Диссертация (1141553), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработана структура и состав информационной системы (ИСЕТР) посодержанию естественной и техногенной активности для создания новых иоценки применимости существующих строительных материалов для обеспечениябезопасной среды обитания человека.Методология и методы исследования: анализ и обобщение литературных источников, научных публикаций,интернет-ресурсов, нормативных документов и стандартов, результатовнаучно-исследовательских работ, опубликованных в открытой печати, потеме диссертации; системныйанализ,комплексныйподходкрешениюнаучно-методологических, теоретических и экспериментальных задач, методыматематической статистики; экспериментальныеисследованиярадиационныххарактеристикстроительных материалов и изделий на основе горных пород.Положения, выносимые на защиту:1.опасности,Комплексная методика геоэкологической оценки радиационнойопределяемойсодержаниеместественныхрадионуклидоввстроительных материалах, позволяющая не только определять класс на стадии ихприменения, но осуществлять целенаправленный выбор наиболее безопасных изних на всем жизненном цикле от добычи сырья, производства и использования встроительной индустрии.2.Возможность получения материалов с минимальным содержаниеместественных радионуклидов и удельной эффективной активностью Аэфф до 370Бк/кг, на основе учета связи между происхождением, распространенностью исодержанием ЕРН в горных породах.3.Установленныезависимостиивыявленныезакономерностивраспределениях естественных радионуклидов, определяющих радиационнуюопасность строительных материалах на стадиях жизненного цикла от горных10пород до строительных конструкций помещений, потенциальная опасностькоторых в порядке возрастания распределяется следующим образом: 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, таких как зола, шлаки и др.,или искусственные добавки, такие как продукты отжига, циркониевыеконцентраты и др., Аэфф которых значительно больше 370 Бк/кг.Степень достоверности результатов подтверждается сопоставимостьютеоретических и экспериментальных исследований радиационных характеристикстроительных материалов и основным положением теории распространенияэлементов в природе.
При получении экспериментальных данных использовалосьповеренное оборудование для получения результатов с погрешностью не более20% при доверительной вероятности 0,95.Апробация результатов. Основные результаты работы обсуждались идокладывались на международных, вузовских конференциях и семинарах: XVIIМеждународной межвузовской научно-практической конференции молодыхучёных,аспирантовидокторантов«Строительство-формированиесредыжизнедеятельности» (г.
Москва, 2014 г.); международной научной конференции«Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (г.Москва, 2014 г.); 25-ой международной научной конференции «R-S-P SeminarTheoretical Foundation of Civil Engineering MATEC» (MATEC Web of Conferences,2016 г.); международной научной конференции XXI International ScientificConference on Advanced in Civil Engineering «Construction - The Formation of LivingEnvironment» (г. Москва, 2018 г.); 27-ой международной научной конференции«R-S-P Seminar Theoretical Foundation of Civil Engineering MATEC» (Web ofConferences, 2018 г.).11Личный вклад автора.
Лично автором разработана методология,выполнен комплекс экспериментальных исследований, а также статистическиобработаны экспериментальные данные, в том числе:1.Разработанарадиационнойкомплекснаяопасности,методикаопределяемойгеоэкологическойсодержаниемоценкиестественныхрадионуклидов в строительных материалах, позволяющая не только определятькласс на стадии их применения, ноосуществлять целенаправленный выборнаиболее безопасных из них на всем жизненном циклеот добычи сырья,производства и использования в строительной индустрии.2.Обоснованавозможность 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.Публикации.
Основные положения диссертационной работы изложены в7 научных публикациях, в том числе в 2 работах, опубликованных в12рецензируемых научных изданиях, в которых должны быть опубликованыосновные научные результаты диссертаций на соискание ученой степеникандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, 3 публикациях визданиях Scopus. В диссертации использованы результаты научных работ,выполненных автором – соискателем ученой степени кандидата техническихнаук, лично и в соавторстве.
Список опубликованных научных работД.В. Бузиной (лично и в соавторстве) приведен в Приложении А.Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы,состоящего из 90 наименований. Работа изложена на 124 страницах текста,содержит 16 рисунков, 30 таблиц и 1 приложение на 2 страницах.13ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.1.1 Источники радиационной опасности в среде обитания человека.Естественные радионуклиды.С момента зарождения жизни на земле человек подвергается воздействиюрадиации за счет “земного” и космического излучения.“Земное”излучениеопределяетсяпервичнымирадионуклидами,присутствующими в элементах земной коры окружающей среды, естественнаярадиоактивность нестабильных “вечных” радионуклидов, таких как U-235, U-238,Th-232 и К-40 [1].Космическое излучение состоит из высокоэнергетических частиц, восновном ядер водорода и гелия, взаимодействие которых с элементамиатмосферы приводит к образованию заряженных частиц, гамма квантов, бетачастиц и нейтронов, а также образованию так называемых космогенныхрадионуклидов, в основном С-14 и Н-3 [2].Насовременномэтапекуказаннымрадионуклидамдобавилисьантропогенные радионуклиды, созданные человеком в результате военного имирного использования атомной энергии.Всеэтирадионуклидысоздаютестественныйиискусственныйрадиационный фон, определяющий радиационное воздействие (дозу облучениячеловека) за счет внешнего и внутреннего облучения.
При этом внешнееоблучение определяется излучением от внешних по отношению к немуисточников (космическое излучение и естественные радионуклиды в горныхпородах, почве, атмосфере и др.). Внутреннее облучение происходит за счетвоздействия на организм излучений естественных радионуклидов, находящихся в14организме (40К и радионуклиды семейства урана и тория, поступающие ворганизм с воздухом, пищей и водой).С точки зрения воздействия на человека основную роль на современномэтапе вносит его хозяйственная деятельность, связанная с добычей полезныхископаемых,использованиемминеральныхудобренийиглавное,сиспользованием материалов для жилищного и производственного строительства,определяемаякактехногенныйрадиационныйфонотестественныхрадионуклидов (ЕРН).Вклад различных составляющих в годовую дозу облучения в порядкеубывания можно представить следующей последовательностью компонентовприродногооблучения(почти86%),медицинскоеоблучение(14%)ирадиационные аварии, выпадения от испытаний ядерного оружия, эксплуатацияисточников ионизирующего излучения (0,18%) [3, 4].Такимобразом,вработеосновноевниманиеуделяетсяименноестественным радионуклидам в строительных материалах в общей цепочке отдобычи, производства, применения.К естественным радионуклидам, активность которых нормируется встроительных материалах, относятся нестабильные радионуклиды - радий-226(226Ra), торий -232 (232Th), с дочерними продуктами их распада и калий-40(40K)[5].Отметим, что радиационную опасность представляют именно продуктыраспада (радионуклиды), в основном этоэнергией 0,186 МэВ и222226Ra, испускающий гамма-кванты сRn, испускающий гамма-кванты с энергией 0,510 МэВ.Радий-226 и дочерние продукты его распада входят в радиоактивное семействоурана-238.
Схема радиоактивных превращений (распада) урана-238 приведена втаблице 1.1 [6].15Таблица 1.1. Схема радиоактивных превращений в семействе урана-238.РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД ЯДЕРВидизлученияНуклидПериодполураспадаαУран-238238U4,47 млрд. летβТорий-234234Th24,1 сутокβПротактиний234234m1,17 минутαУран-234234U245 000 летαТорий-230230Th7 700 летαРадий-226226Ra1 600 летαРадон-2222223,823 сутокαПолоний-2182183,05 минутβСвинец-21421426,8 минутβВисмут-21421419,9 минутαПолоний-2142140,000 164 секундыβСвинец-21021022,3 летβВисмут-2102105,01 сутокαПолоний-210210Po138,4 сутокСвинец-206206PbСтабильныйPaRnPoPbBiPoPbBiТаким образом, естественный радионуклид урана-238 в результате ядерныхпревращений (через цепочку распада) через миллиарды лет превращается встабильный (нерадиоактивный) изотоп свинца-206. Отметим, что радиационнуюопасность представляют именно продукты распада (радионуклиды), в основномэто 226-Ra, испускающий гамма-кванты с энергией 0,186 МэВ и 222-Rn,испускающий гамма-кванты с энергией 0,510 МэВ.16Естественный, встречающийся в природе, торий представляет собойпрактически чистый изотоп торий-232.
Схема радиоактивных превращений всемействе тория-232 приведена в таблице 1.2 [6].Таблица 1.2. Схема радиоактивных превращений в семействе тория-232.РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД ЯДЕРВидизлученияНуклидПериодполураспадаαТорий-232232140 млрд. летβРадий-2282285,75 летβАктиний-228228Ac6,13 часовαТорий-228228Th1,91 летαРадий-224224Ra3,6 сутокαРадон-22022055,6 секундαПолоний-2162160,15 секундβСвинец-21221210,6 летβ -63,8%Висмут-21221260,6 минутαПолоний-2122120,000 000 3секундыαТаллий-208208Свинец-208208ThRaRnPoPbBiα -36,2%PoTl3,07 минутPbСтабильныйТаким образом, естественный радионуклид тория-232 в результате ядерныхпревращений (через цепочку распада) через сотни миллиардов лет превращается встабильный (нерадиоактивный) изотоп свинца-208.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
