Оценка содержания радона в воздухе жилого помещения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Поволжский Государственный Технический Университет

Кафедра управления природопользованием и лесозащиты

Курсовая работа по дисциплине «Радиоэкология»

На тему

«Оценка содержания радона в воздухе жилого помещения»

Выполнил: ст.гр. ЭкиП-11

Окунев М.А

Проверил: доцент, канд. с.-х. наук

Гончаров Е.А

Йошкар-Ола 2011г.

Введение

В настоящее время радиационный фактор имеет важное значение в жизни человека и для его здоровья. Наибольший вклад в радиоактивное облучение человека вносит радиоактивный природный газ радон. Он ответствен за половину годовой дозы облучения, получаемой людьми от всех природных источников.

Радон, попадая в организм человека, он способствует процессам, приводящим к раку лёгких. Распад ядер радона и его дочерних изотопов в легочной ткани вызывает микроожог, поскольку вся энергия альфа-частиц поглощается практически в точке распада. Считается, что радон - второй по частоте (после курения) фактор, вызывающий рак лёгких.

Поэтому целью курсовой работы стало изучение содержания радона в воздухе двухэтажного жилого помещения как нормируемого показателя санитарно-гигиенического состояния помещений общественного назначения.

В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи:

1.   Изучить и проанализировать литературу по данной теме.

2.      Освоить методику оценки содержания радона в воздухе помещения с применением аэрозольного альфа-радиометра радона РАА-3-01 «АльфаАЭРО».

.        Определить содержания радона в воздухе двухэтажного жилого помещения.

4.   Сделать заключение о соответствии уровня радона в жилом доме санитарным нормам.

1. Литературный обзор

.1 История открытия

Радон открывали неоднократно, и в отличие от других подобных историй каждое новое открытие не опровергало, а лишь дополняло предыдущие.

Изучая ионизацию воздуха радиоактивными веществами, супруги Кюри заметили, что различные тела, находящиеся вблизи радиоактивного источника, приобретают радиоактивные свойства, которые сохраняются не которое время после удаления радиоактивного препарата. Мария Кюри-Склодовская назвала это явление индуцированной активностью. Другие исследователи и, прежде всего Резерфорд, пытались в 1899/1900 гг. объяснить это явление тем, что радиоактивное тело образует некоторое радиоактивное истечение, или эманацию (от лат. emanare - истекать и emanatio - истечение), пропитывающие окружающие тела. Однако, как оказалось, это явление свойственно не только препаратам радия, но и препаратам тория и актиния, хотя период индуцированной активности в последних случаях меньше, чем в случае радия. Обнаружилось также, что эманация способна вызывать фосфоресценцию некоторых веществ, например осадка сернистого цинка. Д.И. Менделеев описал этот опыт, продемонстрированный ему супругами Кюри, весной 1902 г.

Вскоре Резерфорду и Содди удалось доказать, что эманация - это газообразное вещество, которое подчиняется закону Бойля и при охлаждении переходит в жидкое состояние, а исследование ее химических свойств показало, что эманация представляет собой инертный газ с атомным весом 222 (установленным позднее). Название эманация (Emanation) предложено Резерфордом, обнаружившим, что ее образование из радия сопровождается выделением гелия. Позднее это название было изменено на "эманация радия (Radium Emanation - Rа Em)" с тем, чтобы отличать ее от эманаций тория и актиния, которые в дальнейшем оказались изотопами эманации радия. В 1911 году Рамзай, определивший атомный вес эманации радия, дал ей новое название "нитон (Niton)" от лат. nitens (блестящий, светящийся); этим названием он, очевидно, желал подчеркнуть свойство газа вызывать фосфоресценцию некоторых веществ. Позже, однако, было принято более точное название радон (Radon) - производное от слова "радий". Эманации тория и актиния (изотопы радона) стали именовать тороном (Thoron) и актиноном (Actinon). [6]

.2 Физические и химические свойства радона

Земная кора с самого начального момента своего образования содержит естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ), создающие естественный радиационный фон. В горных породах, почве, атмосфере, водах, растениях и тканях живых организмов присутствуют радиоактивные изотопы калия-40, рубидия-87 и члены трех радиоактивных семейств, берущих начало от урана-238, урана-235 и тория-232. Эти материнские нуклиды стары как сама Земля - около 4,5 млрд лет. Они сохранились только потому, что периоды полураспада основателей радиоактивных семейств очень велики и составляют для 238U 4,5*109 лет, 235U 0,7*109, тория 14*109 лет.

Члены радиоактивных семейств жестко связаны между собой. Каждое звено радиоактивного ряда образуется со скоростью, определяемой периодом полураспада предыдущего нуклида, а распадается в соответствии с собственным периодом полураспада.

Таким образом, через некоторое время в цепочках распада устанавливается равновесие, то есть сколько дочерних элементов распадается, столько же и рождается в соответствии с периодами полураспада материнских нуклидов. После длинной цепи преобразований образуются в конце концов стабильные изотопы свинца. Единственным газообразным продуктом, который рождается в процессе распада трех семейств естественных радионуклидов (ЕРЭ), является радон.

Наибольший вклад в газовую составляющую ЕРЭ вносят радиоактивные семейства 238U и 232Th, в процессе распада которых образуются радиоактивные 222Rn и 220Rn (последний часто называют торон по имени исходного материнского нуклида).

Радон и торон, как и их материнские нуклиды, присутствуют во всех строительных материалах горных породах. В природе радона очень мало - его можно отнести к числу наименее распространенных на нашей планете химических элементов. Содержание радона в атмосфере оценивается величиной порядка 7.10-6 г/м3 или 7.10-17 вес.%. В земной коре его также очень мало - он же образуется преимущественно из радия, довольно редкого элемента.

Радон - один из самых изученных радиоактивных элементов.

Физические свойства. Радон - радиоактивный одноатомный газ без цвета и запаха. Растворимость в воде 460 мл/л; в органических растворителях, в жировой ткани человека растворимость радона в десятки раз выше, чем в воде. Газ хорошо просачивается сквозь полимерные плёнки. Легко адсорбируется <#"697324.files/image001.gif">

Рисунок. 1. - Распад 222Rn (по справочнику )

Рисунок. 2. - Распад Rn -220 (торон).

Химические свойства. Химические свойства радона определяются его положением в группе инертных газов.

Радон дает молекулярные соединения определенного состава, в образовании которых значительную роль играют силы Ван-дер-Ваальса. Эти соединения отвечают формулам Rn.2C6H5OH, Rn.6H2O и т.п. Из них первое изоморфно аналогичному соединению сероводорода, а второе -SO2.6H2O. В настоящее время эти вещества относят к группе клатратных соединений или соединений включения.

С фтором <#"697324.files/image003.gif">

Рисунок. 3. - Источники радона в помещении

Скорость поступления радона в закрытые помещения практически постоянна, поэтому содержание радионуклида зависит от интенсивности естественного воздухообмена, который в свою очередь в основном определяется разностью температур внутри и снаружи здания.

Источником радона может служить окружающая дом почва, но радон может приноситься ветром из других регионов (с гор или «горячих пятен»). Поступление радона связано с менталитетом населения (например, с привычкой спать с открытыми окнами или пользоваться кондиционерами).

В неподвижном воздухе тяжелый радон обычно прижат к почве и его концентрация наибольшая на первых этажах. За время миграции из почвы к верхним этажам радон успевает распасться.

Рисунок. 4. - Миграция радона в помещения с естественной вентиляцией: выделение радона из почвы и стен и вентиляция помещения

Концентрация радона в атмосфере существенно зависит от температуры. Поскольку температура в течение суток изменяется периодически, то и концентрация радона снаружи здания также циклически изменяется. Высокая активность связана с тем, что при низкой ночной температуре коэффициенты диффузии газ-газ малы и радон прижат к почве. Днем воздух прогревается, коэффициент диффузии увеличился и радон удаляется от почвы на большую высоту, в результате чего его концентрация у земли падает. Помимо суточных колебаний, существуют низкочастотные сезонные колебания, связанные с климатическими изменениями. Подобные колебания концентрации радона происходят не только в атмосфере, но и почвах, особенно на малых глубинах. На колебания концентрации радона в атмосфере существенное влияние оказывают температура (среднее значение и амплитуда колебания, разность температур почвы и атмосферы), атмосферное давление, тип (снег, дождь, туман) и интенсивность осадков. [9]

2. Методика исследования

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования. Был использован Аэрозольный Альфа-Радиометр радона РАА-3-01 «АльфаАЭРО.»

Рисунок. 5. - Общий вид радиометра

Радиометр предназначен для измерения эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) дочерних продуктов распада радона-222 и торона в воздухе, а также для измерения объемной активности (ОА) радона-222 в воздухе.

Радиометр применяется для оценки среднегодового значения ЭРОА радона в воздухе помещений при проведении радиационно-гигиенических обследований жилых, общественных и производственных зданий, а также для радиационного контроля в подземных сооружениях и на местности.

Основные технические характеристики РАА-3-01 «АльфаАЭРО»:

Диапазон измерений ЭРОА радона и торона, а также ОА радона в воздухе, Бк/м3…….…от 1 до 106

Основная относительная погрешность измерений ЭРОА радона и торона, %…………….……….±30

Основная относительная погрешность измерений ОА радона в воздухе, %……………………… ±50

Скорость прокачки воздуха, л/мин………………………от 7 до 9

Нестабильность показаний за 24ч работы, %, не более …… ±5

Время выхода в рабочий режим, с, не более …...................…. 5

Отбор пробы выполняется на аналитический фильтр АФА-РСП-3 (ТУ 95 7183-76). Используемые в приборе фильтры являются одноразовыми.

Принцип действия радиометра основан на регистрации полупроводниковым детектором альфа-излучения дочерних продуктов распада (ДПР) радона и торона, осажденных на фильтр путем прокачки через него воздуха с заданной скоростью. В основу определения среднегодовой ЭРОА радона прибором положена зависимость между ЭРОА радона и разностью температур воздуха в закрытых помещениях зданий с естественной вентиляцией [4] [1]

где ЭPOARn, ЭPOATn - измеренные значения ЭРОА радона и торона в закрытом помещении, Бк/м3;(x) - функция температурного поправочного коэффициента;

Т внутр, Т внутр - измеренная и среднегодовая температуры воздуха внутри закрытого помещения, °С;

Т внутр, Т внутр - измеренная и среднегодовая температуры воздуха снаружи здания, °С.

Неопределенность оценки среднегодового значения ЭРОА изотопов радона (Δ) рассчитывается автоматически прибором по формулам:

где δRn, δTn - статистическая неопределённость (Р=0,95) измерения ЭРОА радона и торона в помещении, отн. Ед.;

δСИ - неопределенность, обусловленная погрешностью средств измерения (СИ) и метода, отн. Ед.;

где δf - методическая неопределенность (Р=0,95), связанная с погрешностью определения функции F(х), которая оценивается на уровне 0,55 при продолжительности измерения не более часа, или 0,45 при периодических измерениях в течении 24 часов;

δε - систематическая погрешность радиометра (не более 0,15), отн.ед.;

δw - допустимое отклонение от заданной скорости прокачки воздуха в радиометре (не более 0,05), отн.ед.;

δχ - неопределённость, обусловленная погрешностью значения аргумента функции температурного поправочного коэффициента (не более 0,07).

Измерения проводятся во время пробоотбора одновременно в двух энергетических диапазонах альфа-излучения по двум измерительным каналам. Это позволяет по измеренному соотношению объемных активностей ДПР радона в воздухе - Po-218 и Bi-214 (Po-214), определять ЭРОА радона в течение пробоотбора, а также с удовлетворительной точностью выполнять расчет ОА радона в воздухе закрытых помещений. Определение ЭРОА торона выполняется после выдержки фильтра (через 7-30 часов), который ранее использовался при измерении ЭРОА радона.

В качестве обработанного результата измерения принимается среднегодовое значение ЭРОА изотопов радона ЭРОА (Бк/м3) в воздухе помещений и неопределенность Δ (Бк/м3), вычисленные программой расчета радиометра по специальному алгоритму, с использованием констант метрологических параметров, хранящихся в памяти радиометра.

Для оценки ЭРОА изотопов радона и среднегодовой ЭРОА проводят краткосрочные и мониторинговые измерения.

Для проведения краткосрочного измерения ЭРОА и ОА радона и температуры воздуха в помещении необходимо:

1.      Выдержать помещение в течение суток с закрытыми окнами, дверями и отключенной принудительной вентиляцией

2.      Установить прибор в затенении на высоте на удалении 1 м от стен и пола

.        Включить

.        Провести контроль

.        Измерить фон

.        Указать адрес

.        Ввести значения температур воздуха (температура в помещении измеряется встроенным датчиком автоматически)

.        Провести измерение в течение 1800 секунд.

.        Для оценки среднегодовой ЭРОА изотопов радона указывается температура наружного воздуха в момент измерения (по данным фактической погоды с сайта Гидрометцентра России), среднегодовая температура воздуха в г. Йошкар-Ола, среднегодовая температура для офисных помещений (по методике она составляет 20-24°С).[4]

.        Через 7-30 ч. Проводится измерение ЭРОА торона с использованием экспонированных ранее фильтров в соответствующих помещениях.

.        Прибор автоматически корректирует результаты измерений радона-222 (с учетом торона) и рассчитывает среднегодовую ЭРОА.

Для проведения долгосрочных измерений ЭРОА радона и температуры воздуха в помещении в режиме «монитора»:

1.      Выдержать помещение в течение суток закрытым.

2.      Установить прибор на высоте на удалении .

.        Включить через зарядное устройство на весь период мониторинга.

.        Провести контроль.

.        Измерить фон.

.        Указать адрес.

.        Ввести значения температур воздуха (температура в помещении измеряется встроенным датчиком автоматически).

.        Задать продолжительность периода регистрации (2-х часовой).

.        Для оценки среднегодовой ЭРОА изотопов радона указывается средняя температура наружного воздуха за период мониторинга (по данным фактической погоды с сайта Гидрометцентра России), среднегодовая температура воздуха в г. Йошкар-Ола, среднегодовая температура для офисных помещений (по методике она составляет 20-24°С). [4]

.        Для оценки среднегодовой ЭРОА изотопов радона указывается средняя температура наружного воздуха за период мониторинга (по данным фактической погоды с сайта Гидрометцентра России), среднегодовая температура воздуха в г. Йошкар-Ола, среднегодовая температура для офисных помещений (по методике она составляет 20-24°С). [4]

.        После ввода температурных параметров прибор автоматически корректирует результаты измерений и рассчитывает среднегодовую ЭРОА.

В процессе мониторинга радиометр усредняет измеренные в периодах значения ЭРОА радона и температур воздуха в помещении, а также фиксирует результаты измерения по каждому периоду.

Во время измерения не допускается попадание прямых солнечных лучей на панель пробоотборника. После окончания работы с радиометром необходимо оставлять в пробоотборнике чистый фильтр для предохранения детектора.

В целом, для оценки среднегодовой ЭРОА радона с минимально возможной неопределенностью длительность мониторинга (в зависимости от уровня ЭРОА в помещении) рекомендуется срок измерения не менее 24 часов при не более 3-х часовой продолжительности периода регистрации.

При обследовании общественных и жилых зданий руководствуются Методическими указаниями Проведение радиационно-гигиенического обследования жилых и общественных зданий [1]

Приведем дополнительные методические рекомендации в соответствии с данным документом:

Измерения проводятся при штатном режиме принудительной вентиляции (при ее наличии).

Измерения рекомендуется проводить при наиболее высоком для данной местности барометрическом давлении и слабом ветре.

Число и расположение подлежащих обследованию помещений определяется заказчиком по согласованию с территориальным центром госсанэпиднадзора.

Подходы к выбору помещений: обследуются все функциональные типы помещений (за исключением, как правило, ванных и туалетных комнат, кухонь, кладовых), расположенные на каждом этаже и в каждом подъезде многоэтажного здания, включая подвал.

В каждом обследуемом помещении (квартире) проводится одно измерение ЭРОА изотопов радона. При больших размерах обследуемого помещения количество измерений увеличивается из расчета: одно измерение на каждые 50 м2.

При трудностях в определении количества обследуемых помещений проводится оценка потенциальной радоноопасности территории застройки вблизи обследуемого здания с учетом следующими факторов (по мере значимости):

ЭРОА или ОА изотопов радона в принимаемых в эксплуатацию или эксплуатируемых зданиях, расположенных на данной территории застройки вблизи обследуемого здания;

j - плотностью потока (мБк/с•м2) радона с поверхности земли;

CRn - ОА радона в почвенном воздухе на глубине 1 м от поверхности земли;

Cra - удельной активностью радия-226 в слоях пород геологических разрезов.

По данным показателям устанавливается категория потенциальной радоноопасности территории (таблица 1).

Таблица 1 - Приближенная оценка потенциальной радоноопасности территорий

В зависимости от результатов измерений принимаются следующие решения:

помещения отвечают требованиям НРБ-99;

необходимо провести дополнительные исследования (при этом указывается, какие и в каком количестве);

необходимо проведение защитных мероприятий (по снижению ЭРОА радона);

здание (часть помещений здания) следует перепрофилировать (или снести).

Если во всех обследованных помещениях (не считая подвальных помещений) выполняется условие ЭРОАср+Δ<ЭРОАН, то здание можно считать радонобезопасным.[5]

3. Характеристика объектов исследования

В качестве объектов обследования нами было выбрано жилое двухэтажное здание.

Дом выстроен из красного кирпича.

Измерения проводились на кухне и в жилой комнате на каждом этаже, а также в земляном подполье с помощью прибора аэрозольный альфа-радиометр радона РАА-3-01 «АльфаАЭРО» в режиме «пробоотбор-измерение» в течение 30 минут. А также для более точного результата изменения количества радона прибор был установлен в подполье и на кухне первого этажа в режиме «монитор» в течение недели.

В кухонных помещениях имеются газовые плиты. Во всех помещениях - естественная вентиляция. Пластиковые окна отсутствуют. На зиму окна утепляются.

Источниками поступления радона в здание могут быть: грунт, строительные материалы, природный газ и водопроводная вода.

4. Результаты исследования

С апреля по май 2011 года проводились краткосрочные измерения содержания радона в указанных местах жилого помещения.

Среднегодовая температура в г. Йошкар-Ола нами была определена по данным Ботанического сада МарГТУ, t = 2.6°С, срочные (текущие) температуры наружного воздуха брались по данным текущей информации с сайта Гидрометцентра России для метеостанции г. Йошкар-Ола [10].

Результаты краткосрочных измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты краткосрочных измерений содержания изотопов радона в воздухе

По полученным результатам, максимальное содержание ЭРОА радона, ОА радона, ЭРОА торона было выявлена первом этаже. Это обуславливается тем, что основным источником радона является грунт и теплоузел. Минимальное количество радона было выявлено в комнате на четвертом этаже, так как в комнате окна плохо закрыты и помещение немного проветривалась в момент измерения.

Тем не менее результаты измерений показали, что все обследованные помещения соответствуют санитарным нормативам, т.к. значения с учетом неопределенности измерений безусловно удовлетворяют критерию:

ЭРОАср+Δ < ЭРОАН,

где ЭРОАср оценивается автоматически прибором по формулам:

ЭРОАср (Бк/м3) - нормируемая величина среднегодового значения ЭРОА изотопов радона в воздухе помещения, согласно НРБ-99, выражается в виде

ЭРОАср = ЭРОАRn + 4,6 • ЭРОАTn , где 3POARn, ЭРОАTn - среднегодовые значения ЭРОА радона и торона в помещении, Бк/м3.

ЭРОАН - значение норматива, Бк/м3. В соответствие с НРБ-99/2009 ЭРОАН дочерних продуктов радона и торона в воздухе эксплуатируемых жилых и общественных помещений не должно превышать 200 Бк/м3.

В закрытых помещениях зданий с естественной вентиляцией сложность достоверной оценки ЭРОА связана с существенными временными вариациями ЭРОА радона и торона, обусловленными изменяющейся кратностью воздухообмена. Поэтому по результатам краткосрочной оценки в помещениях с максимальными значениями ЭРОАср. (первый и четвертый этаж) для более точной оценки среднегодового значения ЭРОА и определения динамики содержания радона провели измерения в режиме монитора. Результаты измерений приведены в таблице 3 и 4 и на рисунке 4.

Таблица 3 - Данные по периодам измерений на первом этаже.

Таблица 4 - Данные по периодам измерений в четвертом этаже.

Температура воздуха снаружи бралась с сайта Росгидрометцентра [10]

По данным ЭРОА был построен график.

Рисунок 6. - Изменение показателей ЭРОА на первом и в четвертом этаже

Значения среднегодовой ЭРОА составляют для 1 этажа 4,1 Бк/м3, для четвертого этажа 3,4 Бк/м3, что значительно ниже гигиенических нормативов для эксплуатируемых зданий (200 Бк/м3), т.е. здание можно считать радонобезопасным, а прилегающую территорию - отнести к I категории потенциальной радоноопасности (ЭРОАсреднегод менее 25 Бк/м3). ОА также ниже гигиенических нормативов. Для первого этажа составляет 11,3 Бк/м3, для четвертого этажа 18,4 Бк/м3. Максимальное значение ЭРОА за период было выявлено на первом этаже - 19,4 Бк/м3.

Таким образом, обследованное жилое помещение безусловно соответствует нормам радиационной безопасности. Для безопасной эксплуатации помещений и снижения максимальных разовых концентраций можно рекомендовать мероприятия по проветриванию и вентилированию помещения в рабочее и учебное время.

Заключение

Считается, что радон - второй по частоте (после курения) фактор, вызывающий рак лёгких. Поэтому осуществляемая в России радоновая дозиметрия направлена на разработку единой системы нормативно-методических документов и аппаратурных средств для широкомасштабного радиационного мониторинга во всех регионах страны, обеспечивающей исключение экстремально высоких индивидуальных доз и экономически целесообразное снижение коллективной дозы облучения населения от природных источников ионизирующего излучения. Все это направлено на снижение вредного воздействия радона, на здоровье людей.

В ходе работы была изучены нормативные документы, регламентирующие методику контроля и содержание радона в воздухе помещений. Определено содержание радона в воздухе жилого помещения, расположенного на двух этажах. Установлено, что обследованное помещения безусловно соответствуют нормам радиационной безопасности. Само здание можно считать радонобезопасным, а прилегающую территорию - отнести к I категории потенциальной радоноопасности (ЭРОАсреднегод менее 25 Бк/м3). Освоена методика оценки содержания радона в воздухе помещений и приобретены навыки работы с аэрозольным альфа-радиометром радона РАА-3-01 «АльфаАЭРО».

Литература

1.   Цапалов, А.А. Оценка среднегодового уровня ЭРОА радона в помещениях на основе результатов краткосрочных измерений радиометром “АльфаАЭРО” / А.А. Цапалов // “АНРИ”. - 2008. - №3(54), С. 49-58.

2.      СП 2.6.1.758-99. Нормы радиационной безопасности (НРБ -99/2009). - Москва, 2009.

.        СП 2.6.1.799-99 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99)». - Москва, 1999.

.        Методика экспрессного определения среднегодовой ЭРОА изотопов радона воздухе помещений с использованием альфа-радиометра РАА-3-01 «АльфаАЭРО». - Менделеево, 2008. - 15 с.

.        МУ 2.6.1.715-98. Проведение радиационно-гигиенического обследования жилых и общественных зданий. - Москва, 1998.