ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ГЛИНИСТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Соколов П.Э.¹, Дрик В.Ю.²

¹ORCID: 0000-0002-3960-5010, кандидат технических наук, ²магистрант

Волгоградский государственный технический университет, Институт архитектуры и строительства

ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ГЛИНИСТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

Приведены результаты исследований удельной активности и эффективной удельной активности естественных радионуклидов в глинистых горных породах, которые применяются для производства различных керамических строительных материалов. Обработка полученных результатов дала возможность получить основные статистические характеристики исследованных горных пород. Анализ статистических характеристик позволил дать рекомендации, направленные на снижение уровня облучения населения от строительных материалов сырьем для которых служат исследованные глинистые горные породы.

Ключевые слова: удельная активность, естественные радионуклиды, глинистые горные породы, строительные материалы.

Sokolov P.E.¹, Drik V.Y.²

¹ORCID: 0000-0002-3960-5010, PhD in Engineering, ²Graduate student

Volgograd state technical university, Institute of architecture and construction (VSTU)

NATURAL RADIOACTIVITY OF CLAY ROCKS USED FOR MANUFACTURE OF CONSTRUCTION MATERIALS

Abstract

The results of study in specific activity and effective specific activity of natural radionuclides in clay rocks are presented. They are used for the production of various ceramic building materials. The processing of the obtained results made it possible to obtain the basic statistical characteristics of the investigated rocks. The analysis of statistical characteristics allowed to provide recommendations aimed at reducing the level of exposure of the population from construction materials to raw materials for which the investigated clay rocks are used.

Keywords: specific activity, natural radionuclides, argillaceous rocks, building materials.

Из всех известных источников ионизирующих излучений, воздействию которых подвергается человек, на долю строительных материалов приходится до 60 % [1], [2]. Естественная радиоактивность строительных материалов обусловлена повсеместным распространением природных радионуклидов: ⁴⁰K, ²²⁶Ra, ²³²Th. Для производства строительных материалов используются различные горные породы, а также отходы различных отраслей промышленности [3].

До недавнего времени облучение от естественных источников ионизирующего излучения рассматривалось как несущественное и неизменное явление радиационного фона. В настоящее время признано, что поглощенная доза населения в жилых и общественных зданиях может быть весьма высокой и ее можно уменьшить, а также избежать значительных доз при строительстве новых зданий [4].

Активность радионуклидов в строительных материалах зависит от концентрации естественных радионуклидов в горных породах, из которых они изготовлены, какой обработке эти горные породы подвергались при производстве строительных материалов [5] и как много времени прошло с момента использования данного материала для строительства здания или сооружения [6].

Материалами для исследований были приняты глинистые горные породы, добываемые и используемые для производства строительных материалов. Они применяются для производства портландцемента, керамического кирпича и блоков, керамзита и т.д. Достаточно широкое распространение таких материалов в современных условиях требует соблюдения всех норм и требований безопасности, в том числе радиационной [7, 8].

Основной нормируемой величиной характеризующей степень радиационной опасности является эффективная удельная активность естественных радионуклидов [9]. Она определяется по формуле:

   (1)

где А_K – удельная активность ⁴⁰K, Бк/кг; A_Ra – удельная активность ²²⁶Ra, Бк/кг; A_Th – удельная активность ²³²Th, Бк/кг.

Для оценки радиоактивности глинистых горных пород был произведен отбор проб из 24 месторождений Волгоградской области. Отобранные пробы были подготовлены в соответствии с общепринятой методикой [10]. Для этого пробы помещались в сосуд Маринелли (см. рис. 1). Проведение измерений осуществлялось на спектрометрическом комплексе «ГАММА ПЛЮС Р». Полученные спектры обрабатывались с помощью программного обеспечения «PROGRESS 3.0» на персональном компьютере.

Рис. 1 – Сосуд Маринелли

  В результате проведенных исследований были получены данные, приведенные в табл. 1.  

Таблица 1 - Удельные активности и эффективная удельная активность естественных радионуклидов в глинистых горных породах

Обработку полученных экспериментальных данных можно произвести, используя различные подходы [11]. Обработаем полученные данные статистически.

 

Таблица 2 – Описательная статистика результатов исследований

Представим данные, приведенные в табл. 2 в графической форме в виде диаграммы размахов, используя для обработки язык статистических вычислений и графики R [12] (см. рис. 2).

Диаграммы размахов позволяют проиллюстрировать распределение значений непрерывной переменной, отображая, пять параметров: минимум, нижний квартиль (25-й процентиль), медиану (50-й процентиль), верхний квартиль (75-й процентиль) и максимум.

Рис. 2 – Диаграммы размахов для удельных активностей и эффективной удельной активности естественных радионуклидов

 

Анализируя данные, приведены в табл. 1-2 и на рис. 2 можно отметить следующее.

Максимальное значение удельной активности ⁴⁰K наблюдается у образца с шифром Д-1 и составляет – 972,4 Бк/кг. Минимальное значение имеет образец с шифром О-1, оно составляет – 320,4 Бк/кг. Среднее значение удельной активности составляет – 647,66 Бк/кг, при этом 10 образцов имеют удельную активность ⁴⁰K выше, а 14 ниже средней.

Среди исследованных горных пород максимальное значение удельных активностей ²²⁶Ra отмечено у образца с шифром Д-1, оно составляет – 35,2 Бк/кг. У этого же образца отмечено и максимальное значение удельной активности ⁴⁰K. Минимальное значение – 13,7 Бк/кг отмечено у образца с шифром К-2. Среднее значение удельной активности ²²⁶Ra составляет 23,03 Бк/кг. Количество образцов имеющих удельные активности ²²⁶Ra больше средней – 9, а меньше – 15.

Образцом, имеющим максимальную удельную активность ²³²Th – 61,1 Бк/кг является образец с шифром К-1, а минимальную – 16,4 Бк/кг образец с шифром О-1. Среднее значение удельных активностей ²³²Th – 39,09 Бк/кг. Количество образцов имеющих удельные активности ²³²Th больше средней – 9, а меньше – 15.

По эффективной удельной активности естественных радионуклидов максимальное значение наблюдается у образца с шифром К-1, оно составляет – 196,8 Бк/кг. У этого же образца отмечена и максимальная удельная активность ²³²Th. Минимальное значение эффективной удельной активности имеет образец с шифром О-1 – 72,05 Бк/кг. У этого же образца отмечена и минимальная удельная активность ²³²Th. Среднее значение эффективной удельной активности составляет – 132,13 Бк/кг. Образцов со значениями эффективной удельной активности выше среднего – 10, а меньше – 14.

Необходимо отметить, что все исследованные образцы глинистого сырья имеют эффективную удельную активность менее 370 Бк/кг, что соответствует первому классу по радиационной опасности [9]. Следовательно, все они могут использоваться для производства строительных материалов без ограничений. При этом необходимо иметь в виду, что глинистые горные породы в основном подвергаются различным видам переработки для получения из них керамических строительных материалов [3, 5]. Воздействие этих видов переработки необходимо обязательно учитывать.

Однако НКДАР ООН рекомендует снижать дозы облучения населения от природных источников излучения настолько, насколько это возможно и экономически целесообразно [13].

Поэтому полученные при статистическом анализе удельных активностей и эффективной удельной активности результаты позволяют рекомендовать применять для производства строительных материалов глинистые горные породы со значениями А_эфф ниже среднего – 132,13 Бк/кг. Таким образом радиоактивность глинистых горных пород в 1,49 раза меньше допустимых норм для строительных материалов.

Список литературы / References

1. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. / Э.М. Крисюк. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 120 с.
2. Соколов П.Э. Необходимость контроля радиоактивности строительных материалов / П.Э. Соколов, О.П. Сидельникова, Ю.Д. Козлов // Строительные материалы. – 1995. - № 9. – С. 18-19.
3. Соколов П.Э. Радиационные аспекты производства строительных материалов / П.Э. Соколов // Форум. – 2016. - №2(8). – С. 115-120.
4. Соколов П.Э. Проблемы радиационной безопасности в производстве и использовании строительных материалов / П.Э. Соколов. – Волгоград. ВолгГАСА, 2003. – 85 с.
5. Соколов П.Э. Влияние обжига на радиоактивность керамических материалов / П.Э. Соколов, П.Д. Чернышев // Научное обозрение. – 2017. - №8. – С. 34-40.
6. Соколов П.Э. Оценка временного фактора в формировании радиационного фона зданий / П.Э. Соколов, В.В. Григорьевский // Форум. – 2016. - №2(8). – С. 111-114.
7. СанПиН 2.6.1.2523 Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) : [утв. гл. гос. санитар. врачом Рос. Федерации 07.07.2009 : введ. 01.09.2009].- М.: Минздрав России, 2009. - 93 с.
8. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ 99/2010): Санитарные правила и нормативы СП 2.6.1.2612-10. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2010. – 83 с.
9. ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов. - Введ. 1995-01-01. - М.: Стандартинформ, 2007. - 11 с.
10. Измерение активности гамма-излучающих радионуклидов на сцинтилляционном спектрометре с использованием пакетов программ SM и EXPRESS: Методические рекомендации / ВНИИФТРИ. М., 1993. – 31 с.
11. Соколов П.Э. Использование карт Кохонена для оценки радиоактивности строительного сырья / П.Э. Соколов // Вестник науки и образования Северо-Запада России. – 2017. - №1(3). – С. 70-78.
12. Кабаков Р.И. R в действии. Анализ и визуализация данных в программе R / Р.И. Кабаков // пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, 2014. – 588 с.
13. Effects of Radiation on the Environment: Report to the General Assembly with Scientific Annex / United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR 2000). – New York: UN, 2000 – 842 p.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Krisjuk Je.M. Radiacionnyj fon pomeshhenij [Background radiation areas]. / Je.M. Krisjuk. – M.: Energoatomizdat, 1989. – 120 p. [in Russian]
2. Sokolov P.E. Neobhodimost' kontrolja radioaktivnosti stroitel'nyh materialov [The need for control of radioactivity of building materials] / P.E. Sokolov, O.P. S Sidel'nikova, Y.D. Kozlov // Stroitel'nye materially [Building materials]. – 1995. - №9. – P. 18-19. [in Russian]
3. Sokolov P.E. Radiacionnye aspekty proizvodstva stroitel'nyh materialov [Radiological aspects of production of construction materials ] / P.E. Sokolov // Forum [Forum]. – 2016. - №2(8). – P. 115-120. [in Russian]
4. Sokolov P.E. Problemy radiacionnoj bezopasnosti v proizvodstve i ispol'zovanii stroitel'nyh materialov [Problems of radiation safety in the production and use of building materials] / P.E. Sokolov. – Volgograd. VolgGASA, 2003. – 85 p. [in Russian]
5. Sokolov P.E. Vlijanie obzhiga na radioaktivnost' keramicheskih materialov [The effect of roasting on the radioactivity of ceramic materials] / P.E Sokolov, P.D. Tchernyshev // Nauchnoe obozrenie [Scientific review]. – 2017. - №8. – P. 34-40. [in Russian]
6. Sokolov P.E. Ocenka vremennogo faktora v formirovanii radiacionnogo fona zdanij [Evaluation of time factor in the formation of the background radiation of buildings] / P.E. Sokolov, V.V. Grigor'evskij // Forum [Forum]. – 2016. - №2(8). – P. 111-114. [in Russian]
7. SanPiN 2.6.1.2523 Normy radiacionnoj bezopasnosti (NRB-99/2009) [Norms of radiating safety] : [Approved by the main state doctor of the Russian Federation 07.07.2009]. - Vved. 01.09.2009. - M.:Minzdrav Rossii, 2009. 93 p. [in Russian]
8. Osnovnye sanitarnye pravila obespechenija radiacionnoj bezopasnosti (OSPORB) [Basic sanitary rules of ensuring radiation safety]: [Sanitary rules and regulations SR 2.6.1.2612-10]. – M.: Federal'nyj centr gigieny i jepidemiologii Rospotrebnadzora, 2010. – 83 p. [in Russian]
9. GOST 30108-94. Materialy i izdeliya stroitelnye. Opredelenie udelnoj ehffektivnoj aktivnosti estestvennyh radionuklidov [Materials and products building. Definition of specific effective activity natural radioniclides]. - Vved. 1995-01-01. M.: - Standartinform, 2007. - 11 p. [in Russian]
10. Izmerenie aktivnosti gamma-izluchajushhih radionuklidov na scintil-ljacionnom spektrometre s ispol'zovaniem paketov programm SM i EXPRESS: Metodicheskie rekomendacii [Measurement of activity of gamma-emitting radionuclides in scintil-translational spectrometer using software packages such as SM and EXPRESS: guidelines] / VNIIFTRI. M., 1993. – 31 p. [in Russian]
11. Sokolov P.E. Ispol'zovanie kart Kohonena dlja ocenki radioaktivnosti stroitel'nogo syr'ja [The use of Kohonen maps for assessing the radioactivity of building raw materials] / P.E. Sokolov // Vestnik nauki i obrazovanija Severo-Zapada Rossii [Journal of science and education of North-West Russia]. – 2017. - №1(3). – P. 70-78. [in Russian]
12. Kabacoff R.I. R v dejstvii. Analiz i vizualizacija dannyh v programme R [R in action. Data analysis and graphics with R] / R.I. Kabacoff // per. s angl. – M.: DMK Press, 2014. – 588 p. [in Russian]
13. Effects of Radiation on the Environment: Report to the General Assembly with Scientific Annex / United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR 2000). – New York: UN, 2000 – 842 p.