prezentacija (radioaktivnost građevinskih materijala)

RADIOAKTIVNOST GRAEVINSKIH MATERIJALA

UVODLjudska bia su konstantno izloena radijaciji prirodnog porekla.Neizbena karakteristika ivota na zemljiMaterijali dobijeni eksploatacijom sirovina iz zemljine kore, sadre serije 238U i 232Th, i radioaktivni 40K. Posebno znaajno u urbanim sredinama (veina vremena se provodi u zatvorenim prostorijama)

UVODU cilju minimiziranja radijacionog rizika, sistem zatite od jonizujueg zraenja, preporuen od strane vodee meunarodne organizacije (ICRP ), implementiran je u zakonodavstvu mnogih drava, kao i u Zakonu Republike Srbije.

2. OSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJE U RADIJACIONOJ DOZIMETRIJI

2.1 Jonizujue zraenje; izvori jonizujueg zraenjaPo optoj definiciji estino ili elektromagnetno zraenje je jonizujue ukoliko je njegova energija vea od minimalne vrednosti, potrebne za jonizaciju atoma i molekula u materijalu.Zavisi od vrste materijala (za alkalne nekoliko eV, jonizacioni potencijal helijuma 24.5 eV, dok je za raskidanje C-C potrebno 5 eV).Granica izmedju jonizacionog i nejonizacionog nije jasno odreena.Poto se posmatraju ivi organizmi odnosno organska materija, obino se kao prag uzima 10 eV to je priblino najnizoj energiji jonizacije atoma vodonika i kiseonika.

Proces nukleosinteze se odvijao pre vie milijardi godina, najvei broj nestabilnih izotopa stvorenih u tom procesu, vie ne postoji. Ostali su prisutni samo oni elementi, iji je period poluraspada vei od 5108 godina: 238U (T1/2 = 4.47 109 god); 235U (T1/2 = 7.04 108 god); 232Th (T1/2 = 1.4 1010 god) koji su zaetnici tri prirodna radioaktivna niza, i 40K (T1/2 = 1.28 109 god), najvaniji prirodni radionuklid van serija. Izloenost jonizujuem zraenju ostalih prirodnih radionuklida87Rb, 138La, 147Sm, 176Lu, zanemarljiva je, zbog male prisutnosti ovih elemenata ili niske vrednosti emisije (87Rb)

2.1 Jonizujue zraenje; izvori jonizujueg zraenja

Sem prirodnih izvora jonizujueg zraenja od 60-tih godina ovog veka znaajan problem predstavljaju proizvedeni (vetaki) izvori jonizujueg zraenja. Nuklearnim probama je ispusteno 9.6 1017 Bq, sto je dovelo do kontaminacije biosfere radionuklidima 137Cs, 90Sr.Zraenje proizvedeno ovekovim delovanjem, moemo oznaiti kao antropogene izvore, kao to su: medicinska terapija i dijagnostika, energetika, nuklearne probe, itd.

2.1 Jonizujue zraenje; izvori jonizujueg zraenja

Grafiki prikaz doprinosa pojedinih prirodnih izvora ukupnom izlaganju jonizujuemzraenju

2.2 Dozimetrijske veliine i jediniceNakon interakcije moe da dode i do izvesnih hemijskih promena u makromolekulima koji sainjavaju neku organsku strukturu.Usled kompleksnosti struktura organskih molekula, velika je verovatnoa da zraenje proizvede neki tetan efekat.Izuavanje efekta delovanja radijacije na zivu materiju, zahteva posebnu panju zbog toga su uvedene odreene dozimetrijske jedinice.

Ekspoziciona dozaKoliine naelektrisanja koju neko zraenje stvori prilikom prolaska kroz jedininu masu nekog tela.

Vansistemska jedinica za ekspozicionu dozu je rendgen R1 R = 2.58x10-4 C/kg

Znaajno je znati i brzinu deponovanja energije, zato se uvodi Jedinica za jainu ekspozicione doze (koja se esto naziva i brzina doze) je 1 C/kgs.

Apsorbovana dozaOna se definie kao koliina energije koju zraenje preda jedinici mase tkiva ili nekog drugog materijala kroz kojeg se kree

Jedinica za apsorbovanu dozu je J/kg i naziva se grej(Gy). U upotrebi je i manja jedinica rad, koja iznosi rad = 0.01 Gy. Na slian nain kao i kod ekspozicione uvodi se i brzina apsorbovane doze kao:

Jedinica za brzinu doze je Gy/s ili Gy/h.

Ekvivalentna dozaRazliite vrste zraenja proizvode razliite bioloke efekte za indentine iznose apsorbovanih doza.Veliina ekvivalent doze predstavlja proizvod apsorbovane doze zraenja D, faktora kvaliteta Q i proizvoda svih drugih modifikujuih faktora N.

N je pripisana jedinina vrednost (N=1), dok faktor kvaliteta zavisi od posmatrane vrste zraenja.Za redngensko gama, beta, elektronsko i pozitronsko zraenje uzima se 1, za neutrone je usvojeno da Q iznosi 10, dok je za alfa estice ovaj faktor 20 Jedinica za ekvivalent doze je sivert Sv, (1 Sv = 1 J/kg). Neka srednja apsorbovana doza koju ovek primi u toku godine, iz svih izvora zraenja, prirodnih i vetakih je oko 1 mSv.

3.RADIOAKTIVNOST GRAEVINSKIH MATERIJALA3.1RADIOAKTIVNOST STENA I MINERALAVeina graevinskih materijala, kao i sirovina za njihovu proizvodnju, dobija se eksploatacijom stenskog materijala iz odgovarajuih nalazita u povrinskom sloju Zemljine kore. Zbog toga, po sadraju prirodnih radioaktivnih elemenata, graevinski materijali odraavaju geoloko poreklo svojih mineralnih konstituenata.Prirodni radionuklidi, 238U ,232Th i 40K. nalaze se u svim stenama Zemljine kore i omotaa:magmatskim, sedimentnim i metamorfnim, sa najveim prisustvom u perifernom delu litosfere, u granitnoj ljusci, na dubini 10 - 15 km.Koncentracija radionuklida u stenama odreena je kristalizacijom minerala u procesu hlaenja prasilikatnog rastopa magme, u kojoj su radioaktivni elementi prvobitno bili ravnomerno zastupljeni.

3.1RADIOAKTIVNOST STENA I MINERALANajpre se formiraju produkti sa dominantnim sadrajem Fe i Mg, koji se nalaze u osnovi sastava baznih magmatskih stena (bazalt, gabro, diorit), dok atomi i joni 238U, 232Th i 40K, kao i lantanidi, u najveoj meri ostaju u tenoj fazi rastopa.Stvaraju se kisele magmatske stene (granit, liparit), u kojima glavne komponente ine jedinjenja Si i Al, . Atomi 238U, 232Th (kao i 40K) nisu kompatibilni sa kristalnim reetkama ovih minerala. U poslednjoj fazi frakcione kristalizacije magme, zajedno sa mineralima kiselih magmatskih stena, formiraju se meoviti minerali koji sadrze 238U, 232Th: cirkon, monazit, ksenotim, alanit, apatit.Najvei procenat 40K se nalazi u petrogenim silikatnim mineralima: nizu feldspata, feldspatoidima i liskunima (biotit i muskovit).

3.1 RADIOAKTIVNOST STENA I MINERALAPregled koncentracija aktivnosti pojedinih poznatih stena.

3.2 Vrste graevinskih materijala

Pojam graevinski materijal oznaava sve one materijale koji se koriste u graevini. Prema poreklu dele se na prirodne i vetake, prema sastavu na jednostavne i sloene (npr. beton), prema konstruktivnim svojstvima na nosee, vezivne i izolacione materijale. Neki od njih su: kamen, pesak, opeka, gips, armaturno zeljezo, beton, cement, sljunak, drvo, buka, mort, polistiren itd. U osnovi sve vrste stena se koriste kao resursi za pravljenje graevinskih materijala.

3.3 Norm (Naturally-Occurring Radioactive Materials)

Svi minerali i sirovine sadre prirodne radionuklideMaterijali kod kojih je dolo do poveanja radioaktivnosti usled naknadne obrade oznaavaju se sa NORM. Koncetracija radionuklida moze ali i ne mora biti promijenjena, ako je uveana onda moemo koristiti termin TENORM (Technologically-Enhanced).

NORM se esto koristi da oznai svo zraenje koje potie od prirodnih radionuklida, tako se pod NORM ubraja i kosmiko zraenje kao i ono zracenje koje potie od elemenata iz zemljine kore njegova specifinija upotreba je za materijale do kojih se dolo nekim ljudskim aktivnostima.


Radionuklidi prave karakteristicne lance, dva najpoznatija su od U238, i Th-232.


Doprinos NORM-u daje i K-40, koji ne pravi lanac, ve se odmah rapada do 40Ar ili 40Ca. Njegov poluivot je 1,25 milijardi godina sto znai da jo uvijek postoji u znaajnim koliinama. 40K ini 0,012 % ukupne koliine kalijuma u prirodi. Oko 89.28% vremena se raspada do 40Ca tako sto emituje beta cesticu energije 1.33 MeV i antineutrino, tokom 10.72 % vremena raspada se do 40Ar sa emisijom gama zraka od 1.5049 MeV.

Najnii sadrzaj radionuklida se nalazi u baznim magmatskim stenama, vee koncentracije se mogu nai u kiselim magmatskim stenama kao i u nekim metamorfnim stenama.Najvea koncentracija radioaktivnih elemenata, generalno, nalazi se u granitu, iji sastav ine:kvarc, feldspat, liskun i drugi petrogeni minerali. Zbog svoje trajnosti i vrstoe, granit se koristi kao strukturni ili prekrivni konstrukcioni materijal, za spoljanju ili unutranju upotrebu.



Uzorci granita

Fosfogips se esto koristi u graevini, i on predstavlja sporedni produkt proizvodnje fosforne kiseline u ijem se dobijanju koriste kalcijum-fosfatne rude u kojima je prisutan veliki procenat 238U kao i 226Ra.Kao otpadni produkt u proizvodnji aluminijuma iz boksita, nastaje crveno blato, koje se sastoji iz oksida gvoa, titanijma i silicijuma, elemenata koji su izomorfni sa uranijumom i torijumom, ija koncentracija u crvenom blatu dostie vrednosti 700 Bq/kg i 1000 Bq/kg, respektivno. Zato, opeke u ijem sastavu je ovaj materijal u proseku sadre 2-3 puta vei procenat radionuklida od standardnih.Beton je jedan od najee korienih graevinskih materijala, sadrzaj radionuklida moe varirati u zavisnosti od aditiva.Kao aditivi se koriste pesak, ljunak, indra, drobljeni kamen koji obino ne poveavaju radioaktivni sadraj betona; medjutim postoje drugi materijali ijim se dodavanjem poveava radioaktivnost kao to je plovuac (pumice stone) sa visokim sadrajem 226Ra.


Visoke koncentracije 232Th, i, po sebno 238U, nalaze se u cirkonijumskoj rudi, iji su osnovni minerali cirkon (ZrSiO4) i badelit (ZrO2), kao i u sedimentu odgovarajuih magmatskih stena- cirkonskom pesku, gde je prisutno do oko 4000 Bq/kg 232Th, odnosno 30000 Bq/kg 238U.Koriste se u keramikoj industriji , u proizvodnji glazura za zidne i podne ploice (kao i za vatrostalne opeke, glazure za belu keramiku)

ljaka iz visokih pei (zgura), otpadni materijal u proizvodnji metala, iji sastav ine oksidi Si, Al, Ca, Fe, gde se koristi kao zamena obinog Portland cementa. Zbog zastupljenosti primordijalnih radionuklida u metalnim rudama [u pojedinim i do 10000 Bq/kg 238U, kao i 238Th uglavnom taloenjem aksesornih minerala iz hidrotermalnih rastvora, radioaktivnost betona sa dodatkom ljake moe biti uveana.



Tipine vrednosti sadraja prirodnih radionuklida u pojedinim vrstama graevinskih materijala

3.4. Primljene doze i restrikcije

Prosena vrednost, na svetskom nivou, je otprilike procenjena na 0.4 mSv/y, a obino se koristi interval 0.3 0.6 mSv/y.Pronaeno je da su neki rezidenti u evropskim gradovima primali i nekoliko mSv godisnje (spoljasnji zidovi kua su sadrzali skriljac bogat uranijumom), a u nekim azijskim gradovima i do 100 mSv.

Na sastanku IAEA 2005. odlueno je da se dozvoljene doze ogranie na nekoliko mSv .izveden je i jednostavan kriterijum bezbedne upotrebljivosti graevinskih materijala indeks koncentracije aktivnosti:


Indeks koncentracije aktivnosti obino ne bi smeo prelaziti vrednost 1, mada u nekim uslovima se doputa i vea vrednost.Prodavac i proizvoa su duni obezbediti graevisnki materijal koji ispunjava radioloke standarde.

U obzir se esto uzimaju i neki socijalni i ekonomski aspekti


Godisnje doze zraenja uzrokovane graevinskim materijalima, gradacijski poreane u etiri aktivnosti. Doze su date kao prekoraenje zraenja koje dolazi od prirodnog okruenja.

3.5 RadonGraevinski materijali, izvor su dodatnog izlaganja zraenju usled ekshalacije 222Ra, to treba uzeti u obzir pri proceni ukupne doze u zatvorenim prostorijama. Izotop 222Ra, koji ima period poluraspada 3.824 dana i prisutan je samo u radioaktivnom nizu uranijuma U-238. Sam radon 222Ra, koji je prirodan radioaktivni inertan gas, nastaje - raspadom radijuma 226Ra koga ima u zemljitu.Procesom difuzije dospeva u vazduh ili se rastvara u podzemnimvodama i na taj nain obrazuje znaajne koncentracije.Koncentracija radijuma varira od tipa zemljita i moguih kontaminenata iz spoljanosti.

3.5 RadonPrimer ravnomernog granulometrijskog pakovanja zemljita u kome je vii stepen poroznosti vii stepen difuzijePrimer gustog granulometrijskog pakovanja zemljita nizak stepen porozije i difuzije radona

Veoma bitan faktor koji utie na koncentraciju radona u unutranjosti prostorija su pored kvaliteta gradnje, tipa konstrukcije je i ventilacija celokupnog objekta, ili pojedinih prostorija. Radon moe direktno iz zemlje da difunduje kroz temelje i podove u unutranjost prostorija, ili preko vazduha ulazi preko zidova i prozora u unutranjost objekata.Osim difuzije imamo i proces advekcije radona.3.5 Radon

3.5 RadonKoncentracija radona na otvorenom u odnosu na unutranjost objekata je daleko manja, gde je srednja vrednost koncentracija radona na otvorenom uz povrinu zemlje 5-15 Bq/m3 Koncentracije radona u zatvorenim prostorijama su daleko vee zbog ,,nagomilavanja radona usled stalnog dotoka iz zemljita i graevinskih materijala, ili usled smanjenog stepena ventilacije.Veliina koja odreuje jainu ekshalacije radona iz graevinskih materijala je efektivna specifina aktivnost radijuma 226Ra u unutranjosti graevinskih materijala Aseff (Ra) i definie se kao proizvod specifine aktivnosti radijuma i koeficijenta emanacije radona , to se izraava u obliku: Visoko temperaturska obrada materijala smanjuje jainu ekshalacije radona iz graevinskog materijala, jer pri termikoj obradi dolazi do zbijanja mikroestica i zatvaranja pukotina. Zato crvena cigla, pepeo, cement, ljaka imaju mali koeficijent emanacij eoko 1%, dok materijali koji tek treba da se termiki obrade (silikatna cigla, ljunak, pesak) imaju daleko vei koeficijent emanancije oko 10%.

3.5 Radon

3.5 RadonKoncentracija radona u unutranjosti graevinskih objekata zavisi prvenstveno od zemljita na kojem je izgraen objekat, zato se koncentracije radona u zemljitu sistematski ispituju u celom svetu. Graevinski standard za izgradnju novih stanova i kua je oko 100Bq/m3radona kao proseni godinji nivo. Za koncentraciju radona u unutranjosti prostorija od 200Bq/m3 mogu se primenjivati jeftine sanacione mere pri izgradnji objekta, dok za koncentraciju od 600Bq/m3 obavezna je primena skupih sanacionih mera, to podrazumeva primenu odreenih materijala pri oblaganju unutranjosti prostorija i primenu ventilacionih sistema. Analizirajui koncentraciju radona po vertikalnoj raspodeli, za graevinske objekte, najvea koncentracija radona se nalazi u podzemnim etaama zgrada, bilo da su u pitanju podrumi ili garae. Sa visinom se smanjuje koncentracija, tako da na viim spratovima je ona u granicama merne greke ureaja.Veoma znaajna meuspratna izolacija.

4. ZAKLJUAKBoravak u stambenim objektima nesumnjivo znai i izloenost radioaktivnom zraenju, koje potie od graevinskih materijala koji redovno sadre radioaktivne nuklide. U seminarskom radu smo videli da nije mogue potpuno eliminisati jonizujue zraenje, ali ga je mogue svesti na razuman nivo pravilnim izborom i ugradnjom materijala.Prouavanjem sastava i radioloskog uticaja graevinskih materijala dolazimo do vanih podataka koji nam mogu pomoi u izradi efikasnije i ekonominije zatite, a samim tim i u ostvarivanju zdravije radne sredine. Ljudi dobar dio svog vremena provode u zatvorenim prostorijama, pa je zbog toga jako vano pridravati se odreenih zatita i preporuenih doza.

prezentacija (radioaktivnost građevinskih materijala)

Documents