Одним их наиболее опасных источников ионизирующего излучения, практически постоянно воздействующих на здоровье человека, является благородный газ радон (222Rn) и продукты его распада [1–4, 7], способные накапливаться в зданиях. Распределение объемной активности радона (Аоб) в помещениях определяется сложным сочетанием факторов, среди которых следует выделить геологическое строение территории, конструкцию здания и состав использованных для его возведения материалов, режим эксплуатации (включая характер и режимы вентилирования) [4].
Изучение содержания и накопления радона в жилых зданиях и оценка облучения населения за счет этого газа является достаточно сложной задачей, актуальной во всех регионах мира. Оценка радоноопасности территорий и зданий является важным пунктом в радиационной безопасности человека, поэтому объемная активность радона (Аоб) в жилых и служебных помещениях регламентирована Нормами радиационной безопасности НРБ-99/2009 [3]. Целью настоящего исследования является оценка содержания радиоактивного газа радона в разных типах жилых помещений регионов.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования настоящей работы являются некоторые жилые помещения регионов Юга России (г. Ростов-на-Дону, пос. Ковалевка Аксайского р-на Ростовской обл. и ст. Ивановская Красноармейского р-на Краснодарского края). Данные получены по результатам радиоэкологических экспедиций 2012–2015 годов.
Здание в г. Ростове-на-Дону построено в 2011 году имеет металлобетонный каркас, обложенный силикатным кирпичом. Внутри отделка стен и потолка штукатурная и гипсокартонная, пол застелен плиткой. Данное здание имеет подвальное помещение, которое может служить экраном, препятствующим поступлению радона на первый этаж, и снабжено центральным отоплением, то есть внутри здания не сжигается ни уголь, ни газ, способствующие прямому поступлению радона в помещения.
Объектом исследования в поселке Ковалевка является частный дом, построенный также в 2011 году. Каркасно-щитовое здание, основным строительным материалом которого является дерево – потолок и стены деревянные, с утеплителем из каменной ваты, пол деревянный, снаружи виниловый сайдинг. Отопление от сетевого газа, внутри здания стоит газовый котел. При сгорании газа некоторое количество 222Rn выходит по трубе в окружающую среду, а так как радон тяжелый газ, он оседает близ здания, соответственно часть продуктов сгорания будет накапливаться непосредственно в самом помещении.
Объектом исследования в ст. Ивановской стал частный одноэтажный дом 1970 года постройки, и с достроенными в 2011 году комнатами. Все здание построено из керамического кирпича снаружи и со шлакоблочными перегородками внутри, отделка штукатурная. В комнатах старой постройки пол деревянный, потолок мазанный (глина и солома). В новых комнатах пол залитый (бетонный), потолок гипсокартонный. Отопление от сетевого газа, внутри здания стоит газовый котел.
Объемную активность радона в воздухе помещений определяли с помощью радиометра радона РРА-01М-03, а также методом пассивной сорбции с использованием оборудования на основе активированного угля для комплексного мониторинга радона в производственных условиях, жилищах и окружающей среде и сцинтилляционным спектрометром «Прогресс-Гамма». Предварительно в исследуемых помещениях измеряли мощность эквивалентной дозы гамма-излучения (гамма-фон) с использованием поискового дозиметра-радиометра СРП-88Н.
Метод измерения средней объемной активности радона в воздухе помещений с применением активированного угля основан на экспонировании в течение 1–6 суток открытых с одного конца сорбционных колонок СК-13, заполненных регенерированным активированным углем. В каждой комнате расставляли по 35 сорбционных колонок СК-13 на период от 4 до 6 дней на высоте 1 метр от поверхности пола. По окончании экспонирования активированный уголь из сорбционных колонок пересыпали в специальную счетную геометрию ИК-63.
Измерение гамма-спектра от дочерних продуктов распада радона 214Pb и 214Bi проводили на сцинтилляционном спектрометре «Прогресс-Гамма» в течение 3060 минут. Погрешность определения объемной активности радона в воздухе помещений не превышала 1015 %.
Результаты исследования и их обсуждение
В Российской Федерации в качестве основного критерия оценки радиоактивного загрязнения территории используется мощность эквивалентной дозы гамма-излучения (МЭД, мкЗв/ч). Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения (интенсивность облучения) – приращение эквивалентной дозы под воздействием гамма-излучения за единицу времени.
Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения («гамма-фон») природных территорий в основном обусловлена излучением от радионуклидов, содержащихся в почве (таких как естественные радионуклиды рядов 238U, 232Th и 40К, искусственный 137Cs) плотностью потока радона с поверхности почвы и от космического излучения (в том числе и от солнечной радиации).
На рис. 1 представлены примеры распределения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения в Ростовской области и Краснодарского края.
а б
Рис. 1. Распределение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения в Ростовской области (а) и Краснодарском крае (б)
Мощность эквивалентной дозы (МЭД) гамма излучения на исследуемых территориях варьирует в очень широких пределах. На территориях Ростовской области и Краснодарского края МЭД гамма-излучения составляет 0,08–0,20 Зв/ч, при среднем значении 0,13 μЗв/ч, и 0,14–0,17μЗв/ч, при среднем значении 0,15 μЗв/ч соответственно.
В целом же гамма-фон исследуемых территорий не превышает значения, установленного «Нормами радиационной безопасности» НРБ-99/2009 (0,30 μЗв/ч) и соответствует среднемировым значениям (в среднем 0,10 μЗв/ч).
Объемную активность радона в жилых зданиях на первых этажах измеряли в г. Ростов-на-Дону, п. Ковалевка (Ростовская область) и с. Ивановская (Краснодарский край). Полученные значения для Аоб радона для г. Ростова-на-Дону и поселка Ковалевка в среднем составляют 12–30 Бк/м3, для станицы Ивановской данные варьируют в пределах 42–140 Бк/м3. В табл. 1 представлены результаты оценки содержания радона на первых этажах рассматриваемых жилых объектов.
Для зданий в г. Ростове-на-Дону и п. Ковалевка средние содержания радона составляют на первом этаже 12–30 Бк/м3. Результаты проведенного мониторинга объемной активности 222Rn в 13-этажном здании (рис. 2) выявляют отсутствие снижения значений с этажностью, объясняемое эманацией радона из конструкционных материалов, соизмеримой с поступлением с поверхности почвы (подстилаемой комплексом неоген-четвертичных осадочных пород). При этом примечательными являются сезонные вариации, проявляющие существенное накопление газа в осенний период, объясняемое режимом проветривания жилых комнат (наихудшим в период отсутствия отопления).
Для сравнения представлены данные, полученные в 5-этажном здании в Турции (рис. 3) [7]. Анализ этих данных позволяет выявить иную динамику – климатические особенности региона с более мягким климатом определяют ухудшение вентилирования в наиболее холодный сезон; поэтажное распределение объемной активности радона указывает, что основным источником служит эманация радона с поверхности почвы.
Относительно высокие значения содержаний радона выявлены в здании в Ивановская (табл. 1), представляющем собой частный кирпично-шлакоблоковый с деревянной кухней дом, схема которого с указанием МЭД и Аоб радона приведена на рис. 4.
Таблица 1
Среднее содержание 222Rn на первых этажах жилых зданий
|
Объект |
Средняя Аоб ± Погр., Бк/м3 |
Примечания |
|
г. Ростов-на-Дону |
12,2 ± 1,3 |
13-этажное каркасное металлобетонное здание |
|
пос. Ковалевка Ростовской области |
29,9 ± 3,1 |
1-этажный частный дом, основной строительный материал – дерево |
|
ст. Ивановская Краснодарского края |
79,7 ± 8,5 |
1-этажное кирпично-шлакоблоковое здание с деревянной кухней и разным материалом полов |
Рис. 2. Сезонное распределение радона по этажам
Рис. 3. Сезонное распределение радона по этажам в Турции [7]
Рис. 4. Схема жилого дома: 1–3 – старые спальни (деревянный пол); 4–5 – новые спальни (бетонный пол + шлакоблочная перегородка стен); 6 – кухня (застеленный плиткой пол + деревянные стены); 7 – подсобное помещение (шлакоблочные стены)
Анализ данных отражает сложное сочетание влияния факторов, влияющих на распределение радона. Значения мощности эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения в комнатах 1–3 (в среднем ~0,20 μЗв/ч) и Аоб радона (~ до 140 Бк/м3) обусловлены прямым поступлением радона из почвы через деревянные полы. Полы с бетонной стяжкой в помещениях 4 и 5 значимо снижают поступление радона из почв (рис. 4).
Наиболее высокие значения – в подсобном помещении 7, где МЭД гамма-излучения составляет в среднем ~0,13 μЗв/ч, а Аоб радона достигает 140,3 Бк/м3. Накоплению радона способствует как отсутствие постоянной вентиляции, так, вероятно, и наличие относительно повышенных содержаний радионуклидов в материале шлакоблоков, из которых возведены все стены помещения. Сочетание экранирующего естественные эманации пола и отсутствия связанных со строительными конструкциями источников в помещении 6 определяет минимальные значения радиоактивности.
С учетом полученных данных проведены ориентировочные расчеты индивидуальной годовой эффективной дозы (ЭД) внутреннего облучения взрослых жителей населенного пункта за счет короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона в воздухе. По данным ЭРОА изотопов радона в воздухе помещений и атмосферном воздухе на территории населенного пункта такая доза рассчитывается по формуле
Евн,Rn = 9,0•10–6•8800•(a•Аэкв,ул + b•Аэкв,здан) = = 0,01584•(Аэкв,ул + 4•Аэкв,здан), мЗв [5],
в которой приняты следующие обозначения: 9,0•10–6 – дозовый коэффициент (в единицах мЗв/(ч•Бк/м3)), принимаемый в соответствии с докладом НК ДАР ООН за 2000 г. [5]; Аэкв,i – среднее значение ЭРОА изотопов радона в воздухе на открытой территории населенного пункта (индекс «ул.») и жилых зданиях («здан.») соответственно; 8800 – стандартное число часов в году; a, b – доля времени нахождения людей в помещениях и на улице соответственно; a – для городского региона 0,2; для сельского региона 0,4; b – для городского региона 0,8; для сельского 0,6.
Для изучаемых территорий была рассчитана доза облучения населения от гамма-фона и газа радона. При вычислении дозы облучения человека, время нахождения внутри помещения принято равным 13 часам. В табл. 2 показаны результаты оценки индивидуальных эффективных доз облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения в помещении.
Таблица 2
Оценка индивидуальных эффективных доз (ЭД) облучения населения, за счет природных источников ионизирующего излучения
|
Объект |
ЭД, мЗв |
222Rn |
ЭД + 222Rn, мЗв |
||
|
ср, мЗв |
макс, мЗв |
ср, мЗв |
макс, мЗв |
||
|
г. Ростов-на-Дону |
0,5 |
0,9 |
2,3 |
1,4 |
2,9 |
|
пос. Ковалевка Ростовской области |
0,5 |
1,4 |
4,0 |
2,0 |
4,7 |
|
ст. Ивановская Краснодарского края |
0,8 |
5,2 |
9,0 |
6,3 |
10,3 |
Данные указывают, что все участки относятся к зонам радиационного контроля (полученные значения годовой ЭД превышают 1 мЗв). В таких зонах помимо мониторинга радиоактивности объектов окружающей среды, сельскохозяйственной продукции и доз внутреннего и внешнего облучения населения и критических групп осуществляются меры по снижению доз на основе принципа оптимизации и другие необходимые активные меры защиты населения [3]. В качестве меры защиты населения в поселках с частной малоэтажной застройкой, где значения Аоб радона в помещениях даже одного здания существенно варьируют из-за специфики планировки, отсутствия необходимых вентиляционных коммуникаций и различия строительных материалов, информирование о возможном влиянии ионизирующего излучения на здоровье и необходимых профилактических мерах должно являться первостепенной задачей.
Заключение
Приведенные данные о значениях и вариациях объемной активности радона в жилых зданиях отражают сложное сочетание факторов, среди которых решающее значение в создании условий для повышения концентрации радона имеют сезонный режим вентилирования зданий, определяемый климатическими особенностями конкретного региона, и строительные решения, не учитывающие необходимость создания эффективной системы вентилирования (в заданиях индивидуальной малоэтажной застройки за счет этого достигаются содержания вплоть до могущих привести к ущербу для здоровья).
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), грант 16-05-00930 А и в рамках проектной части внутреннего гранта Южного федерального университета (Тема № 213.01.-07.2014/13ПЧВГ).