Диссертация (Методика геоэкологической оценки радиационной опасности применения горных пород при производстве строительных материалов)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»на правах рукописиБузина Дарья ВасильевнаМЕТОДИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ25.00.36 Геоэкология (строительство и ЖКХ)Диссертацияна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорЕнговатов Игорь АнатольевичМосква - 20192ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...4ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМА ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ13СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ………………………………………...1.1 Источники радиационной опасности в среде обитания человека.13Естественные радионуклиды………………………………………………..1.2 Пути поступления ЕРН в строительные материалы…………………..171.3 Исследования естественной радиоактивности строительных22материалов в РФ и за рубежом……………………………………………...1.4 Законы, правила и нормы в области радиационной безопасности и34радиационной гигиены………………………………………………………1.5 Выводы по главе 1 ……………………………………..………………...46ГЛАВА492ТЕОРЕТИЧЕСКИЕИССЛЕДОВАНИЯСТРОИТЕЛЬНЫХИЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕРАДИАЦИОННЫХМАТЕРИАЛОВИХАРАКТЕРИСТИКИЗДЕЛИЙНАОСНОВЕГОРНЫХ ПОРОД…………………………………………………………….2.1 Теоретические исследования содержания ЕРН ………………………..492.2 Методика геоэкологической оценки радиационной опасности………552.2.1 Измерения содержания и активности естественных радионуклидов65строительных материалов на основе горных пород ……………………….2.2.2 Измерения мощности эквивалентной дозы………………………….722.2.3 Измерение плотности потока радона……………………………….....772.3 Обработка результатов измерений………………………………...........802.4 Выводы по главе 2 ………………………………………………………82ГЛАВА 3 ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ84РАДИАЦИОННОЙ ОПАСНОСТИ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ЧЕЛОВЕКА…3.1 Критерии оценки радиационной опасности в России и Европейскомсоюзе………………………………………………………………………….8433.2 Сравнение расчетных и экспериментальных данных…………………933.3 Выводы по главе 3………………………………………………….……97ГЛАВА984СИСТЕМЫПРИНЦИПЫ(ИСЕТР)СТРОИТЕЛЬНЫХПОСОЗДАНИЯИНФОРМАЦИОННОЙСОДЕРЖАНИЮМАТЕРИАЛАХИЕРНСЫРЬЕИТРНДЛЯВИХПРОИЗВОДСТВА…………………………………………………………….4.1 Обоснование необходимости создания ИСЕТР…………...……..……984.2 Структура и содержание ИСЕТР……………………………………….1004.3 Выводы по главе 4………………………………………..……………..107ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….109СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………112ПРИЛОЖЕНИЕ123А.СписокопубликованныхнаучныхработД.В.

Бузиной (лично и в соавторстве)………………………………...…….4ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Среди многообразия проблем,связанных с антропогенными факторами воздействия на природную среду инаселение, в качестве важного можно выделить такой как добыча, перемещение ииспользование в промышленных масштабах горных пород, являющихсяосновным сырьем для индустрии строительных материалов. В свою очередьгорные породы различного происхождения и видов являются наиболее значимымосновным источником радиационного воздействия на человека за счет, такназываемого,техногенногорадиационногофона,которыйопределяетсяизлучением естественных радионуклидов (ЕРН), изначально распределенных вгорных породах.

Наиболее значимыми из них являются радиоактивныесемейства238U и232Th с дочерними продуктами распада и калий -40 (40K).Периоды полураспада основных радионуклидов составляют от 1 600 до 140 млрд.лет.Облучение населения ЕРН в строительных материалах дает определяющийвклад в суммарную годовую дозу среди других природных источников.Проведенныеранееисследованияпоказали,чтосодержаниеразличныхрадионуклидов существенно изменяется в зависимости от вида, происхождения иструктуры образования горных пород, которые и являются природнымисточником радиационной опасности для человека и среды его обитания.

Кромеэтого, для производства строительных материалов применяются отходыпромышленности (шлаки, золы, шламы и др.), отходы при добыче и переработкиполезных ископаемых (отвалы обедненных пород, сопутствующие компоненты идр.) природные и искусственные добавки и материалы, в состав которых входяттакже горные породы или продукты их переработки.В последнее время на российском рынке появилось огромное количествостройматериалов, происхождение и сырье для изготовления, которых не всегдаопределено.Всырьемогутсодержатьсярадионуклидытехногенного5происхождения, образовавшиеся за счет аварий на объектах и неконтролируемогопоступления в окружающую среду техногенных (искусственных) радионуклидов(ТРН) (например, 137Cs).Несмотря на большое количество данных о содержании естественныхрадионуклидов в конкретных строительных материалах, известные методики непозволяют оценить радиационную опасность применения горных пород припроизводстве строительных материалов.

Геоэкологическая оценка естественных итехногенных радионуклидов в строительных материалах по всей технологическойцепочке от добычи горных пород до применения, может снизить отрицательноевлияние на среду обитания человека за счет использования материалов сминимальным содержанием естественных радионуклидов, что приведет ксозданию экологически безопасной и комфортной обстановки в местахпроживания населения.Это осуществимо при разработке методики оценки радиационныхпараметров при производстве и применении строительных материалов, чтоприведет к созданию экологически безопасной и комфортной обстановки в местахпроживания населения.Разработка методики геоэкологической оценки и проведение на ее основеисследований радиационных характеристик строительных материалов и сырьядляихизготовления,выявлениеисточниковпоступленияестественныхрадионуклидов в цепочке от горных пород до создания радиационно-безопасныхматериалов является актуальной научной задачей.Тема диссертации соответствует паспорту научной специальности 25.00.36Геоэкология (строительство и ЖКХ), в частности пунктам 5.8 «Разработканаучных основ рационального использования и охраны водных, воздушных,земельных ресурсов Земли, санация и рекультивация нарушенных земель,ресурсосбережениевозникающихвиутилизациярезультатеэксплуатации ЖКХ».отходовстроительной,производстваипотребления,хозяйственнойдеятельности6Данная работа выполнялась в соответствии с Государственной программойРоссийской Федерации «Охрана окружающей среды» на 2012-2020 годы.Объект исследования: горные породы и промышленные отходы какисточник радиационной опасности при производстве и применении строительныхматериалов.Предметисследования:методологиягеоэкологическойоценкиприменения горных пород при производстве строительных материалов.Степень разработанности темы.

Вопросы исследования радиационноэкологической безопасности среды обитания человека и пути поступления ЕРН встроительные материалы изучались в трудах отечественных и зарубежныхученых: Э.М. Крисюк, С.А. Ахременко, О.П. Сидельникова, Н.П. Лукутцова, Р.М.Алоян, А.С. Едаменко, М.Ю. Слесарев, В.И. Теличенко, J.H. AlZahrani, S.Pavlidou, M.A. El-Rahman, S. Fares, Ali. A.

M. Yassene.Фундаментальные вопросы связанные с изучением содержания ЕРН вприроде изучались в трудах Э.М. Крисюка, С.А. Ахременко, Г.А. Войткевича,С.В. Лебедева, E.M. Lee, J Beretka.В российском и европейском законодательстве прописаны вопросынормированиярадиационнойбезопасностинаселения. Ихсравнительныманализом занимались И.П.

Стамат, S. Risica, R. Trevisi, C. Nuccetelli, J. Hůlka,J. Vlček, J. Thomas.Вместе с тем, имеющиеся данные разрознены, в основном касаютсясодержания ЕРН в конкретных материалах, не позволяют проследить механизмпоступления ЕРН из горных пород в строительные материалы и самое главноеотсутствует информационная система, позволяющая пользователю на стадииразработки и проектирования конструкционных и отделочных материалов сделатьвыбор в пользу «радиационно-безопасного» материала.

Также необходимоотметить отсутствие гармонизации нормативных документов в РФ и Европейскихстранах.7Рабочая гипотеза диссертации заключается в возможности созданияметодики, направленной на уменьшение радиационного воздействия на средуобитания человека посредством применения строительных материалов сминимальной естественной радиоактивностью, основным компонентом которыхявляются горные породы или промышленные отходы.Цель состоит в уменьшении радиационноговоздействия на средуобитания человека применением строительных материалов с минимальнойестественной радиоактивностью, основным компонентом которых являютсягорные породы или промышленные отходы.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиезадачи:1.Разработатьметодикугеоэкологическойоценкирадиационнойопасности применения горных пород в широко используемых строительных иотделочных материалах.2.Исследоватьзависимостиивыявитьзакономерностипораспределению естественных радионуклидов в строительных материалах настадиях жизненного цикла: от горных пород до строительных конструкцийпомещений.3.Провести сравнительную оценку Российских и Европейских подходови критериев, применяемых для обеспечения радиационной безопасности, в томчисле с учетом результатов натурных измерений в помещениях с различнымиотделочными и конструкционными материалами.4.Разработать структуру и состав информационной системы посодержанию естественных и техногенных радионуклидов в горных породах,строительных материалах и сырье для их производства.Научная новизна диссертации:1.Разработанарадиационнойкомплекснаяопасности,методикаопределяемойгеоэкологическойсодержаниемоценкиестественных8радионуклидов в строительных материалах, позволяющая не только определятькласс на стадии их применения, но осуществлять целенаправленный выборнаиболее безопасных из них на всем жизненном цикле от добычи сырья,производства и использования в строительной индустрии.2.Обоснована возможность получения материалов с минимальнымсодержанием естественных радионуклидов и удельной эффективной активностьюАэффдо370Бк/кг,наосновеучетасвязимеждупроисхождением,распространенностью и содержанием естественных радионуклидов в горныхпородах.3.Установлены зависимости и выявлены закономерности в содержанииестественныхрадионуклидов,определяющихрадиационнуюопасностьстроительных материалов на стадиях жизненного цикла от горных пород достроительных конструкций помещений, потенциальная опасность которых впорядкевозрастанияраспределяетсяследующимобразом:галоидные,карбонатные, глинистые, обломочные, кислые.4.Экспериментальноустановлено,чтопотенциальноопаснымиявляются отделочные материалы из природного сырья (керамические материалы,натуральные камни Аэфф ≥ 353 Бк/кг) и материалы, для изготовления которыхприменялись отходы промышленного производства, такие как зола, шлаки и др.,или искусственные добавки, такие как продукты отжига, циркониевыеконцентраты и др., Аэфф которых значительно больше 370 Бк/кг.Теоретическая и практическая значимость работы:1.

Результаты работы позволяют оценить радиационный фон за счетпоступления ЕРН из горных пород в строительные материалы и целенаправленновыбирать материалы с минимальным содержанием естественных радионуклидов.2. Определены границы применимости Европейского подхода порадиационному критерию в зависимости от содержания ЕРН.93.