Хоботова Э. Б., д. х. н., Уханёва М. И., Сапада А. В., Белай С. Ю.
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКАЯ
ОЦЕНКА угольных шлаков
Основными источниками
облучения человека являются естественные радионуклиды (ЕР) окружающей среды. К
этим источникам, в первую очередь, относятся строительные материалы,
радиоактивность которых является главной составляющей технологически
измененного фона.
Доза γ-излучения в помещении
определяется в основном эффективной удельной активностью ЕР в используемых строительных материалах. А удельная активность,
в свою очередь, зависит от вида стройматериала; сырья, используемого для его
производства; типа месторождения и других причин. Немаловажной причиной в
последнее время стало применение в строительной отрасли различных отходов
производства. Высокая удельная активность характерна для зол, шлаков,
фосфогипса, красного шлама и других отходов. Результатом является повышение
дозы γ-облучения людей, находящихся в каменных зданиях.
Целью работы являлось
исследование радиоактивности угольных шлаках восточных регионов Украины,
используемых при изготовлении бетонов.
Гамма-спектрометрическим
методом в составе угольных шлаков были обнаружены ЕР 226Ra, 232Th, 40K, 137Cs. Экспериментальные данные по удельным
активностям радионуклидов представлены в таблице 1. Содержание отдельных
радионуклидов оказалось выше, чем средние значения по СНГ и Украине. Так
удельная активность 232Th (CTh), выше средней CTh-232 по СНГ (25,5 Бк·кг-1) и
по Украине (33 Бк·кг-1) в образцах угольных шлаков № 1-10. CRa-226 всех исследуемых образцов превышала
среднюю CRa-226 по СНГ (26,6 Бк·кг-1) и по Украине (28 Бк·кг-1).
Средняя величина CК-40 по СНГ (392 Бк·кг-1) и по Украине (407 Бк·кг-1)
превышена в образцах № 1-4, 6-7, 9.
По величинам удельных
радиоактивностей рассчитано два варианта эффективной удельной активности ЕР (Сэф.),
используемой для сравнительных оценок радиоактивности стройматериалов. Сэф.(1)
рассчитывали по уравнению (1), а Сэф. (2) – по уравнению (2):
Сэф. (1)
= СRa + 1,31∙CTh + 0,085∙CK , (1)
Сэф. (2)
= СRa + 1,31∙CTh + 0,085∙CK + 0,31∙ССs-137 + 0,874∙ССs-134 . (2)
Расчетные данные представлены в
таблице 1. Согласно величине эффективной удельной активности ЕР все исследуемые
шлаки относятся к I классу радиационной опасности стройматериалов, используемых в
строительстве без ограничений. Для них должно выполняться условие
Сэф.
≤ 370 Бк·кг-1. (3)
Для образцов № 1-9, 12
величина Сэф. превышает среднюю Сэф. по СНГ (93 Бк·кг-1)
и по Украине (106 Бк·кг-1). Использование таких угольных шлаков в
качестве вяжущего и заполнителя может привести к повышению 
готового
многокомпонентного бетона и к увеличению дозы облучения людей за счёт
гамма-излучений ЕР готовых стройматериалов. В таблице 2 и таблице 3 приведены
результаты расчёта многокомпонентного
бетона с учетом массовых вкладов его составляющих по формуле
Бк·кг-1, (4)
где Ni
– массовые доли составляющих бетонов;
Cэф. i – их эффективные удельные активности.
Рассмотрено два варианта
состава бетона:
1 – цементное вяжущее
(Ц), смешанный мелкий заполнитель – шлак (Ш) и отработанная формовочная смесь
(ОФС) (Сэф. ОФС = 39,4 Бк·кг-1);
2 – цементное вяжущее (Сэф.
Ц = 81 Бк·кг-1) и мелкий заполнитель шлак.
Величину годовой
эффективной эквивалентной дозы γ-облучения Dпом. рассчитывали по формуле
,мкЗв·год-1, (5)
а величину дозы, полученной за счет
γ-излучения ЕР стройматериалов, ΔDЕР по разности
мкЗв·год-1, (6)
где 305 мкЗв·год-1 – это
доза, которую получили бы люди, находясь весь год на открытой местности (для географических
широт Украины).
Таблица 2 – Значения 
бетона, Dпом. и ΔDЕР для бетонов с минимальной эффективной
удельной активностью шлака (Ш № 11)
|
№
|
Содержание
компонентов, %
|
,
Бк·кг-1
|
Dпом.,
мкЗв·год-1
|
ΔDЕР,
мкЗв·год-1
|
|
Вяжущее
|
Заполнитель
|
|
1
|
Ц
20
|
Ш : ОФС
30 : 50
|
63,44
|
300,7
|
–
|
|
2
|
Ц
20
|
Ш
80
|
89,64
|
424,9
|
119,9
|
Таблица 3 – Значения бетона, Dпом. и ΔDЕР для бетонов с максимальной
эффективной удельной активностью шлака (Ш № 2)
|
№
|
Содержание
компонентов, %
|
,
Бк·кг-1
|
Dпом.,
мкЗв·год-1
|
ΔDЕР,
мкЗв·год-1
|
|
Вяжущее
|
Заполнитель
|
|
1
|
Ц
20
|
Ш : ОФС
30 : 50
|
118,2
|
560,3
|
255,3
|
|
2
|
Ц
20
|
Ш
80
|
235,7
|
1117,2
|
812,2
|
Результаты расчетов
показывают, что Dпом. и ΔDЕР достаточно велики и, в основном,
определяются активностью шлака. Наибольшие значения доз характерны для второго
варианта состава бетона, в котором суммарный вклад шлака 80 %. В трёх вариантах
превышено среднее значение ΔDЕР по СНГ 100 мкЗв·год-1. Гамма-излучение бетонов с
максимальной эффективной удельной активностью угольного шлака превышает ΔDЕР от 2,5 до 8 раз за счет действия
γ-излучения стройматериалов.
, Бк·кг-1
