Изучение регионально-фоновой радиационной ситуации с применением дозиметрии и исследований содержания природных и техногенных радионуклидов в материалах и продуктах Кузбасса

Сорокина, Наталья Викторовна

Изучение регионально-фоновой радиационной ситуации с применением дозиметрии и исследований содержания природных и техногенных радионуклидов в материалах и продуктах Кузбасса тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Сорокина, Наталья Викторовна АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Кемерово МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Изучение регионально-фоновой радиационной ситуации с применением дозиметрии и исследований содержания природных и техногенных радионуклидов в материалах и продуктах Кузбасса»

Автореферат диссертации на тему "Изучение регионально-фоновой радиационной ситуации с применением дозиметрии и исследований содержания природных и техногенных радионуклидов в материалах и продуктах Кузбасса"

На правах рукописи

Сор«кина Н[аталья Викторовна

ИЗУЧЕНИЕ РЕГИОНАЛЬНО-ФОНОВОЙ РАДИАЦИОННОЙ СИТУАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДОЗИМЕТРИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ СОДЕРЖАНИЯ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В МАТЕРИАЛАХ И ПРОДУКТАХ КУЗБАССА

Специальность 02.00.04. - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертаци и на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2006

Работа выполнена на кафедре физической химии ГОУ ВПО «Кемеровский госуниверситет».

Научный кандидат физико-математических наук, доцент

руководитель: Алукер Надежда Леонидовна.

Официальные Доктор технических наук, профессор

оппоненты: Москинов Виталий Алексеевич

Доктор химических наук, вед.н.с. Остапова Елена Владимировна

Ведущая ГОУ ВПО Балтийский государственный

организация: технический университет «ВОЕНМЕХ»

Защита диссертации состоится "22" декабря 2006 г. в часов на заседании диссертационного Совета Д 212.088.03. при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский

государственный университет» (650043, г. Кемерово, ул. Красная, б).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский государственный университет».

Автореферат разослан"^" 2006г.

Ученый секретарь диссертационного Сове^Эщ212.088.03 доктор химических наук, профессор /ЛуЛ/ Б.А.Сечкарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Неизбежным следствием развития технологической цивилизации является все возрастающая опасность воздействия техногенных факторов на жизнь и здоровье человека. Одним из таких факторов является ионизирующее излучение. В настоящее время меняется концептуальный подход к проблемам контроля радиационной безопасности. Если раньше проблема радиационной безопасности сводилась в основном к обеспечению контроля радиационной безопасности ограниченного числа потенциально опасных объектов (предприятия ядерного топливного цикла, исследовательские и оборонные объекты соответствующего профиля и т. д.), то в настоящее время эта проблема приобретает глобальный характер. Основные факторы, придающие проблемам радиационной безопасности характер глобальной проблемы, следующие.

• Все возрастающее влияние «антропогенных нагрузок»: деятельность угольной, нефтяной, горнодобывающей промышленностей приводит к перемещению на поверхность глубинных пород с повышенным содержанием радионуклидов. В дальнейшем происходит обогащение продуктов переработки, например отвалов ТЭЦ радионуклидами, использование отвалов в строительной индустрии, и, как следствие, неконтролируемое расползание этих радионуклидов по строительным конструкциям, в т. ч. по стенам и перекрытиям жилых домов.

• Испытания ядерного оружия в атмосфере и аварии. Следствием явилось загрязнение радионуклидами огромных территорий, достаточно удаленных от мест проведения испытаний или произошедших аварий. Оценивая риск аварий на АЭС и на предприятиях ядерного. топливно-энергетического цикла в целом, нужно исходить из того, что, несмотря на все меры по повышению безопасности предприятий ядерной энергетики, вероятность аварий конечна, т.е. не может быть исключена. Угроза «ядерного терроризма» увеличивает вероятность разового применения ядерного оружия, скорее всего небольшой мощности.

В результате имеется риск возникновения радиационно-опасной ситуации в любой точке планеты. Это требует применения новых концептуальных подходов к проблеме регистрации ионизирующего излучения, обеспечивающих выявление повышенных над регионально-фоновым уровнем содержаний радионуклидов, обусловленных природными геохимическими аномалиями или техногенным фактором. Для реализации этого необходимо применение современных, надежных и экономичных методов исследования.

Вышеизложенное и определило актуальность темы данной работы, посвященной определению содержаний искусственных и природных радионуклидов в различных пробах, отобранных на территории Кемеровской области, вносящих основной вклад в формировании дозовых нагрузок, с применением современных дозиметрических и спектрометрических методов исследования.

Цель и задачи исследования

Целью работы является изучение регионально-фоновой радиационной ситуации на территории Кемеровской области, с применением индивидуальной дозиметрии

и спектрометрических измерений и выбор оптимального для решения поставленной цели комплекса методов и методик для исследований.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Определение состава и характеристик технических средств дозиметрического контроля.

2. Выбор методик измерений содержаний радиоактивных веществ в объектах окружающей среды: продуктах питания, питьевой воде, строительных материалах, грунтах.

3. Проведение комплекса измерений для изучения регионально-фоновой радиационной ситуации при помощи термолюминесцентных дозиметров ТЛД-К на основе Б Юг и определения содержаний наиболее значимых радионуклидов в пробах, отобранных на территории Кемеровской области.

Работа проведена с использованием 2-х головных методов исследования:

1. Дозиметрии с применением индивидуальных термолюминесцентных детекторов ТЛД-К [1], выбор которых из аналогов осуществлен на основании их физико-химических характеристик и эксплуатационных испытаний.

2. Методов измерения активности радионуклидов в счетных образцах на сцинтилляционном гамма- и бета-спектрометре, альфа-радиометре с использованием программного обеспечения ПРОГРЕСС.

На защиту выносятся:

1. Обоснование и выбор комплекса для изучения регионально-фоновой радиационной ситуации включающего в себя метод измерений суммарных дозовых нагрузок с использованием термолюминесцентной дозиметрии и методов спектрометрических исследований для определения содержания • техногенных и природных радионуклидов в объектах окружающей среды.

2. Результаты изучения регионально-фоновой радиационной ситуации с применением комплексного подхода, включающего в себя:

• результаты_дозиметрии с применением индивидуальных

термолюминесцентных детекторов ТЛД-К на основе БЮ2 [1], выбранных в качестве оптимального средства исследования, и выявленные средние фоновые дозовые нагрузки 0,3 ± 0,02 сГр/год и максимальные дополнительные надфоновые нагрузки 0,1 сГр/год, обусловленные действием различных локальных факторов на территории Кемеровской области;

• результаты определения содержания техногенных радионуклидов Бг-90 и С$-137 в продуктах питания жителей области и вывод о том, что содержание радионуклидов в продуктах местного производства сравнимо с ввозимыми из других областей.

• результаты исследования радиационных характеристик питьевой воды из разных источников (суммарная объемная активность а- и Р- излучающих радионуклидов, Сб-137, Яп-222) и вывод о том, что в 80% случаев суммарная

объемная активность а- излучающих радионуклидов в исследованных пробах вод превышает ПДК. • результаты исследования содержания радионуклидов в строительных материалах и грунтах (К-40, Яа-226, ТЬ-232 и Се-137) и вывод о том, что эффективные удельные активности, рассчитанные по результатам этих исследований, не превышают 370 Бк/кг, что позволяет использовать исследованные материалы в любых видах строительства.

3. Вывод о преобладающей роли антропогенно усиленного природного радиационного фона в формировании регионально-фоновой радиационной ситуации в Кемеровской области. Научная новизна работы

Впервые проведен комплексный анализ регионально-фоновой радиационной ситуации с использованием дозиметрии, основанной на применении разработанных в Кем ГУ детекторов ТЛД-К и спектрометрических исследований наиболее актуальных продуктов питания, питьевой воды, стройматериалов, включая определение содержания радона в воздухе помещений. Автор является первым, кто широко внедрил детекторы ТЛД-К для регистрации фоновых доз ионизирующих излучений, при совместном использовании с радиометрическими и спектрометрическими исследованиями содержаний радионуклидов в пробах, отобранных на территории проведенной дозиметрии.

Практическая значимость работы определяется обоснованным выбором объектов и технических средств для комплексного изучения регионально-фоновой радиационной ситуации и полученными результатами комплексного исследования первым этапом, которого, является получение предварительной дозиметрической информации, путем раздачи населению термолюминесцентных дозиметров на основе детекторов ТДЦ-К; вторым - проверка и детализация полученной информации в месте регистрации локальных повышений спектрометрическими методами (лабораторный анализ проб для определения содержаний техногенных и природных радионуклидов).

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на конференции "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в XXI век" (Кемерово, 2001г.); VII Международной конференции "Физико-химические процессы в неорганических материалах" (Кемерово, 2001г.); II Всероссийской научной конференции "Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий" (Томск, 2002г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 142 страниц машинописного текста, 65 рисунков и 35 таблиц, состоит из четырех глав, введения, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 72 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении изложена суть проблемы, приведен краткий обзор ее современного состояния, рассмотрена актуальность темы, определены цель и задачи работы и сформулированы защищаемые положения.

В первой главе представлены основные сведения о радиоактивности и описаны виды распадов, приводится подробный анализ естественных и

искусственных радионуклидов, формирующих радиационный фон, акцентируется роль естественного радиоактивного газа радона в суммарной дозе облучения населения. Радиоактивные вещества поступают в окружающую среду из разнообразных технических систем и в результате различных процессов. Антропогенные источники включают в себя ядерные испытания и ядерный топливный цикл. К нему относятся добыча и измельчение руд, обогащение ядерного топлива, изготовление тепловыделяющих элементов, реакторы, выдержка отработанного топлива, его переработка на радиохимических заводах и захоронение отходов. Природная радиоактивность включает в себя цепи распада естественных долгоживущих радиоактивных изотопов и космогенные изотопы. Используемые человеком технологии приводят к высвобождению радионуклидов природного происхождения - это добыча и использование фосфатов, переработка монацита, использование шлаков и пемзы в строительных конструкциях — приводят к слабой эмиссии радиоактивности в земную атмосферу, главным образом в виде попутного выделения радона. Существует три основных семейства радионуклидов: урановое (исходный радиоактивный изотоп 238и с \\а =4,5*109 лет); ториевое (23ТЪ с 1\П =1,5*10'° лет); актиниевое (235и с Ххп =7,1*108 лет). Каждый родоначальный изотоп распадается с образованием цепочки короткоживущих радиоактивных дочерних изотопов. Радионуклиды могут существовать в различных физических и химических формах и включаться в биогеохимические круговороты. Поступление радионуклидов во внешнюю среду неизбежно вызывает дополнительное облучение живых организмов, поэтому возникает вопрос об оценке последствий этого дополнительного облучения. С этой целью и проводятся дозиметрические и спектрометрические измерения.

В этой же главе рассматриваются физико-химические основы метода твердотельной термолюминесцентной дозиметрии и делается обзор литературных данных по современному состоянию дозиметрических средств исследования, проводится сравнение характеристик разных индивидуальных детекторов, применяемых в дозиметрии, описывается принцип работы детекторов ТЛД-К.

Во второй главе описана методология изучения территориального радиационного фона с использованием детекторов ТЛД-К, на основе промышленного стекла, разработанных в КемГУ, основанная на регистрации поглощенных доз ионизирующих излучений в мониторинговом режиме, детализируется применяемая для выполнения исследований аппаратура и методика эксперимента. Отличительной особенностью данной методологии является её ориентация на активное вовлечение населения в процесс накопления дозиметрической информации, локализация очагов радиационной опасности, техническая готовность и проработанность деталей методического характера. Работа в рамках данной методологии включает в себя изучение топографии дозовых нагрузок в краткосрочной и долгосрочной динамике; обобщение и анализ данных о накопленных дозах, ориентацию на население, персонал, работающий с НИИ, работников промышленности, условия труда которых связаны с повышенным радиационным фоном природного происхождения, медицинский персонал, обслуживающий диагностическую и лечебную аппаратуру (рентгенологи, радиологи) и пациентов.

В этой же главе рассматриваются методики определения содержаний техногенных и природных радионуклидов в различных пробах и вопросы отбора проб для исследований, их пробоподготовка (химическое концентрирование, озоление, выпаривание, сжигание).

Данная работа проведена с использованием следующих физико-химических методов исследования:

1. Дозиметрии с применением индивидуальных термолюминесцентных детекторов ТЛД-К на основе БЮ2 [1], выбранных в качестве оптимального средства исследования для территориального дозиметрического мониторинга на основании их физико-химических и эксплутационных преимуществ перед аналогами.

Для исследований использовались следующие приборы:

1. Дозиметрический комплекс ДТУ-01М с детекторами ТЛД-КМ на основе 8Ю2.

2. Спектрометрический комплекс «ПРОГРЕСС-БГ», представляющий собой несколько спектрометрических трактов (бета, гамма и альфа).

3. РРА-01М-03 и УСК «Прогресс» с комплектом угольных адсорберов.

4. Дозиметр ДКГ-02У «Арбитр».

При действии ионизирующего излучения на живой организм происходят первичные физико-химические процессы (в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия и возникает возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества). Так как человек состоит на 75% из воды, первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отношении свободных радикалов типа ОН или Н и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикалами молекул белка), также может произойти расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов.

Задача дозиметрии - дать количественную оценку эффекта воздействия ионизирующих излучений на облучаемый объект. В дозиметрии применяется метод термостимулированной люминесценции: аккумулированная в кристалле энергия ионизирующего излучения преобразуется в энергию люминесценции под действием тепловой стимуляции. Механизм в общих чертах состоит в следующем: облучение создает свободные носители заряда, часть из которых захватывается ловушками различных сортов; при повышении температуры облученного кристалла происходит освобождение зарядов, их миграция и рекомбинация, сопровождающаяся свечением.

В простейшем случае, так называемой линейной рекомбинации, когда скорость рекомбинации пропорциональна концентрации свободных носителей заряда, при отсутствии повторных захватов, зависимость интенсивности свечения от температуры 1(Т) для элементарного пика имеет такой вид:

/( Т) = Р050 ехр(-£ / кТ) ехр

где Р0 - начальная концентрация дырок, локализованных на центрах свечения Бо - предэкспоненциальный множитель, Е - энергия активации в эВ (глубина ловушки), к - постоянная Больцмана, Т - температура в °К. Т0 - начальная температура, р - скорость нагрева.

Для дозиметрического мониторинга применялся аттестованный дозиметрический комплекс ДТУ-01М (позволяющий определять интенсивность люминесценции в полуавтоматическом режиме для стандартных детекторов) с использованием термолюминесцентных индивидуальных дозиметров с детекторами на основе промышленного стекла ТЛД-К (8 Юг). ТЛД-детекторы используются в индивидуальной дозиметрии для регистрации фотонов с энергией от 15 кэВ до 3 мэВ и бета-излучения с максимальной энергией от 0,5 до 3 мэВ.

Основным преимуществом разработанных в КемГУ термолюминесцентных детекторов ТЛД-К [1] является высокая однородность партии детекторов. В связи с этим не требуется отбора детекторов по чувствительности и резко уменьшаются трудозатраты при работе с ними. Кроме того их себестоимость значительно меньше себестоимости монокристаллических детекторов отечественного и зарубежного производства. Детекторы ТЛД-К костно- и почвоэквивалентны, что позволяет широко применять их для индивидуального дозиметрического контроля и дозиметрического контроля окружающей среды. Благодаря простой технологии изготовления и дешевизне детекторов в КемГУ была выпущена большая партия детекторов ТЛД-К, наличие которой определило возможность их широкого использования для территориального радиоэкологического мониторинга и массового дозиметрического контроля населения Кемеровской области.

Таблица 1 Основные технические характеристики детекторов ТЛД-К

Размеры детектора, мм: 3*3;

Толщина, мм: 0,5+0,05;

Масса детектора, мг: 11 + 0,2;

Минимальная определяемая доза в комплекте ДТУ-01, сГр: 0,005;

Диапазон измеряемых доз, сГр: 0,005 - 105;

Метод регистрации доз ионизирующего излучения основан на способности некоторых кристаллических веществ - люминофоров запасать и длительно сохранять часть поглощенной энергии. При нагревании облученный термолюминофор испускает свет - термолюминесценцию, интенсивность максимума которой 1тах (пиковый метод, см. (1)) или светосумма Б (интегральный метод) пропорциональны дозе излучения.

Основной принцип, лежащий в основе большинства методов обнаружения ядерного излучения независимо от его типа, заключается в том, что на обнаруживающее устройство передается вся энергия или ее часть путем непосредственной ионизации либо путем инициации излучения частицы, которая,

, (1)

в свою очередь производит ионизацию в среде устройства. Произведенная таким образом ионизация затем регистрируется детектором с использованием одного из методов, число которых постоянно увеличивается. Некоторые радионуклиды можно определять прямым способом или с помощью методов, требующих минимальной предварительной подготовки проб, например методом гамма-спектрометрии. Но если концентрация интересующего нас радионуклида очень низка или он излучает непроникающее излучение, то необходимы предварительное концентрирование и радиохимическое отделение его от матрицы пробы, содержащей другие радиоактивные элементы. Правильный и аккуратный пробоотбор объектов окружающей среды — необходимое предварительное условие для последующего анализа.

Для измерения активности радионуклидов в пробах пищевых продуктов, воды, строительных материалов- использовался комплекс «ПРОГРЕСС-БГ», представляющий собой несколько спектрометрических трактов, управляемых одной ПЭВМ. Каждый тракт состоит из спектрометрического детектора, блоков низковольтного и высоковольтного питания, усилителя, подключенных к амплитудному анализатору на базе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и ПЭВМ. Принцип действия комплекса заключается в получении аппаратного спектра импульсов от детектора, регистрирующего излучение счетного образца, экспонируемого в фиксированных условиях измерения. Активность радионуклида в исследуемой пробе определяется путем обработки полученной спектрограммы на ПЭВМ с помощью специального пакета программ, учитывающего условия проведения эксперимента.

В гамма-спектрометрии используются сцинтилляционные детекторы, в частности с кристаллами йодида натрия, активированного таллием Иа1(Т1). Для точных измерений необходима предварительная обработка проб, она должна быть полностью гомогенизирована и измерения должны выполняться в той же геометрии счета, в которой проводится калибровка эффективности счета. На гамма-спектрометре проводились измерения: равновесных естественных радионуклидов (ЕРН) Б1а-226, ТЬ-232 и К-40 в породах, угле, пробах грунта; измерения техногенного радионуклида Се-137 в продуктах питания; измерения Се-137 и 11п-222 (по продуктам распада) в воде; измерения Яп-222 (сорбированного на активированном угле по продуктам распада). Диапазон энергии регистрируемого гамма-излучения 200 — 2800 кэВ.

Для регистрации бета-излучения от счетного образца используется бета-спектрометрический тракт со сцинтилляционном блоком детектирования (СБД) СБД включает в себя пластиковый сцинтиллятор, ФЭУ с делителем высокого напряжения и спектрометрический усилитель импульсов. СБД располагается в специальном свинцовом экране для его ^защиты от внешнего излучения. На бета-спектрометре проводились измерения: суммарной объемной активности бета-излучающих радионуклидов в пробах воды (К-40, ТЬ-234, Ра-234, Яа-228, Ас-228): активности 5г(У)-90 в пробах пищевых продуктов. Диапазон энергии регистрируемого бета-излучения 200 — 3000 кэВ.

Для регистрации альфа-излучения от счетного образца используется альфа-радиометр со сцинтилляционным блоком детектирования (СБД). СБД включает в себя сцинтиллятор ZnS, ФЭУ с делителем высокого напряжения и усилитель

импульсов. СБД располагается в специальном светоизолированном корпусе, предохраняющем ФЭУ от засветки. В корпусе предусмотрена система блокировки высокого напряжения при смене образца.

На альфа-радиометре проводились:

измерения суммарной объемной активности альфа-излучающих радионуклидов (17-238, 11-234, Т/г-230, Ка-226, Тк-232, Т/г-228, Ка-224):

а) в пробах почвы, воды, пищевых продуктов методом «толстых» счетных образцов, приготовленных путем истирания, озоления, выпаривания, или химического концентрирования;

б) в «тонких» счетных образцах, приготовленных методами селективной радиохимической экстракции с последующим электролитическим высаживанием на специальные металлические подложки;

в) сухого остатка проб воды, полученного путем выпаривания.

Для измерений концентрации радона в воздухе помещений использовались приборы РРА-01М-03 и УСК «Прогресс» с комплектом угольных адсорберов.

- Радиометр радона РРА-01М-03 позволяющий измерять равновесную объемную активность радона в диапазоне 20-20000 Бк/м3 с допустимой относительной погрешностью ±30% и применялся для мгновенного замера концентрации радона.

- УСК «Прогресс» с комплектом угольных адсорберов применялся при интегральном замере концентрации радона. Интегральный метод основан на экспонировании сорбционных колонок СК-13 (адсорберов) с активированным углем в течение 6 суток и последующем измерении в лабораторных условиях активности радона, сорбированного в активированном угле.

Для измерения мощности эквивалентной дозы гамма излучения (МЭД ГИ) применялся дозиметр ДКГ-02У «Арбитр» (диапазон от 0,1 мкЗв/час до 3 мкЗв/час).

Для выполнения исследований выбраны и использовались следующие методики:

I .Методика измерения активности радионуклидов в счетных образцах на сцинтилляционном гамма- и бета-спектрометре с использованием программного обеспечения ПРОГРЕСС.

2. Методика измерений содержания радия и радона в природных водах.

3.Методика измерения активности счетных образцов проб воды на альфа-радиометре.

4. Методика выполнения измерений объемной активности полония-210 и свинца-210 в природных водах альфа-бета-радиометрическим методом с радиохимической подготовкой

5. Методика выполнения измерений объемной активности изотопов урана (234, 238) в пробах природных вод альфа-спектрометрическим методом с радиохимическим выделением

6. Методика измерений средней за время экспозиции объемной активности радона в воздухе жилых и служебных помещений

7.Методика измерения плотности потока радона с поверхности земли и строительных конструкций.

Третья глава посвящена результатам проведения дозиметрических измерений

при помощи индивидуальных термолюминесцентных детекторов ТЛД-К на основе БЮ2 с привязкой по объектам и временем контроля.

В течение 1999 - 2005 годов при помощи индивидуальных термолюминесцентных дозиметров проводился дозиметрический контроль в г.г. Киселевске, Прокопьевске, Кемерово, Юрге, Топках, Междуреченске, Белово, Березовском, п. Итат.

Определение необходимого числа наблюдений при выборочном статистическом исследовании проведено с учетом требований статистических методов. Определение числа наблюдений зависит от размеров точности вычисляемых показателей (т.е. от заданной величины средней ошибки показателя), а также от конкретных особенностей исследования и объекта наблюдения (вид и способ наблюдения). При доверительной вероятности Р, = 0.95 0=2) в нашем случае число наблюдений должно составлять не менее 45 измерений. Проведенное количество измерений может давать вполне корректную количественную оценку.

Для проведения дозиметрического исследования было использовано около 3000 дозиметров. По типам контроля применялась следующая градация:

ИДК - индивидуальный дозиметрический контроль (750 дозиметров); КРП -контроль рабочих помещений. (750 дозиметров); КЖП - контроль жилых помещений. (750 дозиметров); КООС - контроль объектов окружающей среды. (750 дозиметров).

Измерения проводились при одинаковых условиях, на каждый город пришлось порядка 300 измерений. Дозиметры при контроле помещений располагались в каждой комнате на расстоянии 1,2 метра от пола на шкафах или на книжных полках. При ИДК дозиметры крепились за карман и носились, одинаковое количество времени. При КООС дозиметры закапывались в почву на одинаковую глубину или крепились на дереве, на одинаковой высоте. Проведенная дозиметрия дала возможность оценки регионально-фоновой радиационной ситуации и выявлению локальных увеличений дозовых нагрузок на исследуемых территориях.

При обработке результатов дозиметрии предпринималась попытка разработки метода обработки результатов мониторинга, позволяющих дать достаточно корректную количественную оценку дозового вклада регионально- фонового воздействия и максимальных доз надфоновых нагрузок, обусловленных действием неизвестных локальных факторов.

Принципиальная возможность решения этой задачи состоит в следующем. Распределение параметров, получаемых в результате мониторинга при отсутствии дополнительных, кроме регионального фона источников ионизирующего излучения, хорошо описывается логнормальным распределением. Такое распределение (рис. 1) получено, например, при контроле в г. Киселевске.

Аналогичное распределение получено при дозиметрии достаточно локального объекта - многоквартирного жилого дома в г. Кемерово (рис. 2).

Рис. 1. Общее по всем типам контроля (ИДК, КРП, КЖП и КООС) дозовое распределении в г. Киселевске

Рис. 2. Дозовое распределение в многоквартирном жилом доме (КЖП), г.

Кемерово, Ленинский р-он Влияние антропогенного фактора обычно приводит к искажению этого распределения. Гауссиан — естественный радиационный фон, обусловленный космическим излучением и излучением естественно (без воздействия человека) распределенных радионуклидов. Наблюдаемые дополнительные пики в распределении - антропогенный фон, обусловленный перераспределением природных радионуклидов (применение в строительстве материалов, при изготовлении которых использовались отвалы шахт и зола, полученная при сжигании угля, т.е. материалов с повышенной концентрацией природных радионуклидов), атмосферные выбросы промышленных предприятий, локальное повышение содержания радионуклидов в породах, и т.д.

Рис. 3. Дозовое распределение в частном доме (КЖП), г. Кемерово, Рудничный р-он На рис. 3 приведено дозовое распределение локального объекта - частного дома (г. Кемерово, Рудничный р-он).

Из сравнения рис. 2 и 3 видно, что для частного дома кроме основного максимума в дозовом распределении, наблюдается второй, обусловленный, как

выяснилось, при последующих исследованиях повышенным содержанием радона в данном частном доме. Величина дозового вклада от повышенного содержания радона составляет в среднем 0,1 сГр/год. По величине отклонения от основного максимума, можно, в принципе, судить о повышенной вдвое относительно регионально-фонового содержания концентрации радона (50 Бк/м3, имеет дозовый эквивалент порядка 0,1 сГр/год).

Отчетливо проявляется многофакторность формирования дозы в г. Юрге (рис. 4) и п. Итат (рис. 5).

Рис. 4. Дозовое распределение в г. Юрга

Рис. 5. Дозовое распределение в п. Итат

В среднем, для Кемеровской области за пятилетний срок проведения мониторинга при статистике порядка 3000 измерений наиболее вероятное регионально-фоновое значение 0,3±0,03 сГр. Средние значения естественного фона варьируются для Севера (0,28±0,2 сГр) и Юга (0,32±0,2 сГр) области.

Сверх фоновой нагрузки наблюдаются дополнительное воздействие, обуславливающее статистически достоверную дозу до 0,1 сГр/год, варьируемую для разных населенных пунктов. В ряде случаев фиксировались единичные локальные повышенные значения до уровня 1 сГр/год (<1 %). Дополнительное воздействие в 0,1 сГр/год в соответствии с НРБ является контролируемым уровнем, при котором необходимо проведение дополнительных исследований радиационной обстановки на данной территории.

Методика проведения дозиметрического мониторинга с использованием термолюминесцентных дозиметров ТЛД-К, таким образом, обеспечивает оценку регионально-фоновой радиационной ситуации и позволяет выявить локальные повышения поглощенных доз над фоновыми значениями, но не обеспечивает выявление причин повышения доз. Для этого требуется проведение

дополнительных спектрометрических исследований (измерения проб, отобранных на обследованных территорий, определение содержания радона и т.д.).

Вторым этапом работы является проведение спектрометрических измерений различных проб отобранных на территории Кемеровской области для оценки содержания в них техногенных и природных радионуклидов.

В четвертой главе приведены результаты второго этапа работы - выбор и экспериментальное использование методик для исследования содержания радионуклидов в пищевых продуктах, воде (оценка внутреннего облучения), грунте, строительных материалах, угле, использующихся жителями Кемеровской области.

Многие радионуклиды обладают способностью избирательно накапливаться в отдельных органах тела и продолжительно облучать до момента выведения нуклида из органа. Внутренне облучение создается радионуклидами, попадающими с воздухом, пищей и водой внутрь организма. Из них наиболее высокий вклад в эффективную эквивалентную дозу дают К-40, С-14, ЯЬ-87, Ро-210, Ыа-226, а также Яп-222 и Яп-220 Наряду с ЕРН рядов урана-238 и тория-232 всегда присутствуют космогенные радионуклиды и техногенные стронций-90 и цезий-13 7.

Особый интерес представляли исследования содержания радона в воздухе помещений. При контроле радона в общей сложности было обследовано 670 объектов. Измерения были проведены на территории городов Белово, Киселевска, Прокопьевска, Юрги, Топок и Березовского. На рис. 6 приведены усредненные по контролируемым объектам объемные активности (ОА) радона в воздухе помещений. Среднее по всей выборке значение ОА радона составило 45 Бк/м3.

Наиболее высокие концентрации радона зафиксированы в помещениях частных домов. Частные дома обычно бывают одноэтажными, с незащищенными подвалами, т.е. непосредственно касаются грунта. Однако, вероятно, наибольший вклад в дозовую нагрузку на население в частных домах вносит отапливание домов низкосортным углем, без должной системы улавливания продуктов горения, и без должного проветривания помещений.

2 0 0 15 0

1 о о

5 0 0

.....I

111

объекты

Рис. 6. Средние объемные активности радона в воздухе помещений различных контролируемых объектов Кемеровской области (ПЦ — производственные цеха; К — кафе; БАС — бассейны; Ш — школы; ДС — детские сады; БОЛ- больницы; МЖД-многоквартирные жилые дома; ОП — офисные помещения; М- магазины; ЧЖД —

частные жилые дома)

Более высокие значения в магазинах и офисах связаны с тем, что они обычно располагаются на первых этажах многоэтажных домов, где радон концентрируется в большей степени, чем на верхних этажах (см. рис.7). На верхних этажах содержание радона снова увеличивается, вероятно, он поступает из перекрытий крыш. Четко прослеживается зависимость концентрирования радона в воздухе помещений от времени года (рис. 8).

Рис. 7. Зависимость средних объемных активностей радона в воздухе помещений от этажности зданий

Рис. 8. Зависимость средних объемных активностей радона в воздухе помещений от времени года проведения контроля

Увеличение концентрации радона в зимнее время можно связать с тем, что зимой помещения проветриваются меньше, в частных жилых домах закрыты вентиляционные люки в подпольях, кроме того, именно зимой идет интенсивное отопление домов углем. Летом проветриваемость помещений увеличивается, а интенсивность отопления уменьшается, что приводит к уменьшению концентрации радона.

Разница средних концентраций радона по населенным пунктам не столь значительна, как по объектам проведения контроля (рис. 9).

мэ «

аа

о £

а, <

150 -, 100 -50 -0 -

П п п

Киселевск Прокопьевск Белово

■ ср. откл

□ средняя ОА радона

Кемерово

Рис. 9. Средние объемные активности радона в воздухе помещений различных городов Кемеровской области

Чтобы выявить роль строительных материалов в эсгаляции радона в воздух помещений исследовались грунты, отобранные из разных скважин.

Контролируемой величиной при исследовании строительных материалов является эффективная активность, рассчитываемая с учетом содержания в материале Яа -226, ТЬ-232 и К-40. Для использования материала в любых видах строительных работ она не должна превышать 370 Бк/кг. На рис. 10 приведены средние удельные эффективные активности грунтов, отобранных в разных городах Кузбасса.

Рис. 10. Средние эффективные активности, материалов, используемых для строительства, добываемых в различных городах Кемеровской области

Видно, что исследуемые материалы имеют вполне допустимые характеристики по содержанию радионуклидов.

Для анализа вклада внутреннего облучения проведены спектрометрические исследования потребляемых пищевых продуктов и воды.

Так как основным потребляемым продуктом является вода, то были проведены исследования воды из разных источников. На рис. 11 приведены результаты этих исследований.

Рис. 11. Результаты исследования питьевой воды из подземных скважин разных территории Кузбасса: 1- объемная активность Се-137; 2- суммарная объемная активность альфа излучающих радионуклидов; 3-объемная активность радона; 4- суммарная объемная активность бета излучающих радионуклидов Видно, что по суммарной объемной активности альфа —излучающих радионуклидов воды Кузбасса в основном имеют высокие значения. Из исследованных типов вод только бутилированная вода соответствует нормативам (рис. 12), по другим показателям превышений ПДК не наблюдается.

Таким образом, в Кузбассе довольно остро стоит вопрос о качестве потребляемой населением питьевой воды.

о 0,1

■ ■

бутелированная подземные скважины стачная речная

минеральная

ПДУ

Рис. 12. Суммарная объемная активность альфа излучающих радионуклидов в питьевых водах Кузбасса разного происхождения

Содержание техногенных радионуклидов Сз-137 и 8г-90 в потребляемых населением Кемеровской области продуктах питания (для каждого из видов продуктов это содержание нормируется) ни в одном из продуктов питания не превысило нормативов. При этом содержания Сз-137 и 5г-90 наиболее высоки в рыбе и мясе. Из сравнения содержаний техногенных радионуклидов во ввозимых и местных молочных и хлебобулочных изделиях следует, что местные продукты несколько чище по этим показателям, чем привозные (рис 13).

В стронций О Мвэий

■

хлебобулочные

Рис. 13.Сравнение содержаний техногенных радионуклидов во ввозимых и местных молочных и хлебобулочных изделиях.

На основании результатов спектрометрии по определению техногенных радионуклидов Се-137 и 8г-90 в продуктах питания можно рассчитать среднее значение индивидуальной годовой эффективной дозы внутреннего облучения жителей г. Кемерово по следующей формуле:

Ёвн., пп = 2 т, * (1,3 х 10 * Л^з? + 2,8 х 10"8 . А190 ), мЗв/год, (2) где Ш| — среднее годовое потребление ¡- того продукта, кг/год; Ал 37, А190 — средняя удельная активность в 1 — ом компоненте рациона питания жителей населенного пункта, Св-137 и Бг-90 , соответственно, Бк/кг; 1,3 х 10 ~8 и 2,8 х 10"8 — дозовые коэффициенты для поступлении в организм с продуктами питания Се-137 и Бг-90, соответственно, согласно Приложению П-2 к НРБ-96, Зв/Бк. Индивидуальная годовая эффективная доза внутреннего облучения жителей за счет радионуклидов Се-137 и Бг-90 в продуктах питания составила 0,2 мЗв/год, вклад поступления с водой природных радионуклидов составляет 0,4 мЗв/год. Доза внутреннего облучения человека в помещениях за счет радиоактивного газа радона составляет в среднем (при средней ОА радона = 50 Бк/м3) 1,2 мЗв/год. Внешнее гамма-излучение в зданиях и гамма-излучение радионуклидов, содержащихся в грунте и стройматериалах, составляет 0,8 мЗв/год. Вклад космического излучения 0,4 мЗв/год.

Приведенные цифры дают возможность оценить среднее значение суммарной индивидуальной годовой эффективной дозы облучения за счет всех природных и техногенных источников ионизирующего излучения. В итоге получаем, что жители области в среднем получают фоновую дозу облучения, составляющую 3 мЗв/год. В эту дозу не включены техногенные локальные источники: медицинское облучение, профессиональное облучение, текущие выбросы и сбросы. За счет изменения средних содержаний радона в воздухе помещений вдвое (до 100 Бк/м3) доза может увеличиваться на 1 мЗв, что, по всей вероятности,

и проявляется в результатах дозиметрии (гл. 3) как дополнительные надфоновые дозовые нагрузки.

Подводя итог проделанной работы, можно сделать следующие выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1.Определен необходимый состав и выработаны критерии применимости технических средств при проведении дозиметрического контроля.

2. Выполнен аргументированный выбор методик измерений содержаний радиоактивных веществ в объектах окружающей среды: продуктах питания, питьевой воде, строительных материалах, грунтах.

3. Выполнено комплексное изучение регионально-фоновой радиационной ситуации при помощи термолюминесцентных дозиметров ТЛД-К на основе Б ¡02 и содержания наиболее значимых радионуклидов в пробах, отобранных на территории Кемеровской области.

4. По результатам исследования проведен анализ и выполнена оценка вклада разных источников в формирование общей дозовой нагрузки. Выявлено, что в ряде территорий Кузбасса вклад дополнительной к региональному фону дозы составляет 0.1 сГр/год, что по НРБ требует проведения дополнительных исследований на данных территориях. В результате проведения спектрометрических и радиометрических исследований установлено, что основным фактором формирования дополнительных дозовых нагрузок на население является высокий уровень содержания радона в помещениях, а также поступление альфа-активных радионуклидов в организм человека с питьевой водой. Результаты дозиметрии (непосредственного определения поглощенных доз) и расчетные (выполненные на основании изучения содержаний радионуклидах в объектах окружающей среды с учетом нормативных рекомендаций) практически совпали и составили для жителей города Кемерово порядка 3 мЗв/год.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сорокина, Н.В. Исследование материала для изготовления термолюминесцентных детекторов ТЛД-К / Н. В. Сорокина, Н. Л. Ллукер, Е. Б. Горячкина, и др. //Сборник трудов областной научной конференции "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в XXI век". Химические науки.- Кемерово, 2001.- С. 9195.

2. Сорокина, Н.В. Сравнение дозиметрических характеристик термолюминесцентных детекторов /О. Л. Крысанова, Ю. С. Романчика, Н. В. Сорокина, Е. Б. Горячкина //Сборник трудов областной научной конференции "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в XXI век". Химические науки. Кемерово, 2001.-С. 128—130.

3. Сорокина, Н.В., Алукер Н.Л. Термолюминесцентные детекторы ТЛД-К / Сорокина, Н.В., Н. Л. Алукер и др. //Труды международной научной конференции. Бишкек-Каракол: ИЛИМ, 2003.- С. 27.

4. Сорокина, Н.В. Оценка радиоэкологической обстановки и степени радиационной опасности для жителей г. Кемерово от внешних и внутренних источников ионизирующего излучения (ПИИ) /Сорокина Н.В., Алукер НЛЛ Доклады IX Международной конференции "Физико-химические процессы в неорганических материалах", Кемерово, том 2, 2004.- С.473-476.

5. Сорокина, Н.В., Алукер H.JI. Изучение радиационных характеристик углей Кузбасса. / Сорокина, Н.В., Алукер H.JI. и др. //Материалы II Международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека», Томск, 2004.-С. 31-33.

6. Сорокина, Н.В., Алукер H.JI.. Дозиметрический мониторинг населения Кузбасса с помощью термолюминесцентных детекторов ТЛД-К. / Сорокина, Н.В., Алукер Н.Л. и др. //Материалы II Международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека», Томск, 2004, С. 34-36.

7. Сорокина, Н. В., Радиоэкологический мониторинг окружающей среды на основе индивидуальных термолюминесцентных дозиметров /Сорокина Н. В., Алукер Н. Л. //Восьмая Международная конференция и вторая школа "Физико-химические процессы в неорганических материалах", Кемерово, 2001.- Т. 3, С. 158.

8. Сорокина, Н. В. Радиологическая характеристика жилых и общественных помещений г. Кемерово. //Материалы XXXI апрельской конференции студентов и молодых ученых КемГУ, Кемерово.- Т.2,2004.- С. 249-251.

9. Сорокина, Н.В., Алукер Н.Л. Применение натрий-силикатного стекла в качестве материала для термолюминесцентной дозиметрии / Сорокина, Н.В., Алукер Н.Л., Горячкина Е.Б.// Известия высших учебных заведений. Физика. Томск.-2003. №12.

10. Сорокина, Н.В. Радиоэкологический мониторинг окружающей среды на основе индивидуальных термолюминесцентных дозиметров.//Конференция «Химия и химическая технология в XXI веке», Томск,- 2001.

П.Сорокина, Н. В. Радиоэкологический мониторинг окружающей среды на основе индивидуальных термолюминесцентных дозиметров //5-я международная экологическая конференция студентов и молодых ученых " Экологическая безопасность и устойчивое развитие" Москва.- 2001.

12. Сорокина, Н. В. Радиоэкологический мониторинг окружающей среды в г. Киселевске на основе термолюминесцентных детекторов //5-я научно-практическая конференция: "Научное творчество молодежи", Анжеро-Судженск.-2001.

13. Сорокина, Н.В., Еременко А. Н. Исследование термолюминесценции синтетических и ультрадисперсных алмазов / Сорокина, Н.В., Еременко А. Н., Алукер Н. Л. / обл. научн. конф., "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в XXI век", хим. науки, Кемерово.- 2001.- С.105.

14. Сорокина, Н. В.//Сорокина Н.В., Алукер Н.Л.//Безопасность жизнедеятельности, № 12,2005.- С.38-43.

Подписано к печати 06.07.2006. Формат 60x84 УЛ Бумага офсетная №1.

_Печать офсетная. Усл. печ. л. 1.25 Тираж 100. Заказ № 106/532._

ГОУ ВПО «Кемеровский госуниверситет». 650043, г. Кемерово, ул. Красная, 6. Отпечатано в типографии издательства "Кузбассвузиздат". 650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Сорокина, Наталья Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Общая характеристика Кемеровской области.

1.2. Анализ источников облучения человека и окружающей среды.

1.2.{.Естественные источники.

1.2.1.1. Космическое излучение.

1.2.1.2. Земное облучение.

1.2.1.3. Облучение за счет радиоактивных атмосферных аэрозолей.

1.2.1.4. Облучение за счет радионуклидов в продуктах, содержащихся в биосфере и поверхностных водах.

1.2.2. Техногенные источники облучения.

1.2.2.1.0блучениерадионуклидами, образовавшимися при сжигании топлива.

1.2.2.2.0блучение радионуклидами, содержащимися в сельскохозяйственных удобрениях.

1.2.2.3. Облучение искусственными радионуклидами.

1.2.2.4. Антропогенные источники облучения.

1.2.2.5 .Дозы, обусловленные предметами широкого потребления.

1.2.2.6. Облучение в результате ядерных взрывов.

1.3 Основы мониторинга окружающей среды.

1.4. Общие сведения о радиоактивности.

1.4.1.Понятие радиоактивности, типов распада.

1.4.2. Измерение радиоактивности, величины и единицы.

1.4.3.Актуальные вопросы дозиметрии ионизирующих излучений.

1.4.4. Радиометры.

1.4.5. Основные задачи спектрометрии.

1.5. Методы и средства измерения 90Sr.

1.6. Спектрометрия а-излучения.

1.6.1. Методы и средства измерений объемной активности радона -222.

1.7. Тсрмолюминссцснгная дозиметрия.

1.7.1. Теория термолюминесценции.

1.7.2.Физико-химические основы метода твердотельной термолюминесцентной дозиметрии.

1.7.3. Требования, предъявляемые к дозиметрическим материным.

ГЛАВА 2 . МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА И АППАРАТУРА.

2.1. Методика дозиметрического обследования.

2.1.1. Характеристика дозиметра.

2.1.2.Устройство и принцип работы дозиметра.

2.2. Бета- радиометрия.

2.3. Основы ренггепофлуоресцентного анализа (РФА).

2.4. Методика измерений средней за время экспозиции объемной активности радона в воздухе жилых и служебных помещений.

2.5. Методика измерений объемной активности радона в воздухе жилых нслужсбных помещений, а также в рудниках всех типов, путем отбора пробы воздуха.

2.6. Методика измерения плотности потока радона с поверхности земли и строительных конструкций.

2.7. Методика измерения активности радпопуклпдов в сметных образцах па енпнтпллициоппом гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения ПРОГРЕСС.

2.8. Методика измерения активности радпопуклпдов в сметных образцах па ецпнтнлляцпоипом бета-спектрометре с использованием программного обеспечения "ПРОГРЕСС".

2.9. Методика измерений содержании радия н радона в природных водах.

2.10. Методика измерения актнвпостн сметных образцов на альфа-радномстрс с использованием программного обеспечения ПРОГРЕСС.

2.11. Методика выполнения измерений объемной активности полоння-210 и свппца-210 в природных водах альфа-бета-радномстримсскнм методом с радиохимической подготовкой.

2.12. Методика выполнения измерений объемной актнвпостн изотопов урана (234, 238) в пробах природных вод альфа-спектрометрическим методом с радиохимическим выделением.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Дозиметрический контроль.

3.1.1. Дозиметрический контроль г. Киселевска.

3.1.2Дозиметрический контроль в городе Кемерово.

3.1.3. Дозиметрический контроль в г. Березовский.

3.1.4. Дозиметрический контроль г. Маршшска.

3.1.5. Дозиметрический контроль г. Междуреченска.

3.1.6. Дозиметричеекий контроль Тонки.

3.1.7.Доз1шетричсекий контроль г. Юрга.

3.1.8. Дозиметрический контроль н. Итат.

3.1.9.Дошметричсекий контроль г. Еелокуриха.

3.2. Бета-радиометрия проб.

3.2.1. Пробы из г. Киселевска.

3.2.2. Пробы п. Итата.

3.3. Рентгснофлуоресцентный анализ проб.

3.4. Результаты по исследованию воды, пищевых продуктов, радиационному обследованию помещений, расширенному анализу воды.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

4.1. Дозиметрический контроль.

4.2. р - активность проб.

4.3. Рентгенофлуоресцентпын анализ.

4.4. Измерение OA радона.

4.5. Исследование строительных материалов, проб воды, проб пищевых продуктов.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по химии, на тему "Изучение регионально-фоновой радиационной ситуации с применением дозиметрии и исследований содержания природных и техногенных радионуклидов в материалах и продуктах Кузбасса"

Актуальность темы

• Испытания ядерного оружия в атмосфере и аварии. Следствием явилось загрязнение радионуклидами огромных территорий, достаточно удаленных от мест проведения испытаний или произошедших аварий. Оценивая риск аварий па АЭС и на предприятиях ядерного топливно-энергетического цикла в целом, нужно исходить из того, что, несмотря па все меры по повышению безопасности предприятий ядерной энергетики, вероятность аварий конечна, т.е. не может быть исключена. Угроза «ядерного терроризма» увеличивает вероятность разового применения ядерного оружия, скорее всего небольшой мощности.

В результате имеется риск возникновения радиационно-опасной ситуации в любой точке планеты. Это требует применения новых концептуальных подходов к проблеме регистрации ионизирующего излучения, обеспечивающих выявление повышенных над регионалыю-фоповым уровнем содержаний радионуклидов, обусловленных природными геохимическими аномалиями или техногенным фактором. Для реализации этого необходимо применение современных, надежных и экономичных методов исследования.

Цель и задачи исследования

Целыо работы является изучение регионапыю-фоновой радиационной ситуации на территории Кемеровской области, с применением индивидуальной дозиметрии и спектрометрических измерений и выбор оптимального для решения поставленной цели комплекса методов и методик для исследований.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Определение состава и характеристик технических средств дозиметрического контроля.

3. Проведение комплекса измерений для изучения регионально-фоповой радиационной ситуации при помощи тсрмолюминесцеитных дозиметров ТЛД-К па основе Si02 и определения содержаний наиболее значимых радионуклидов в пробах, отобранных на территории Кемеровской области.

Работа проведена с использованием 2-х головных методов исследования:

1. Дозиметрии с применением индивидуальных термолюмпнесцептиых детекторов ТЛД-К [1], выбор которых из аналогов осуществлен па основании их физико-химических характеристик и экеплутациоппых испытаний.

2. Методов измерения активности радионуклидов в счетных образцах на ецнитнлляцнонном гамма- и бета-спектрометре, альфа-радиометре с использованием программного обеспечения ПРОГРЕСС.

На защиту выносятся:

1. Обоснование и выбор комплекса для изучения регионально-фоновой радиационной ситуации включающего в себя метод измерений суммарных дозовых нагрузок с использованием термолюминесцентной дозиметрии и методов спектрометрических исследований для определения содержания техногенных и природных радионуклидов в объектах окружающей среды.

• результаты дозиметрии с применением индивидуальных термолюминесцентиых детекторов ТЛД-К на основе Si02 [1], выбранных в качестве оптимального средства исследования, и выявленные средние фоновые дозовые нагрузки 0,3 ± 0,02 сГр/год и максимальные дополнительные падфоповые нагрузки 0,1 сГр/год, обусловленные действием различных локальных факторов па территории Кемеровской области;

•результаты определения объемной активности радона в жилых и производственных помещениях и выявленные средние объемные активности радона в помещениях Кемеровской области - 50 Бк/м3 при наличии в 10% случаев из общей выборки значений, превышающих ПДК для эксплуатируемых зданий (200 Бк/м3). результаты определения содержания техногенных радионуклидов Sr-90 и C's-137 в продуктах питания жителей области и вывод о том, что содержание радионуклидов в продуктах местного производства сравнимо с ввозимыми из других областей.

• результаты исследования радиационных характеристик питьевой воды из разных источников (суммарная объемная активность а- и р- излучающих радионуклидов, Cs-137, Rn-222) и вывод о том, что в 80% случаев суммарная объемная активность а- излучающих радионуклидов в исследованных пробах вод превышает ПДК.

•результаты исследования содержания радионуклидов в строительных материалах и грунтах (К-40, Ra-226, Th-232 И Cs-137) и вывод о том, что эффективные удельные активности, рассчитанные по результатам этих исследований, не превышают 370 Бк/кг, что позволяет использовать исследованные материалы в любых видах строительства. 3. Вывод о преобладающей роли антропогенно усиленного природного радиационного фона в формировании регионально-фоновой радиационной ситуации в Кемеровской области. Научная повита работы

Впервые проведен комплексный анализ регионально-фоновой радиационной ситуации с использованием дозиметрии, основанной па применении разработанных в Кем ГУ детекторов ТЛД-К и спектрометрических исследований наиболее актуальных продуктов питания, питьевой воды, стройматериалов, включая определение содержания радона в воздухе помещений. Автор является первым, кто широко внедрил детекторы ТЛД-К для регистрации фоновых доз ионизирующих излучений, при совместном использовании с радиометрическими и спектрометрическими исследованиями содержаний радионуклидов в пробах, отобранных на территории проведенной дозиметрии.

Практическая значимость работы определяется обоснованным выбором объектов и технических средств для комплексного изучения регионально-фоновой радиационной ситуации и полученными результатами комплексного исследования первым этапом, которого, является получение предварительной дозиметрической информации, путем раздачи населению термолюминесцептных дозиметров на основе детекторов ТЛД-К; вторым - проверка и детализация полученной информации в месте регистрации локальных повышений спектрометрическими методами (лабораторный анализ проб для определения содержаний техногенных и природных радионуклидов).

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались па конференции "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в XXI век" (Кемерово, 2001г.); VII Международной конференции "Физико-химические процессы в неорганических материалах" (Кемерово, 2001г.); II Всероссийской научной конференции "Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий" (Томск, 2002г.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена суть проблемы, приведен краткий обзор ее современного состояния, рассмотрена актуальность темы, определены цель и задачи работы и сформулированы защищаемые положения.

В первой главе представлены основные сведения о радиоактивности и описаны виды распадов, приводится подробный анализ естественных и искусственных радионуклидов, формирующих радиационный фон, акцентируется роль естественного радиоактивного газа радона в суммарной дозе облучения населения. Радиоактивные вещества поступают в окружающую среду из разнообразных технических систем и в результате различных процессов. Антропогенные источники включают в себя ядерные испытания и ядерный топливный цикл. К нему относятся добыча и измельчение руд, обогащение ядерного топлива, изготовление тепловыделяющих элементов, реакторы, выдержка отработанного топлива, его переработка на радиохимических заводах и захоронение отходов. Природная радиоактивность включает в себя цепи распада естественных долгоживущих радиоактивных изотопов и космогенные изотопы. Используемые человеком технологии приводят к высвобождению радионуклидов природного происхождения - это добыча и использование фосфатов, переработка монацита, использование шлаков и пемзы в строительных конструкциях - приводят к слабой эмиссии радиоактивности в земную атмосферу, главным образом в виде попутного выделения радона. Существует три основных семейства

Л10 л радионуклидов: урановое (исходный радиоактивный изотоп U с ti/2 =4,5*10 лет); ториевое (232Th с ti/2 =1,5*Ю10 лет); актиниевое (235U с ti/2 =7,1*108 лет). Каждый родоначальпый изотоп распадается с образованием цепочки короткоживущих радиоактивных дочерних изотопов. Радионуклиды могут существовать в различных физических и химических формах и включаться в биогеохимические круговороты. Поступление радионуклидов во внешнюю среду неизбежно вызывает дополнительное облучение живых организмов, поэтому возникает вопрос об оценке последствий этого дополнительного облучения. С этой целью и проводятся дозиметрические и спектрометрические измерения.

Во второй главе описана методология изучения территориального радиационного фона с использованием детекторов ТЛД-К, на основе промышленного стекла, разработанных в КемГУ, основанная на регистрации поглощенных доз ионизирующих излучений в мониторинговом режиме, детализируется применяемая для выполнения исследований аппаратура и методика эксперимента. Отличительной особенностью данной методологии является её ориентация на активное вовлечение населения в процесс накопления дозиметрической информации, локализация очагов радиационной опасности, техническая готовность и проработанность деталей методического характера. Работа в рамках данной методологии включает в себя изучение топографии дозовых нагрузок в краткосрочной и долгосрочной динамике; обобщение и анализ данных о накопленных дозах, ориентацию на население, персонал, работающий с ИИИ, работников промышленности, условия труда которых связаны с повышенным радиационным фоном природного происхождения, к\ медицинский персонал, обслуживающий диагностическую и лечебную аппаратуру (рентгенологи, радиологи) и пациентов.

Б этой же главе рассматриваются методики определения содержаний техногенных и природных радионуклидов в различных пробах и вопросы отбора проб для исследований, их пробоподготовка (химическое концентрирование, озолепие, выпаривание, сжигание).

Данная работа проведена с использованием следующих физико-химических методов исследования:

1. Дозиметрии с применением индивидуальных термолюминесцентных детекторов ТЛД-К па основе Si02 [1], выбранных в качестве оптимального средства исследования для территориального дозиметрического мониторинга на основании их физико-химических и эксплутационных преимуществ перед аналогами.

Для исследований использовались следующие приборы:

1. Дозиметрический комплекс ДТУ-01М с детекторами ТЛД-КМ на основе Si02.

3. РРА-01М-03 и УСК «Прогресс» с комплектом угольных адсорберов.

4. Дозиметр ДКГ-02У «Арбитр».

Третья глава посвящена результатам проведения дозиметрических измерений при помощи индивидуальных термолюмипесцептных детекторов ТЛД-К на основе Si02 с привязкой по объектам и временем контроля.

В течение 1999 - 2005 годов при помощи индивидуальных термолюмипесцептных дозиметров проводился дозиметрический контроль в г.г. Киселевске, Прокопьевске, Кемерово, Юрге, Топках, Междуреченске, Белово, Березовском, п. Итат. Проведенная дозиметрия дала возможность оценки регионально-фоновой радиационной ситуации и выявлению локальных увеличений дозовых нагрузок на исследуемых территориях.

При обработке результатов дозиметрии предпринималась попытка разработки метода обработки результатов мониторинга, позволяющих дать достаточно корректную количественную оценку дозового вклада регионально- фонового воздействия и максимальных доз падфоновых нагрузок, обусловленных действием неизвестных локальных факторов.

В среднем, для Кемеровской области за пятилетний срок проведения мониторинга при статистике порядка 3000 измерений наиболее вероятное регионально-фоновое значение 0,3±0,03 сГр. Средние значения естественного ([юна варьируются для Севера (0,28±0,2 сГр) и Юга (0,32±0,2 сГр) области.

Методика проведения дозиметрического мониторинга с использованием • термолюминесцентных дозиметров ТЛД-К, таким образом, обеспечивает оценку регионально-фоновой радиационной ситуации и позволяет выявить локальные повышения поглощенных доз над фоновыми значениями, но не обеспечивает выявление причин повышения доз. Для этого требуется проведение дополнительных спектрометрических исследований (измерения проб, отобранных на обследованных территорий, определение содержания радона и т.д.).

Многие радионуклиды обладают способностью избирательно накапливаться в отдельных органах тела и продолжительно облучать до момента выведения нуклида из органа. Внутренне облучение создается радионуклидами, попадающими с воздухом, пищей и водой внутрь организма. Из них наиболее высокий вклад в эффективную эквивалентную дозу дают К-40, С-14, Rb-87, Ро-210, Ra-226, а также Rn-222 и Rn-220 Наряду с ЕРН рядов урана-238 и тория-232 всегда присутствуют космогепиые радионуклиды и техногенные строиций-90 и цезий-13 7.

Особый интерес представляли исследования содержания радона в воздухе помещений.

В этой главе приведены основные результаты работы и выводы. Приведен список использованной литературы.

Заключение диссертации по теме "Физическая химия"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

3. Выполнено комплексное изучение регионально-фоновой радиационной ситуации при помощи термолюминесцентных дозиметров ТЛД-К на основе Si02 и содержания наиболее значимых радионуклидов в пробах, отобранных на территории Кемеровской области.

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата технических наук, Сорокина, Наталья Викторовна, Кемерово

1. Сорокина Н.В. Проведение радиоэкологического мониторинга с помощью термолюмипссцентных дозиметров.// Химия и химическая технология в 21 веке. Материалы 2-й региональной студенческой конференции - Томск, 2001.

2. Территориальиая комплексная программа охраны окружающей среды Кемеровской области до 2005 года,- т.6, 7,- Кемерово, 1993.

3. Польский О.Г., Корепков И.П., Голиков В.Я. Радиационная защита и радиационный контроль. Мясная индустрия СССР, №4,1988.

4. Абрамкин А.С., Корепков И.П., Козлов А.А., Соболев А.И. Оценка вероятности обнаружения радиоактивных загрязнений в локальной области. Атомная энергия, т.68, вып.5, 1990.

5. Польский О.Г., Корепков И.П., Зайченко А.И. Контроль радиационной безопасности, М.: Медицина, 1989.

6. Польский О.Г., Коренков И.П., Соболев И.А. Радон в коммунальных и промышленных средах, проблемы нормирования, биологическое действие, методики измерений, М.:ЦИУВ МЗ, 1993.

7. Польский О.Г., Книжников В.А., Петухова Э.В. Основные итоги и задачи дальнейшей работы по охране окружающей среды от радиоактивных загрязнений. В сб.: Актуальные вопросы радиационной гигиены, М.: 1983.

8. Польский О.Г., Петросьянц A.M. и др. Советское атомное право, М.: Наука, 1986.

9. Облучение от естественных источников ионизирующего излучения. Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР). Тридцать седьмая сессия. Вена, 6-7 июня 1988г.

10. Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. Издание 3-е. М.: Энергоатомиздат, 1984.

11. Коган P.M., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Основы гамма-спектроскопии природных сред. М.: Атомиздат, 1976.

12. Российские специализированные предприятия по обращению с радиоактивными отходами. Радиоэкологические аспекты. Отчет Мое. НПО «Радон». М.: 1995.

13. Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. Издание 2-е. М.: Энергоатомиздат, 1986.

14. Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. М.: Атомиздат, 1974.

15. Доклады Научного Комитета ООН по действию атомной радиации Генеральной Ассамблее. Дополнение №16 и 17 (А5216), 1962.

16. Белоусова И.М., Штункенберг Ю.М. Естественная радиация. М.: Медгиз, 1961.

17. Пикаев А.К. Дозиметрия в радиационной химии. Наука, 1975.

18. Белицкий А.С., Орлова Е.И. Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений. М.: Медицина, 1968.

19. Василенко И.Я., Бугримов Н.Ф., Новосельцева В.И. Вопросы радиационной опасности углерода-14. Атомная энергия, т.49, вып.5,1980.

20. Маргулис У.Я. Атомная энергия и радиационная безопасность. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат, 1982.

21. Книжников В.А., Бархудеров P.M. Сравнительная оценка радиационной опасности для населения от выбросов в атмосферу тепловых и атомных электростанций. Атомная энергия, т.43, вып.З, 1977.

22. Мель И. Уровни естественного и техногенного облучения человека. Пер. с нем., Атомная техника за рубежом, №5, 1979.

23. Белоусова И.М., Штункенберг Ю.М. Естественная радиация. М.: Медгиз, 1961, с.1421.

24. Радиационный контроль. Стронций-90 и цезий-137. Пищевые продукты. Отбор проб, анализ и гигиеническая оценка: Методические указания 2.6.1.717-98.-М., 1998.

25. О состоянии окружающей среды Российской Федерации в 1997 году: Материалы государственного доклада// Бюл. Программы: Ядерная и радиационная безопасность.- 1999.-№4.-с. 6-16.

26. Моисеев А.А., Рамзаев П.В. Цезий-137 в биосфере. М., Атомиздат, 1975, с. 182.

27. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды г. Москвы в 1992 г.» Москва, 1993.

28. Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии.- Томск: Издательство Томского политехнического университета, 1997.

29. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96): Гигиенические нормативы. М.: Информационно-издательский центр Госкомсапэпидиадзора России, 1996.

30. Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87 и Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87/ Минздрав СССР.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Эиергоатомиздат, 1988.

31. Машкович В.П., Панченко A.M. Основы радиационной безопасности: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Эиергоатомиздат, 1990.

32. Крисюк З.М. Радиационный фон помещений. М.: Эиергоатомиздат, 1989. 257 с.

33. Публикация 65 МКРЗ "Зашита от радона-222 в жилых зданиях и па рабочих местах". М.: Эиергоатомиздат, 1995.78 с.

34. Уткин В. И. Газовое дыхание Земли / / Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 1.С. 57-64.

35. Радиация: Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 79 с.

36. Новиков Г. Ф. Радиометрическая разведка. JL: Недра, 1989. 404 с.

37. Жуковский М.В., Ярмошенко И.В. Радоп: Измерение, дозы, оценка риска. Екатеринбург: УрО РАН ИПЭ, 1997,231 с

38. Юркова И.А. Особенности изменения концентрации радона в воздухе в зависимости от типа вентиляции / / Труды конференции "Радиационная безопасность Урала и Сибири". Екатеринбург: ЕС НИО, 1997. С. 62-63.

39. Клишип В., Левченко Н. Экологические последствия ядерных взрывов в мирных целях // Инф. Бюл. ЦОИ-1992-№2//.

40. Кривохатский А.С. Радиохимия ядерных взрывов. // Радиохимия. 1982. Т.24. В.З.

41. Положение о системе экологического мониторинга на территории Кемеровской области.- Кемерово, 1996.

42. Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии.- Томск: Издательство Томского политехнического университета, 1997.

43. Петросьянц A.M. Атомная энергетика в науке и промышленности. М.: Эиергоатомиздат, 1984.

44. Положение о системе экологического мониторинга па территории Кемеровской области,- Кемерово, 1996.

45. Махонько К.П. // Атомная эпергия.-1996.-Т.81, вып. 1. -с.53-60

46. Рузер Л.С., Радиоактивные аэрозоли, М., И-во Госстандарта, СС.80-90

47. Матвеев В.В., Хазанов Б.И. «приборы для измерения ионизирующих излучений», М., АИ, 1967.

48. Сердюкова А.С., Капитанов 10. Т. -Изотопы радона и продукты их распада в природе, М., Атомизадт, 1975, c.l 1

49. Kotrappa р, et al. "Apractile Е-РЕРМ System for Indoor 222Rn Measurement, Health Physics, 1990 vol.81, №4, pp. 461-467.

50. Маренный A.M, Диэлектрические трековые детекторы в радиационнофизическом и радиобиологическом эксперименте, М., Эиергоатомиздат, 1987.

51. Франк М. Твердотельная дозиметрия ионизирующего излучения / М. Франк, В. М. Штольц. М.: Атомиздат, 1973. 248с.

52. Фок М. В. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров. М.: Наука, 1964. -284с.

53. Шварц К. К. Фтористый литий: оптические свойства и применение в термолюминесцентной дозиметрии / К. К. Шварц, Я. Ж. Кристансон, Д. Ю. Луснс, А. В. Подинь II Рад. Физика, 1967. С. 179-235

54. Кац М. Л. Люминесценция и электронно-дырочные процессы в фотохимически окрашенных щелочно-галоидных соединениях. Саратов, 1960. 270с.

55. Антонов-Р омановский В. В. Кинетика фотолюминесценции кристаллофосфоров. М.: Наука, 1966. 323с

56. Кюри Д. Люминесценция кристаллов. М.: ИЛ, 1961,199с.

57. Непомнящих А. И. Исследование термолюминесцентных детекторов ионизирующего излучения на основе монокристаллического лития. Автореф. дис. к-та физ.-мат. наук. 1974. 14 с.

58. Яе по мнящих А. И. // Люминесцентные приемники и преобразователи ионизирующего излучения / А. И. Hen о м нящ их, С. Н. Мироненко, Г. П. Афонин, А. И. Селявко. Новосибирск: Наука, 1985. С. 49-52.

59. Модели процессов в широкощелевых твердых телах с дефектами. Под ред. Закиса Ю. P. it др. Рига: Зипатпе, 1991. 382 с.

60. Вахидов Ш. А. Радиационные эффекты в кварце / Ш. А. Вахидов, Э. М. Гасанов, М. И. Самошович, У. Яркулов. Ташкент: Фан, 1975. 1878 с.

61. Барышников В. И. Малоинерционная люминесценция, возбуждение и преобразование дефектов диэлектрических кристаллов в интенсивных радиационных полях. Дис. . док-ра физ.-мат. наук. Иркутск, 1997. 221с.

62. И.Мейльман М. Л. ЭПР активированных монокристаллов / М. Л. Мейльман ,

63. М. И. Самошович. М.: Атомиздат, 1977. 272 с.

64. Силинь А. Р. Простейшие собственные радиационные дефекты в стеклообразном кремнеземе / А. Р. Силинь, Л. Н. Скуя. Физика и химия стеклообразующих систем. Рига: Зинатне, 1980. С. 56-69.

65. Trukhin A. N. Transient defect creation in SiC>2 by exciton self-trapping / A. N. Trukhin, A. E. Plandis, E. A. Baumanis. Defects in insulating cristals. Riga: Zinatne, 1981. P. 321 -322.

66. Иванов В.И. Дозиметрия ионизирующих излучений. Москва: Атомиздат, 1964

67. Инструментальные методы анализа в экологии. Сборник научно-методических трудов под ред. Авотиньш Ю.Э. Рига, 1991.

68. Алукер Н.Л., Алукер Э.Д., Еременко А.Н., Попов В.Л. Применение индивидуальных дозиметров ТЛД-К для дозиметрического мониторинга В Кузбассе.

69. Тихомиров Ф.А. Радиология йода. М.: Энергоатомиздат, 1983.

70. Сорокина Н.В. Исследование материала для изготовления термолюминесцентных детекторов ТЛД-К.// Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в21 век Кемерово, 2001.

71. Сорокина Н.В. Радиоэкологический мониторинг в г. Киселевске.// Материалы научной апрельской конференции студентов и молодых ученых Кемерово, 2001.

72. Сорокина Н.В. Радиоэкологический мониторинг окружающей среды в г. Киселевске па основе термолюминесцентных детекторов.// Научное творчество молодежи. Материалы 5-й научно-практической конференции Анжеро-Судженск, 2001.

73. Алукер Э.Д., Ободовский И.М. Воздействие ионизирующих излучений на вещество. Учеб. пособие. Кемерово: Изд. КОЦМИ, 2000. - 195с., илл.

74. Сорокина Н.В. Радиоэкологический мониторинг окружающей среды па основе индивидуальных термолюминесцентных дозиметров.// Восьмая международная конференция « Физико-химические процессы в неорганических материалах». Тезисы докладов -Кемерово, 2001г.

75. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов // Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.1078-01. М., 2002.

76. Ядерная энциклопедия. Благотворительный фонд Ярошинской М., 1996,- 251-276 с.

77. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Минздрав России, 1999.

78. Методика измерения активности радионуклидов в счетных образцах на сцннтилляционпом гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения ПРОГРЕСС. ГП "ВНИИФТРИ", 1999

79. Оценка индивидуальных эффективных доз облучения населения: Методические указания МУ 2.6.1.1088-02.-М, 2002.

80. Булдаков JT.A. Радиоактивные вещества и человек. М., 1990, 160с.

81. Москалев Ю.И. Отдаленные последствия воздействия ионизирующих излучений. М., Медицина, 1991,464 с.