Глава 4. Основы радиационной экологии

Напомним, что основной источник радона в помещениях – грунт, на котором стоит здание. В этом случае радон поступает в помещение через щели и микротрещины в полу и перекрытиях. Породы с повышенным содержанием радия и тория могут быть различные (гранит, пески, глинозем, сланцы и др.), притом не обязательно расположенные на поверхности. Радон может переноситься к поверхности земли путем диффузии, механическим или конвективным потоком по трещинам, путем фильтрации насыщенных радоном подземных вод, особенно если урановые минералы соседствуют с карбонатными осадочными породами. Поэтому невысокая удельная активность поверхностных грунтов еще не дает гарантии низкой концентрации радона в помещениях.

Другим, хотя и менее значимым, источником радона и особенно торона в помещениях, в частности, в многоэтажных зданиях могут быть строительные материалы из которых изготовлены стены и перекрытия. Некоторые материалы известны, как значительно более радиоактивные, чем другие: блоки, штукатурка, перегородки и цемент с фосфогипсом, бетоны с глиноземами или кальций-силикатным шлаком, особый красный кирпич из отходов производства алюминия, некоторые шлаки и золы и т.п. Они характеризуются повышенными выделением радона и γ-излучением. Иногда дома возводились на отвалах горнодобывающих предприятий или шлаков, содержащих радий и торий, или они использовались в качестве подсыпки, что вело к высоким концентрациям радона в воздухе помещений. В то же время обычные гипс, бетоны и кирпич обладают малой активностью и низким выделением радона.

Радон также может выделяться из материалов, поступающих в помещение, таких как вода или природный газ. Обычно в воде радона мало, исключение кое-где (Хельсинки, Хот-Спрингс и др.) может составлять вода из глубоких колодцев или скважин. Использование воды может быть существенным источником радона в наземных помещениях, когда его концентрация в воде достигает 10 кБк/м³ и более. Наибольшая зарегистрированная удельная активность воды в системах водоснабжения составила 10⁸ Бк/м³. Вода может быть мощным источником радона на некоторых рабочих местах (водоотстойники, источники минеральных и термальных вод) и в рудниках, шахтах, пещерах, тоннелях (подземные и дренажные воды).

В природный газ радон может проникать путем диффузии и транспортироваться в помещения; его содержание уменьшается в результате распада и разбавления газом из скважин с низким содержанием радона. Поэтому, как правило, вклад этого источника в помещениях незначителен.

Приемы снижения высоких концентраций радона в помещениях:

• создание перепада давления между зданием и полом, препятствующего поступлению радона – почвенная декомпрессия. Может включать вытяжную вентиляцию (под полом, в подвале, под перекрытием, из проницаемой почвы под зданием) с помощью небольшого вентилятора. Эффективность – высокая;
• герметизация полов – особенно в одноэтажных, в том числе деревянных, домах: заделка щелей в полу и около стен и коммуникаций, покраска полов. Эффективность – умеренная, эффект еще ослабевает со временем;
• покрытие 2–3 слоями масляной краски (или другим герметизирующим покрытием – эпоксидной краской, облицовка пластиками) выделяющих радон стройматериалов. Эффективность – умеренная.
• повышение сопротивления фундамента и стройматериалов проникновению радона в воздух внутри здания. В уже построенных зданиях трудноосуществимо;
• устранение источников поступления радона, например обусловленного: 1) водоснабжением; 2) слоем почвы – твердой подсыпкой. Эффективность может оказаться высокой, если источник именно этот, и он определен правильно;
• увеличение вентиляции в помещении. При всей простоте эффективность – низкая, ибо увеличение вентиляции входит в противоречие с поддержанием комфортного микроклимата для людей и на практике долго не выдерживается. Вытяжная вентиляция, кроме того, может увеличить подсос радона из источников его выделения.

В ряде случаев при строительстве домов, особенно на насыпных содержащих радий грунтах, или в радоноопасных зонах должны соблюдаться специальные рекомендации. Подход с герметизацией фундамента, обеспечивающей пассивное сопротивление поступлению почвенного воздуха, требует больших изменений проекта и начальных затрат, но зато не требует никаких последующих мероприятий. Другой подход, предусматривающий готовность к корректирующим мерам, например, наличие под полом рыхлой подсыпки с малым содержанием радия и канала для вытяжной вентиляции, проще и дешевле.

В некоторых случаях радон поступает из подсыпки и стройматериалов, содержащих радий. Такие материалы могут быть определены по γ-излучению, и их использование должно быть ограничено (нормы их удельной активности приведены в НРБ-99/2009).

По данным многочисленных исследований, торон в помещениях чаще не представляет важной проблемы радиационной защиты. Там, где его содержание повышено, обычно имеется высокое содержание радона, требующее вмешательства. Защитные меры от радона обычно снижают и уровень дочерних продуктов распада торона.

Другие естественные источники радиации

Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей.

Хотя концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз, в основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Большая часть золы и шлаки остаются на дне топки электросиловой станции. Однако более легкая зольная пыль уносится тягой в трубу электростанции. Количество этой пыли зависит от отношения к проблемам загрязнения окружающей среды и от средств, вкладываемых в сооружение очистных устройств.

Облака, извергаемые трубами тепловых электростанций, приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли. Согласно текущим оценкам, производство каждого гигаватт-года электроэнергии обходится человечеству в 2 Зв/человек ожидаемой коллективной эффективной облучения. Например, в 2000 г. расчетная коллективная эффективная доза от всех работающих на угле электростанций во всем мире составила более 2000 Зв/человек.

На приготовление пищи и отопление жилых домов расходуется меньше угля, но зато больше зольной пыли летит в воздух в пересчете на единицу топлива. Таким образом, из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной пыли, возможно, не меньше, чем из труб электростанций. Кроме того, в отличие от большинства электростанций жилые дома имеют относительно невысокие трубы и расположены обычно в центре населенных пунктов, поэтому гораздо большая часть загрязнений попадают непосредственно на людей. До последнего времени на это обстоятельство почти не обращали внимания, но по весьма предварительной оценке из-за сжигания угля в домашних условиях для приготовления пищи и обогревания жилищ во всем мире ожидаемая коллективная эффективная доза облучения населения Земли возросла на 100 000 Зв/человек.

Не много известно также о вкладе в облучение населения от зольной пыли, собираемой очистными устройствами. В некоторых странах более 1/₃ ее используется в хозяйстве, в основном в качестве добавки к цементам и бетонам. Иногда бетон на ⁴/₅ состоит из зольной пыли. Она используется также при строительстве дорог и для улучшения структуры почв в сельском хозяйстве. Все эти применения могут привести к увеличению радиационного облучения, но сведений по этим вопросам крайне мало.

Еще один источник облучения населения – это термальные водоемы. Некоторые страны эксплуатируют подземные резервуары пара и горячей воды для производства электроэнергии и отопления домов. Один такой источник вращает турбины электростанции в Лардерелло в Италии с начала нашего века. Измерения эмиссии радона на этой и еще на двух, значительно более мелких, электростанциях в Италии показали, что на каждый гигаватт-год вырабатываемой ими электроэнергии приходится коллективная эффективная доза 6 Зв/человек, т.е. в 3 раза больше аналогичной дозы облучения от электростанций, работающих на угле. Однако, поскольку в настоящее время суммарная мощность энергетических установок, работающих на геотермальных источниках, составляет всего 0,1 % мировой мощности, геотермальная энергетика вносит ничтожный вклад в радиационное облучение населения. Но этот вклад может стать весьма весомым, поскольку запасы этого вида энергетических ресурсов очень велики.

Во многих странах мира ведется и добыча фосфатов, которые используются, главным образом, для производства удобрений. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержат уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоактивные изотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Радиоактивное загрязнение в этом случае бывает обычно незначительным, но возрастает, если удобрения вносят в землю в жидком виде или если содержащие фосфаты вещества скармливают скоту. Такие вещества широко используются в качестве кормовых добавок, что может привести к значительному повышению содержания радиоактивности в молоке. Все эти аспекты применения фосфатов дают за год коллективную эффективную дозу, равную примерно 6000 Зв/человек.

Кроме того, фосфаты используют и для производства строительных материалов. В результате, коллективная эффективная доза из-за использования в строительстве фосфогипса, полученного только в 1997 г., составила около 300 000 Зв/человек.

Напомним, что средние годовые эффективные дозы облучения населения Земли составляют немногим более 2,4 мЗв. За счет освобождаемых при получении электроэнергии и производстве удобрений природных радионуклидов происходит обогащение биосферы радиоактивными веществами и дополнительное облучение человека в дозах, которые, если их отнести к общей численности населения Земли, составят 0,001 мкЗв/год на 1 человека, что не превышает 1 % естественного облучения от инкорпорированных природных радионуклидов. Уровни дополнительного облучения населения крупных промышленных центров, вблизи электроцентралей и заводов по переработке руд могут быть существенно выше, но все же соизмеримы с природным радиационным фоном. Но гораздо более высокими могут быть дозы облучения, получаемые человеком от искусственных ИИИ. Именно об этих источниках и пойдет речь далее.