Е. Хоботова, М. Уханьова, К. Соколова-Роша

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Дослідження радіонуклідного складу доменних шлаків

Накопичення великої кількості доменних шлаків (гранульованих і відвальних) та близькість їх мінералогічного складу неорганічним будівельним матеріалам викликає необхідність моніторингу шлаковідвалів. Однієї з обов’язкових складових частин моніторингу повинен бути контроль радіаційних характеристик відходів, так як доменні шлаки концентрують природні радіонукліди (ПРН): ⁴⁰К, ²²⁶Ra, ²³²Th. Використання шлаків з підвищеним вмістом ПРН у виробництві шлакопортландцементів або шлакобетонів може викликати підвищення інтенсивності γ-випромінювання у приміщеннях. Присутність ПРН ²²⁶Ra і ²³²Th обумовлює підвищений вміст радіонуклідів радону ^{222, 220}Rn у повітрі приміщення, що обумовлює інгаляційне опромінення людини.

Досліджено зразки фракцій гранульованого доменного шлаку ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг». Експериментальним методом дослідження обрано гамма-спектрометричний з використанням сцинтиляційного гамма-спектрометра СЕГ-001 "АКП-С". Результати дослідження наведено у таблиці 1. Доменний шлак має в своєму складі двох представників радіоактивних родин ²²⁶Ra і ²³²Th (α, γ – випромінювачі) та ⁴⁰К (β, γ – випромінювач), який не відноситься до радіоактивних рядів. Згідно величині ефективній питомій активності С_еф.

С_еф.=С_Ra-226+1,31C_Th-232+0,085C_K-40

доменний шлак, так і його окремі фракції, відносяться до першого класу радіаційної небезпеки, для якого С_еф. не перевищує величини 370 Бк/кг [1]. Подібні матеріали можуть використовуватися в будівництві без обмеження. При цьому враховується фактор небезпеки – γ-випромінювання будівельного матеріалу і практично не враховується фактор – вірогідність виділення ізотопів радону з пор матеріалу. Однак саме остання обставина може бути основною

Таблиця 1 – Результати гамма-спектрометричного аналізу фракцій доменного шлаку

Гранулометрична фракція	Сеф., Бк/кг	Ссум.	Сі, Бк/кг (% вкладу)
			^40К	^226Ra	^232Th
Представницька проба	12714,7	226	116 (51,4%)	85,1 (37,7%)	24,5 (10,9%)
>10 мм	11716,8	300	209 (69,5%)	67,1 (22,4%)	24,3 (8,1%)
5-10 мм	11917,6	334	244 (72,9%)	65,4 (19,6%)	25,1 (7,5%)
2,5-5 мм	13118,0	369	269 (72,8%)	74,6 (20,2%)	25,7 (7,0%)
1,25-2,5 мм	15319,4	482	369 (76,5%)	87,7 (18,2%)	25,5 (5,3%)
0,63-1,25 мм	15719,4	485	368 (75,9%)	88,6 (18,3%)	28,3 (5,8%)
<0,63 мм	16119,4	510	391 (76,7%)	90,6 (17,8%)	28,3 (5,6%)

причиною внутрішнього легеневого опромінення людини при його перебуванні у кам’яному приміщенні. Небезпека зростає при збільшенні вкладу активності ізотопу ²²⁶Ra в величину С_еф. зразка будівельного матеріалу. Для досліджуваного шлаку вклад радію дорівнює 37,7%, тому реальна небезпека радоновиділення.

Величина С_еф. представницької проби досліджуваного доменного шлаку перевищує середнє значення С_еф. шлаків кольорової металургії (65 Бк/кг), конверторних шлаків (38 Бк/кг), фосфогіпсу (60 Бк/кг) і колчеданних огарків (26 Бк/кг) [2]. Однак величина С_еф. доменного шлаку нижче відповідної величини для паливних (194 Бк/кг) і фосфорних шлаків (224 Бк/кг) [2].

Середня активність ⁴⁰К у представницької пробі шлаку нижче такої для паливних шлаків (462 Бк/кг), однак вище, ніж для конверторних (122 Бк/кг), фосфорних шлаків (115 Бк/кг) и шлаків кольорової металургії (111 Бк/кг) [2]. Для ²²⁶Ra спостерігається наступна залежність: величина С_Ra-226 в доменному шлаку нижче в порівнянні з фосфорними шлаками (192 Бк/кг), але перевищує його активність в шлаках кольорової металургії (23 Бк/кг), конверторних (20 Бк/кг) і паливних шлаках (72 Бк/кг) [2]. Середнє значення С_Th-232 в доменному шлаку нижче, чім для паливних шлаків (63 Бк/кг), практично дорівнює активності ²³²Th в шлаках кольорової металургії (25 Бк/кг), однак перевищує середню величину С_Th-232 в конверторних (6 Бк/кг) і фосфорних шлаках (17 Бк/кг) [2].

Не всі фракції шлаку мають однакову ефективну питому активність та активності окремих ПРН. Тому гамма-випромінювання матеріалу будівельної конструкції, виготовленого зі застосуванням гранулометричних фракцій доменного шлаку, буде обумовлено присутністю в шлаку частинок різних розмірів. Зареєстровано підвищення радіоактивностей окремих ПРН та С_еф. зі зменшенням розміру частинок шлаку. Дану обставину можна пов’язати з ростом сорбційної здатності поверхні частинок по відношенню до ПРН. Найбільш радіаційно чистими є фракції з розмірами частинок >10 мм і 5-10 мм, вони мають найменше значення С_еф. (117 і 119 Бк/кг), тому доцільно проводити порівняння С_еф. з відповідальними значенням ефективних питомих активностей цих фракцій. С_еф. фракції <0,63 мм підвищився у 1,27 разів у порівнянні з представницькою пробою і у 1,37 рази – у порівнянні з фракцією >10 мм.

Основний вклад у С_сум. усіх фракцій вносить ⁴⁰К, а у С_еф. – ²²⁶Ra. Останнє небезпечно з позицій підвищення виділення радону як продукту розпаду ПРН ²²⁶Ra. Радіонуклідний склад фракцій відрізняється друг від друга, особливо вагомо по ізотопу ⁴⁰К (таблиця 1). Суттєвий ріст С_К-40 відбито для фракції 1,25-2,5 мм і особливо для фракції <0,63 мм (підвищення у 1,87 рази у порівнянні з фракцією >10 мм). С_Ra-226 зростає у 1,35 рази с підвищенням дисперсності фракцій. Активність ПРН ²³²Th суттєво не змінюється.

Таким чином, з позицій вибору фракції шлаку для використання у виробництві багатокомпонентних будівельних матеріалів з одночасним зниженням гамма-випромінювання матеріла та його радоновиділення найбільш доцільними є фракції з розміром частинок > 5 мм.

Література

1. Нормы радиационной безопасности Украины (НРБУ-97) и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизированных излучений. – К., 1998. – 159 с.

2. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений/ Э.М. Крисюк – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 120 с.