Мероприятия по защите среды зданий от радиации

Облучение или радиационное поражение живых организмов связано с воздействием излучения коротких длин волн – рентгеновских лучей, гамма-лучей (рис. 4.12). Эти виды лучей представляют собой ионизирующее излучение. При взаимодействии ионизирующего излучения с веществом происходит его ионизация, то есть образование положительных и отрицательных ионов. Если веществом является биологическая ткань, под воздействием ионов происходят изменения в клетках организма. Эти изменения являются причиной лучевой болезни, онкологических заболеваний.

Ионизирующее излучение возникает при распаде ядер радиоактивных элементов. Известно 1500 природных и искусственных веществ – радионуклидов, обладающих радиоактивностью. Радиоактивность (от латинского radio – излучаю, activus - действенный) – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием заряженных частиц. Эти заряженные частицы являются непосредственно ионизирующим излучением. Его могут представлять ядра гелия (a - частицы), ядра водорода (протоны), электроны (b - частицы), осколки деления тяжелых ядер. Процесс радиоактивного распада порождает так называемое косвенное ионизирующее излучение, которое не имеет заряда. Это электромагнитное излучение высокой энергии – фотонное излучение. Фотоном называется квант энергии электромагнитного излучения высокой частоты. Фотонное излучение искусственного происхождения называется рентгеновским (x-Ray). Естественное фотонное излучение называется гамма-излучением.

Причины облучения людей связаны с содержанием природных радионуклидов в грунтовых основаниях зданий и в стройматериалах, с применением рентгеновской и радионуклидной диагностики, с эксплуатацией АЭС. Основной вклад в дозу облучения населения ионизирующим излучением вносят природные источники. При этом 70% общей дозы облучения население развитых стран получает в помещениях жилых, общественных и производственных зданий. Радиационный фон в помещениях зданий обусловлен двумя причинами:

· гамма-излучением естественных радионуклидов, находящихся в строительных материалах;

· присутствием в воздухе помещений радиоактивных газов радона и торона и дочерних продуктов их распада.

К радионуклидам, содержащимся в строительных материалах, относятся уран-238, торий-232 с дочерними продуктами их распада и калий-40. Уран-238 и торий-232 являются родоначальниками радиоактивных семейств (рядов).

Газообразными радионуклидами уранового и ториевого рядов являются газы радон (Rn-222) и торон (Rn-220). Гамма-излучение вызывает внешнее, а радиоактивные газы - внутренне и внешнее облучение людей. Газообразные радионуклиды радона Rn-222 (газ радон) и Rn-220 (газ торон) поступают в организм человека с воздухом, облучая его легкие. В странах СНГ ежегодно от «радонового» рака умирает 15 тыс. человек [108].

Характеристика радиоактивности радионуклидов и доз облучения людей [84]. Характеристикой радионуклида является его активность А – это мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени:

А = dN / dt,

где dN – число ядерных превращений (распавшихся ядер) за промежуток времени dt. Единица измерения активности в системе СИ – беккерель (1 Бк=1 расп./с).

Удельной (объемной) активностью называется отношение активности А радионуклида в веществе к массе m (объему V) вещества:

А_m = A/m; А_V = A/V.

Единица измерения удельной активности – Бк/кг. Единица объемной активности – Бк/м³.

Радиоактивные изотопы радона Rn-222 (газ радон) и Rn-220 (газ торон) распадаются по цепочкам с образованием короткоживущих изотопов радона. Эквивалентной равновесной объемной активностью дочерних продуктов изотопа радона Rn-222 (ЭРОА_Rn) и Rn-220 (ЭРОА_Tn) называется взвешенная сумма объемных активностей короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона:

ЭРОА_Rn = 0,10 А_RaA + 0,52 А_RaB + 0,38 А_RaC , ЭРОА_Tn = 0,91 А_ThB + 0,09 А_ThC ,

где А_i – объемные активности дочерних изотопов радона.

Эквивалентная доза H_T,R – это поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, W_R:

H_T,R = W_R D_TR,

где W_R – взвешивающий коэффициент для излучения R, для g -излучения W_R = 1; D_TR – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т. Поглощенная доза представляет собой энергию ионизирующего излучения, переданную веществу (органу или ткани). Единицей эквивалентной дозы является зиверт (1 Зв = 1 Дж/кг).

При воздействии различных видов излучения эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения:

.

Эффективной дозой Е называется величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведения эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие коэффициенты:

,

где W_T – взвешивающий коэффициент для органа или ткани, учитывающий их различную чувствительность к радиации:

гонады ………………… костный мозг …………. толстый кишечник ….... легкие …………………. желудок ……………….. мочевой пузырь ……….

0,20; 0,12; 0,12; 0,12; 0,12; 0,05;

грудная железа………………… печень……………………..…… пищевод……………………….. щитовидная железа …………... кожа …………………………… клетки костных поверхностей.. остальное ………………………

0,05; 0,05; 0,05; 0,05; 0,01; 0,01; 0,05.

Единица измерения эффективной дозы – зиверт (Зв).

Радиоактивное загрязнение среды здания. Радиоактивность строительных материалов. Практически все строительные материалы в той или иной степени радиоактивны. Оценка радиационного качества строительных материалов проводится по эффективной удельной активности А_эфф, представляющей собой сумму удельных активностей естественных радионуклидов: радия (Ra-226), тория (Th-232) и калия (К-40):

А_эфф = А_Ra + 1,3 А_Th + 0,09 А_К.

Значения эффективной удельной активности радионуклидов А_эфф в некоторых строительных материалах приведены в табл. 5.9 [108].

Наиболее высокие удельные активности радионуклидов имеют породы вулканического происхождения (гранит, туф, пемза), а наиболее низкие - осадочные, карбонатные породы (мрамор, известняк). Повышенная активность радионуклидов характерна для глин, керамзита, красного кирпича. Радиоактивность бетона зависит от активности его наполнителей и может меняться в достаточно большом диапазоне значений.

В строительстве используются материалы, добываемые на месторождениях (щебень, гравий, песок, бутовый и пиленный камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), а также материалы, являющиеся побочными продуктами промышленности и отходами промышленного производства (золы, шлаки и пр).

В настоящее время в России действуют нормы радиационной безопасности НРБ -99 [84]. Согласно требованиям этих норм:

· в строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях могут использоваться строительные материалы (I класса), в которых А_эфф ≤ 370Бк/кг;

· в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а так же при возведении производственных сооружений могут использоваться материалы (II класса), в которых А_эфф ≤ 740Бк/кг.

Таблица 5.9

Эффективная удельная активность радионуклидов,