Главная Наша энциклопедия Радиоактивность мрамора и гранита

Радиоактивность мрамора и гранита

Наши статьи. Консультация (☎️ ) 8 (812) 322-99-21 "Ремстекло"

автор: Студия "Ремстекло"
725 просмотры

Введение

Многие дома содержат изделия из камня, например таких как гранит и мрамор. Поскольку эти породы образовались в земной коре, они могут включать небольшое количество природных радиоактивных материалов с Земли, таких, как природный уран, торий и продукты их радиоактивного распада. Стоит ли опасаться этого?

Радиоактивность мрамора и гранита
Микрофотографии гранодиоритов Блатны (а) и Червены (б) в Чешской республике (Bt — биотит, Kfs — калиевый полевой шпат, Pl — плагиоклаз, Qz — кварц). Скрещенные поляризаторы. Предоставлено: https://www.mdpi.com/2075-163X/10/9/821

Гранит и мрамор радиоактивны, так же, как и многие другие предметы, которые нас окружают и чаще всего не представляют опасности для человека, причем мрамор содержит приблизительно около одной десятой части радиоактивного материала, если сравнивать его с гранитом. Если рассматривать последствия радиоактивности этих природных камней для человека, то в первую очередь стоит обратить внимание на газ радон, который выделяется из гранита или мрамора (хотя в мраморе его еще меньше). Концентрация выделяемого газа не велика, хотя эта проблема актуальна в целом, потому что газ радон поступает не только от камня, но и из подвальной части помещения, других строительных материалов натурального происхождения, а также через водопроводные трубы, поэтому в любом случае все помещения должны проветриваться надлежащим способом.

Что такое радиоактивное излучение?

Излучение — это энергия, которая исходит от источника и распространяется в пространстве со скоростью света, обладающая способностью проникать в различные вешества и материалы. Эта энергия имеет электрическое поле и связанное с ним магнитное поле – обладает волнообразными свойствами. В свою очередь излучение делиться на две основные подгруппы.

Что такое радиоактивное излучение?
Неионизирующее и ионизирующее излучение имеют разную длину волн, что напрямую связано с их энергией. (Инфографика: Адриана Варгас/МАГАТЭ). Предоставлено: https://www.iaea.org/ru/newscenter/news/chto-takoe-izluchenie

Неионизирующее излучение

Свет, радио и микроволны — это виды излучения, которые называются неионизирующими. Неионизирующее излучение описывается как серия энергетических волн, состоящих из осциллирующих электрических и магнитных полей, распространяющихся со скоростью света. Неионизирующее излучение включает в себя спектр ультрафиолетового (УФ), видимого света, инфракрасного (ИК), микроволнового (СВЧ), радиочастотного (РЧ) и сверхнизкочастотного диапазона (СНЧ). Лазеры обычно работают в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах. Неонизирующее излучение наиболее распространено в жизни человека, бывает как безопасным, так и опасным для здоровья человека.

Вид излучения, обсуждаемый в этой статье по проблеме гранита и мрамора, называется ионизирующим излучением, которое также часто называют радиацией. 

Ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение создается нестабильными атомами, еще их называют радиоактивными (радиоактивные вещества или радионуклиды). Нестабильные атомы отличаются от стабильных атомов тем, что нестабильные атомы имеют избыток энергии и массы. Чтобы достичь стабильности, эти атомы испускают или излучают избыточную энергию или массу.

Виды излучения бывают электромагнитными (например, свет) и частицами (т. е. масса, испускаемая с энергией движения). Гамма-излучение и рентгеновские лучи являются примерами электромагнитного излучения. Гамма-излучение возникает в ядре, а рентгеновское излучение исходит из электронной части атома. Бета- и альфа-излучение являются примерами излучения частиц.

Интересно, что в нашей среде повсюду (повсеместно) существует «фон» естественной радиации. Повсеместное фоновое излучение исходит из космоса (т.е. космические лучи) и от природных радиоактивных материалов, содержащихся в земле и в живых существах.

Ионизированный атом
  • Радиоактивные атомы имеют нестабильную смесь протонов и нейтронов.
  • Радиоактивность — это самопроизвольное высвобождение энергии из нестабильного атома для перехода в более стабильное состояние.
  • Ионизирующее излучение – это энергия, исходящая от радиоактивного атома.
  • Радиоактивные изотопы — это радиоактивные атомы одного и того же элемента, имеющие разное количество нейтронов.
Свойства радиоактивных изотопов
  • Радиоактивные атомы могут испускать четыре типа ионизирующего излучения: альфа-частицы, бета-частицы, гамма-лучи и нейтроны.
  • Каждый вид излучения имеет разные свойства. Их свойства влияют на то, как мы можем их обнаружить и как они могут повлиять на нас.
  • Нестабильный атом превращается в более стабильный атом другого элемента, испуская излучение. Этот процесс называется радиоактивным распадом.
  • Период полураспада — это время, за которое распадается половина радиоактивных атомов в группе радиоактивных изотопов.

В каких единицах измеряется ионизирующее излучение

Радиоактивность вещества или его «радиоактивность» измеряется либо в Кюри (Ки), либо в беккерелях (Бк). Оба являются показателями числа распадов в секунду, или того, как часто атом в данном образце будет подвергаться радиоактивному распаду и испускать частицу или фотон излучения. Кюри это = 1 Ки = 3.7⋅1010 Бк (1 Ки равен примерно 37 000 000 000 распадов в секунду) назван в честь Марии и Пьера Кюри и примерно равен активности одного грамма радия, который они изучали. Беккерель — это единица СИ для радиоактивности. Один Бк равен одному распаду в секунду. Бк является единицей СИ, хотя Кюри по-прежнему используется в некоторых странах, как в правительстве, так и в промышленности. На самом деле единиц измерения гораздо больше и они разделены на классы физических величин.

О естественной радиоактивности строительных материалов

Строительные материалы радиоактивны только в том случае, если они содержат радиоактивные элементы или радиоактивные изотопы. Общие утверждения, согласно которым некоторые группы, такие как, например, гранит испускает особенно сильное излучение, не совсем правильно.

Концентрация радионуклидов в натуральном камне очень различна, т.е. природные камни могут содержать радиоактивные минералы, но не обязательно, возможно наличие следовых частей. Точные утверждения о радиационном воздействии на природные камни могут быть сделаны только на основании исследований соответствующей породы. С одной стороны, концентрация радионуклидов зависит от образования и места происхождения природных камней, с другой стороны, от других аспектов, таких как, газопроницаемость (радон!) камней и их экранирующее действие от космического излучения.

О естественной радиоактивности строительных материалов

Все строительные материалы, такие как кирпич, бетон и газобетонные блоки, цемент, щебень, песок, глина и др. могут содержать радиоактивные изотопы и вызывать радиоактивное излучение. В дополнение к содержанию активности естественно радиоактивных веществ решающую роль в радиационном воздействии играет масса используемых строительных материалов. Поскольку природный камень обычно используется только в качестве облицовки, его масса невелика по сравнению с общей массой строительных материалов для несущих элементов (бетон, искусственный кирпич).

Количество радиоактивности в строительных материалах зависит от типа материала, тем не менее суммарное количество излучения, испускаемого строительными материалами, обычно мало и находятся в пределах допустимых норм. С этими нормами – СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009) «Нормы радиационной безопасности» можно ознакомиться на сайте «Роспотребназдора» https://71.rospotrebnadzor.ru/content/594/53891/ и нормативный документ https://ekosf.ru/normativnye-dokumenty/radiatsiya/sanpin-2-6-1-2800-10-trebovaniya-radiatsionnoj-bezopasnosti-pri-obluchenii-naseleniya-prirodnymi-istochnikami-ioniziruyushhego-izlucheniya/.

Удельная эффективная активность природных радионуклидов в строительных материалах
Удельная эффективная активность природных радионуклидов в строительных материалах

Удельная эффективная активность природных радионуклидов в строительных материалах (песок, щебень, цементное и кирпичное сырье и др.) и отходах промышленного производства, используемые для изготовления строительных материалов (зола, шлаки и др.), рассчитывается по формуле:

Aэфф = ARa + 1,31 ATh + 0,065 AK + 0,22 ACs , где ARa , ATh , ACs , AK – удельные активности 226Ra, 232Th, 137Сs, 40K соответственно.

Все удельные активности в приведенной формуле измеряются в Бк/кг. Согласно нормам радиационной безопасности для материалов, используемых в строящихся и реконструируемых общественных зданиях,

Aэфф < 370 Бк/кг.

В процессе распада радиоактивных веществ в строительных материалах выделяется газ радон. Этот выброс может способствовать повышению уровня радона в домах и зданиях. Тем не менее внутренний радон является более распространенным и гораздо большим риском для здоровья людей, чем излучение от строительных материалов. Когда уровень радона высок, это может представлять опасность для здоровья человека.

Газ радон в помещениях

  • Радон – природный радиоактивный инертный газ. Практически все здания имеют повышенный уровень радона в воздухе помещений.
  • Газ образуется при радиоактивном распаде изотопов уран-радиевого ряда, преимущественно из глин и суглинков. Самый большой источник – земля под домом.
  • Радон невидим, не имеет запаха и вкуса.
  • Предупреждающих знаков о наличии радона нет.
  • Радон попадает в легкие с воздухом, которым мы дышим, и является второй наиболее распространенной причиной рака легких.
  • Его можно надежно обнаружить только с помощью специального прибора для измерения радона.

В большинстве случаев воздействие внутреннего радона из под земли или водопровода на здоровье намного больше, чем воздействие радионуклидов из строительных материалов.

Радиоактивность мрамора

Мрамор представляет собой зернистую метаморфическую породу, полученную из известняка или доломита и состоящую из массы взаимосвязанных зерен кальцита или минерального доломита. Мрамор образуется в течении миллионов лет, когда известняк, находящийся в более глубоких и древних слоях земной коры, под действием тепла и давления. Примеси в известняке могут перекристаллизоваться во время метаморфизма, в результате чего в мраморе присутствуют минеральные вещества, чаще всего графит, пирит, кварц, слюда и оксиды железа. Различные пропорции и комбинации этих минералов влияют на цвет и текстуру мрамора.

добыча мрамора
Добыча мрамора

Содержание радионуклидов самое низкое в основных породах магматического происхождения. Также мрамор, известняк, песчаники, сланцы и другие осадочные породы содержат небольшое количества естественных радионуклидов. Поэтому любая радиоактивность мрамора будет исходить от следовых загрязнителей и представляется очень низкой практически при любых обстоятельствах.

По этой причине не стоит опасаться изделий из мрамора. Большую опасность могут представлять другие строительные материалы, а также газ радон из подвальных помещений и водопроводной воды.

Радиоактивность гранита

Гранит – это горная порода, затвердевшая из жидкой магмы под землей на больших глубинах. По сравнению с другими строительными материалами, гранит часто имеет более высокие уровни нуклидов цепочек распада урана и тория, а также изотопа калия -40. Гранит состоит в основном из кварца, полевых шпатов и темных, железистых или магнийсодержащих минералов. Однако их состав может сильно различаться в зависимости от геологии и происхождения. Это проявляется в различной окраске и структуре.

Круглые и овальные темные U-ореолы (урановые ореолы) повреждения решетки альфа-частиц в биотите, окружающем крошечные U-содержащие кристаллы циркона в граните, в кросс-поляризованном свете. Предоставлено: https://ncse.ngo/origin-polonium-halos

Радиоактивная часть гранита заключена в одной из составляющей его породы — это оксид кремния — кварц. Именно она содержит оксиды и соли различных радионуклидов. На камне это маленькие черные кристаллы, обнаруженные во многих типах гранита, являющиеся биотитами, образованными в результате движения радиоактивного инертного газа 222Rn (радона) и ионов 210Po и 218Po (полония) вдоль крошечных трещин в окружающей структуре элементов и кристаллов. Ореолы полония, как их называют, встречаются редко, если вообще встречаются, но ореолы урана — обычное дело. По мере распада урана действительно будет выделятся газ радон, но гранит, как известно это твердая и не самая пористая порода, благодаря чему весь этот уран и газ радон удерживается внутри, тем более на гранит обычно наносятся различные защитные пропитки — поверхность запечатывают. В результате уровень эмиссии радона с поверхности настолько незначителен, что его порой очень сложно измерить.

Что в итоге с гранитом:
  • Любая гранитная продукция подвергается контролю со стороны контролирующих государственных органов на предмет норм радиоактивности согласно российским стандартам и не допускается на рынок в случае их превышений.
  • Гранит отличается в зависимости от региона добычи и поэтому содержит разные концентрации радиоактивных веществ.
  • В целом радиоактивный фон гранита довольно слабый для реального причинения вреда человеку. Тем не менее стоит контролировать уровень радона в помещении.

Заключение

В природных камнях мраморе и граните присутствуют радиоактивные вещества, причем в граните их значительно больше. Также радионкулиды содержатся и в других строительных материалах. Большую опасность представляет газ радон, на который следует обратить внимание в первую очередь. В любом случае возможно рассматривать варианты измерения радиоактивности мрамора и гранита независимыми экспертами для своей безопасности.

Исследования показывают, что в подавляющем большинстве случаев причиной повышенной концентрации внутри помещений является не выход радона из строительных материалов, а попадание радона в дом через подвал или источники воды. Только в очень редких случаях используемые строительные материалы являются источником повышенных концентраций внутри помещений.

Если вы заинтересованы в граните для использование его в жилых помещениях и хотите рассмотреть вопрос о радиационном воздействии, узнайте у поставщика или производителя о концентрации радионуклидов. Они часто известны производителям, в том числе и благодаря проверке органами госконтроля.

Измерьте концентрацию радона в вашем доме. Повышенная концентрация радона в квартире или жилом доме представляет опасность для здоровья жильцов, независимо от ее происхождения.

Глоссарий

  • Атом — Мельчайшая частица элемента, которая может вступить в химическую реакцию.
  • Изотоп — нуклид элемента с одинаковым числом протонов , но разным числом нейтронов.
  • Радиоактивный материал — материал, содержащий нестабильные (радиоактивные) атомы, испускающие излучение при распаде.
  • Альфа-излучение. Альфа-излучение возникает, когда атом подвергается радиоактивному распаду, испуская частицу (называемую альфа-частицей), состоящую из двух протонов и двух нейтронов (по сути, ядро атома гелия-4), превращая исходный атом в один из элементов с атомным номером на 2 меньше, а атомный вес на 4 единицы меньше, чем в начале. Из-за своего заряда и массы альфа-частицы сильно взаимодействуют с веществом и перемещаются по воздуху всего на несколько сантиметров. Альфа-частицы не способны проникать через внешний слой омертвевших клеток кожи, но способны при попадании альфа-излучающего вещества в пищу или воздух вызывать серьезное повреждение клеток.
  • Бета-излучение. Бета-излучение принимает форму электрона или позитрона (частицы размером и массой электрона, но с положительным зарядом), испускаемого атомом. Из-за меньшей массы он может перемещаться по воздуху дальше, до нескольких метров, и его можно остановить толстым куском пластика или даже стопкой бумаги. Он может проникать в кожу на несколько сантиметров, представляя некоторый риск для здоровья. Тем не менее, основная угроза по-прежнему исходит в первую очередь от внутреннего попадания радионуклидов с бета-излучением.
  • Гамма-излучение. Гамма-излучение, в отличие от альфа- или бета-излучения, не состоит из каких-либо частиц, а состоит из фотона энергии, испускаемого нестабильным ядром. Не имея массы или заряда, гамма-излучение может распространяться по воздуху гораздо дальше, чем альфа- или бета-излучение, теряя (в среднем) половину своей энергии на каждые 150 метров. Гамма-волны могут быть остановлены толстым или достаточно плотным слоем материала, при этом материалы с высоким атомным номером, такие как свинец или обедненный уран, являются наиболее эффективной формой защиты.
  • Нейтронное излучение. Нейтронное излучение состоит из свободного нейтрона, обычно испускаемого в результате спонтанного или индуцированного ядерного деления. Способные преодолевать сотни и даже тысячи метров по воздуху, они, тем не менее, могут быть эффективно остановлены, если заблокированы материалом, богатым водородом, таким как бетон или вода. Обычно неспособные ионизировать атом напрямую из-за отсутствия у них заряда, нейтроны чаще всего ионизируют косвенно, поскольку они поглощаются стабильным атомом, тем самым делая его нестабильным и с большей вероятностью испуская ионизирующее излучение другого типа. Фактически нейтроны — единственный тип излучения, способный сделать другие материалы радиоактивными.
  • Радон. Радон — инертный газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса, не связывается и выходит из-под земли в воздух, которым мы дышим, через трещины и щели. Радон существует только в виде радиоактивных изотопов. Радон-222 — изотоп с самым длинным периодом полураспада, почти 4 дня. Это естественный продукт распада ряда урана и радия, обнаруженный на всей нашей планете Земля, и он вносит основной вклад в естественную радиоактивность окружающей среды. Существует также короткоживущий радон-220, традиционно называемый «тороном». Из-за короткого периода полураспада, составляющего всего 55 секунд, он не может распространяться далеко. Распад радона запускает целую цепочку других распадов. Радон и продукты распада, которые также являются радиоактивными, могут попадать в легкие с воздухом, которым мы дышим, и испускать там, в том числе, альфа- излучение. Это может повредить клетки легких и способствовать развитию онкологических заболеваний.

Оставить комментарий

Вам также может понравиться