральные СИ, которые реализованы в рамках двух основных методов - трекового и электретного. Обычно для оценки среднегодовых значений ЭРОА радона в воздухе жилых домов и зданий социально-бытового назначения принимают среднее значение из двух интегральных измерений, выполненных в теплый и холодный периоды года с экспозицией не менее двух-трех месяцев. С несколько меньшей уверенностью среднегодовые значения ОА радона в воздухе могут быть оценены с применением пассивных угольных пробоотборников - измерения этим методом требуют выполнения не менее чем 4-6 измерений в одном и том же объекте в разные сезоны года продолжительностью 3-4 суток каждое. Таким образом, для скриниговых обследований средства измерений должны быть интегральными. С учетом способа отбора проб воздуха в контролируемом помещении в технико-экономическом плане наиболее приемлемо применение пассивных интегральных СИ, из числа которых наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили т.н. трековые комплексы. 2. Экспрессные измерения Экспрессные измерения ОА изотопов радона и его ДПР в воздухе, как правило, применяются с целью получения быстрой оценки радоноопасности на конкретном объекте. Для этих целей применяются средства измерений мгновенного типа - т.н. радиометры радона и радиометры аэрозолей, позволяющие получить оценку мгновенных значений ОА изотопов радона и его ДПР в атмосфере обследуемого объекта. В некоторых случаях результаты мгновенных измерений могут применяться для уточнения времени экспонирования интегральных СИ в помещениях. Кроме того, эти средства измерений в настоящее время являются практически единственными, с помощью которых возможно прямое определение ЭРОА изотопов радона в воздухе и коэффициента радиоактивного равновесия между изотопами радона и его дочерними продуктами. 3. Радиоэкологическое сопровождение строящихся зданий Основной целью измерений в рамках радиоэкологического мониторинга является обеспечение гарантии соблюдения нормативных уровней по ЭРОА изотопов радона в воздухе обследуемого объекта - вновь строящихся зданий и сооружений перед сдачей их в эксплуатацию. Наиболее приемлемыми для таких измерений являются СИ на основе пассивных угольных пробоотборников. Методы, основанные на применении этих СИ, имеют достоинства мгновенных методов по оперативности (длятся 3-4 суток) и интегральных методов по информативности (в значительной мере удается сгладить суточный ход ОА радона в воздухе) одновременно. Следует отметить, что применение пассивных угольных пробоотборников для контроля содержания радона в воздухе строящихся зданий при субнормативных значениях ЭРОА радона в воздухе (когда 50<ЭРОА<100 Бк/м3) может потребовать дополнительных измерений с целью определения интегрального значения ЭРОА за больший (чем 3-4 суток) период времени. Очевидно, в таких случаях более приемлемым является применение трековых измерений. Использование же мгновенных средств измерений ограничивается определением ЭРОА торона в воздухе и оценкой коэффициента радиоактивного равновесия. В рамках задач, связанных с радиоэкологическим сопровождением строящихся зданий, следует рассматривать также и средства измерений ОА радона в почвенном воздухе и скорости эксхаляции радона с поверхности почвы при оценке потенциальной радоноопасности участков территорий, отводимых под застройку. Эти измерения, как правило, реализуются с применением трех типов СИ: радиометров радона типа РГА-500 в комплекте с почвенными зондами специальной конструкции, трековых детекторов в пробоотборных камерах, пассивных угольных пробоотборников. 4. Интегральные трековые радиометры радона Принцип действия этих СИ основан на радиационно-химических изменениях структуры вещества под действием радиоактивного излучения. В результате воздействия альфа-излучения на чувствительный материал трекового детектора в нем появляются т.н. латентные треки, плотность которых пропорциональна экспозиции, т.е. произведению среднего за время экспозиции (интегрального) значения ОА радона в воздухе на длительность экспозиции. Чтобы уменьшить воздействие внешних факторов (влажность, температура, подвижность воздуха и его аэрозольный состав, механические повреждения и др.), детектор размещают в специальном контейнере с отверстиями, которые закрываются диффузионной мембраной, проницаемой только для радона. При использовании селективных мембран в качестве материала окна, можно практически на 100% отделить радон-222 от радона-220. Мембраны также препятствуют проникновению к детектору ДПР. 5. Пассивные угольные пробоотборники (адсорберы) Этот метод основан на адсорбции радона из воздуха на активированном угле и последующем анализе с помощью гамма-спектрометра излучения ДПР в равновесии с адсорбированным из воздуха радоном в объеме адсорбента. Метод измерений достаточно хорошо изучен и описан, а технология его реализации достаточно проста. 6. Радонометры Эти СИ реализуют методы, при которых воздух при измерениях предварительно отфильтровывают от аэрозолей ДПР. После этого измерительное устройство с анализируемым воздухом, содержащим радон-газ, выдерживается в течение некоторого времени (обычно 150-180 мин.) для установления равновесия между радоном и ДПР, после чего производится определение ОА радона по излучению радона и/или ДПР. 7. Радиометры аэрозолей ДПР В этих радиометрах используются следующие обязательные операции: - отбор проб воздуха на аэрозольные фильтры; - регистрация альфа- и/или бета-активности осевших на фильтрах аэрозолей радионуклидов в течение времени D ti. При этом во всех из них реализован принцип суммарной регистрации альфа-излучения ДПР с регистрацией в расчетных интервалах времени альфа-излучения осевших на фильтр короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона, основанный на различиях их периодов полураспада. 8. Мониторы радона и аэрозолей ДПР в воздухе Радоновые мониторы представляют собой средства измерений, в которых реализован принцип регистрации и измерений ОА радона в воздухе в течение длительного времени. В отличие от средств измерений интегрального типа, радоновые мониторы обеспечивают не только измерение интегральной ОА радона в воздухе, но и возможность анализировать изменение ОА радона в воздухе в течение длительного (до нескольких месяцев и даже лет) времени, сопоставлять эти изменения со временем суток, года, наружными метеоусловиями и т.д. И хотя радоновые мониторы в принципе могут применяться для обследования зданий, все же основное их назначение - это решение исследовательских задач в рамках федеральной и региональных целевых программ «Радон». |