Радиационные свойства материалов

Любое минеральное сырье, используемое в строительстве, содержит радиоактивные вещества в различной концентрации. Это так называемая природная радиоактивность. Она присутствует как в сырье (щебень, песок, цемент и пр.), так и в готовой продукции (кирпич, керамическая плитка, железобетонные конструкции, товарный бетон и растворы, искусственные камни, облицовочные плиты).

Большинство строительных материалов непосредственно являются природными компонентами экосистемы и поэтому имеют свои специфические радиационные свойства. Например, все строительные материалы минерального состава содержат в различном количестве химические элементы, изотопы которых радиоактивны. Наиболее опасными в этом отношении могут быть строительные материалы из природного камня и материалы на основе минеральных вяжущих. Кроме того, необходимо знать, что для одного и того же вида материала показатели по радиоактивности могут отличаться в зависимости от местоположения месторождения, поэтому возможен некоторый разброс данных от средних фоновых значений. Радиационную активность строительных материалов можно прогнозировать по их химическому составу и содержанию в них называемых элементов тяжелых металлов, изотопы которых наиболее радиационно активны.

Естественная радиоактивность строительных материалов обусловлена содержанием в них природных радионуклидов, а именно: радия-226, тория-232, калия-40.

В трех радиоактивных семействах: урана (238U), тория (232Th) и актиния (235АС) в процессах радиоактивного распада постоянно образуется 40 радиоактивных изотопов. Средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников, составляет около 0.35 мЗв, т.е. чуть больше средней индивидуальной дозы, обусловленной облучением из-за космического фона на уровне моря. [5]

Однако уровень земной радиации неодинаков в различных районах. Так, например, в 200 километрах к северу от Сан-Пауло (Бразилия) есть небольшая возвышенность, где уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 260 мЗв в год. На юго-западе Индии 70 000 человек живут на узкой прибрежной полосе, вдоль которой тянутся пески, богатые торием. Эта группа лиц получает в среднем 3.8 мЗв в год на человека. Как показали исследования, во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США около 95% населения живут в местах с дозой облучения от 0.3 до 0.6 мЗв в год. Около 3% получает в среднем 1 мЗв в год и около 1.5% более 1.4 мЗв в год.

Если человек находится в помещении, доза внешнего облучения изменяется за счет двух противоположно действующих факторов:

1) Экранирование внешнего излучения зданием.

2) Облучение за счет естественных радионуклидов, находящихся в материалах, из которого построено здание.

В зависимости от концентрации изотопов 40К, 226Ra и 232Th в различных строительных материалах мощность дозы в домах изменяется от 4 10-8 дО 12 10-8 Гр/ч. В среднем в кирпичных, каменных и бетонных зданиях мощность дозы в 2-3 раза выше, чем в деревянных.

В организме человека постоянно присутствуют радионуклиды земного происхождения, поступающие через органы дыхания и пищеварения. Наибольший вклад в формирование дозы внутреннего облучения вносят 40К, 87Rb, и нуклиды рядов распада 238U и 232Th (табл.1).

Таблица 1.

Среднегодовая эффективная эквивалентная доза внутреннего облучения
Радионуклид, тип излучения	Период полураспада	Среднегодовая эффективная эквиваленетая доза мкЗв
40К (?,?)	1.4 109 лет
87Rb (?)	4.8 1010 лет
210Po (а)	160 сут
220Rn (а)	54с	170 - 220
222Rn (а)	3.8 сут	800 - 1000
226Ra (а)	1600 лет

Средняя доза внутреннего облучения за счет радионуклидов земного происхождения составляет 1.35 мЗв/год. Наибольший вклад (около 3/4 годовой дозы) дают не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон и продукты его распада. Поступив в организм при вдохе, он вызывает облучение слизистых тканей легких. Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрации в наружном воздухе существенно различается для различных точек Земного шара. Однако большую часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом непроветриваемом помещении. В зонах с благоприятным климатом концентра дня радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Источниками радона являются также строительные материалы. Так, например, большой удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, кальций-силикатрий, шлак и ряд других материалов. Радон проникает в помещение из земли и через различные трещины в межэтажных перекрытиях, через вентиляционные каналы и т.д. Источниками поступления радона в жилые помещения являются также природный газ и вода (таблица 2).

Таблица 2.

Мощность излучения различных источников радона
Источник радона	Мощность излученияб кБк/сут
Природный газ
Вода
Наружный воздух
Стройматериалы и грунт под зданием

Доля домов, внутри которых концентрация радона и его ядерных продуктов равна от 103 до 104 Бк/см3, составляет от 0.01 до 0.1% в различных странах. Это означает, что значительное число людей подвергаются заметному облучению из-за высокой концентрации радона внутри домов, где они живут. [1; с. 72]

Таким образом, эффективная доза от внутреннего облучения за счет естественных источников (1.35 мЗв/год) в среднем примерно в два раза превышает дозу внешнего облучения от них (0.65 мЗв/год). Следовательно, суммарная доза внешнего и внутреннего облучения от естественных источников радиации в среднем равна 2 мЗв/год. Для отдельных контингентов населения она может быть выше. Причем максимальное превышение над средним уровнем может достигать одного порядка.

Требования НРБ-99 и ГОСТ к содержанию радионуклидов в строительных материалах

Контроль радиационной безопасности строительных материалов на территории России проводится в соответствии с Федеральными законами «О радиационной безопасности населения» и «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

В соответствии с Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» № 52-ФЗ от 30.03.99 г., «государственные санитарно-эпидемиологические правила и нормативы - нормативные правовые акты, устанавливающие санитарно-эпидемиологические требования (в том числе критерии безопасности и (или) безвредности факторов среды обитания для человека, гигиенические и иные нормативы), несоблюдение которых создает угрозу жизни или здоровью человека, а также угрозу возникновения и распространения заболеваний».

«Соблюдение санитарных правил является обязательным для граждан, индивидуальных предпринимателей и юридических лиц» (статья 39).

«За нарушение санитарного законодательства устанавливается дисциплинарная,административная и уголовная ответственность» (статья 55).

В соответствии с федеральным законом «О радиационной безопасности населения» № 3-ФЗ от 09.01.96 г. «Радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения» (статья 1).

«Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории Российской Федерации, имеют право на радиационную безопасность. Это право обеспечивается за счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека ионизирующего излучения выше установленных норм, правил и нормативов.» (статья 22).

Основными нормативными документами для определения радиационной безопасности строительных материалов являются: СП 2.6.1.758-99 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)» и ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов».

ГОСТ 30108-94

ГОСТ 30108-94 введен в действие 1 января 1995 г. Постановлением Госстроя России от 30 июня 1994 г. № 18-48.

В соответствии с данным ГОСТом, естественные радионуклиды (ЕРН) - основные радиоактивные нуклиды природного происхождения, содержащиеся в строительных материалах: радий (226Ra), торий (232Th), калий (40К);

В стандарте прописаны способы измерения удельной эффективной активности радионуклидов и в зависимости от значений, выделены классы строительных материалов.

Удельная эффективная активность ЕРН (Аэфф) - суммарная удельная активность ЕРН в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека

Стандарт устанавливает экспрессный и лабораторный методы определения удельной эффективной активности ЕРН в строительных материалах и изделиях

Экспрессный метод предназначен для проведения:

- периодического и входного контроля сыпучих строительных материалов и отходов промышленного производства, а также строительных изделий в соответствии с действующими нормативными документами;

- предварительной оценки разрабатываемых горных пород в карьере.

Условием применения экспрессного метода является отсутствие загрязнения материалов и изделий техногенными радионуклидами.

Лабораторный метод предназначен для:

- установления класса строительного материала (изделия);

- уточнения класса строительного материала (изделия) в случае получения граничных значений по экспрессному методу;

- сертификации продукции.

В соответствии с ГОСТом, результаты определения удельной эффективной активности ЕРН в материалах заносят в журнал, в котором должны быть указаны:

- наименование материала;

- наименование предприятия-изготовителя или предприятия-потребителя;

- местоположение точек отбора пробы;

- даты отбора пробы и проведения измерений;

- удельные активности радия, калия, тория с погрешностями;

- удельная эффективная активность с погрешностью;

- фамилия, должность и подпись лица, проводившего измерения. [2]

После проведения испытаний определяют класс строительных материалов. По удельной эффективной активности природных радионуклидов строительные материалы делятся на 4 класса. Материалы I класса (до 370 Бк/кг) могут применяться на строительстве любых объектов, в том числе жилья, материалы II класса (до 740 Бк/кг) – в промышленном строительстве, строительстве дорог в пределах населенных пунктов. Материалы III класса (до 1500 Бк/кг) могут использоваться для строительства дорог за пределами населенных пунктов, а материалы IV класса – применяться только по специальному разрешению Федеральной службы Роспотребнадзора. (см. таблицу 3).

Таблица 3. Критерии для принятия решения об использовании строительных материалов согласно гигиеническим нормативам [2].

Удельная эффективная активность (Аэфф), Бк/кг	Класс материала	Область применения
До 370	I	Все виды строительства
Св. 370 до 740	II	Дорожное строительство в пределах населенных пунктов и зон перспективной застройки, строительство производств. сооружений
От 740 до 2800	III	Дорожное строительство вне населенных пунктов
Св. 2800	IV	Вопрос об использовании материала решается по согласованию с Госкомсанэпиднадзором

С введением ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» обязательно проводятся исследования образцов строительных материалов на удельную эффективную активность естественных радионуклидов Радия-226, Тория-232 и Калия-40. Критерием оценки является удельная эффективная активность (Аэфф.), по которой устанавливается принадлежность материала к 1, 2 или 3 классу и определяются возможные области его использования. Эти характеристики указываются в гигиенических сертификатах на строительные материалы.