POMIARY RADONOWE W WYBRANYCH BUDYNKACH MIESZKALNYCH POWIATU RYBNICKIEGO

Transkrypt

1

2 SBS syndrom chorych budynków Jan Antoni Rubin Politechnika Śląska, Gliwice Polskie Towarzystwo Badań Radiacyjnych Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa, Koło Śląskie Małgorzata Wysocka Główny Instytut Górnictwa, Katowice POMIARY RADONOWE W WYBRANYCH BUDYNKACH MIESZKALNYCH POWIATU RYBNICKIEGO Streszczenie. W niniejszym artykule zaprezentowano wyniki pierwszej części badań własnych, dotyczących określenia wielkości stężeń radonu Rn-222 w wybranych budynkach mieszkalnych Powiatu Rybnickiego tak Grodzkiego, jak i Ziemskiego (województwo Śląskie, Polska). Badania te zostały wykonane w latach 5 9 i obejmowały pomiary długoterminowe (3 6-cio miesięczne) w 59 budynkach mieszkalnych. Pojęcia kluczowe: promieniotwórczość naturalna, rad Ra-226, radon Rn-222, ekshalacja radonu. RADON S MEASUREMENTS IN SELECTED DWELLING-HOUSES IN RYBNIK ADMINISTRATIVE DISTRICT Abstract. In paper, the results of the first part of own research regarding definition of the size of Rn-222 radon concentration in selected dwelling-houses of Rybnik administrative district - so Municipal, how and the country (Silesia province, Poland), are presented. Research was carried out in 5 9 and covered long-term measurements (3 and 6 months long) in 59 dwelling-houses. Key words: natural radioactivity, Ra-226 radium, Rn-222 radon, radon s exhalation. 1. WPROWADZENIE Nauce znanych jest w obecnej chwili 30 izotopów radonu, o liczbie atomowej 86 oraz liczbie masowej począwszy od. Wszystkie izotopy radonu zarówno te naturalne, jak i te otrzymywane na drodze sztucznych przemian jądrowych różnią się między sobą właściwościami promieniotwórczymi. Najważniejszym izotopem radonu jest radon Rn-222 zawierający 136 neutronów. Pochodzi on bezpośrednio od najbardziej rozpowszechnionego izotopu radu Ra-226, który stanowi ósmy człon szeregu uranowego (U-238). Rozpad radu można przedstawić w postaci graficznej [1]: Ra 6 Po Rn 7 Pb Po 8 Bi Pb 9 Po Bi Pb 235

3 Tabela 1. Podstawowe dane fizyczne produktów rozpadu radu Ra-226 [1]. rozpadu: Rodzaj rozpadu: T 1/2 [czas] α α α β β α β β α 1620 [lata] 3,823 [doby] 3,10 [min.] 27,00 [min.] 20,00 [min.] 164,00 [µs] 22,30 [lata] 5,01 [doby] 138,38 [doby] E rozp. [MeV] 4,871 5,489 6,001 0,220 0,641 7,607 0,007 0,381 5,304 W przeważającej części, promieniowanie wszystkich izotopów radonu, podczas ich rozpadu przypada na cząstki α. Promieniowanie α to strumień dwuwartościowych dodatnich jonów helu He 2+, silnie pochłanianych przez materię [2]. Radon w warunkach otoczenia jest gazem szlachetnym o zerowej wartościowości chemicznej, a mimo to jest on w swej grupie (VIII) najaktywniejszy. Niektóre substancje, takie jak: tłuszcze, kauczuk, parafina, kwarc, platyna pochłaniają energicznie radon. Szczególnie silne własności absorpcyjne mają: żel krzemionkowy i węgiel aktywny [2]. W materiałach i surowcach oraz gruntach budowlanych pochodzenia mineralnego, w większości wypadków macierzysty pierwiastek radonu rad występuje w obrębie minerałów. Radon, obecny w powietrzu atmosferycznym, jest tą częścią atomów tego pierwiastka, która zdołała uwolnić się ze struktur mineralnych. Miarą tego uwalniania jest współczynnik emanacji określający, jaki procent utworzonych w obrębie ciała stałego atomów radonu wydostaje się na zewnątrz. Proces uwalniania się radonu z minerałów jest ułatwiony przez fakt, iż w momencie rozpadu radu dochodzi do emisji wspomnianej już cząstki α, a nowoutworzony atom radonu zostaje odrzucony siłą odrzutu w przeciwnym kierunku. Energia tego odrzutu jest o ok razy większa od energii wiązań chemicznych. Dzięki temu odrzutowi nowopowstały atom radonu może przebyć drogę od min. 20 [nm] w obrębie struktury minerału, do max 90 tys. [nm] w powietrzu. Dodatkowym czynnikiem ułatwiającym jego uwalnianie się ze struktur mineralnych jest fakt, iż radon jest pierwiastkiem o własnościach chemicznych skrajnie odmiennych od macierzystego radu. Atomy radonu, które siłą odrzutu zostały wyrzucone poza ziarno mineralne do przestrzeni porowej, tworzą tzw. frakcję uwolnioną w sposób bezpośredni. Ilość atomów radonu uwolnionych z ziaren mineralnych dzięki odrzutowi α jest tym większa, im krótsza jest droga do przestrzeni porowej. Jeżeli atomy radu są rozmieszczone równomiernie w obrębie ziarna mineralnego, to długość tej drogi zależy głównie od średnicy tychże ziaren [2]. Pewnego rodzaju uzupełnieniem frakcji uwolnionej w sposób bezpośredni jest tzw. frakcja uwolniona pośrednio część nowoutworzonych atomów radonu zdolna jest przelecieć przestrzeń porową i wbić się w kolejne ziarno mineralne. Pozostawiają one za sobą kanał wlotowy będący rezultatem upłynnienia lub też odparowania minerału na drodze swego przelotu. Kanał ten ułatwia jego wsteczną migrację do wspomnianej już przestrzeni porowej [2]. 236

4 Przejście gazowego radonu do przestrzeni porowej jest pierwszym etapem jego migracji w środowisku. Dotyczy to w mniejszym lub większym zakresie wszystkich porowatych ciał mineralnych, w których występuje rad i/lub tor. Rys. 1. Schematyczne przedstawienie dróg ucieczki radonu Rn-222 powstającego w wyniku rozpadu radu Ra-226 z ziarna kruszywa. Gdzie: Przypadek A dotyczy sytuacji rozpadu radu wewnątrz ziarna; energia odrzutu atomu radonu nie jest wystarczająca do wydostania się z wnętrza tegoż ziarna. Przypadek B dotyczy sytuacji, gdy rozpad radu następuje blisko powierzchni ziarna, a energia odrzutu wystarcza na wydostanie się wspomnianego atomu radonu z tegoż ziarna i pokonanie przestrzeni międzyziarnowej wypełnionej powietrzem oraz wniknięcie do sąsiedniego ziarna. Przypadek C i D przedstawia sytuację, gdy energia odrzutu wystarcza na wydostanie się atomu radonu z ziarna i wniknięcie do przestrzeni międzyziarnowej, jak również jego dalszą swobodną migrację: a) przypadek C w przestrzeni międzyziarnowej wypełnionej powietrzem; b) przypadek D transport w przestrzeni międzyziarnowej wypełnionej wodą. Rys. 2. Drogi migracji radonu w gruncie budowlanym. Rys. 3. Główne źródła radonu w obiekcie budowlanym. 2. DOPUSZCZALNE STĘŻENIA RADONU Porównanie dopuszczalnych stężeń radonu w budynkach przeznaczonych na stały pobyt ludzi w różnych krajach zostało przedstawione w tabeli

5 Tabela 2. Dopuszczalne stężenia radonu w budynkach mieszkalnych [3]. Kraj Czechy Finlandia Irlandia Kanada Niemcy Norwegia Szwecja USA Wielka Brytania Polska ( * ) budynki już istniejące Dopuszczalne stężenie, [Bq/m³]: budynki nowo wznoszone ( * ) wg Zarządzenia Prezesa PAA z 7 lipca 1995 (MP 35/95) uchylona podstawa prawna. Jeśli chodzi o wymagania obowiązujące w Polsce, a dotyczące dopuszczalnych stężeń radonu w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi, to obowiązująca do tej pory podstawa prawna (Zarządzenia Prezesa PAA z 7 lipca 1995; MP 35/95) została uchylona. Powyższe wymagania zostały zastąpione kryteriami, określającymi dopuszczalne dawki promieniowania jonizującego otrzymywanego przez ludzi w pomieszczeniach zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 28 maja 2 r. w sprawie dawek granicznych promieniowania jonizującego [4]: 1 Rozporządzenie określa: 1) dawki graniczne promieniowania jonizującego, 2) wskaźniki pozwalające na wyznaczenie dawek stosowane przy ocenie narażenia, 3) sposób i częstotliwość dokonywania oceny narażenia ludzi Dla osób zatrudnionych w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące dawka graniczna, wyrażona jako dawka skuteczna (efektywna), wynosi 20 msv w ciągu roku kalendarzowego, 2. Dawka, o której mowa w ust. 1, może być w danym roku kalendarzowym przekroczona do wartości 50 msv, pod warunkiem że w ciągu kolejnych pięciu lat kalendarzowych jej sumaryczna wartość nie przekroczy 100 msv. 3. Z zastrzeżeniem ust. 1 i 2 dawka graniczna, wyrażona jako dawka równoważna, wynosi w ciągu roku kalendarzowego: 1) 150 msv dla soczewek oczu, 2) 500 msv dla skóry, jako wartość śr. dla dowolnej powierzchni 1 cm² napromienionej części skóry, 3) 500 msv dla dłoni, przedramion, stóp i podudzi Dla osób z ogółu ludności dawka graniczna, wyrażona jako dawka skuteczna (efektywna), wynosi 1 msv w ciągu roku kalendarzowego, przy czym dawka graniczna, wyrażona jako dawka równoważna, wynosi w ciągu roku kalendarzowego: 1) 15 msv dla soczewek oczu, 2) 50 msv dla skóry, jako wartość śr. dla dowolnej powierzchni 1 cm² napromienionej części skóry. 238

6 3. PRZYKŁADOWE STĘŻENIA RADONU W strefie klimatycznej umiarkowanej, w której żyje ok. ⅔ mieszkańców kuli ziemskiej, średnia roczna dawka efektywna od radonu i jego produktów rozpadu jest oceniana na 1,2 msv i stanowi najwyższy przyczynek do ekspozycji ludności wywołanej naturalnymi źródłami promieniotwórczymi. Na zewnątrz domów radon jest szybko rozwiewany przez wiatr i dlatego jego stężenie w powietrzu na otwartej przestrzeni nad powierzchnią Ziemi jest niskie i waha się w granicach 0,1 15,0 Bq/m³ (średnio ~10 Bq/m³), natomiast wewnątrz pomieszczeń może on być gromadzony do bardzo wysokiego poziomu stężeń, nawet kilkaset razy większego niż na zewnątrz. W skrajnym przypadku, mogą to być nawet dziesiątki tysięcy Bq/m³. W tablicy 3 zaprezentowano przykładowe średnie roczne stężenia radonu w budynkach w różnych krajach. Tabela 3. Średnie roczne stężenia radonu w budynkach w różnych krajach [3]. Kraj Średnie roczne stężenie radonu w budynkach, [Bq/m³]: Czechy 140,0 Dania 68,0 Finlandia 120,0 Francja 100,0 Holandia 45,0 Irlandia 58,0 Kanada 42,0 Niemcy 49,0 Norwegia 52,0 Szwecja 108,0 USA 55,0 Wielka Brytania 25,0 Polska 49,1 4. RYBNIK ZARYS BUDOWY GEOLOGICZNEJ [5] Rybnik to miasto położone w południowej Polsce, w województwie śląskim. W Rybniku mieści się siedziba Subregionu Zachodniego. Rybnik jest miastem na prawach powiatu, zamieszkiwanym przez 141,4 tys. mieszkańców oraz siedzibą powiatu rybnickiego ziemskiego. Rybnik położony jest na Płaskowyżu Rybnickim będącym częścią Wyżyny Śląskiej, na terenie Górnego Śląska. Przez miasto przepływają rzeki Ruda i Nacyna oraz kilka potoków. Miasto graniczy z następującymi powiatami: rybnickim ziemskim, raciborskim, wodzisławskim, gliwickim oraz grodzkim powiatem żorskim. Powiat rybnicki ziemski składa się z pięciu gmin położonych w trzech rozłącznych skupieniach wokół miasta Rybnik - siedziby powiatu (nie wchodzącego w jego skład). Powiat ziemski zamieszkuje 73,5 tys. Mieszkańców [5]. W budowie geologicznej obszaru miasta wydziela się dwie jednostki geologiczno - strukturalne. Starszą strukturę waryscyjską stanowi zapadlisko górnośląskie, które charakteryzuje się tektoniką fałdowo - blokową i jest zbudowane z utworów paleozoicznych. Natomiast młodsze piętro alpejskie tworzy zapadlisko przedkapackie, które wypełnione jest osadami neogenu. W profilu geologicznym obszaru rozpoznane zostały utwory karbonu, triasu, neogenu i czwartorzędu [5]. 239

7 Rybnik Rys. 4. Położenie obszaru Rybnika [6]. 5. ZAKRES BADAŃ W trakcie realizacji niniejszej pracy badawczej wykonano pomiary stężenia radonu w 56-ciu budynkach mieszkalnych powiatu rybnickiego grodzkiego i ziemskiego, a także w 3-ch budynkach powiatu żorskiego grodzkiego. Stosowano pasywną metodę pomiarów z wykorzystaniem detektorów śladowych cząstek alfa. Jako detektory śladowe w latach 5 7 wykorzystano folie LR-115, typu strippable. Detektory eksponowano na parterach i w piwnicach wspomnianych budynków przez okres od 2 do 6 miesięcy (po dwie sztuki na każdej kondygnacji). W ten sposób wykonano pomiary radonowe w 41 budynkach, z tego w dwóch budynkach dwukrotnie. Ten etap badań był finansowany ze środków własnych GIG u. Główni wykonawcy: dr inż. M. Wysocka i dr inż. J. A. Rubin. Rys. 5. Detektor śladowy z folią LR

8 W roku 9 do pomiarów radonowych wykorzystano detektory śladowe typu Radosys. Detektor składa się z plastikowej osłony (komory dyfuzyjnej), wewnątrz której umieszczona jest specjalna folia CR-39 stanowiąca właściwy miernik radonu. Pomiary jak poprzednio wykonano w 18-tu budynkach mieszkalnych. Ten etap badań był finansowany ze środków własnych Politechniki Śląskiej [3]. Rys. 6a i 6b. Detektor śladowy typu Radosys. 6. WYNIKI BADAŃ Zakres zmierzonych w trakcie omawianych badań stężeń radonu wynosił od 10,0 do 390,0 Bq/m³ na poziomie parteru oraz od 21,9 do 740,0 Bq/m³ w piwnicach. Średnie wartości wynoszą odpowiednio: 80,4 Bq/m³ na parterach oraz 131,0 Bq/m³ w piwnicach. Uzyskane wyniki wskazują na fakt, że na badanym terenie znajdują się budynki mieszkalne, które posiadają wysokie stężenie radonu (większe niż 400 Bq/m³). 7. PODSUMOWANIE 7.1. We współczesnym świecie wielu ludzi cierpi z powodu choroby, która teoretycznie nie ma określonej przyczyny. Cierpiący doświadczają szeregu symptomów wynikających z uwrażliwienia na pewne warunki niezadowalającego środowiska mieszkalnego lub też biurowego. Tego rodzaju złe samopoczucie, jak również czynniki wywołujące je określa się jako SBS syndrom chorych budynków (sick building syndrome) [7]. Wystąpienie przykrych dolegliwości związane jest głównie z zbyt małą ilością świeżego powietrza w pomieszczeniu oraz z jego złą jakością. Źródłami zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniu mogą być organizmy żywe (np. produkty uboczne oddychania, pocenia się, grzyby domowe i pleśniowe, roztocza, itp.), materiały budowlane i elementy wyposażenia wnętrz (np. rozpuszczalniki, impregnaty drewna, związki emitowane przez farby i lakiery malarskie, azbest, itd.), systemy wentylacji i klimatyzacji (np. mikroorganizmy żyjące w nieczyszczonych przewodach wentylacyjnych), powietrze zewnętrzne (np. zanieczyszczenia chemiczne powietrza w dużych aglomeracjach miejskich) albo samo użytkowanie pomieszczeń (np. palenie tytoniu) [8]. Do tego typu czynników w funkcji czasu, można także zaliczyć bezwonny i bezbarwny promieniotwórczy gaz szlachetny radon [9]. Objawy SBS, to: bóle i zawroty głowy, omdlenia i mdłości, objawy przemęczenia, podrażnienie błon śluzowych, utrudnione oddychanie i inne tego typu dolegliwości [8]. 241

9 7.2. Obecnie w Polsce (rok 2010) nie ma przepisów określających dopuszczalne stężenia radonu w budynkach mieszkalnych (tabela 2).W większości państw półkuli północnej (w tym w krajach Unii Europejskiej) przepisy takie istnieją. Przyjmuje się na ogół różne dopuszczalne poziomy stężenia radonu dla budynków nowych oraz starych. Dla budynków nowo wznoszonych są to wartości niższe, w porównaniu z budynkami już istniejącymi. Najczęściej są to obecnie wartości rzędu 400 Bq/m³. Powyżej tych wartości należy podjąć działania zaradcze, prowadzące do efektywnego obniżenia stężenia radonu w obiekcie [3]. Wg danych CLOR u obserwowane średnie wartości stężeń radonu Rn-222 w obiektach mieszkalnych w świecie to 39,0 Bq/m³, w Polsce odpowiednio 49,1 Bq/m³, a w sąsiednich Czechach 140,0 Bq/m³. Maksymalne wartości stężeń Rn-222, które podaje literatura naukowa, to Bq/m³ zmierzone w Szwecji oraz Bq/m³ zmierzone w Finlandii. W Polsce maksymalna zmierzona wartość to Bq/m³ [3] Na podstawie dotychczasowych badań prowadzonych w obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) [10] wiadomo, że średnie stężenie radonu na parterach budynków mieszkalnych wynosi 46 Bq/m³, a w piwnicach 77 Bq/m³. Stwierdzono ponadto, że stężenia radonu w południowej i zachodniej części GZW są znacznie niższe od stężeń mierzonych w części północnej i północno-wschodniej. Stwierdzono jednoznacznie, że rozkład stężeń radonu w domach na obszarze Górnego Śląska nie jest równomierny i wykazuje wyraźny związek z regionalną budową geologiczną. Zależności tego typu potwierdzają również badania prowadzone w innych rejonach naszego kraju [11] Wyniki badań prowadzonych w okolicach Rybnika pokazują, że w pewnych obszarach wpływ lokalnych warunków geologicznych istotnie wpływa na migrację radonu. Czynnikami ułatwiającymi wędrówkę tychże fluidów mogą być zaburzenia struktury geologicznej, zwłaszcza w warstwie przystropowej, czego konsekwencją jest rozluźnienie skał i zwiększona ich powierzchnia czynna, ułatwiająca ekshalację radonu. Przeprowadzone badania pokazały, iż lokalne warunki geologiczne silnie wpływają na poziom radonu w budynkach. Mieszkańcy niektórych budynków zlokalizowanych w Rybniku i okolicach mogą być narażeni na dawki od radonu i jego pochodnych porównywalne lub w wyjątkowych przypadkach wyższe niż górnicy kopalń węgla kamiennego. Tak zwany problem radonowy należy rozpatrywać w odniesieniu do konkretnego obiektu, gdyż wartości stężenia radonu zależą od bardzo wielu czynników składowych (wspomniany już rodzaj podłoża, stan techniczny budynku, układ pomieszczeń, efektywność systemu wentylacji, zastosowane materiały budowlane, jakość wykonanych robót budowlanych, itp.) [12] Sam fakt występowania radonu w obiektach budowlanych nie powinien budzić większych niepokojów, gdyż zgodnie z tzw. hormezą radiacyjną, pewne niewielkie dawki promieniowania przenikliwego są wręcz niezbędne dla organizmów żywych. Dopiero przekroczenie pewnych wartości granicznych, tzw. sumarycznego promieniowania przenikliwego (promieniowanie alfa, beta i gamma z różnych źródeł naturalnych oraz sztucznych) w korelacji z tzw. odpornością osobniczą stanowi ważki problem [13], [14]. 242

10 8. WNIOSEK KOŃCOWY W ocenie przydatności terenów pod zabudowę mieszkaniową powinno uwzględniać się oprócz innych kryteriów, także kryteria radiologiczne. Dotyczy to, tak sumarycznego promieniowania gamma, jak również ewentualnych zagrożeń radonowych. Projektanci budynków, przeznaczonych na stały pobyt ludzi oraz zwierząt gospodarskich, powinni skupiać się przede wszystkim na zabezpieczeniach tychże budynków przed infiltracją radonu z podłoża. Nie pomijając oczywiście ewentualnego wpływu radiologicznego materiałów budowlanych. BIBLIOGRAFIA 1) Normy Bezpieczeństwa: Międzynarodowe podstawowe normy ochrony przed promieniowaniem jonizującym i bezpieczeństwa źródeł promieniowania. Państwowa Agencja Atomistyki. Warszawa, 1997r. 2) Solecki A. T.: The radioactivity of the geologic environment. Acta Universitatis Wratislaviensis No 1937, Wrocław, 1997r. 3) Rubin J.A.: Pomiary radonowe w wybranych budynkach mieszkalnych powiatu rybnickiego cz. 1. Praca badawcza BK 235/RB 4/09. Politechnika Śląska. Gliwice, 9r. 4) Rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 28 maja 2 r. w sprawie dawek granicznych promieniowania jonizującego (Dz. U. 2 nr 111 poz. 969). 5) Nowicki Z. i inni: Wody podziemne miast Polski. Miasta powyżej mieszkańców. Część dotycząca Rybnika (autorki: Chmura A. & Wantuch A.). Państwowy Instytut Geologiczny. Warszawa, 9r. 6) Wysocka M., Rubin J. A.: Pomiary radonu w mikrośrodowisku mieszkalnym powiatu rybnickiego. Materiały konferencyjne. XIV Zjazd Polskiego Towarzystwa Badań Radiacyjnych im. Marii Skłodowskiej Curie. Kielce, 7r. 7) Mikoś J.: Budownictwo ekologiczne. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. Gliwice, 0r. 8) 9) Rubin J.A.: Zagrożenie radonem. Kalejdoskop Budowlany 6, czerwiec 4r. 10) Wysocka M.: Zależność stężeń radonu od warunków geologiczno - górniczych na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. PRACE NAUKOWE GIG Górnictwo i Środowisko 2; 3: Katowice, 2r. 11) Swakoń J. i inni: Pomiary radonu w powietrzu glebowym na terenie aglomeracji krakowskiej. Raport 1895/B. Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego, Polskiej Akademii Nauk. Kraków, 2r. 12) Łoskiewicz J., Janik M.: Przenikanie radonu przez grunt i do budynków. Raport 1972/AP. Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego, Polskiej Akademii Nauk. Kraków, 5r. 13) Straburzyńska-Lupa A.: Poglądy na radonoterapię w końcu XX wieku. NOWINY LEKARSKIE 0; 69(12): ) Zdrojewicz Z., Belowska-Bień K.: Radon i promieniowanie jonizujące a organizm człowieka. PO- STĘPY HIG. MED. DOŚW. (online), 4; 58: