CC BY
28
ПРИМЕНЕНИЕ РАДОНОМЕТРА НА ОСНОВЕ КРЕМНИЕВЫХ
ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА КОНЦЕНТРАЦИИ РАДОНА
Рахимов Р. Х, Муминов Р. А., Раджапов С. А., Пиндюрин Ю. С., Раджапов Б. С.
4. ПЛАЗМЕННЫЕ, ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ, МИКРОВОЛНОВЫЕ
И ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
4.1. ПРИМЕНЕНИЕ РАДОНОМЕТРА НА ОСНОВЕ КРЕМНИЕВЫХ ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА КОНЦЕНТРАЦИИ РАДОНА
Рахимов Рустам Хакимович, доктор технических наук, заведующий лабораторией №1. Институт Материаловедения Научно-производственное объединение «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. E-mail: [email protected]
Муминов Рамизулла Абдуллаевич, д-р физ.-мат. наук, академик АН РУз, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз
Раджапов Сали Аширович, д-р физ.-мат. наук, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз. E-mail: [email protected]
Пиндюрин Юрий Сергеевич, инженер, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз. E-mail: [email protected]
Раджапов Бегжан Солиевич, аспирант, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз. E-mail: [email protected]
Аннотация: в статье рассмотрены вопросы применения радонометра для контроля концентрации радона в атмосфере, воде, почве и материале.
Ключевые слова: полупроводниковый детектор, фотодетектор, сцинтиллятор, гамма-излучение, рентгеновское излучение.
THE USE OF ERGONOMETRY BASED ON SILICON SURFACE BARRIER DETECTORS TO MONITOR RADON
Rakhimov Rustam Khakimovich, doctor of technical Sciences, head of laboratory №1. Institute of materials science, «Physics-sun». Uzbekistan Academy of sciences. E-mail: [email protected]
Muminov Ramizulla Abdullaevich, doctor of sciences, academic, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan
Radzhapov Sаli Ashirovich, doctor of sciences, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. E-mail: [email protected]
Pindurin Yuriy Sergeevich, engineer, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. E-mail: [email protected]
Radzhapov Begjan Sаlievich, PhD student, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. E-mail: [email protected]
Abstract: in the article the questions of application of ergonometry to control the concentration of radon in air, water, soil and material.
Index terms: semiconductor detector, a photodetector, scintillator, gamma radiation, x-ray radiation.
Применение радоновых ванн, питьевых источников, грязелечение, позволяет с успехом можно лечить больных с воспалительными, дистрофическими и функциональными заболеваниями.
Радоновые ванны дают прекрасный лечебный эффект при ишемической болезни сердца и гипертонической болезни, при ревматоидном артрите и деформирующем артрозе, при анкилозирующем спондилоартрите и межпозвонковом остеохондрозе.
Сами эти процессы и механизмы развития воспаления в различных органах и определяются органоспе-цифическими свойствами различных тканей, составляющих тот или иной орган. Однако многолетние наблюдения и специальные исследования показывают, что любой природный или преобразованный физический фактор должен применяться в дозировках, соответствующих функциональному состоянию орга-
низма больного, в противном случае может наступить обострение заболевания.
Важно знать, как будут действовать различные факторы при различных заболеваниях, иначе можно вызвать у больных обострение процесса и ухудшить состояние их здоровья. Более того, незнание сущности действия природных факторов в этих случаях может оказаться губительным, поскольку минеральные воды или лечебные грязи, солнечные ванны или интенсивная двигательная нагрузка при неправильном их назначении могут, например, у больных ревмокардитом стать причиной обострения процесса и привести к тяжелым последствиям или у больных со скрыто текущим туберкулезом кости, сустава вызвать диссемированный (распространенный) туберкулез и обусловить трагический исход.
При кратковременных воздействиях радона, например, при систематическом принятии радоновых ванн в санатории, при окунании в купель на радоновом источнике или купании в радоновом озере, у человека наблюдается адаптационная реакция на поступление радона через органы дыхания и через кожу. Такая реакция организма на воздействие радона приводит к улучшению микроциркуляции (улучшения местного кровоснабжения органов и тканей). Также воздействие а-излучения радона и его дочерних продуктов на мелано-циты (пигментные клетки кожи) приводит к окислению аминокислоты тирозина и образованию биологически активных веществ (дофамины), которые увеличивают выработку адреналина, который повышает уровень метаболизма (обмена веществ) в организме, повышает устойчивость к нагрузкам. Такой биологический эффект воздействия радона позволяет широко использовать кратковременное, но интенсивное воздействие радона в лечебных целях. Аналогичные физиологические процессы происходят в организме человека в течение первых лет жизни в условиях повышенной концентрации радона в помещении (превышение предельно допустимой концентрации от 2 до 5 раз).Хотя, как было отмечено выше, радон химически инертен, его ионизированные дочерние продукты распада (радионуклиды полония, висмута и свинца) сорбируются пылью и влагой, образуя а-радиоактивные аэрозольные частицы размером от 10 до 400 нанометров, которые способны глубоко проникать в дыхательные пути и оседать в них. Также особые иммунные клетки (Лангерганса) способны переносить радиоактивные микрочастицы в региональные лимфатические узлы, что обуславливает возможную локализацию опухолей и в лимфоузлах. Исследования показали, что у курильщиков, проживающих на радоно-опасных территориях, концентрация изотопов полония в легких в 10 раз больше, чем у не курильщиков, проживающих в тех же самых местах. Это объясняется, в том числе и тем, что сигаретный дым (аэрозоль микрочастиц сажи) является прекрасным переносчиком для изотопов полония в легкие человека - особенно при глубоких затяжках при курении. Также при температуре горения табака изотопы полония (как содержащиеся в табаке, так и в радоносодержащей атомосфере) становятся ле-
тучими, и гораздо легче вдыхаются человеком и проникают быстрее и глубже в дыхательную систему. Изотопы
218 214
полония Ро и Ро, период полураспада которых составляет три минуты и одну десятую секунды соответственно, распадаются в просвете бронхов с выделением а- лучей и гамма квантов. Повреждения клеток легочного эпителия от радиоактивного распада изотопов полония, по-видимому, является ведущим фактором в развитии центрального рака легких.
По мере увеличения срока проживания в атмосфере с повышенной концентрацией радона и возникновения переоблучения организма радоном и его дочерними продуктами распада, возникает кумулятивный эффект, приводящий к перенапряжению адаптации организма, которое характеризуется стойким увеличением скорости оседания эритроцитов (СОЭ), повышение агрегации тромбоцитов и образование тромбоэмболии капилляров. Данные дезадаптивные последствия переоблучения приводят к ухудшению кровоснабжения органов и тканей организма. Серьезные нарушения механизмов защитной адаптации организма к переоблучению наступают только после десяти и более лет проживания в условиях превышения концентрации радона в помещениях. Характер нарушений зависит от концентрации радона, сопутствующих экологических отягощающих факторов в помещении (например, наличие асбеста, аэрозольные загрязнения атмосферы сигаретным или печным дымом, пылью), возраста человека, его социального статуса и образа жизни, состояния здоровья, и, в значительной степени, от того курит человек или нет.
Общим результатом длительной дезадаптации становится ослабление иммунной системы, ответственной за уничтожение постоянно возникающих в организме атипичных клеток. Под воздействием канцерогенных физических факторов (радиоактивное излучение от распада радона и его дочерних продуктов) происходит повреждение ДНК ядра клеток бронхиального эпителия (ба-зальные или секреторные клетки). При повреждении ДНК происходит изменение генома клетки и, как следствие - изменение ее особенностей строения, которые отличаются от нормы. Это первый «скрытый» этап развития рака легких - образование атипичной (раковой) клетки, которая не распознается ослабевшей иммунной системой и не уничтожается.
На втором этапе развития рака легких при постоянном контакте клеток легочного эпителия с канцерогенным радоном и продуктами его распада в такой выжившей атипичной клетке происходят дополнительные генные изменения, которые приводят к размножению раковых клеток и образованию опухолевого узла (опухоли).
На третьем этапе нарастают различные патологические процессы характерные для злокачественного роста (атипия клеток, активный рост, распространение метастазов и др.). Максимальные дозы ионизирующего излучения при распаде дочерних продуктов деградации радона приходятся на эпителий сегментарных бронхов, что соответствует преимущественной локализации раз-
ПРИМЕНЕНИЕ РАДОНОМЕТРА НА ОСНОВЕ КРЕМНИЕВЫХ
ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА КОНЦЕНТРАЦИИ РАДОНА
Рахимов Р. Х., Муминов Р. А., Раджапов С. А., Пиндюрин Ю.
С., Раджапов Б. С.
вивающихся раков. Среди разновидностей рака легкого, вызываемых радоновым облучением, чаще других диагностируются аденокарцинома, чешуевидная карцинома и саркома лимфатических узлов. При длительном воздействии радона опухоли других органов, по крайней мере, на порядок менее вероятны, чем рак легкого.
Официальный отчет по проблеме радона и оценке риска рака легких от радона и дочерних продуктов его распада 2010 года (ICRP Publication 115. Lung cancer risk from radon and progeny and statement on radon [Ann. ICRP 40(1), 2010]) приводит детальный обзор и анализ эпидемиологии радонозависимых заболеваний (рака легких) на основании исследований, проведенных в Северной Америке, Европе и Китае в период с 1946 года по вторую половину 2000-х годов. Анализ представленных данных позволил в 2010 году Международному агентству по исследованию рака сделать следующие выводы:
1. Благодаря изучению заболеваемости шахтеров и людей, постоянно проживающих в домах с повышенной концентрацией радона в атмосфере, существуют убедительные доказательства того, что радон и дочерние продукты его распада способны вызывать рак легких. В настоящее время нет свидетельств, что воздействие радона способно вызывать опухоли других органов и лейкемию.
2. Три долговременных обследования людей, постоянно проживающих в домах с повышенной концентрацией радона в атмосфере проведенные в Европе, Северной Америке и Китае привели к сходным результатам и показали, что риск рака легких увеличивается, по крайней мере, на 8% при увеличении концентрации радона в помещении на каждые 100 Бк/м3.
3. После принятия в расчет поправок на случайные неопределенности в концентрации активности радона при проведенных измерениях при обследовании в Европе людей, постоянно проживающих в домах с повышенной концентрацией радона в атмосфере, расчет относительного риска заболеваемости раком легких показал увеличение вероятности возникновения заболевания на 16% (от 5% до 32%) при увеличении концентрации радона в помещении на каждые 100 Бк/м3. Полученные значения можно рассматривать как разумную оценку при контроле рисков от воздействия радона при относительно низких концентрациях радона и длительного периода его воздействия, принимая в расчет, что этот риск связан с воздействием радона на человека в течение, по меньшей мере, 25 лет.
4. Существует доказательство на основании данных Европейского исследования (Darby и соавт., 2005), что существует риск развития рака легких при долгосрочном воздействии радона в атмосфере жилых помещений даже на уровне концентраций ниже 200 Бк/м3.
5. Кумулятивный риск развития рака легких при достижении возраста 75 лет оценивается для никогда не курящих людей на уровне 0,4%, 0,5% и 0,7% для концентраций радона 0, 100 и 400 Бк/м3, соответственно. Кумулятивный риск развития рака легких при достижении возраста 75 лет оценивается для курящих всю жизнь людей оценивается на уровне 10%, 12% и 16% для концентраций радона 0, 100 и 400 Бк/м3 (Darby и соавт., 2005, 2006). Курение остается наиболее важной причиной рака легких.
6. Исследования риска развития рака легких у шахтеров и людей, постоянно проживающих в домах с повышенной концентрацией радона, показывают хорошую согласованность результатов.
7. Исследования риска возникновения рака легких у шахтеров, включая шахтеров, подверженным низким дозам радонового облучения, показали как минимум двукратное увеличение риска по сравнению с данными ранее опубликованными в Публикации 65 (ICRP, 1993).
В отчете Британского Агентства здравоохранения «Радон и здоровье населения» [HPA, 2009] указывается, что совершенно очевидно, что риск здоровью от воздействия радона возникает уже при концентрациях радона в помещениях даже ниже допустимых в Великобритании 200 Бк/м3. Средний риск возникновения рака легких при экспозиции радону составляет 16%. По данным HPA нет доказанных свидетельств тому, что риск развития рака легких зависит от пола, возраста человека, от того курит он или нет, или курил ранее. Однако при обычных концентрациях радона в помещениях 21 Бк/м3 курение увеличивает вероятность смерти от рака легких на рубеже 75 лет до 15% для курильщиков. Для некурящих людей вероятность смерти от рака легких в 75 лет составляет 0,4%. При концентрациях радона в помещениях 200 Бк/м3 риск смерти составляет 19% и 0,5% соответственно. Около 40% из умерших от рака легких не курящих людей составляют те, кто ранее курил.
Вышеизложенное показывает, что назрела необходимость создания надежного прибора для определения концентрации радона с достаточной для практики точностью, позволяющего вести непрерывный мониторинг и оснащенного исполнительным устройством для подачи свето-акустического сигнала, при повышении концентрации радона выше заданной концентрации; имеющего возможность автоматического включения системы принудительной вентиляции и отключения ее при достижении концентрации радона до безопасного уровня.
Целью настоящей работы является разработка радо-нометра для непрерывного (экспрессного) контроля радона в атмосферном воздухе, воде, почве и материале с указанными выше возможностями мониторинга и записи изменения концентрации радона во времени.
На рисунка 1 показан его общий вид прибора RR-3s.
Рис.1. Общий вид радонометра RR-3s.
При необходимости, прибор может быть оснащен исполнительным устройством для подачи свето-акустического сигнала, при повышении концентрации радона выше заданной концентрации; автоматически включать систему принудительной вентиляции и отключения ее при достижении концентрации радона до безопасного уровня. Также прибор одновременно может служить измерителем температуры и влажности.
Технические данные.
- Диапазон измерения ОА радона-222, Бк-м-3, от 12.
- Рабочие условия эксплуатации:
- Температура окружающего воздуха, °С, от +5 до +35;
- Питание радиометра осуществляется от автономного источника постоянного тока, в качестве которого используются аккумулятор.
Радиометр выполнен в виде носимого прибора с автономным питанием. Основными его узлами являются:
- Измерительная камера с фильтром и кремниевых детекторов больших размеров;
- Зарядочувствительный предусилитель;
- Спектрометрический усилитель и схема выделения полезной информации;
- Измеритель температуры и влажности;
- Блок управления, индикации и сопряжения с персональным компьютером;
- сетевой блок зарядного устройства для аккумулятора.
Установка предназначена для измерения объемной
активности (ОА) радона и его ДПР в жилых и производственных помещениях, в карьерах и подземных выработках, пробах воды естественных и искусственных водоемов, а также поисках и разведке месторождений радиоактивных руд и других твердых полезных ископаемых, экологии и при инженерных изысканиях и прогнозирования землетрясений. Применятся для автоматизированных непрерывных и экспресс измерений объемной активности (ОА) радона-222 и торона-220 в воздухе, воде, почве и материале. Радиометр выполнен в виде носимого прибора с автономным питанием. На рис.2. показано изменение концентрации радона в сейсмологических станциях г. Ташкента, измеренной в течение четырех месяцев на радонометре RR-3s.
Сяппн ?ElHi!t?ii11
Рис.2. График изменения ОА радона в почве.
Таким образом, наши исследования показывает, что установка не только определяет содержание ОА радон-222, а также быть успешно использована для непрерывных наблюдений содержания ОА радона.
Список литературы:
1. Царфис П. Г. Действие природных факторов на человека, М.: Наука, 1S82.198 с
2. http://dom.dacha-dom.ru/radon-zdorovie.shtm
3. Патент РУз 1АР 2011 № 0085 /Муминов Р.А., Раджапов С.А., Лутпул-лаев С.Л., Пиндюрин Ю.С., Хусамидинов С.С., Юткин С.В. «Устройства для измерения объемной активности радона в воздухе».
