Радон – самый тяжелый из благородных газов, которые раньше, еще лет 20–30 назад, чаще называли инертными газами. Он не имеет ни запаха, ни вкуса, прозрачен и бесцветен. Его плотность при 0°С равна 9,81 кг/м3, т. е. почти в 8 раз больше плотности воздуха.
Радон - наиболее редкий и самый тяжелый радиоактивный газ; он обладает удивительными свойствами: при температуре, равной минус 62 С он превращается в бесцветную жидкость, которая в семь раз тяжелее воды и которая флюоресцирует ярким голубым или фиолетовым цветом. Около минус 71 С° радон становится твердым и непрозрачным веществом, излучающим голубое сияние. Радон без нагревания испускает тепло и со временем может образовывать:, твердые радиоактивные элементы.
Радон в 110 раз тяжелее водорода, в 55 раз тяжелее гелия и в 7,5 раз тяжелее воздуха. Один литр газа весит около 9,9 грамм. Однако, пока эти сведения не проверены, так как чтобы получить один литр радона из солей радия, нужно около 500 кг радия. Да если бы такой объем газа и был получен каким-либо образом, то, по словам профессора Резерфорда, ученого, открывшего радон в 1900 году, никакой сосуд не мог бы удержать его, так как количество тепла, испускаемое радоном, расплавило бы сосуд, в который его заключили.(П.Р.Таубе, Е.И.Руденко, ”От водорода до нобелия?”). Радон химически инертен и реагирует только с сильными фторирующими реагентами. Все изотопы радона радиоактивны и довольно быстро распадаются: самый устойчивый изотоп 222 Rn имеет период полураспада 3,8 сут., второй по устойчивости – 220 Rn (торон) – 55,6 с.
Почему радон, имея только короткоживущие изотопы, не исчезает из атмосферного воздуха совсем? Оказывается, он постоянно поступает в атмосферу из земных пород: 222 Rn – при делении ядер 238 U, а 220 Rn – при делении ядер 232 Th. Пород, содержащих уран и торий, в земной коре довольно много (например, граниты, фосфориты), поэтому убыль компенсируется поступлением и в атмосфере существует некая равновесная концентрация радона. Казалось бы, роль этого крайне редкого, инертного, неустойчивого химического элемента в нашей жизни не может быть не только значительной, но даже просто заметной. Однако это совсем не так. Точнее, лет 20 назад стали считать, что это может быть и не так.
Изотоп 222Rn дает примерно 50–55% дозы облучения, которое ежегодно получает каждый житель Земли, изотоп 220Rn прибавляет к этому еще ~5–10%. Однако исследования показали, что в отдельных местностях радоновое облучение во много раз и даже на несколько порядков может превышать средние величины.
ГЕОЛОГИЯ РАДОНА
Образование и распространение радона изучает геология, поскольку именно горные породы являются его первоисточником. В первую очередь содержание радона в окружающей среде зависит от концентрации материнских элементов в породах и почвах, Поэтому первое представление о распространении радона в окружающей среде может дать геологическая карта.
Несмотря на то, что радиоактивные элементы встречаются в тех или иных количествах повсеместно, распределение их в земной коре очень неравномерно. Наиболее высокие концентрации урана свойственны изверженным (магматическим) породам, в особенности гранитом. Высокие концентрации урана также могут быть приурочены к темноцветным сланцам, осадочным породам, содержащим фосфаты, а также метаморфическим породам, образовавшимся из этих отложений. Естественно, что и почвы, и обломочные отложения, образовавшиеся в результате переработки вышеназванных пород, также будут обогащены ураном.
Кроме этого основными источниками - содержателями радона являются горные и осадочные породы, содержащие уран (радий.):
* - бокситы и углистые сланцы тульского горизонта нижнего карбона, залегающие на глубинах от 0 до 50 м и с содержаниями урана более 0,002%;
* - углеродисто-глинистые диктионемовые сланцы, глауконитовых и оболовых песков и песчаников пакерортского, цератопигиевого и латоринского горизонтов нижнего ордовика, залегающие на глубинах от 0 до50 м с содержанием урана более 0,005%.
* - углеродсодержащие гравелиты, песчаников и алевролитов гдовского горизонта венда, залегающие на глубинах от 0 до 100 м с содержанием урана более 0,005 %;
* - граниты рапакиви верхнего протерозоя, залегающие приповерхностно и имеющих содержание урана более 0,0035 %;
* - калиевые, микроклиновые и плагиомикроклиновые граниты протерозойско-архейского возраста с содержанием урана более 0.005 %;
* - гранитизированные и мигматизированные архейские гнейсы, залегающие приповерхностно, в которых урана более 3,5 г/т.
В результате радиоактивного распада атомы радона попадают в кристаллическую решетку минералов. Процесс выделения радона из минералов и пород в паровое или трещинное пространство получил название эманирования. Не все атомы радона могут выделиться в поровое пространство, поэтому для характеристики степени высвобождения радона используется коэффициент эманирования. Его величина зависит от характера породы, ее структуры и степени ее раздробленности. Чем меньше зерна породы, чем больше внешняя поверхность зерен, тем активнее идет процесс эманирования.
Дальнейшая судьба радона связана с характером заполнения порового пространства породы. В зоне аэрации, то есть выше уровня грунтовых вод, поры и трещины пород и почв заполнены, как правило, воздухом. Ниже уровня грунтовых вод все пустотное пространство пород заполнено водой (в нефтегазоносных районах оно может быть также заполнено нефтью и газом). В первом случае радон как всякий газ распространяется по законам диффузии. Во втором - может также мигрировать вместе с водой. Дальность миграции радона определяется его периодом полураспада. Поскольку этот период не очень велик, дальность миграции радона не может быть большой. Для сухой породы она больше, однако, как правило, радон мигрирует в водной среде. Именно поэтому наибольший интерес представляет изучение поведение радона в воде.
Основной вклад в распространение радона вносят так называемые диктионемовые сланцы нижнего ордовика, места, распространения которых являются наиболее радоноопасными территориями России. Диктионемовые сланцы протягиваются полосой шириной от 3 до 30 км. от г. Кингисепп на западе до р. Сясь на востоке, занимая площадь порядка 3000 кв. км. На всем протяжении сланцы обогащены ураном, содержание которого варьирует в пределах от 0.01% до 0.17%, а суммарное количество урана составляет сотни тысяч тонн. В области Балтийско-Ладожского уступа сланцы выходят на дневную поверхность, а к югу погружаются на глубину до первых десятков метров.
С 1992 г. на площади развития сланцев производится экспозиционная эманационная съемка с целью выявления радонопроводящих зон и полей в грунте. На 18 рекогносцировочных профилях общей длинной 110.18 км., выполнено 5500 измерений. Фоновые концентрации радона в почвенном воздухе составляют 15 Бк/л, что в три раза выше регионального фона в Ленинградской области. При этом отчетливо выделяются три уровня аномальных полей: первый 34-67 Бк/л., (на который приходится 40.9% общей длины профилей), второй 68-135 Бк/л. (12.5% длины профилей) и третий 136 Бк/л. и выше (2.8% длины профилей). Ожидается, что в пределах радоноопасных зон и полей с концентрацией радона в грунтовом воздухе выше 67 Бк/л., охватывающих площадь порядка 450 кв.км., объемная эквивалентная равновесная активность радона в помещениях будет превышать 100 Бк/куб.м., что обуславливает эффективную ежегодную дозу облучения свыше 5 мЗв в год. Такие территории, в соответствии с действующими “Критериями оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия” (М., 1992 г.), относятся к территориям чрезвычайной экологической ситуации и находящиеся на них населенные пункты должны быть подвергнуты первоочередному радиационному обследованию на содержание радона в воздухе помещений.
Проводниками радона под землей являются региональные разломы, заложенные в допалеозойское время, и разломы, активизированные в мезо-кайонозойское время, с помощью которых радон появляется на поверхности земли и частично концентрируется в рыхлых слоях пород земли.
Основным источником поступления радона в воздух помещений является геологическое пространство под зданием. Радон легко проникает в помещения по проницаемым зонам земной коры. Здание с газопроницаемым полом, построенное на земной поверхности, может увеличивать поток радона, выходящего из земли, до 10 раз за счет перепада давления воздуха в помещениях здания и атмосфере. Этот перепад оценивается в среднем величиной около 5 Па и обусловлен двумя причинами: ветровой нагрузкой на здание (разрежение, возникающее на границе газовой струи) и перепадом температур между комнатным воздухом и атмосферой (эффект дымовой трубы).
Содержание радона в воздухе помещений зависит от его содержания в почве и подстилающих породах, их эманирующей способности, климатических условий конструкции зданий и системы их вентиляции и кратностью воздухообмена в помещении. Концентрации и потоки радона крайне неравномерны, они изменяются в очень широких пределах для различных регионов и видов зданий. По оценкам Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) индивидуальная суммарная доза облучения варьирует от 0,5 до 100 от модального значения дозы, причем она превышает не только предел дозы для ограниченной части населения от искусственных ИИИ (1 мЗв/год), но и может превышать предел дозы для профессионалов (20 мЗв/год).
Свой вклад в поток радона, поступающий в помещение, создает и его выход из строительных конструкций - радон может генерироваться строительными материалами при достаточно большом содержании в них урана и тория. Генерируется он вследствие того, что при строительстве здания был использован кирпич, изготовленный из глины ...
В исключительных случаях свой вклад в поступление радона в помещение может вносить его выход из водопроводной воды и бытового газа.
Радон в воде.
В США, примерно в 13600 случаев смерти от онкологических легочных заболеваний связывают с облучением от радона воздуха и приблизительно 200 случаев от облучения радоном, находящегося в питьевой воде. Каким образом радон попадает в питьевую воду? Он попадает в воду из окружающей почвы, а также гранитов, базальтов, песка с которыми соприкасаются водоносные слои. Поэтому концентрация радона в водах зависит от концентрации материнских элементов в горных породах, омываемых ею, коэффициента эманирования, пористости или трещиноватости горных пород и скорости движения воды (расхода потока). Рыхлые или трещиноватые породы характеризуются повышенными концентрациями радона (зоны тектонических нарушений, кора выветривания и т.д.). Кристаллические породы обычно имеют более высокую концентрацию урана, чем средние осадочные породы. Примером пород, которые имеют повышенную концентрацию урана, являются граниты, сиениты пегматиты, кислые вулканические породы, а также кислые гнейсы.
Подземные воды трещинных массивов кислых кристаллических пород обычно отличаются наиболее высокой концентрацией радона, достигающей 500 Бк/л и выше. Значительно ниже концентрация радона в водах основных изверженных пород. Трещинные воды известняков, песчаников, сланцев обычно имеют концентрацию радона в пределах 10-100 Бк/л. Однако, в отдельных случаях, и в этих породах могут встречаться повышенные концентрации радона. Подземные воды в горизонтах грунтовых вод, залегающих недалеко от поверхности, обычно имеют более низкую концентрацию радона, составляющую менее 50 Бк/л. В поверхностных водах концентрация радона, как правило, не превышает 2-5 Бк/л, главным образом, из-за того, что радон успевает распасться в течение существования воды в поверхностных условиях или уйти в атмосферу за счет аэрации.
В зависимости от геологических и гидрогеологических условий в различных районах земли создаются условия для формирования широкого спектра фоновых концентрации радона. Наряду с районами с пониженными фоновыми концентрациями радона в водах имеются территории с весьма высокими, “ураганными” содержаниями радона. Такие территории обнаружены в Бразилии, Индии, Канаде. В Иране известны родники с высокими концентрациями радона. Повышенными фоновыми концентрациями радона характеризуются скандинавские страны. Многочисленные зоны с высокой концентрацией радона в водах выявлены в США. В России выявлены зоны с концентрацией радона в воде в 300-400 Бк/л. Из-за разнообразия условий радононакопления в водах в разных странах приняты различные величины предельно допустимых концентраций радона, которые ограничивают использование вод с высоким содержанием радона. Так, в Финляндии предельно допустимые концентрации установлены на уровне 300 Бк/л, в Швеции - 300 Бк/л, в Ирландии - 200 Бк/л. В России нормы радиационной безопасности, принятые в 1999 году, устанавливают предельно допустимое содержание радона в воде в 60 Бк/л при отсутствии в воде других радиоактивных веществ. До этого "Санитарные правила и нормы для централизованного водоснабжения* разрешали пользоваться водой с содержанием радона до 120 Бк/л.
Как уже указывалось, опасность высоких концентраций радона в воде связана с несколькими обстоятельствами. Во-первых, это непосредственное потребление воды с повышенной концентрацией радона и продуктами его распада.
Во-вторых, значительная часть радона при использовании воды в бытовых целях переходит в воздух.
Радон в питьевой воде.
Обнаружить радон в питьевой воде довольно непросто, для этого нужна специальная аппаратура. Но если в используемой воде содержится много радона, то есть несколько простых способов снижения радона в используемой воде. Самый простой из них , это кипячение! Обычно люди потребляют большую часть воды в виде горячих напитков и блюд (супы, чай, кофе). При кипячении воды или приготовлении пищи радон в значительной степени улетучивается. Также заметно снизить концентрацию можно при использовании фильтров из активированного угля. Этот процесс называется адсорбцией. Активированный уголь обладает огромной адсорбирующей способностью (количество угля размером с горошину имеет активную поверхность равную половине футбольного поля). Свойства различных загрязнителей заставляют их закрепляться и задерживаться на адсорбенте (активированном угле).
Наибольшую опасность представляет поступление радона с водяными парами при пользовании душем, ванной парной и т. п. Так, при обследовании ряда домов в Финляндии, было выяснено, что концентрация радона в ванной комнате в 40 раз выше, чем в жилой. Всего за 22 минуты пользования душем концентрация радона достигает величины, которая в 55 раз превышает предельно допустимую концентрацию. В Швеции возникла острая проблема, связанная с проведением кампании за экономию энергии и тщательной герметизацией зданий: с 50-х до 70-х годов скорость вентилирования в домах уменьшилась более чем вдвое, а концентрация радона внутри домов увеличилась более чем в три раза! (Радиация... 1990). Есть над, чем подумать хозяевам квартир нашего города, забывающим при евроремонте об эффективной вентиляции.
В случае, когда для снабжения дома водой используются скважины, радон попадает в дом с водой и также может скапливаться в значительных количествах в кухнях и ванных комнатах. Дело в том, что радон очень хорошо растворяется в воде и при контакте подземных вод с радоном, они очень быстро насыщаются последним. В США уровень содержания радона в грунтовых водах колеблется от 10 до 100 Бк/л, в отдельных районах доходя до сотен и даже тысяч Бк/л.
Растворенный в воде радон действует двояко. С одной стороны, он вместе с водой попадает в пищеварительную систему, а с другой стороны, люди вдыхают выделяемый водой радон при ее использовании. Дело в том, что в тот момент, когда вода вытекает из крана, радон выделяется из нее, в результате чего концентрация радона в кухне или ванной комнате может в 30-40 раз превышать его уровень в других помещениях (например, в жилых комнатах). Второй (ингаляционный) способ воздействия радона считается более опасным для здоровья.
Агентство по охране окружающей среды США (USEPA) рекомендует в качестве рекомендованной предельную величину содержания радона в воде на уровне 300 pCi/l (что составляет 11.1 Бк/л), что однако не нашло пока отражения в американском национальном стандарте качества воды (этот параметр не нормируется). В недавно вышедших российских Нормах Радиационной Безопасности (НРБ-99) предельный уровень содержания радона в воде, при котором уже требуется вмешательство, установлен на уровне 60 Бк/кг.
Можно ли бороться с радоном в воде? Да и достаточно эффективно. Один из наиболее результативных методов борьбы с радоном - аэрирование воды ("пробулькивание" воды пузырьками воздуха, при котором практически весь радон в прямом смысле "улетает на ветер"). Поэтому тем, кто пользуется муниципальной водой беспокоиться практически не о чем, так как аэрирование входит в стандартную процедуру водоподготовки на городских водоочистных станциях. Что же касается индивидуальных пользователей скважинной воды, то исследования, проведенные USEPA, показали достаточно высокую эффективность активированного угля. Фильтр на основе активированного угля способен удалить до 99.7% радона. Правда со временем этот показатель падает до 79
В-третьих, при использовании такой воды в банях, душе почти весь радон переходит в воздух закрытых помещений. В результате, суммарная доза радиации при использовании воды с повышенной концентрацией радона может быть очень высокой. Так, по данным шведских ученых, более 60 000 шведов ежедневно потребляют воду с содержанием радона выше 1000 Бк/л, что приводит к 50 случаям заболеваний раком легких в год.
Радон в минеральных водах
Подземные воды, основным лечебным фактором которых является радон, пользуются большой популярностью во всем мире. Всемирно известные курорты Яхимов, Бромбах, Баден-Баден знамениты именно радоновыми водами. По существующим в нашей стране стандартам к радоновым минеральным водам относятся воды, содержание радона в которых превышает 185 Бк/л. Эта величина является довольно условной, так как необходимая интенсивность облучения может регулироваться временем. Об этом свидетельствует разнообразие норм, принятых в разных странах. Так, в Польше принята норма в 375 Бк/л, во Франции - 370, в Италии - 48 , в Чехии -1192, в Германии - 6885 Бк/л.
Радоновые воды используются в виде водных и грязевых ванн, воздушных ингаляций, для эманаторов. Они применяются при лечении нервной, сердечно-сосудистой систем, органов дыхания и пищеварения, опорно-двигательного аппарата, болезней обмена веществ.
Концентрация радона в минеральных водах колеблется в весьма значительных пределах. Так, в месторождении Барбанш-тейн (Австрия) концентрация радона достигает 2200, Баден-Баден (Германия) -780, Яхимов (Чехия) - 6290 Бк/л. В российских месторождениях, в большинстве случаев приуроченных к районам развития докембрийских и палеозойских кристаллических пород или горноскладчатым сооружениям, установлены следующие концентрации: Железноводское - 314, Кисловодское- 248, Белокуриха - 926, Дарасун - 847, Вишневогорский (Урал)- 552 Бк/л.
По величине концентрации радона выделяют (в Бк/л):
Очень слабо радоновые 185 - 740;
Слабо радоновые 740 - 1480;
Радоновые средней концентрации 1480 - 7400;
Высокородоновые >7400.
Как правило, какой-либо связи между минерализацией и составом лечебных вод с одной стороны и концентрацией радона - с другой, не устанавливается. Радоновые минеральные воды обладают разным химическим и газовым составом. Среди радоновых вод наибольшую ценность представляют воды, обогащенные углекислотой, кремнием, другими биологически активными элементами.
В Ленинградской области широкой известностью пользуется Сестрорецкий курорт, использующий низкорадоновые воды гдовского (нижнекотлинского) горизонта. В Х1Х веке непродолжительное время функционировал курорт на озере Лопухинка. Это уникальное радоновое озеро образовано рядом источников, содержание радона в которых достигает 400 Бк/л. К сожалению, замечательный природный объект в настоящее время находится в запущенном состоянии и для лечебных целей не используется. На территории Ленинградской области есть еще много источников, пользующихся у населения известностью как целебные. Большинство из них обязано своей популярностью именно радону, который способствует длительному хранению воды. Действительно, в области ресурсы радоновых вод, а, значит, и перспективы открытия новых курортных зон весьма велики. Много месторождений минеральных радоновых вод и в соседней Карелии. К их числу, например, относятся месторождения Кошкары, Карташи, Питкяранта.
РАДОН И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.
Мы часто говорим о неблагополучности окружающей среды, считая при этом, что опасность исходит прежде всего от загрязнения воздуха, воды и почвы. И, как правило, забываем, что большую часть времени мы проводим в помещении. Каждый сам может подсчитать, сколько времени он проводит в жилище. ( По некоторым данным до 90 %). Эксперты ВОЗ пришли к выводу, что “качество воздуха, характерное для внутренней среды различных построек и сооружений, оказывается более важным для здоровья человека и его благополучия, чем качество воздуха вне помещения”. Известен термин “жилищные болезни”, т.е. болезни, которые определяются характером жилищных условий человека. Повышение химизации нашего быта ведет к росту числа аллергических заболеваний. Более 25 % веществ, обнаруженных в воздушной среде жилища, обладают аллергическими свойствами. Существует термин “синдром больных зданий”, т.е. зданий, у жителей которых наблюдается ухудшение здоровья: головные боли, раздражение слизистых оболочек глаз, тошнота, головокружение и прочее. Чаще всего этот синдром наблюдается в недавно построенных или отремонтированных зданиях и, как правило, проходит через полгода. Однако есть группа “постоянно больных” зданий. Самым важным показателем, характеризующим жилище, является необходимый объем воздуха, т.е. объем пространства в помещении (воздушный куб), который должен быть предоставлен одному человеку. Он определяется двумя параметрами: площадью, приходящейся на одного жильца, и высотой помещения. Оптимальными являются – жилая удельная площадь квартиры не менее 17,5 м на человека и высота не менее 3 метров. Объем воздуха приходящийся при этих условиях на 1 человека превышает 50 м. куб. Установленная в 1957 году временная норма высоты комнаты 2,5 метра является основной в жилищном строительстве, хотя для формирования здоровой среды обитания необходима высота не менее 3 метров. Загрязненный воздух, как правило, концентрируется под потолком, и его толщина может достигнуть 0,75 м. и более. С учетом этого обстоятельства минимально допустимая высота помещения определяется следующим образом: 1,7 м (средний рост человека) + 0,75м (толщина слоя испорченного воздуха) + 0,5м (расстояние между головой и слоем испорченного воздуха) = около 3 метров.
Из-за обилия источников загрязнения в воздух жилища поступают сотни соединений. В 1986 году только летучих соединений было обнаружено более 300, а 1990 году их было уже более 900. Концентрация загрязняющих веществ внутри помещения зачастую выше, чем наружном воздухе (при этом разница может достигать 100-кратной величины). Именно жилище вносит основной вклад в химическую нагрузку на организм человека, связанную с воздухом. Двадцать пять лет назад Международное агентство по изучения рака (МАИР) начала работы по определению канцерогенных веществ, вредных для организма человека. Все оценивавшиеся экспертами канцерогенные факторы были разделены на 4 группы. В первую вошли факторы, несомненно, канцерогенные, во вторую – потенциально канцерогенные для человека, в третью – факторы, которые пока не могут быть классифицированы с точки зрения их канцерогенности для человека, в четвертую – не опасные для здоровья человека.
Существует статистическая связь заболеваемости злокачественными опухолями, склерозом, ишемической болезнью сердца, изменением поведенческих реакций и детским церебральным параличом с геопатогенными зонами (разломами),по которым радон перемещается и с помощью которых выходит на поверхность.
При дыхании в легкие за одну минуту попадают миллионы радиоактивных атомов радона, они избирательно накапливаются в некоторых органах и тканях, особенно в гипофизе и еоре надпочечников, этих двух важнейших железах внутренней секреции,определяющих гормональную активность организма и регулирующих деятельность вегетативной нервной системы, концентрируются также в сердце, печени и других жизненно важных органах. Растворяясь в крови и лимфе, радон и продукты его распада быстро разносятся по всему телу и приводят к внутреннему массированному облучению.
Опасность радона помимо вызываемых им функциональных нарушений (астматические приступы удушья, мигрень, головокружение, тошнота, депрессивное состояние и т.д.) заключается еще и в том, что вследдствие внутреннего облучения легочной ткани он способен вызвать рак самих легких.
По сведениям, приводимым в работах главного специалиста Центра экологических исследований, кандидата физико-математических наук А.Э.Шемьи-Заде, радон при его концентрации в домах, равной 25 Бк\м3, вызывает рак легких у 3-4 человек из 1 000 жителей (США), а при увеличении содержания радона в воздухе помещений до 200 Бк\м3 число больных возрастает в 10раз. Американское Агенство по защите окружающей Среды приводит статистические данные смертности от рака легких в результате радонового облучения
Именно от рака легких, вызванного действием радона, в 1916 году погиб английский физик Рамзай, изучавший этот газ; рак легких со смертельным исходом является наиболее тяжким следствием облучения радоном. Доза 1 мЗв увеличивает риск онкологического заболевания со смертельным исходом на 7,5. 10-5. Таким образом доза 2,4 мЗв/год увеличивает риск на 1,8 .10-4 чел./год или в 12.10-3 за 70 лет жизни.
Сидят люди в поликлинниках, ждут обследования или приговора, и удивляются: “Откуда только такие болезни берутся ?!”, и редкий пациент отдает себе отчет в том, что первая причина - именно состояние окружающей Среды, в которой прошла его жизнь и жизнь его близких.
Радон свободно растворяется в жирах и установлено, что радон накапливается в мозге человека - это приводит к заболеванию раком крови.
Радоновое лечение.
Биологическое действие радоновых вод зависит, как известно, от энергии излучения, главным образом, альфа-излучения, на долю которого приходится 92% всей поглощенной организмом энергии. По мнению ученых, главное преимущество альфа-частиц заключается в том, что лечебный эффект наступает при очень малых поглощенных дозах, полностью исключающих отрицательное влияние их на организм человека. Интегральная поглощенная доза радона невелика. Она не превышает 3,1-5,3 граммрад на курс лечения, оставаясь в пределах природного радиоактивного фона. Главной точкой приложения радона является кожа, поверхность которой составляет около 2 м2. Во время приема радоновой ванны происходит абсорбция короткоживущих продуктов распада радона - радия А, радия В, радия С - с последующим их распадом и выделением альфа-, бета-, и гамма-лучей. Исследованиями последних лет установлено, что большая часть радона (70%) во время приема радоновой воды абсорбируется кожей, образуя так называемый активный налет и воздействуя на нее альфа-частицами. Меньшая часть (30%) диффундирует в глубжележащие слои кожи, подкожно-жировую клетчатку, в незначительном количестве - в другие органы и ткани. Проникая в верхний слой кожи, альфа-частицы вызывают ионизацию молекул воды и белка в клетках с последующим выделением биологически активных веществ, действующих на нервные окончания кожи, которые обеспечивают связь с центральной нервной системой и внутренними органами. Нервные рецепторы кожи обеспечивают рефлекторную реакцию организма на внешнее воздействие физических и химических раздражителей. В коже заложены сложные механизмы регуляции периферического кровотока, иммунной и энергетической систем нашего организма. В связи с этим действие на кожу малых доз альфа-излучения вызывает общую ответную реакцию организма, способствующую восстановлению нарушенных функций. Следовательно, пусковые механизмы лечебного воздействия радоновых ванн, равно как и других бальнеофакторов, по мнению ученых (С. В. Сергеев, В. С. Зеленецкая), находятся в коже.
Таким образом, можно говорить о двух путях действия радона - нервно-рефлекторном, через нервные окончания кожи, и гуморальном - проникновение радона с током крови и лимфы в подкожно-жировую клетчатку и другие органы и ткани. Через 2,5 часа после радоновой процедуры радон полностью выводится из организма, а еще через два часа исчезают дочерние продукты. Итак, на протяжении нескольких часов после радоновой ванны в коже и в меньшей мере в других органах и тканях в результате альфа-облучения возникает состояние ионизации тканевой жидкости, которая изменяет направленность и интенсивность биохимических процессов, что служит пусковым механизмом восстановления нарушенных функций органов и тканей.
Такое разнообразное влияние радона обусловлено тем: - что для того, чтобы радон стал опасен для человека, необходимо совпадение трех факторов:
1. Наличие в геологической среде повышенных количеств урана-радия-радона.
2. Существование путей переноса эманации.
3. Наличие замкнутого пространства, в котором бы находился человек и куда бы поступал радон.
РАДОНОЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ.
Обеспечение радоновой безопасности- одна из важнейших проблем экологии, которая активно обсуждается в последние два десятилетия. Исследованиями последних лет надежно установлено, что более 60% дозы ионизирующего излучения на человека в год приходится от естественных природных источников излучения, при этом более 50% облучения обусловлено родоном и продуктами его распада.
Так как радон и, особенно, продукты его распада являются вредными для организма, то радиацию, излучаемую радоном, можно уменьшить если выбрать дом из природных материалов для строительства, таких как природный гипс, портландцемент, гравий, содержание радона в которых не превышает 30-50 Бк/кг; самое низкое содержание радона в дереве - 26 Бк/кг. Концентрация радона может меняться в зависимости от этажности здания; в квартирах первого этажа концентрация радона в 2-3 раза выше, чем в квартирах верхних этажей, так как проникновение радона в жилые помещения зависит от толщины и целостности межэтажных перекрытий, облицовки стен и полов, заделки щелей пола и стен.
Радон содержится в водопроводной воде и некоторых продуктах питания, но при кипячении воды и приготовлении горячих блюд некоторая часть радона улетучивается.
Но особую опасность представляет попадание радона в легкие путем вдыхания радона “перемешанного” с парами воды. Было выявлено, что концентрация радона в ванной комнате в три раза выше, чем на кухне и в 40 раз выше, чем в жилых комнатах. Так что рекомендуется ванную комнату проветривать как можно чаще. Схема распределения радона в комнатах жилых зданий показана на рис 2.
При строительстве новых зданий предусматриваются (должны предусматриваться.) выполнение радонозащитных мероприятий; ответственность за проведение таких мероприятий, а также за оценку доз от природных источников и осуществление мероприятий по их снижению, Федеральным законом “О радиационной безопасности населения” N3-Ф3 от 9.01.96г. и разработанными на его основе Нормами радиационной безопасности НРБ-96 от 10.04.96г, возлагается на администрацию территорий. Основные направления (мероприятия) Региональных и Федеральных программ “Радон” 1996-2000 гг. следующие:
* Радиационно-гигиеническое обследование населения и народно-хозяйственных объектов;
* Радиоэкологическое сопровождение строительства зданий и сооружений.
* Разработка и реализация мероприятий по снижению облучения населения.
* Оценка состояния здоровья и осуществление профилактических медицинских мероприятий для групп радиационного риска.
* Приборно-методическое и метрологическое обеспечение работ.
* Информационное обеспечение.
* Решение этих проблем требует значительных финансовых затрат.
В случае выявления жилых помещений, в которых среднегодовая эквивалентная объемная равновесная активность радона превышает 200Бк/куб.м., необходимо произвести комплекс радонозащитных мероприятий, включающих следующие меры:
* Изоляция подвалов зданий и перекрытий между подвалом и первым этажом от почвенного воздуха. Для этого по монолитно-фундаментной плите и по внутренней поверхности стен подвала устраивается герметичный противорадоновый ковер.
* Интенссивное проветривание подвальных помещений или создание промежуточного продуваемого пространства между подвалом и жилыми помещениями.
* Свободный газоотвод из почвы вне контуров здания, например путем устройства обратной засыпки экологически чистыми газопроницаемыми материалами.
* Изменение объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих минимальное использование строительных материалов с повышенными радиоактивностью и радоновыделением.
* Геметизация оконных и дверных проемов,обеспечение раздельной, в том числе принудительной, вентиляции помещений, независимо для каждого этажа.
* Отделка фасада и кровли здания материалами, предотвращающими скопление пыли и снижаюшими газопоглощение.
* Облицовка внутренних поверхностей, помещений или их покрытий специальной противорадоновой краской.
* В эксплуатируемых зданиях, до проведения изоляции подвальных помещений, можно рекомендовать жильцам:
* Настелить на пол линолиум без подкладки (которая может накапливать продукты распада радона);
* почаще проветривать помещение;
* заделать щели в полу и стенах;
* покрыть полы масляной краской (не менее 3-х слоев);
* оклеить стены обоями (cнижение проникновения радона около 30%.);
* произвести облицовку стен и полов пластиком (поступление радона уменьшается примерно в 10 раз).
Если после проведения комплекса радонозащитных мероприятий среднегодовая эквивалентная объемная равновесная активность радона в помещениях будет превышать 400 Бк/куб.м., то в соответствии с п.7.3.4 НРБ-96 должен решаться вопрос о переселении жильцов (с их согласия) и перепрофилировании или сносе здания.
РАДОН - СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ.
Для определения ОА изотопов радона и аэрозолей ДПР и ДПТ в воздухе в настоящее время применяется ряд различных методов, которые реализованы в соответствующих средствах измерений.
Эти методы и, соответственно, типы средств измерений (СИ), как правило, весьма четко ориентированы на конкретную цель, которая преследуется в ходе измерений. Поэтому, прежде чем рассматривать типы и характеристики конкретных средств измерений, перечислим кратко виды измерительных задач, которые должны выполняться в рамках РЦП “Радон”.
1. Скрининговые обследования
Главные требования, предъявляемые к измерениям в рамках скринингового обследования помещений зданий и сооружений на территории региона (города, района и т.д.) - воспроизводимость. Большая вариабельность ОА изотопов радона и аэрозолей ДПР и ДПТ в воздухе практически всех объектов (суточная периодика, сезонные и погодные изменения и др.) оценки среднегодовых значений измеряемой величины.
Для выполнения таких измерений в настоящее время применяются пассивные интегральные СИ, которые реализованы в рамках двух основных методов - трекового и электретного. Обычно для оценки среднегодовых значений ЭРОА радона в воздухе жилых домов и зданий социально-бытового назначения принимают среднее значение из двух интегральных измерений, выполненных в теплый и холодный периоды года с экспозицией не менее двух-трех месяцев.
С несколько меньшей уверенностью среднегодовые значения ОА радона в воздухе могут быть оценены с применением пассивных угольных пробоотборников - измерения этим методом требуют выполнения не менее чем 4-6 измерений в одном и том же объекте в разные сезоны года продолжительностью 3-4 суток каждое.
Таким образом, для скриниговых обследований средства измерений должны быть интегральными. С учетом способа отбора проб воздуха в контролируемом помещении в технико-экономическом плане наиболее приемлемо применение пассивных интегральных СИ, из числа которых наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили т.н. трековые комплексы.
2. Экспрессные измерения
Экспрессные измерения ОА изотопов радона и аэрозолей ДПР и ДПТ в воздухе, как правило, применяются с целью получения быстрой оценки радоноопасности в конкретном объекте (регионе и т.п.). Для этих целей применяются средства измерений мгновенного типа - т.н. радиометры радона и радиометры аэрозолей, позволяющие получить оценку мгновенных значений ОА изотопов радона и аэрозолей ДПР и ДПТ в атмосфере обследуемого объекта. В некоторых случаях результаты мгновенных измерений могут применяться для уточнения времени экспонирования интегральных СИ в помещениях.
Кроме того, эти средства измерений в настоящее время являются практически единственными, с помощью которых возможно прямое определение ЭРОА изотопов радона в воздухе и коэффициента радиоактивного равновесия между изотопами радона и их дочерними продуктами.
3. Радиоэкологическое сопровождение строящихся зданий
Основной целью измерений в рамках радиоэкологического мониторинга является обеспечение гарантии соблюдения нормативных уровней по ЭРОА изотопов радона в атмосфере обследуемого объекта - вновь строящихся зданий и сооружений перед сдачей их в эксплуатацию. Наиболее приемлемыми для таких измерений являются СИ на основе пассивных угольных пробоотборников. Методы, основанные на применении этих СИ, имеют достоинства мгновенных методов по оперативности (длятся 3-4 суток) и интегральных методов по информативности (в значительной мере удается сгладить суточный ход ОА радона в воздухе) одновременно. Четкого общепринятого названия этот метод измерений пока не получил, но чаще всего его называют полу- или квазиинтегральным методом.
Следует отметить, что применение пассивных угольных пробоотборников для контроля содержания радона в воздухе строящихся зданий при субнормативных значениях ЭРОА радона в воздухе (когда 50<ЭРОА<100 Бк/м3) может потребовать дополнительных измерений с целью определения интегрального значения ЭРОА за больший (чем 3-4 суток) период времени. Очевидно, в таких случаях более приемлемым является применение трековых измерений. Использование же мгновенных средств измерений ограничивается определением ЭРОА торона в воздухе и оценкой коэффициента радиоактивного равновесия.
В рамках задач, связанных с радиоэкологическим сопровождением строящихся зданий, следует рассматривать также и средства измерений ОА радона в почвенном воздухе и скорости эксхаляции радона с поверхности почвы при оценке потенциальной радоноопасности участков территорий, отводимых под застройку. Эти измерений в СПб-регионе, как правило, реализуются с применением трех типов СИ: радиометров радона типа РГА-500 в комплекте с почвенными зондами специальной конструкции, трековых детекторов в пробоотборных камерах, пассивных угольных пробоотборников.
Рассмотрим интегральные, полуинтегральные и мгновенные СИ, с учетом того, что в нашей стране электреты пока не получили достаточно полного развития и работы в этом направлении не закончены. Кроме того, из средств измерений интегрального типа мы рассмотрим только трековые СИ.
4. Интегральные трековые радиометры радона
Принцип действия этих СИ основан на радиационно-химических изменениях структуры вещества под действием радиоактивного излучения. В результате воздействия альфа-излучения на чувствительный материал трекового детектора в нем появляются т.н. латентные треки, плотность которых пропорциональна экспозиции, т.е. произведению среднего за время экспозиции (интегрального) значения ОА радона в воздухе на длительность экспозиции.
В настоящее время чаще всего применяются детекторы на основе нитратацеллюлозы зарубежного производства (LR-115) или опытных партий детекторов производства Переяславского завода фотоматериалов.
Преимуществом трековых детекторов (ТД) на основе нитратцел-люлозы является то, что они могут быть изготовлены промышленным способом в виде тонких плёнок. Обработка экспонированных ТД при этом достаточно легко автоматизируется, например, с помощью искровых счетчиков.
Чтобы уменьшить воздействие внешних факторов (влажность, температура, подвижность воздуха и его аэрозольный состав, механические повреждения и др.), детектор размещают в специальном контейнере с отверстиями, которые закрываются диффузионной мембраной, проницаемой только для радона. При использовании селективных мембран в качестве материала окна, можно практически на 100% отделить радон-222 от радона-220. Мембраны также препятствуют проникновению к детектору ДПР и ДПТ. В нашей стране наибольшее распространение получили диффузионные камеры с ТД конструкции СПбНИИРГ, НИЦРБКО (Москва) и РИ им. В.Г.Хлопина. В Государственный реестр средств измерений внесены два трековых комплекса: "Комплекс средств измерений интегральной объемной активности 222Rn в воздухе трековым методом КСИРА-2010Z" (СПбНИИРГ) и трековый комплекс “ТРЕК-РЭИ-1” (НИЦРБКО), отличающиеся, в основном, своими сервисными возможностями, комплектацией и степенью автоматизации процессов обработки ТД и получения измерительной информации.
5. Пассивные угольные пробоотборники (адсорберы)
Этот метод основан на адсорбции радона из воздуха на активированном угле и последующем анализе с помощью гамма-спектрометра излучения ДПР в равновесии с адсорбированным из воздуха радоном в объеме адсорбента. Метод измерений достаточно хорошо изучен и описан, а технология его реализации достаточно проста. Из основных тонкостей этого метода следует особо выделить те из них, которые связаны с метрологическими аспектами.
По-видимому, наиболее корректной процедурой с точки зрения метрологии следует считать такую, при которой производится прямое определение чувствительности средств измерений при их метрологической аттестации, а измерение ОА радона в воздухе проводится относительным методом с применением образцовой объемной меры радия-226 на угле. Это позволяет процедуру измерений не привязывать строго к данному спектрометру, а при метрологической аттестации СИ исследовать МХ комплекса “пробоотборники и образцовая мера”.
Основными метрологическими характеристиками такого комплекса оказываются:
1) масса угля в пробоотборнике;
2) чувствительность для заданного интервала времени экспонирования;
3) уровень собственного фона пробоотборников;
4) диапазон измерений;
5) основная погрешность измерений;
6) активность радия в образцовой мере.
Как уже отмечалось, в этом случае средство измерений не оказывается привязанным к данному конкретному спектрометру и последующая его поверка не требует того, чтобы одновременно в поверке участвовал тот самый спектрометр, на котором будут выполняться измерения.
6. Радонометры
Эти СИ реализуют методы, при которых воздух при измерениях предварительно отфильтровывают от аэрозолей ДПР. После этого измерительное устройство с анализируемым воздухом, содержащим радон-газ, выдерживается в течение некоторого времени (обычно 150-180 мин.) для установления равновесия между радоном и ДПР, после чего производится определение ОА радона по излучению радона и/или ДПР.
Из ряда СИ, в которых реализованы модификации этого метода, наиболее распространены установки со съемными сцинтилляционными камерами, которые заполняют в исследуемом помещении, а анализируют в лаборатории. Нижняя граница диапазона измерений этих СИ составляет от 20-50 до 500 Бк/м3 в зависимости от объема камеры, характеристик регистрирующей аппаратуры, особенностей метода измерений и др.
Наиболее известными радонометрами, выпускаемыми у нас в стране, являются: РГА-500 с измерительными камерами объемом 500 мл и его более ранние модификации, выпускаемый ВИРГ "Рудгеофизика" (СПб), САС-Р-2 с измерительными камерами объемом 50 и 500 мл (СПбНИИРГ) и др.
Также к радонометрам мгновенного типа следует отнести РГГ-01Т (НИИПиММ) и адсорбционный модуль из состава комплекта “Камера” (НТЦ “НИТОН”, Москва), в которых отбор проб анализируемого воздуха выполняется т.н. активным методом - прокачкой его через адсорбер.
Наконец, наиболее широко распространенным радонометром в стране является радонометр РРА-01 и его более поздние его модификации (МТМ “Защита”, Москва) и др., в котором измерение ОА радона в воздухе основано на регистрации альфа излучения RaA с помощью спектрометрического ППД.
7. Радиометры аэрозолей ДПР и ДПТ
В этих радиометрах используются следующие обязательные операции:
- отбор проб воздуха на аэрозольные фильтры;
- регистрация альфа- и/или бета-активности осевших на фильтрах аэрозолей радионуклидов в течение времени D ti (при этом если i=1, то говорят о т.н. одноточечных методах; если i=2, - то метод называется двухточечный и т.д.). Из одноточечных методов наиболее распространен метод Кузнеца, из двухточечных - метод Маркова, а из трех- и более точечных методов наиболее распространены различные варианты метода Томаса; известен также целый ряд модификаций перечисленных методов. При этом во всех из них реализован принцип суммарной регистрации альфа-излучения ДПР и ДПТ с регистрацией в расчетных интервалах времени альфа-излучения осевших на фильтр короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона, основанный на различиях их периодов полураспада. Известен ряд спектрометрических методов, в которых используются для дискриминации ДПР и ДПТ различия в энергии их излучения.
Основными метрологическими характеристиками СИ ОА аэрозолей ДПР в воздухе являются:
1) расход воздуха через фильтр при отборе проб;
2) эффективность улавливания аэрозолей ДПР и ДПТ;
3) эффективность регистрации альфа-излучения ДПР и ДПТ, осажденных на фильтр;
4) уровень собственного фона;
5) диапазон измерений;
6) предел основной погрешности измерений.
Нижний предел диапазона измерений ОА аэрозолей ДПР для большинства СИ обычно составляет порядка 10-20 Бк/м3; дальнейшее снижение его требует увеличения расхода воздуха при одновременном снижении УСФ, увеличения эффективности регистрации излучения ДПР и т.д., что обычно связано с существенными конструктивными сложностями. С другой стороны для практических работ этого, как правило, почти всегда бывает достаточно. В целом существующий парк СИ этого типа имеет более или менее одинаковые метрологические характеристики и, как правило, отличается сервисными возможностями. Наиболее существенные их недоработки имеют место в плане стабильности технических, эксплуатационных и метрологических характеристик. На наш взгляд, именно несоответствием требованиям стандартов и объясняется бедность Государственного реестра страны этими средствами измерений, - в настоящее время в нем представлен один радиометр “РАМОН-01”.
Из числа наиболее распространенных в СПб-регионе следует назвать радиометры РГА-01Т (НИИПиММ), РАА-02 (СПбНИИРГ), “ОНЕГА - М” и его модификации (ВИРГ “Рудгеофизика”) и др.
8. Мониторы радона и аэрозолей ДПР в воздухе
Радоновые мониторы представляют собой средства измерений, в которых реализован принцип регистрации и измерений ОА радона в воздухе в течение длительного времени. В отличие от средств измерений интегрального типа, радоновые мониторы обеспечивают не только измерение интегральной ОА радона в воздухе, но и возможность анализировать изменение ОА радона в воздухе в течение длительного (до нескольких месяцев и даже лет) времени, сопоставлять эти изменения со временем суток, года, наружными метеоусловиями и т.д. И хотя радоновые мониторы в принципе могут применяться для обследования зданий, все же основное их назначение - это решение исследовательских задач в рамках федеральной и региональных целевых программ “Радон”.
В Государственном Реестре средств измерений РФ в настоящее время представлен единственный радон-монитор AlphaGUARD Mod.PQ2000 производства фирмы Genitron Instruments GmbH (Германия). Радон-монитор AlphaGUARD Mod.PQ2000, а также его модификация с литером “М”, который зарегистрирован в Государственном Реестре средств измерений в качестве образцового средства измерений ОА радона в воздухе.
В числе других следует указать мониторы “Atmos -12D” (Швеция), “PRASSI Mod.5S” фирмы Silena и др. для непрерывной регистрации ОА радона в воздухе.
Квазимониторами ОА аэрозолей ДПР и ДПТ в воздухе можно назвать монитор “Mod.4S” фирмы Silena, радиометр “SARAD EQF 3020” немецкой фирмы “SARAD GmbH” (одновременное измерение ОА радона и ЭРОА радона) и ряд других.
Известна специальная модификация радон-монитора “AlphaGUARD Mod. PQ2000-WL” с аэрозольным модулем на базе радиометра “TN-WL-02” фирмы “Thomson&Nielson Electronic Ltd.” (Канада) для непрерывной регистрации
