Building Materials Radioactivity in Poland

Introduction: The systematic research of the natural radioactivity of raw and building materials has been conducted in Poland since 1980. Basing on the results of these studies, carried out by both the Central Laboratory for Radiological Protection (CLOR) and over 30 other research laboratories in our country, the national database of natural radioactivity measurements has been set up. The database is supervised by the CLOR and contains the results of the measurements for more than 42 000 samples analysed since 1980 up till now. Due to the economic development of the country, since 1990 there has been an increase in the number of the natural radioactivity measurements of raw and building materials. Objective: The aim of this article is the presentation and evaluation selected of raw and building materials in terms of radiology. Method: In Poland the possibility of using different raw and ready building materials is classified due to the value of activity coefficients f₁ and f₂. Activity coefficient f₁ specifies the content of natural isotopes in a test material and is the coefficient of the gamma radiation exposure to the whole body. Activity coefficient f₂ specifies the content of radium ²²⁶Ra (mother of isotope ²²²Rn) in the test material and is the coefficient of the exposure of the lungs epithelium to the alpha radiation emitted by the decay products of radon, breathed into with air by the human respiratory system. Activity coefficients are described by the natural radioactivity of potassium ⁴⁰K, radium ²²⁶Ra and thorium ²²⁸Th. Activity concentration of these radionuclides is determined by the MAZAR analyser with a scintillation detector. It is a three-window analyser, which measures samples in the range from 1.26 MeV to 2.85 MeV. Results: This paper shows the values of activity coefficients f₁ and f₂ for a few selected raw and building materials like ash, concrete, cement and ceramics. Additionally, activity coefficients f₁ and f₂ for carbon are discussed. Carbon, as a precursor to a few building raws, (ash, slag, mixture of ash and slag) has been measured in significant amounts since 1996. Average value of its activity coefficient f₁ was between 0.15 and 0.43 while an average index f₂ was from 14.7 Bq/kg to 44.2 Bq/kg for results collected in 1980-2012. Average values of activity coefficients f₁ and f₂ for carbon are the lowest of all measured and compared materials described in this paper. Average value of activity coefficient f₁ of ash as a by-product of coal combustion is a few times higher than for carbon and is higher than the limit value equals 1.0 for results from almost all years. Conclusions: In the paper, average value and range of dose rate for these several raw and building materials have been shown. An average dose rate is between 31.8 nGy/h for carbon up to 140.8 nGy/h for ash.

Wprowadzenie: Od 1980 roku w Polsce prowadzone są systematyczne badania naturalnej promieniotwórczości surowców i materiałów budowlanych. W oparciu o wyniki badań m.in. Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej (CLOR) oraz ponad 30 innych laboratoriów badawczych w naszym kraju powstała ogólnopolska baza pomiarów promieniotwórczości naturalnej. Baza ta jest nadzorowana przez CLOR i zawiera wyniki pomiarów dla ponad 42 000 zbadanych próbek od 1980 roku do chwili obecnej. W związku z rozwojem gospodarczym kraju, od 1990 roku nastąpił wzrost liczby pomiarów naturalnej radioaktywności surowców i materiałów budowlanych. Cel: Celem artykułu jest przedstawienie i ocena wybranych surowców i materiałów budowlanych pod względem radiologicznym. Metoda: W Polsce możliwość wykorzystania różnych surowców i gotowych materiałów budowlanych uzależniona jest od wartości wskaźników aktywności f₁ i f₂. Wskaźnik aktywności f₁ określa zawartość naturalnych izotopów w badanym materiale i jest współczynnikiem narażenia całego ciała na promieniowanie gamma. Wskaźnik aktywności f₂ określa zawartość radu ²²⁶Ra w badanym materiale i jest wskaźnikiem narażenia nabłonka płuc na promieniowanie alfa emitowane przez produkty rozpadu radonu, pobrane wraz z powietrzem przez układ oddechowy człowieka. Wskaźniki aktywności opisane są przez promieniotwórczość naturalną potasu ⁴⁰K, radu ²²⁶Ra i toru ²²⁸Th. Stężenie aktywności tych radionuklidów jest określana za pomocą analizatora MAZAR z detektorem scyntylacyjnym. Analizator jest trzyzakresowy. Mierzy próbki w zakresach 1,26 do 1,65 MeV, od 1,65 do 2,30 MeV i od 2,30 do 2,85 MeV. Wyniki: W artykule przedstawiono wartości wskaźników aktywności f₁ i f₂ dla kilku wybranych surowców i materiałów budowlanych, takich jak popiół, beton, cement i ceramika. Dodatkowo omówiono wskaźniki aktywności f₁ i f₂ dla węgla. Węgiel jako prekursor kilku surowców budowlanych (popiół, żużel, mieszanina popiołowo-żużlowa) mierzono w znaczących ilościach od 1996 roku. Średnia wartość jego wskaźnika aktywności f₁ wynosiła od 0,15 do 0,43, podczas gdy średni wskaźnik f₂ od 14,7 Bq/kg do 44,2 Bq/kg dla wyników zebranych w latach 1980-2012. Średnie wartości wskaźników aktywności f₁ i f₂ węgla są najniższe spośród wszystkich zmierzonych i porównanych materiałów opisanych w niniejszym artykule. Średnia wartość wskaźnika aktywności f₁ popiołu, jako produktu ubocznego spalania węgla, jest kilka razy wyższa niż w przypadku węgla i jest wyższa od wartości granicznej równej 1,0 w wynikach z prawie wszystkich lat. Wnioski: W artykule przedstawiono wartość średnią i zakres mocy dawki dla tych kilku wybranych surowców i materiałów budowlanych. Średnia moc dawki wynosi od 31,8 nGy/h w przypadku węgla do 140,8 nGy/h w przypadku popiołu.