Хоботова Э. Б., д-р хим. н., Уханёва М. И.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

радиоактивность многокомпонентного бетона и радиационный фон в помещениях

Основными источниками облучения человека являются естественные радионуклиды (ЕР) окружающей среды. Доза гамма-излучения в помещении определяется эффективной удельной активностью ЕР (С_эф.) в используемых строительных материалах, которая зависит от вида стройматериала, сырья для его производства, типа месторождения и других причин [1].

Целью работы являлось изучение влияния состава бетона на содержание ЕР и величину γ-фона, создаваемого данным материалом в помещениях.

Гамма-спектрометрическим методом в составе исследованных образцов стройматериалов и промышленных отходов были обнаружены ЕР ²²⁶Ra, ²³²Th и ⁴⁰K. Песок речной характеризовался содержанием только двух ЕР – ²³²Th и ⁴⁰K. Экспериментальные данные по средним удельным активностям ЕР в стройматериалах представлены в табл. 1.

Таблица 1

Средние эффективные удельные активности стройматериалов и сырья для их производства

№ п/п	Материал	Обозначение	Количество образцов	Среднее значение Cэф., Бк/кг
1	Цемент	Ц	6	81,2
2	Песок	П	3	15,2
3	Щебень гранитный	Щ	3	139,0
4	Шлак доменный	ШД	4	82,4
5	Зола	З	4	224,0
6	Шлак топливный	ШТ	3	250,3
7	Шлак угольный	ШУ	28	178,8
8	Отработанная формовочная смесь	ОФС	1	39,4

Согласно величине С_эф. все исследуемые материалы относятся к I классу радиационной опасности стройматериалов, используемых в строительстве без ограничения (С_эф. ≤ 370 Бк/кг) [2]. Однако, для гранитного щебня и топливных отходов (зола, угольный шлак, топливный шлак) установлено превышение среднего значения С_эф. для строительных материалов по СНГ (93 Бк/кг) и по Украине (106 Бк/кг) [1]. Использование таких материалов в качестве вяжущего компонента и заполнителя может привести к повышению средней С_эф. готового многокомпонентного бетона и к увеличению дозы облучения людей за счет гамма-излучения ЕР строительных материалов.

Результаты расчета средней С_эф. многокомпонентного бетона различных составов с учетом массовых вкладов его составляющих, в качестве которых рассматривались исследованные отходы и материалы, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты расчёта С_эф., D_пом., ΔD_ЕР для многокомпонентных бетонов

№ варианта бетона	Вяжущее		Наполнитель		Сэф., Бк/кг	Dпом., мкЗв/год	ΔDЕР, мкЗв/год
	состав	содержание, %	состав	содержание, %
1	Ц	20	П:Щ	30:50	90,3	428,0	123,0
2	Ц:З	12:8	П:Щ	30:50	101,7	482,1	177,1
3	Ц:З	12:8	ОФС:Щ	30:50	109,0	516,7	211,7
4	Ц:ШД	12:8	ОФС:ШТ	30:50	153,3	726,6	421,6
5	Ц:З	12:8	П:ШУ	30:50	121,6	576,4	271,4
6	Ц:З	12:8	ОФС:ШТ	30:50	164,6	780,2	475,2
7	Ц	20	ШТ	80	216,5	1026,2	721,2

Анализ полученных результатов показал, что в бетоне на гранитном щебне (варианты бетона № 1, 2, 3) наибольший вклад в С_эф. вносит крупный заполнитель – щебень. На долю щебня приходится от 63,8 до 77% ЕР бетона. В случае использования смешанного цементно-зольного вяжущего (варианты составов № 2, 3, 5, 6) вторым компонентом по вкладу в C_эф. бетона является зола (до 17,6% ЕР), несмотря на ее наименьшее содержание в составе бетона. Замена гранитного щебня на топливный шлак приводит к возрастанию C_эф. бетона (варианты № 4, 6) на 33,8%. При замене щебня на угольный шлак (вариант № 5) C_эф. бетона возрастает на 16,4%. Для варианта бетона № 7 на долю топливного шлака (80%) приходится 92,5% ЕР бетона.

То есть основная опасность при использовании строительных материалов обусловлена применением в их составе отходов промышленности, содержащих повышенные удельные активности ЕР, что может привести к возрастанию γ-фона в жилых помещениях и увеличению дозы облучения людей.

Результаты расчетов доз облучения показывают, что величина годовой эффективной эквивалентной дозы гамма-облучения в бетонных помещениях D_пом. и дозы, полученной за счет гамма-излучения ЕР стройматериалов, ΔD_ЕР определяются активностью заполнителей. Средняя величина D_пом. для стран СНГ составляет 411-350 мкЗв/год [1]. Согласно нашим расчетам она будет превышена для всех составов бетона, особенно значительно для вариантов бетона № 4, 6, 7, что связано с применением топливного шлака, характеризуемого высоким значением С_эф., в качестве заполнителя. Для этих же вариантов бетонов превышено среднее значение ΔD_ЕР по СНГ (100 мкЗв/год [1]) от 4,2 до 7,2 раз. Максимальная доза облучения за счет гамма-излучения ЕР стройматериалов составит 721,2 мкЗв/год, а за 50 лет жизни – 0,036 Зв. Эта величина меньше дозы облучения населения за счет ЕР и при медицинских процедурах (0,1-0,2 Зв за 50 лет).

Таким образом, контролируя радиоактивность и содержание заполнителей в составе многокомпонентных бетонов, можно получать строительные материалы с низкими значениями эффективной удельной активности, что способствует снижению дозы облучения людей.

Литература:

1. Управление радиационным качеством строительной продукции: Учебное пособие. – М.: изд-во АСВ, 2000. – 236 с.

2. Нормы радиационной безопасности Украины (НРБУ-97) и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизированных излучений. – К, 1998. – 159 с.