Радионуклидный анализ при инженерно-экологических изысканиях
Вопрос:
В каких случаях при выполнении инженерно-экологических изысканий необходимо производить радионуклидный анализ почв, грунта и воды. Есть, какие либо конкретные указания, помимо расплывчатых рекомендаций в СП 11-102-97?
Ответ:
Как правило, в Программу инженерно-экологических изысканий всегда входят радиационное обследование участка (гамма-съемка), измерение потока радона.
В соответствии с п.2 ст.15 Федерального закона от 09.01.1996 г. № 3-ФЗ «О радиационной безопасности населения», в целях защиты населения и работников от влияния природных радионуклидов должны осуществляться:
— выбор земельных участков для строительства зданий и сооружений с учетом уровня выделения радона из почвы и гамма-излучения;
— проектирование и строительство зданий и сооружений с учетом предотвращения поступления радона в воздух этих помещений.
Так же согласно п.1 ст.21 Федерального закона от 30.03.1999 г. № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», в почвах городских и сельских поселений и сельскохозяйственных угодий содержание потенциально опасных для человека химических и биологических веществ, биологических и микробиологических организмов, а также уровень радиационного фона не должен превышать предельно допустимые концентрации (уровни), установленные санитарными правилами.
Радиационный контроль проводится на стадии выбора земельного участка под строительство объектов жилого, общественного и производственного назначения, стадии проектирования объектов строительства, а в необходимых случаях (см. п.7.5 МУ 2.6.1.2398-08) — при производстве земляных работ в ходе строительства (п.3.5 МУ 2.6.1.2398-08 «Радиационный контроль и санитарно-эпидемиологическая оценка земельных участков под строительство жилых домов, зданий и сооружений общественного и производственного назначения в части обеспечения радиационной безопасности»).
Эколог-эксперт
Группы компаний «Браво Софт»
Колчина Евгения Николаевна
федеральное бюджетное учреждение здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Марий Эл»
В почве присутствуют почти все известные в природе химические элементы, в том числе и радионуклиды. Радионуклиды – химические элементы, способные к самопроизвольному распаду с образованием новых элементов, а также образованные изотопы любых химических элементов. Следствием ядерного распада является ионизирующая радиация в виде потока альфа-частиц (поток ядер гелия, протонов) и бета-частиц (поток электронов), нейтронов, гамма-излучение и рентгеновское излучение. Это явление получило название радиоактивность. Химические элементы, способные к самопроизвольному распаду называются радиоактивными. Наиболее употребляемый синоним ионизирующей радиации радиоактивное излучение.
Радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радионуклидов. Различают естественную и искусственную радиоактивность. Естественная радиоактивность почв вызывается естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах. Естественные радионуклиды подразделяют на 3 группы. Первая группа включает радиоактивные элементы – элементы, все изотопы которых радиоактивны: уран (238U, 235U), торий (232Th), радий (226Ra) и радон (222Rn, 220Rn). Во вторую группу входят изотопы «обычных» элементов, обладающие радиоактивными свойствами: калий (40К), рубидий (87Rb), кальций (48Са), цирконий (96Zr) и др. Третью группу составляют радиоактивные изотопы, образующиеся в атмосфере под действием космических лучей: тритий (3Н), бериллий (7Ве, 10Ве) и углерод (14С).
По способу и времени образования радионуклиды подразделяют на: первичные – образовавшиеся одновременно с образованием планеты (40К, 48Сa, 238U); вторичные продукты распада первичных радионуклидов (всего 45 – 232Th, 235U, 220Rn, 222Rn, 226Ra и др.); индуцированные – образовавшиеся поддействием космических лучей и вторичных нейтронов (14С, 3Н, 24Na). Всего насчитывают более 300 природных радионуклидов. Валовое содержание естественных радиоактивных изотопов в основном зависит от почвообразующих пород. Почвы, сформировавшиеся на продуктах выветривания кислых пород, содержат радиоактивных изотопов больше, чем образовавшиеся на основных и ультраосновных породах; тяжелые почвы содержат их больше, чем легкие. Естественные радиоактивные элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах. В почвах и породах присутствуют преимущественно в прочно связанной форме.
Читайте также: Виды почв это группы почв которые
Искусственная радиоактивность почв обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Образование изотопов в почвах может происходить вследствие наведенной радиации. Наиболее часто искусственное радиоактивное загрязнение почв вызывают изотопы 235U, 238U, 239Pu, 129I,131 I , 140 Ba , 106 Ru , 90 Sr , 137 Cs и др.
Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв заключаются в следующем. Включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируются в пищевых цепях. В экологическом отношении наибольшую опасность представляют 90Sr и 137Cs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (29,1 лет – 90Sr и 30,0 лет – 137Cs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания. Стронций по химическим свойствам близок к кальцию и входит в состав костных тканей, а цезий близок к калию и включается во многие реакции живых организмов. Искусственные радионуклиды закрепляются в основном (до 80-90%) в верхнем слое почвы: на целине – слое 0-10 см, на пашне – в пахотном горизонте. Наибольшей сорбцией обладают почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом, богатые монтмориллонитом и гидрослюдами, с непромывным типом водного режима. В таких почвах радионуклиды способны к миграции в незначительной степени.
По степени подвижности в почвах радионуклиды образуют ряд 90 106 137 129 239 Sr > Ru > Ce > J > Pu . Скорость естественного самоочищения почв от радиоизотопов зависит от скоростей их радиоактивного распада, вертикальной и горизонтальной миграции. Период полураспада радиоактивного изотопа – время, необходимое для распада половины количества его атомов.
Особенность радиоактивного загрязнения почвенного покрова заключается в том, что количество радиоактивных примесей чрезвычайно мало, иони не вызывают изменений основных свойств почвы – рН, соотношения элементов минерального питания, уровня плодородия. Поэтому, в первую очередь, следует лимитировать (нормировать) концентрации радиоактивных веществ, поступающих из почвы в продукцию растениеводства. Поскольку в основном радионуклиды являются тяжелыми металлами, то основные проблемы и пути нормирования, санации и охраны почв от загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами в большей степени сходны и зачастую могут рассматриваться вместе.
Республика Марий Эл радиоактивному загрязнению вследствие аварии на Чернобыльской АЭС не подверглась. Загрязнение территории обусловлено лишь глобальными атмосферными выпадениями. Фоновые значения радиоактивного загрязнения почвы, обусловленные глобальными выпадениями, представлены в табл. 1.
Радиологические исследования почв и грунтов
Вопросы радиологической безопасности в настоящее время стоят достаточно остро, в связи с чем проведение радиологических исследований является обязательным при мониторинге экологического состояния земель сельскохозяйственного назначения, территорий населенных пунктов и промышленных зон, при проведении инженерных изысканий для строительства в целях выявления очагов радиационного загрязнения и предотвращения отрицательного воздействия радиации на здоровье человека.
Специалисты нашего Центра проводят радиологические исследования с использованием современных радиометров и спектрометров.
При радиационном обследовании территории выполняются следующие радиологические исследования:
- дозиметрический контроль, при котором проводится гамма-съемка местности;
- фоновых значений мощности эквивалентной дозы территории;
- выявляются участки радиоактивного загрязнения, их масштабы и состав загрязнения;
- осуществляется отбор образцов проб радиационного контроля с объектов и последующее лабораторное спектрометрическое измерение содержания (удельной активности) радионуклидов в почвах и грунтах;
- измеряется плотность потока радона с поверхности грунтов, в котлованах и в воздухе зданий, находящихся на участке строительства, и оценивается потенциальная радоноопасность обследуемой территории/здания.
Читайте также: Положение германии в областях распространения типов почв
На основании полученных данных делаются выводы о соответствии или несоответствии исследованных показателей требованиям нормативных документов (НРБ-99/2009, ОСПОРБ-99/2010 и др.).
Что такое радиологическое загрязнение?
Радиоактивность — это самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов, приводящее к изменению их атомного номера и массового числа. Такие химические элементы называют радионуклидами. Атомы одного и того же элемента, имеющие разные массовые числа называют изотопами.
Естественные радиоактивные вещества широко распространены в природе. Их излучение создаёт естественный радиационный фон внешнего облучения. Естественная радиоактивность почв обусловлена в основном содержанием в них урана, радия, тория и изотопа калия-40. Обычно в почвах они находятся в сильно рассеянном состоянии и распределяются относительно равномерно.
Активностью называется мера количества радиоактивного вещества, выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени. В качестве единицы активности принято одно ядерное превращение в секунду. В системе СИ эта единица называется беккерель (Бк). До последнего времени широко использовалась специальная (внесистемная) единица активности — кюри (Ки): 1 Кu = 3,7•1010 ядерных превращений в секунду. Соотношение между указанными единицами активности: 1 Бк
2,7•1011 Кu. При радиологическом контроле природных объектов определяют удельную активность, которая характеризует активность радионуклида в единице массы или объёма образца.
Развитие жизни на Земле всегда происходило в присутствии естественного радиоактивного фона. Источниками его являются космическое излучение и естественные радионуклиды (ЕРН). почвы В результате деятельности человека в биосфере появились искусственные радионуклиды, увеличилось количество естественных радионуклидов, извлекаемых из недр Земли с нефтью, углем, газом, рудами. Проблема глобального загрязнения почв и грунтов радиоактивными изотопами некоторых элементов возникла с развитием атомной промышленности и испытаниями ядерного и термоядерного оружия.
Особенно значительное радиоактивное загрязнение почв, грунтов и биосферы в целом происходит при аварийных ситуациях.
Радиоактивное загрязнение почв ландшафтов и экосистем в настоящее время обусловливают в основном два радионуклида: цезий-137 и стронций-90. Поэтому в объектах исследований определяют валовое содержание, прежде всего, именно их. В почвах длительных интенсивных агроэкосистем, кроме того, определяют валовое количество калия-40.
Цезий-137 — это бета- и гамма-излучатель с максимальной энергией бета-излучения 1,76 МэВ и Т1/2 = 30,17 года. Большая подвижность цезия-137 определяется тем, что это радиоизотоп щелочного элемента.
Стронций-90 имеет период полураспада 28,1 года и является бета-излучателем с максимальной энергией 0,544 МэВ. Его относят к числу самых биологически подвижных. Закрепление и распределение этого радионуклида в почве в основном определяются закономерностями поведения изотопного носителя — стабильного стронция, а также химического аналога — стабильного кальция.
Калий-40 является бета-излучателем с энергией 1,32 МэВ и Т1/2 = 1,28 •109 лет. В каждом грамме природного калия содержится 27 Бк калия-40. В процессе хозяйственной деятельности человека потоки этого радионуклида в компонентах биосферы возрастают — в естественный круговорот дополнительно вовлекается 6,2•1016 Бк калия-40. При средней норме внесения калийных удобрений 60 кг/га в почву поступает калия-40 1,35•106 Бк/кг (Алексахин и др., 1992).
Особого внимания требуют наиболее опасные загрязнители агроэкосистем — долгоживущие радионуклиды – цезий -137 и стронций-90. Их доля в смеси продуктов деления с течением времени возрастает. Включаясь в биологическую цепочку «почва — растение — животное — человек» они оказывают поражающее влияние на здоровье людей. «Цезиевый период» будет продолжаться около 300 лет.
Основной критерий, характеризующий степень радиоэкологической безопасности человека, проживающего на загрязненной территории, — среднегодовое значение эффективной дозы. Единицей эффективной дозы является зиверт (Зв). Для оценки общих последствий облучения населения в случае проживания на загрязненной территории используется коллективная эффективная доза, которая представляет собой произведение средней эффективной дозы по группе людей на число индивидуумов в этой группе. Международной комиссией по радиологической медицине рекомендована в качестве предела дозы облучения населения — доза, равная 1 мЗв/год (0,1 бэр/год).
Читайте также: Трудноискоренимый сорняк индикатор кислотности почв
К основным путям облучения человека, которые должны учитываться при оценке реальных эффективных доз, относятся: внешнее облучение от гамма-излучающих радионуклидов в радиоактивном облаке, внешнее облучение от аэрозольных и твердых выпадений, внутреннее облучение по пищевым цепочкам и по ингаляционному пути. Наша лаборатория проводит радиологический анализ почвы по современным стандартам, принимаем заявки по телефону и с сайта.
Критерии радиационной безопасности
| Показатели | Экологическое бедствие | Чрезвычайная экологическая ситуация | Относительно удовлетворительная ситуация |
|---|---|---|---|
| Эффективная доза облучения, мЗв/год | более 10 | 5 — 10 | менее 1 |
Как проводятся радиологические исследования
Определение ЕРН в почве территорий, отводимых под строительство, производится путем гамма-спектрометрического анализа проб. Отбор проб почв и грунтов производится специальными пробоотборниками, а также при бурении инженерно-геологических скважин.
Отбор и обработка проб и определение изотопного состава концентраций радионуклидов должны производиться в лабораториях, аккредитованных на производство данного вида работ.
Маршрутную гамма-съемку территории следует проводить с одновременным использованием поисковых дозиметров-радиометров и дозиметров. Дозиметры-радиометры используются в режиме «Поиск» для обнаружения участков (точек) радиационных аномалий. Дозиметры используются для измерения МЭД в контрольных точках (сетка с шагом не более 10х15 м). Измерения проводятся на высоте 0,1 м над поверхностью грунтов, а также в инженерно-геологических скважинах – гамма-каротаж.
Мощность эквивалентной дозы (МЭД) внешнего гамма-излучения не должна превышать 0,3 мкЗв/час. Участки, на которых фактический уровень МЭД превышает обусловленный естественным гамма-фоном, рассматриваются как аномальные. В зонах выявленных аномалий гамма-фона интервалы между контрольными точками должны последовательно сокращаться до размера, необходимого для оконтуривания зон с уровнем МЭД > 0,3 мкЗв/час.
На таких участках с целью оценки величины годовой эффективной дозы должны быть определены удельные активности техногенных радионуклидов в почве и по согласованию с органами государственного санитарно-эпидемиологического надзора решен вопрос о необходимости проведения дополнительных исследований или дезактивационных мероприятий.
При обнаружении радиационной аномалии с МЭД > 0,3мкЗв/ч и выше необходимо проинформировать специальные службы.
Радоноопасность территории определяется по плотности потока радона с поверхности грунта и его концентрации в воздухе близлежащих уже построенных зданий и сооружений. Измерение плотности потока радона проводится в контрольных точках, расположенных в узлах прямоугольной сетки с шагом, определяемым с учетом потенциальной радоноопасности участка (20х10, 10х15, 50х25), но не менее 10 точек на участок.
Измерение плотности потока радона производится на поверхности почвы, дна котлована или на нижней отметке фундамента здания. Не допускается проведение измерений на поверхности льда и на площадках, залитых водой.
Измерение плотности потока радона производится методом экспонирования в контрольных точках накопительных камер с сорбентом радона, с последующим определением величины потока на радиометрических установках по величине активности бета- или гамма-излучения дочерних продуктов радона, поглощенного сорбентом.
По полученным данным рассчитывается класс требуемой противорадоновой защиты здания.
Результаты радиационно-экологических изысканий оформляются в виде технического отчета.
Отчет включает в себя следующие материалы и данные:
- план участка с указанием МЭД в контрольных точках;
- результаты работ по гамма-съемке, по определению ЕРН в почве, оценке радоноопасности участка;
- заключение о радиационной безопасности данного участка, а при необходимости — рекомендации по повышению уровня безопасности.
Полезные статьи
Микробиологические исследования и оценка санитарного состояния почв и грунтов