Радиация: война с невидимым убийцей или еще немного о радоне

И снова здравствуйте. В комментариях к предыдущей статье я обещал написать о защите от радона и его ДПР. Что ж, выполняю это обещание.

Как я уже говорил в предыдущей статье, радон представляет для людей довольно серьезную опасность. Особенно она велика в некоторых регионах Земли, где радон с больших глубин выносится на поверхности по тектоническим разломам. И в этих местах жизненно необходимы меры по снижению его концентрации в человеческом жилье.

Пути поступления радона в помещение

Источниками радона в недрах Земли являются такие породы, как граниты, сиениты, глины и глинистые сланцы, богатые ураном и его «дочками», включая радий-226. Радон выделяется (или как говорят — эксхалируется) горными породами и стройматериалами путем двух основных механизмов: диффузии и отдачи. Образовавшийся внутри твердого вещества, содержащего радий, атом радона, прежде чем перейти в газовую среду, должен преодолеть слой твердого вещества, где медленно мигрирует сквозь кристаллическую решетку. Из-за этого «радоноопасным» является достаточно тонкий слой плотного твердого вещества, составляющий миллиметры, но эта толщина значительно — до метров — увеличивается, если материал пористый или трещиноватый. Альтернативой диффузионному пути выделения радона является механизм, связанный с тем, что ядро радона получает при образовании значительный импульс, благодаря которому сразу преодолевает тонкий слой вещества. Толщина этого слоя очень мала, но процесс отдачи в отличие от диффузии не требует времени и не зависит от температуры. После выхода радона в поровое пространство почвы или породы (независимо от механизма) он относительно быстро мигрирует и выходит на дневную поверхность. Выделение радона таким образом создает обширные участки земной поверхности с повышенным фоном концентрации радона, совпадающие по контурам с зонами, где указанные породы расположены неглубоко от поверхности.

Так, в Ленинградской области, в узкой полосе земли шириной 3-15 км, протянувшейся от г. Кингисепп до реки Сясь, наблюдаются выходы так называемых диктионемовых сланцев Копорской свиты (нижний ордовик). Данные сланцы характеризуются аномально высоким (до 0,17%) содержанием урана, чем обусловлено активное выделение радона на этой территории. Концентрация радона в почвенном воздухе здесь достигает в отдельных точках 136 и выше. Ураноносные диктионемовые сланцы также находят и в других местах Ленинградской области, а также в Эстонии.

Вместе с тем, наблюдаются и локальные выходы радона в тектонически активных зонах, маркирующие разломы, карстовые каналы и другие «радонопроводные» структуры. Над такими «горячими точками» концентрация радона порой может превышать фоновую в сотни и тысячи раз, достигая десятков килобеккерелей в кубометре.

Как правило, концентрация радона внутри помещений значительно превышает наблюдающуюся на открытом воздухе. Основные пути его проникновения в помещение — следующие:

• непосредственная восходящая диффузия радона из недр Земли сквозь микротрещины и поры фундамента;
• проникновение через подземные коммуникации, в том числе с водой и природным газом, а также при сжигании твердого топлива (угля, дров);
• выделение радона строительными и облицовочными материалами самого дома, а иногда — находящимися в доме предметами, содержащими радий и торий;
• поступление радона с наружным воздухом через открытые окна нижних этажей, продухи подвальных помещений, «подсасывающие» обогащенный радоном приземный воздух.

Строительные материалы являются основным источником радона в многоэтажных зданиях. Наиболее «радоноопасными» компонентами стройматериалов являются каменноугольный шлак и глинозем (бокситы), а также фосфогипс, применяемый, как компонент штукатурных смесей, гипсокартона и других облицовочных материалов. Радиоактивными могут оказаться и обыкновенные песок и глина. Известен своей радиоактивностью и выделением радона гранит, используемый как в виде щебенки для приготовления бетона, так и в виде облицовочных плит и самостоятельных элементов конструкции зданий, например, фундамента. Богат радием-226 такой популярный стройматериал, как красный кирпич. Но наиболее опасны именно пористые и сыпучие материалы, так как из плотного гранита радон выходит крайне неохотно.

Суммарная мощность поступления радона в типичную городскую квартиру из недр Земли и от стройматериалов достигает 60 кБк/сутки. С наружным воздухом, в зависимости от этажности, поступает от пренебрежимо малого количества на верхних этажах до 10 кБк/сутки на первом этаже. Вода и природный газ обычно представляют собой значительно меньшие источники радона — до 3-4 кБк/сутки, но в плохо проветриваемых небольших помещениях кухонь и санузлов могут быстро создавать весьма значительные уровни радона. Так, обследование жилых домов Финляндии дало следующие значения: при терпимом уровне радона в комнатах 150-200 , в кухне его его ЭРОА достигает 3, а в ванной комнате — до 8,5 ! В процессе пользования душем уровень радона возрастает в десятки раз.

Что касается поступления радона с наружным воздухом, то разумеется, он значим только в том случае, если других источников радона нет или они незначительны — например, в деревянных домах. Потому что наряду с поступлением радона извне внутрь помещения идет и обратный процесс — что способствует уравниванию наружной и внутренней ЭРОА радона, а не накоплению радона внутри.

О пользе свежего воздуха

В подавляющем большинстве случаев концентрация радона на открытом воздухе незначительна, поэтому простейшим способом многократно снизить ЭРОА радона является элементарное проветривание. Наружная концентрация радона редко превышает единицы и первые десятки и проветривание быстро снижает ее до этих значений. Продуманная система вентиляции зданий, использование вытяжной вентиляции в кухнях и ванных комнатах — это один из наиболее эффективных способов решения радоновой проблемы. Так, в кухне при пользовании газом включение вытяжки обычно полностью предотвращает возрастание уровня радона, тогда как в отсутствие вытяжки его уровень зачастую быстро растет.

В семидесятых годах в Швеции стали вести активную борьбу с потерями тепла из зданий, и в связи с этим скорость воздухообмена снизилась более чем вдвое. Неожиданным и неприятным следствием этого стало увеличение уровней радона в несколько раз.

Правда, не всегда интенсивная вентиляция полезна — иногда мощная вытяжка, приводящая к падению давления в подвальном помещении, способствует высвобождению радона и резко повышает его концентрацию в подвалах. Поэтому вентиляцию следует организовывать таким образом, чтобы вытяжка обязательно компенсировалась притоком. Организация интенсивной вентиляции пространства между грунтом и защищаемым зданием значительно снижает концентрацию радона в этой зоне и эффективно предотвращает проникновение радона из почвы в здание. Роль такого пространства может выполнять необитаемое или редко посещаемое подвальное помещение либо оборудованное в подвале подполье.

Данные рисунки, как и тот, что на КДПВ, копируются по множеству русскоязычных сайтов.

Первоисточника я найти не смог, но судя по всему, это какие-то официальные документы из США.

Барьер против радона

Следующим защитным мероприятием, которое необходимо для снижения уровня радона в помещениях, является создание непроницаемого барьера, предотвращающего его попадание туда. В качестве такого барьера может служить стандартная гидроизоляция фундамента. Однако часто используемая в качестве гидроизоляционного материала полиэтиленовая пленка неожиданно является очень проницаемым для радона материалом. Впрочем, если вспомнить, что радон прекрасно растворяется в предельных углеводородах, и то, что полиэтилен фактически является парафиновым углеводородом с очень большой молекулярной массой, причина этого становится ясна. Эффективными против радона гидроизоляционными материалами являются полимер-битумные мастики и рулонные материалы. Таких барьеров следует устраивать два: один на границе между грунтом и зданием, а другой — на уровне цокольного перекрытия. В сочетании с вентиляцией отсекаемых этими барьерами объемов это позволяет резко снизить проникновение радона в обитаемые помещения.

Выделение радона из строительных материалов эффективно предотвращается покраской, оклейкой стен специальными обоями (даже обычные бумажные обои снижают эмиссию радона на 30%) пропиткой их поверхности специальными составами. Препятствием для выделения радона является и кафельная плитка. Кстати, наиболее радоноопасны пористые и трещиноватые материалы, поэтому предотвращение образования трещин (например, в материале фундамента) не только снижает проникновение радона сквозь толщу бетона, но и резко уменьшает выделение радона из самого бетона. Разумеется, это касается и материалов, которыми сложены стены и перекрытия, снижение пористости и трещиноватости которых эффективно понижает их эманирующую способность.

Борьба с радоном в воде и газе

Хороший способ снижения содержания радона в воде — это ее аэрация. Она может осуществляться путем барботажа воздуха сквозь слой воды или наоборот, разбрызгивания воды в воздух, пропусканием воды и воздуха противотоком через насадочную колонну и другими методами Это мероприятие снижает концентрацию радона в воде минимум на порядок, а часто и больше. Как правило, эту операцию проходит вода на станциях водоподготовки — но ее нет, если вода поступает из скважины индивидуального пользования. Содержание радона в такой воде может достигать 500-1000 Бк/л при допустимом уровне 60 Бк/л. Дальнейшая очистка воды от радона возможна с применением различных адсорбентов, например, активированного угля, который способен удалить 99,7% радона. Эффективность очистки со временем падает из-за «старения» угля, но сам радон на фильтре, разумеется, не накапливается, так как быстро распадается. Удаление радона является также побочным действием всевозможных ионообменных и мембранных фильтров. Выпускаются и специализированные фильтрационные установки для удаления радона — от небольших, на один дом или квартиру, до таких, которые могут обслужить целый город. Разумеется, индивидуальная установка для очистки воды от радона должна устанавливаться вне жилого помещения, а не прямо на кухне под раковиной, так как иначе весь удаленный радон в итоге окажется в воздухе.

Главным образом, цель очистки воды от радона — предотвратить его попадание в помещение. А что касается употребления воды с радоном внутрь, то кипячение ее в открытой посуде мгновенно снижает концентрацию радона в ней почти до нуля, так что не пейте сырую воду из-под крана.

Простейший и эффективный способ снижения содержания радона в природном газе — выдержка. Месяц выдержки в газохранилище практически полностью уничтожает радон в газе. Проблема с радоном возникает либо когда газ подается в сеть из места добычи непосредственно, либо когда радон поступает в само хранилище помимо газа.

Очистка воздуха от радона и ДПР

Все вышеописанные меры хороши, когда дом только строится. А вот в уже имеющемся жилье мало что можно сделать, кроме принудительной вентиляции подвала. Но может быть, можно попытаться организовать очистку воздуха? Ведь, как мы уже видели, радон охотно сорбируется.
Да, такой вариант есть. И в первую очередь целесообразно удалять из воздуха не сам радон, а гораздо более вредные его ДПР. Они присутствуют в виде активного налета на аэрозольных частицах и бета-распад придает этим частицам положительный заряд. Это мы и используем.
Первый вариант — это применение HEPA фильтров или так называемой ткани Петрянова. Данный материал представляет собой спутанные полимерные волокна, склонные накапливать отрицательный заряд, и этой электризуемостью обусловлено то, что такой фильтр с высокой эффективностью улавливает мельчайшие аэрозольные частицы, размеры которых многократно меньше, чем поры фильтра (там есть другие механизмы, но нам важен именно этот). А положительный заряд аэрозольных частиц, покрытых активным налетом, электростатическому налипанию на волокна фильтра способствует. Для эффективного улавливания радона производительность фильтрационной установки должна быть такой, чтобы время, в течение которого фильтр прокачает объем воздуха, равный объему помещения, превышало время полного обмена воздуха в помещении.

Второй вариант — это электрофильтры. Как и в методе улавливания ДПР радона на «ловушку», который я описывал в прошлой статье, когда говорил про домашние методы оценки уровня радона в помещении, на отрицательно заряженный электрод происходит активное осаждение ДПР радона. Условием успешной работы электрофильтра является потенциал улавливающего электрода, находящийся в определенных пределах — около 1000-5000 В. Более низкое напряжение неэффективно, более высокое — приводит к перезарядке пылевых частиц и их отталкиванию от электрода. Это мы, кстати, наблюдаем на примере люстры Чижевского, потолок над которой покрывается слоем въевшейся пыли. Кстати, фанаты люстры Чижевского очень любят упоминать, что она очищает воздух от радона. Так что нет, не очищает.

Приведу интересное описание успешного эксперимента по очистке воздуха от радона электростатическим методом, проведенного begin_end ^[1].

Нами проводились исследования электростатической фильтрации ДПР радона — именно люстра Чижевского не подходит, так как потенциал на такой установке выше 5кВ. При слишком высоком напряжении пылевые частицы оседают не на электроде, а на предметах рядом.
Электростатический фильтр в виде -5кВ электрода с таблеткой акт. угля снижает активность в 200л бочке с 1988 Bq/м3 до 67 Bq/м3 (почти в 30 раз) за 6 часов. Разумеется, опыт в бочке лишь пробный, высокой значимости не имеет.

При испытании в комнате 59м3 (стр. 317) удалось снизить концентрацию ДПР с 89 Bq/м3 до 28 Bq/м3 за 8 часов (в 3,2 раза, однако 28 Bq/м3 близко к нижней границе определения прибора РАА-10; эффективность работы метода сложно оценить на такой низкой начальной концентрации, а помещение с высоким уровнем в нашей местности найти нельзя).

Сошлюсь ^[2] и на пост begin_end ^[1], посвященный проблеме очистки воздуха от радона.

В заключение добавлю, что эффективность такой очистки должна значительно возрасти при введении «побудителя расхода» — вентилятора, прокачивающего воздух мимо улавливающего электрода.

* * *

ЭРОА радона в помещениях обычно заметно превышает таковую на открытом воздухе. Так как человек большую часть времени жизни проводит именно в помещениях, целесообразно, а во многих случаях и жизненно необходимо принять меры по снижению уровня загрязнения воздуха радоном и его ДПР.

Степень сложности и эффективности этих мер — разная, но есть один быстрый и ничего не стоящий метод — открыть форточку.

Автор: jar_ohty

Источник ^[3]