Каюков П.Г., Федоров Е.В., Беркинбаев Г.Д.
ТОО «ЭКОСЕРВИС-С», Казахстан, Алматы
На территории Акмолинской области проявлены многочисленные естественные и техногенные проявления повышенной радиоактивности, обязанные Северо-Казахстанской урановорудной провинции. В 2010-11 годы проведен комплекс радоновых исследований, включающий мгновенные и интегральные способы определения активностей радона. По рекомендации Всемирной организации здравоохранения и Международного агентства по атомной энергии использованы медианные значения радона в населенных пунктах, что позволило более четко откартировать и оценить радоноопасные зоны.
Ключевые слова: радон, уран, зона, радоноопасная, структура, руда
Введение
Территория Акмолинской области характеризуется наличием целого ряда радиационных факторов, обусловленных естественными и техногенными проявлениями повышенной радиоактивности, главными из которых являются многочисленные участки аномальных повышений природной радиоактивности, урановые месторождения и рудопроявления, а также многолетняя масштабная деятельность урановых рудников и предприятий по добыче других полезных ископаемых, с сопутствующей урановой минерализацией.
В Акмолинской области находится большая часть одной из крупнейшей в мире Северо-Казахстанской урановорудной провинции, включающей более 30 урановых месторождений и рудопроявлений урана, объединенных в 7 рудных узлов, и несколько сот радиационных природных аномалий, что формирует урановую геохимическую специализацию территории области. Месторождения отрабатывались горным способом или вскрывались разведочными горными выработками, что привело к образованию большого количества радиоактивных отходов. Все эти факторы способствуют проявлениям высокой активности радона на территории области (Рис. 1).
Цель исследований
Радоновые исследования проводились для оценки радоноопасности территории Акмолинской области для последующей разработки оптимальных противорадоновых мер. Исследования включали следующие этапы:
- Выявление закономерностей распределения радонопроявлений на территории исследуемых районов
Рис. 1 – Карта районирования территории Акмолинской области по природно-геологическим характеристикам и радоноопасности
1 – номера структурных блоков, 2 – номера (в квадратиках) радиационных опасных зон: 1 – Приесильская, 2 – Зеренды-Балкашинская, 3 – Чаглинская (Шагалинская), 4-Акколь-Щучинская, 5 – Степногорск-Заозерная; 3 – номера рудных узлов: 1 – Кубасадырский, 2 – Ишимский, 3 – Балкашинский, 4 – Чаглинский, 5 – Аксу-Маныбайский, 6 – Шатский, 7 – Коксенгирский; 4 – месторождения урана, 5 - рудопроявления урана
- Выделение локальных радоноопасных структур с различными природно-геологическими особенностями территории для проведения натурных измерений активности радона в их пределах
- Проведение натурных измерений ЭРОА радона и определение интегральных значений активности радона в воздухе помещений
- Определение возможности использования результатов мгновенных измерений радона для целей районирования территории Казахстана по радоноопасности
- Определения дозовых нагрузок на население от облучения природными источниками ионизирующего излучения.
Материалы и методы
Предварительное определение степени радоноопасности исследуемой территории определялось при проведении районирования с использованием геологических и структурно-тектонических карт [2, 3], а также дешифрирования космоснимков и анализа данных уже проведенных радоновых определений [4].
По результатам предварительного определения радоноопасности Акмолинской области определены районы проведения полевых радоновых исследований. Первый полевой сезон радоновых исследований проведен в 2010 году, в пределах административных районов, связанных с рудными узлами: Сандыктауский, Енбекшильдерский и Аккольский. В 2011 году исследования расширились еще на 9 районов Акмолинской области и 2-х городов: Кокшетау и Астана. Внимание было уделено сельским населенным пунктам (СНП), расположенным вблизи разломных структур 1 и 2 порядков.
Мгновенные измерения ЭРОА радона в воздухе помещений жилых и административных зданий и подвалах зданий проводились в весенне-летний период. В соответствии с методикой проведения измерений ЭРОА радона [5], помещения должны быть выдержаны в закрытом (непроветриваемом состоянии) в течение 12-24 часов. Конечно, для жилых помещений такое требование выполнялось не строго. В 2010 году выполнены мгновенные измерения ЭРОА радона в 357 помещениях. В 115 помещениях для определения интегральных значений активности радона были установлены интегральные детекторы венгерской фирмы Radosys с выдержкой 3 месяца. В 2011 году мгновенные измерения ЭРОА радона по аналогичной методике выполнены в 1139 помещениях, включая 154 помещения, в которых мгновенные измерения проводились дважды, до и после установки интегральных детекторов RSKS. Период измерений также весенне-летний. В системе Radosys все процедуры выполнялись в соответствии с инструкцией этой фирмы, гарантирующей метрологические параметры измеренной величины объемной активности радона. Измерение мгновенных измерений ЭРОА радона осуществлялось радиометрами радона Рамон-02 фирмы СОЛО [5]. Метрологическая поверка радиометров осуществлялась перед каждым полевым сезоном в метрологическом центре НаЦЭкС.
Для сравнения результатов мгновенных и интегральных измерений значения объемной активности, измеренные интегральными детекторами, умножались на коэффициент равновесия радона с продуктами его распада. Для измерений 2010 г. был принят общепринятый коэффициент 0,4, а для 2011 года был рассчитан средний коэффициент равновесия 0,66 по повторным измерениям радиометрами радона Рамон-02 (в 2010 году и в начале 2011 года этот параметр не записывался).
Оценка радоноопасности оценивалась по медианному значению мгновенных измерений ЭРОА радона каждого населенного пункта и наличию превышений ЭРОА радона величины 200 Бк/м3.
Расчет дозовых нагрузок населения от радона выполнен в зависимости от структуры времени пребывания населения вне и внутри помещения, занятости человека и уровня радона внутри и вне помещений. Дозовый коэффициент рассчитан по Севостьянову В.Н. [5], что практически не отличается от Российской методики МУК 2.6.1.1088-02.
Результаты и обсуждение
Анализ природно-геологических особенностей и радиационной напряженности позволил разделить территорию области на 3 блока (площади) с различной историей развития и различными структурно-тектоническими и радиационными характеристиками. С учетом этих характеристик осуществлено районирование территории с ранжированием блоков по приоритетности проведения оценки радоноопасности. Первоочередным для проведения исследований по радоноопасности в Акмолинской области является Северо-Западный блок, характеризующийся ландшафтами равнин лесостепного и сухостепного типов, и включающий практически все 5 выделенных радиационно напряженных зон (Рисунок 1).
В результате проведенных работ на территории Северо-Западного блока установлено, что из 47 обследованных поселков (и городов Астана и Кокшетау) 35 поселков (76,1%) оказались с превышением нормативных значений (200 Бк/м3) активности радона в воздухе помещений. При этом, превышение норматива установлены в 31,6% зданий и в 16,1% обследованных помещений. Максимальная активность 4045 Бк/м3 установлена в подвале частного дома. Средняя активность радона в воздухе помещений (кабинетах и комнатах) с превышением норматива составляет 270-290 Бк/м3, в подвалах 716 Бк/м3.
Для оценки радоноопасности территорий, обследованных в 2010 и 2011 годах, была принята рекомендация ВОЗ и МАГАТЭ [1] по использованию медианных значений ЭРОА радона по сельским населенным пунктам (СНП), а также учитывалось наличие превышений ЭРОА радона более 200 Бк/м3. Медианные значения ЭРОА радона при логнормальном распределении единичных значений ЭРОА радона являются устойчивыми значениями, так как они мало подвержены влиянию крайних аномальных значений. При повторении съемки они лучше подтверждаются, чем средние арифметические значения. Сближенные СНП с повышенными медианными значениями ЭРОА радона более 50 Бк/м3 и наличием превышений ЭРОА радона 200 Бк/м3 идентифицировались нами, как радоноопасные зоны (Рисунок 2).
Для выявления связи повышенных значений активности радона с природно-геологическими факторами был проведен анализ структурно-тектонических характеристик с использованием структурных схем, космических снимков и Геологической карты Казахстана масштаба 1:500 000 для определения геолого-структурной позиции 255 поселков, в которых были проведены измерения концентрации радона в воздухе помещений. Позиции поселков были объединены в 3 группы по расположению - на закрытой рыхлыми отложениями территории, на основании, сложенном интрузивными и кристаллическими породами и находящиеся в зоне влияния тектонических структур. Анализ положения поселков и активности в них радона показал наличие связи радонопроявлений с геологическими и структурными элементами с достаточно высоким уровнем корреляции (наибольшие активности радона отмечены в поселках второй и, особенно, третьей группы), что, безусловно, должно быть использовано при дальнейших работах по оценке радоноопасных территорий Казахстана.
Анализ приуроченности к геологическим структурам (Таблица 1) показал, что шесть из 15 выделенных радоноопасных зон связаны с тектоническими зонами. Три радоноопасные зоны приурочены к рудным узлам. Четыре радоноопасные зоны связаны с гранитными массивами и одна радоноопасная зона скорее всего связана с деятельностью рудника. Таким образом, выделенные по данным измерений активности радона (с учетом данных исследований прежних лет) зоны повышенной радоноопасности не всегда пространственно связаны с расположением рудных узлов и, вероятно, в большей мере связаны с природно-геологическими (в т.ч. геолого-структурными) факторами.
Рис. 2 - Карта радоноопасности Северо-Западного блока по медианным значениям ЭРОА радона
1 – номера рудных узлов: 3 – Балкашинский, 4 – Чаглинский, 5 – Аксу-Маныбайский, 6 – Шатский, 7 – Коксенгирский; 2 – контуры аномальных территорий; 5 – максимальные единичные значения ЭРОА радона не превышают 100 Бк/м3, 6 – максимальные единичные значения ЭРОА радона находятся в диапазоне от 100 до 200 Бк/м3, 7 – максимальные единичные значения ЭРОА радона составляют 200 Бк/м3 и более; 8 – тектонические нарушения по дешифрированию космоснимков 1 порядка, 9 – тектонические нарушения по дешифрированию космоснимков 2 порядка
Таблица 1- Увязка радоноопасных зон и геологических структур
№ зоны |
Название радоноопасной зоны |
Название геологических структур |
1. |
Приозерная |
Балкашинский рудный узел |
2. |
Атбасарская |
Есильская тектоническая зона |
3. |
Балкашинская |
Балкашинская рудная зона и локальная тектоническая зона |
4. |
Чайкинская |
Чаглинский рудный узел |
5. |
Новобратская |
Локальная тектоническая зона |
6. |
Макинская |
Северная тектоническая зона и секущая локальная зона |
7. |
Жана-Турмыская |
Локальная тектоническая зона |
8. |
Щучинская |
Гранитный массив |
9. |
Ульги-Жылгызкарагайская |
Отдельные гранитные массивы и тела |
10. |
Домбралинская |
Локальная тектоническая зона в пределах гранитного массива |
11. |
Талапкерская |
Локальный гранитный массив и локальная тектоническая зона |
12. |
Акбулакская |
Краевой тектонический шов |
13. |
Аксуский |
Антропогенное влияние |
14. |
Приречная |
Западная тектоническая зона |
Отсутствие надежной прямой связи радонопроявлений и уранопроявлений может свидетельствовать о необязательном выдвижении критерия наличия урановых месторождений на территории района как необходимого при определении приоритетности площадей для оценки радоноопасности. Радоноопасными районы и зоны могут быть без явных признаков ураноносности, что находит подтверждение и при изучении других территорий Казахстана. Этот фактор должен учитываться при планировании площадей для оценки радоноопасности.
Сравнение результатов радоновых исследований 2010 и 2011 годов (Таблица 2) показывает, что уровень радоноопасности СНП, расположенных вблизи региональных зон разломов незначительно уступает радоноопасности СНП в районах с рудными зонами. Медианное значение ЭРОА радона в 2011 году составило 52 Бк/м3 против 64 Бк/м3 в 2010 году. Количество превышений более 200 Бк/м3 незначительно увеличилось в процентном отношении, всего на 0,2%. Процентное отношение значений ЭРОА радона от 100 до 200 Бк/м3 в 2011 году в 1,4 раза ниже, чем в 2010 году.
Таблица 2 - Сопоставление результатов работ ТОО «ЭКОСЕРВИС-С» 2010 и 2011 годов
Год обследова-ния |
Количество обследован-ных помещений, включая подвалы |
Медиан-ное значение ЭРОА, Бк/м3 |
Максималь-ное значение ЭРОА, Бк/м3 |
Количество превышений от 100 по 199 Бк/м3 |
Количество превышений 200 Бк/м3 и более |
||
превышение |
% |
превышение |
% |
||||
2010 |
985 |
64 |
946 |
227 |
23,0 |
120 |
12,2 |
2011 |
1781 |
52 |
1550 |
292 |
16,4 |
221 |
12,4 |
Всего |
2766 |
55 |
1550 |
519 |
18,8 |
341 |
12,3 |
Двухэтапное проведение измерений активности радона в 2011 году (в апреле и в августе) позволило выявить значительное (до 70%) расхождение в значениях мгновенной активности, что подтверждает известные данные о наличии сезонных (временных) колебаний измеренных мгновенных значений и заставляет переходить на интегральное измерение активности радона трековым методом.
Кроме измерений мгновенных значений активности радона в воздухе помещений были проэкспонированы в течение 3 месяцев в тех же помещениях 154 детектора для измерения интегральных значений. Затем было проведено сравнение результатов мгновенных измерений ЭРОА радона, выполненных радиометром Рамон-01, и интегрального измерения ОА радона, выполненного трековым методом в системе RadoSys (Венгрия). При сравнении установлено, что интегральное значение ЭРОА не более, чем в 20% случаев превосходит мгновенное ЭРОА по всем интервалам, за исключением интервала 0-99 Бк/м3. В то же время, примерно в 50% случаев интегральное ЭРОА меньше мгновенного ЭРОА. Проценты недооценки и переоценки радоновой ситуации радиометром Рамон-01 следует ожидать равными при правильном выборе коэффициента равновесия между радоном и его продуктами распада. В нашем случае его значение более 0,4.
По результатам работ составлена карта дозовых нагрузок на население Северо-Западного блока Акмолинской области. При расчете доз учитывались медианные значения ЭРОА радона отдельно по жилым и административным помещениям с исключением данных по измерениям радона в подвалах. Таким образом, полученные оценки дозовых нагрузок населения от радона следует считать корректными и независимыми от суточных вариаций. Так как измерения ЭРОА радона в весенний период наиболее близки к среднегодовым значениям, то полученные дозовые нагрузки являются близкими к среднегодовым значениям ЭРОА радона для населения СНП, в которых определялись среднегодовые дозовые нагрузки. Максимальные дозы, достигающие 8,7 мЗв/год, характерны для выделенных радоноопасных зон.
Выводы
- Территория Акмолинской области (в особенности ее С-З блок) является первоочередной площадью для проведения детальных исследований по радоноопасности, выделения локальных радоноопасных зон и принятия мер по снижению рисков здоровью населения от воздействия ионизирующего излучения от природных источников. Основными критериями при выделении площадей для оценки радоноопасности является открытость (отсутствие чехла рыхлых отложений) территорий, наличие интрузивных и метаморфизованных кристаллических пород, наличие развитой системы молодых или подновленных тектонических нарушений, случаи выявления радонопроявлений в воздухе помещений или в водоисточниках. Наличие урановых проявлений не является обязательно необходимым критерием.
- Использование медианных значений мгновенных измерений ЭРОА радона и наличие превышений нормативных значений ЭРОА радона позволяет уверенно картировать радоноопасные зоны, что в последующем позволяет более целенаправленно проводить детальные радоновые исследования с разработкой противорадоновых защитных мер.
Литература
- WHO handbook on indoor radon: a public health perspective. Geneva: World Health Organization, 2009, 109 p.
- Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Республике Казахстан / Главный редактор А.Р. Медеу. Алматы, 2010. 264 с.
- Геологическая карта Казахстана. Масштаб 1:1000000./Гл. редактор Г.Р. Бекжанов. – СПб.: ВСЕГЕИ, 1997. – Л.10
- Каюков П.Г. Радиоэкологическая оценка площадей, насыщенных природными радиоактивными объектами. / П.Г. Каюков, Г.Ф. Ефремов // Материалы III Международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека», Томск, 23-27 июня 2009 г. – Т., 2009. – С. 254-258.
- Севостьянов В.Н. Проблема радонобезопасности в Казахстане. – Алматы: КазгосИНТИ, 2004. – 212 с.
Estimation of radon dangerous zones for Acmola oblast in Kazakhstan
Kayukov P.G., Fyodorov Е.V., Berkinbayev G.D.
LLC “ECOSERVICE-C”, Kazakhstan, Almaty
Plentiful natural and technogenous (artificial) appearances of high radioactivity are on territory of Acmola oblast that peculiarities are obliged to North-Kazakhstan uranium ore province. A row of radon studies were completed in 2010-11 including some instant and integral methods of determin-ing radon activity. Accepting recommendation of World Health Organization and International Atomic Energy Agency we used median values of radon activity for settlements that allow to esti-mate radon dangerous zones and make up their maps.
Key words: radon, uranium, zone, radon dangerous, structure, ore