Министерство образования и науки Украины
Восточноукраинский национальный университет им.В.Даля
Факультет естественных наук
Кафедра «Прикладная физика»
Выпускная работа на степень магистра
Специальности 8.070203 «Прикладная физика»
ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО
ФОНА МАТЕРИАЛОВ ШАХТНЫХ ОТВАЛОВ
Студент группы ПН-241м. Креденцер Сергей Викторович Научный руководитель Кудленко Василий Григорьевич
к. ф.-м. н., доцент
Работа принята к защите
Заведующий кафедрой Бранспиз Юрий Адольфович
д. т. н., профессор
Луганск 2009
РЕФЕРАТ
Выпускная работа на степень магистра:
96 с., 17 рис., 10 табл., 3 прилож.
Рассмотрена степень негативного воздействия материалов породных отвалов на окружающую среду и здоровье населения, проживающего в исследуемом регионе.
Применив лабораторный метод для определения удельной эффективной активности естественных радионуклидов, используя спектро-дозиметрическую установку «РИТМ-С», определена мощность эквивалентной дозы, удельная активность, удельная эффективная активность, установлен класс радиационных параметров материалов исследуемых терриконов.
Обнаружены различные причины и закономерности изменения радиационного фона материалов породных отвалов.
ШАХТНЫЙ ПОРОДНЫЙ ОТВАЛ, ДОЗИМЕТР, УДЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ, УДЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ, СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА.
Випускна робота на ступінь магістра:
96 с., 17 мал., 10 табл., 3 додатки.
Розглянуто ступінь негативного впливу матеріалів породних відвалів на навколишнє середовище й здоров'я населення, що проживає в досліджуваному регіоні.
Застосувавши лабораторний метод для визначення питомої ефективної активності природних радіонуклідів, використовуючи спектро-дозиметричну установку «РИТМ-С», визначена потужність еквівалентної дози, питома активність, питома ефективна активність, установлено клас радіаційних параметрів матеріалів досліджуваних териконів.
Виявлено різні причини й закономірності зміни радіаційного фону матеріалів породних відвалів.
ШАХТНИЙ ПОРОДНИЙ ВІДВАЛ, ДОЗИМЕТР, ПИТОМА АКТИВНІСТЬ, ПИТОМА ЕФЕКТИВНА АКТИВНІСТЬ, СПЕКТРОМЕТРИЧНА УСТАНОВКА.
Final work on master's degree:
98 pp., 17 fig., 10 tabl., 3 ad.
The degree of negative influence of materials of waste banks on an environment and health of population, resident in the explored region is considered.
Applying a laboratory method for determination of specific effective activity of natural radionuclide, using the spectro-dosimetria setting of «RITM-S», power of equivalent dose, specific activity, specific effective activity, is certain, the class of radiation parameters of materials of the explored waste banks is set.
Found out different reasons and conformities to the law of change of radiation background of materials of waste banks.
MINE WASTE BANKS, DOSIMETER, SPECIFIC ACTIVITY, SPECIFIC EFFECTIVE ACTIVITY, SPECTROMETRY SETTING.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………… 6
1. ТЕХНОГЕННАЯ ОПАСНОСТЬ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ ДОНБАССА… 8
1.1. Происхождение породных отвалов…………………………....................... 8
1.2. Уран – источник радиации угольных терр............................................... 12
1.3. Неконтролируемая миграция радионуклидов и тяжелых ме.................. 19
ОТВАЛОВ………………………………………………………………………… 37
2.1. Экспрессный метод………………………………………........................... 38
2.2. Лабораторный метод……………………………………........................... 43
2.3. Радиохимический и другие методы……………………........................... 49
3. АППАРАТУРА, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХ……………… 50
3.1. Дозиметр гамма-излучения поисковый ДБГ-02 «РИТМ-1М................... 52
3.2. Спектрометр-дозиметр гамма-излучения «РИТМ-С»……...................... 53
3.2.2. Программное обеспе........................................................................ 59
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ........ 60
4.1. Мощность эквивалентной дозы породных отвалов………………………...... 60
4.2. Экспериментальные данные спектрометрических исследований пород ....... 78
шахтных отвалов…………………………………………………………….............. 78
4.3. Удельная эффективная активность проб материалов породных отвалов...... 81
4.4. Обсуждение полученных результатов……………………………………........ 84
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………… 97
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………...89
Актуальность темы. На современном этапе развития цивилизации обеспечение радиационной безопасности человека и окружающей среды становится актуальной проблемой в связи с возрастающей потребностью сообщества в наращивании энергетических мощностей и в связи с сопутствующим этому процессу выбросом в окружающую среду радиоактивных элементов [1]. В Украине существует радиоэкологическая проблема, воздействия материалов породных отвалов на здоровье человека. На территории Донбасса уже более 200 лет производится подземная добыча угля. Шахтные комплексы изменяют до неузнаваемости естественные ландшафты. На месте природных, пусть и не очень богатых растительностью, степных ландшафтов образуются техногенные, изобилующие прудамиотстойниками, производственными зданиями, террикониками. Последних на территории региона более 1300. В загрязненной породными отвалами атмосфере присутствуют: соли, оксиды, соединения азота, серы, различные металлы и радионуклиды, алюминий, кальций, углерод, железо, калий, натрий, кремний, медь, свинец, титан и цинк, бериллий, висмут, хром, кобальт, цезий, литий, магний, никель, рубидий, селен, стронций, ванадий. Дети уже к 7 годам имеют 5 % запыленности легких. Это вызывает снижение роста, болезни сердца, заболевания центральной нервной системы, сказывается на умственных способностях. Люди в Донбассе умирают не от старости, а от заболеваний жизненно важных органов, которые дают оценку состояния окружающей среды [2]. Достоверная информация об уровнях радиоактивного загрязнения окружающей среды является необходимым условием для оценки дозовых нагрузок на население и для принятия решений о проведении мероприятий по обеспечению радиационной безопасности.
Цель работы предполагает оценку радиационной обстановки породных отвалов, с последующим мониторингом и созданием карты радиационных аномалий для установления состояния окружающей среды данного региона.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
• разработка физической модели для оценки радиационного состояния породных отвалов.
• выбор комплекса ядерно-физических методов анализа и определения удельной эффективной активности исследуемых веществ.
• создание базы данных по радиоактивности, аккумулированной в отходах угольных предприятий, с построением карты радиационных аномалий данного объекта.
• определение гамма-спектрометрическим методом источников естественной природной и техногенной радиоактивности, их относительных вкладов в эффективную эквивалентную дозу внешнего облучения населения.
Объект наблюдения – гамма-излучение материалов породных отвалов.
Метод наблюдения – мониторинг и экспериментальное обнаружение МЭД породных отвалов с помощью дозиметра ДБГ-02 «РИТМ-1М»; определение энергетических спектров источников излучений спектрометром «РИТМ-С».
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что впервые показана возможность глубоко исследования радиационного фона материалов породных отвалов и воздействия терриконов на исследуемую местность.
Практическое значение полученных результатов состоит в том, что дозиметр ДБГ-02 «РИТМ-1М», спектрометр гамма-излучения «РИТМ-С», а также программное обеспечение «РИТМ-С» можно применять: для обнаружения МЭД, удельной эффективной активности материалов породных отвалов, идентификации нуклидов по их энергетическим спектрам.
Личный вклад студента состоит в разработке методики проведения исследований, радиационного мониторинга породных отвалов и реализации ее на практике, определении удельной эффективной активности проб терриконов, а также обработке экспериментальных данных.
При разработке угольных месторождений подземным способом наряду с добычей угля на поверхность из шахт выдается порода, получаемая при проведении подготовительных, а также очистных выработок. Периодически в отвалы направляются шлам и ил от очистки капитальных выработок и водосборников, а также порода от работ по восстановлению аварийных выработок. В отвалы шахт направляются также отходы обогащения. Количество выдаваемой из шахт породы зависит от горно-геологических условий залегания угольных пластов (мощности, угла падения, наличия геологических нарушений, сближенности пластов), способов их разработки (взрывным способом, отбойными молотками или комбайнами) и систем разработки. Количество породы, извлекаемой углеобогатительными фабриками, колеблется в широких пределах и зависит от зольности угля, а также от глубины обогащения. При обогащении малозольных коксовых углей отходы составляют 5-15% [3].
На угольных шахтах порода складируется в отвалы разных типов: рельсовые терриконики, канатные отвалы, автомобильные и железнодорожные отвалы; отвалы, образуемые ленточными конвейерами, и гидроотвалы.