«Радиация вокруг нас»

Муниципальное автономное общеобразовательное     учреждение

средняя общеобразовательная

школа № 37 г. Томска

 «Радиация вокруг нас»

Автор: Матвеев Максим, ученик 11 класса,   МАОУ СОШ № 37, г. Томска

Руководитель:  Кукина Е.Л., учитель физики, МАОУ СОШ № 37, г. Томска                                                                                        

Введение

С открытием радиоактивности в конце XIX в. возникла проблема радиационной угрозы, которая и по сей день будоражит умы человечества. К сожалению, отсутствие достоверной информации вызывает неадекватное восприятие данной проблемы обывателями. Проблема радиационного загрязнения является одной из наиболее актуальных сегодня.

Понятие радиации

Радиация существовала на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовала в космосе еще до возникновения самой Земли. Все живое на Земле возникло и развивалось в условиях воздействия ионизирующей радиации, которая стала постоянным спутником человека. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее зарождения. Даже человек радиоактивен, так как в любой живой ткани присутствуют радиоактивные вещества природного происхождения. Тот факт, что все виды флоры и фауны Земли, в том числе высших животных, включая млекопитающих и человека, возникли и эволюционно развивались на протяжении сотен миллионов лет при постоянном воздействии так называемого естественного (природного) радиационного фона, остался вне внимания большинства населения. Поэтому важным является осознание того, что радиация - один из многих естественных факторов окружающей среды.        

Радиоактивность, радиоактивный распад, деление ядер атомов, любые радиоактивные (или ядерные) превращения - это способность ядер атомов различных химических элементов разрушаться, видоизменяться с испусканием атомных и субатомных частиц высоких энергий. При этом в подавляющем большинстве случаев ядра атомов одних химических элементов превращаются в ядра атомов других химических элементов, либо один изотоп химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента. То есть радиоактивные превращения - это превращения атомов одних химических элементов в атомы других элементов.

Радиоактивный распад, как и все другие виды радиоактивных превращений, может быть естественным (самопроизвольным, спонтанным) и искусственным,  вызванным попаданием в ядро стабильного атома какой-либо частицы извне.  Для естественных (природных) радионуклидов основными видами радиоактивного распада являются альфа- и бета-минус-распад (хотя встречаются и другие).

              Альфа-распад - это испускание из ядра атома альфа-частицы (альфа-частицы), которая состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Альфа-частица имеет массу 4 единицы, заряд +2 и является ядром атома гелия. Так, например, при альфа-распаде из конкретного изотопа урана-238 образуется торий-234, затем радий-230, радон-226 и т. д. Скорость альфа-частицы при вылете из ядра от 12 до 20 тыс. км/сек. В вакууме альфа-частица могла бы обогнуть земной шар по экватору за 2 сек. Aльфа – излучение считается самым вредным для живых организмов, но препятствием для него может быть даже листок бумаги.

    Бета- распад (бета-) - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-минус частицы - электрона, который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. При этом тяжёлый протон остаётся в ядре, а лёгкий электрон - бета-минус частица - с огромной скоростью вылетает из ядра. И так как протонов в ядре стало на один больше, то ядро данного элемента превращается в ядро соседнего элемента справа - с большим номером.

    Название бета-частица сохранилось исторически. Отличие бета-минус частицы от обычного электрона только в "месте рождения": ядро атома, а не электронные оболочки вокруг ядра, а также и в скорости (энергии) вылета. Скорость вылета бета-частицы - 9/10 скорости света, т. е. 270 тыс. км/с.

   Естественных бета-активных радионуклидов не очень много. А среди значимых ещё меньше. К ним можно отнести, прежде всего, калий-40 (Т1/2 = 1,3 · 109 лет), хотя в природной смеси изотопов калия его содержится всего 0,0119%. Кроме К-40 значимыми естественными бета-минус-активными радионуклидами являются также и все продукты распада урана и тория.

          Гамма-излучение - это поток гамма-квантов, это электромагнитное излучение, более "жёсткое", чем обычное медицинское рентгеновское. "Место рождения" гамма-квантов - ядро атома. Рентгеновское излучение - это тоже электромагнитное излучение, но "место рождения" рентгеновского излучения - электронные оболочки атомов. -излучение характеризуется наибольшей проникающей способностью:  его может задержать лишь толстая плита из материалов, имеющих высокий коэффициент поглощения, например, из бетона или свинца.

Биологическое действие радиации.  Сегодня мировая наука знает о биологическом воздействии радиации больше, чем о действии любых других факторов физической и биологической природы в окружающей среде.

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности:

1. Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия — инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.
2. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.
3. Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомство — это так называемый генетический эффект.
4. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.
5. Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.
6. Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом. В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Все основные обменные (метаболические) процессы и каталитические (ферментативные) реакции происходят на клеточном и молекулярном уровнях. Взаимодействие радиации с организмом начинается с молекулярного уровня.

Радиочувствительность различных тканей организма зависит от биосинтетических процессов и связанной с ними ферментативной активностью. Поэтому наиболее высокой радиопоражаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатических узлов, половые клетки. Кровеносная система и красный костный мозг наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0,5-1 Гр. Однако, они обладают способностью восстанавливаться. Если не все клетки поражены, кровеносная система может восстановить свои функции. Репродуктивные органы, например, семенники, так же отличаются повышенной радиочувствительностью. Облучение свыше 2 Гр приводит к постоянной стерильности. Только через много лет они могут полноценно функционировать. Яичники менее чувствительны, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза более 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя большие дозы при неоднократном облучении не сказываются на способности к деторождению.

Очень восприимчив к излучению хрусталик глаза. Погибая, клетки хрусталика становятся непрозрачными, разрастаясь, приводят к катаракте, а затем и к полной слепоте. Это может произойти при дозах около 2 Гр.

Радиочувствительность организма зависит от его возраста. Небольшие дозы при облучении детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост скелета. Облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти. Кости и мозг взрослого человека способны выдержать гораздо большие дозы. Относительно большие дозы способны выдерживать большинство органов. Почки выдерживают дозу около 20 Гр, полученную в течение месяца, печень — около 40 Гр, мочевой пузырь — 50 Гр, а зрелая хрящевая ткань — до 70 Гр. Чем моложе организм, тем при прочих равных условиях, он более чувствителен к воздействию радиации.

   Источники радиации.  Источники радиоактивного излучения весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные и искусственные (созданные человеком). Причем основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной дозы) приходится на естественный фон.

Естественная радиоактивность. Естественная радиация была всегда: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивно всё, что нас окружает: почва, вода, растения и животные. В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 5 до 20 микрорентген в час. Существует три основных источника естественной радиоактивности:

1. Космическое излучение и солнечная радиация — это источники колоссальной мощности, которые в мгновение ока могут уничтожить и Землю, и всё живое на ней. К счастью, от этого вида радиации у нас есть надёжный защитник — атмосфера. Впрочем, интенсивная человеческая деятельность приводит к появлению озоновых дыр и истончению естественной оболочки, поэтому в любом случае следует избегать воздействия прямых солнечных лучей. Интенсивность влияния космического излучения зависит от высоты над уровнем моря и широты. Чем выше Вы над Землей, тем интенсивнее космическое излучение, с каждой 1000 метров сила воздействия удваивается, а на экваторе уровень излучения гораздо сильнее, чем на полюсах.
Вспышки на солнце — один из источников «естественного» радиационного фона. 
Уровень радиации в салоне самолета на высоте 10 000 метров превышает естественный в 10 раз.

2. Излучение земной коры. Помимо космического излучения радиоактивна и сама наша планета. В её поверхности содержится много минералов, хранящих следы радиоактивного прошлого Земли: гранит, глинозём и т.п. Сами по себе они представляют опасность лишь вблизи месторождений, однако человеческая деятельность ведёт к тому, что радиоактивные частицы попадают в наши дома в виде стройматериалов, в атмосферу после сжигания угля, на участок в виде фосфорных удобрений, а затем и к нам на стол в виде продуктов питания. Известно, что в кирпичном или панельном доме уровень радиации может быть в несколько раз выше, чем естественный фон данной местности. Таким образом, хоть здание и может в значительной мере уберечь нас от космического излучения, но естественный фон легко превышается от использования опасных материалов. Уберечься от таких «сюрпризов» можно, только используя дозиметры.

3. Радон — это радиоактивный инертный газ без цвета, вкуса и запаха. Он в 7,5 раз тяжелее воздуха, и, как правило, именно он становится причиной радиоактивности строительных материалов. Радон имеет свойство скапливаться под землей в больших количествах, на поверхность же он выходит при добыче полезных ископаемых или через трещины в земной коре.
Источники попадания радона в дома и квартиры.

Радон активно поступает в наши дома с бытовым газом, водопроводной водой (особенно, если её добывают из очень глубоких скважин), или же просто просачивается через микротрещины почвы, накапливаясь в подвалах и на нижних этажах. Снизить содержание радона, в отличие от других источников радиации, очень просто: достаточно регулярно проветривать помещение и концентрация опасного газа уменьшится в несколько раз. Накопление радона в разных комнатах:

Искусственная радиоактивность. В отличие от естественных источников радиации, искусственная радиоактивность возникла и распространяется исключительно силами людей. К основным техногенным радиоактивным источникам относят ядерное оружие, промышленные отходы, АЭС,  медицинское оборудование, предметы старины, вывезенные из «запретных» зон после аварии Чернобыльской АЭС, некоторые драгоценные камни. 

Как защититься от радиации?

Защита временем. Чем короче время пребывания рядом с источником радиации, тем меньшую дозу облучения получает человек. Кратковременный контакт даже с мощнейшим рентгеновским излучением во время медицинских процедур не принесёт сильного вреда, однако если рентгеновский аппарат оставить на более длительный срок, он просто «сожжёт» живые ткани. Защита от разных типов излучения экранированием. 

Защита расстоянием заключается в том, что излучение уменьшается при удалении от компактного источника. То есть если на расстоянии 1 метра от источника радиации дозиметр показывает 1000 микрорентген в час, то на расстоянии 5 метров — около 40 мкР/час, вот почему часто источники радиации так сложно обнаружить. На больших расстояниях они «не ловятся», надо чётко знать место, где искать.

Защита веществом. Необходимо стремиться к тому, чтобы между Вами и источником радиации было как можно больше вещества. Чем оно плотнее и чем его больше, тем значительнее часть радиации, которую оно может поглотить. Говоря о главном источнике радиации в помещениях — радоне и продуктах его распада, следует отметить, что значительно уменьшить радиацию можно регулярным проветриванием. От альфа-излучения можно защититься обычным листом бумаги, респиратором и резиновыми перчатками, для бета-излучения уже понадобится тонкий слой алюминия, стекло, противогаз и плексиглас, для борьбы с гамма-излучением эффективны тяжелые металлы, типа стали, свинца, вольфрама, чугуна, а от нейтронов могут спасти вода и полимеры типа полиэтилена.

При постройке дома, внутренней отделке, рекомендуется использовать радиационно-безопасные материалы. Так, дома из дерева и бруса значительно безопаснее в радиационном отношении, чем кирпичные. Силикатный кирпич «фонит» меньше, чем сделанный из глины и т.п. Производители изобрели специальную систему маркировки, которая подчёркивает экологическую безопасность их материалов. Если Вы волнуетесь о безопасности будущих поколений, выбирайте именно такие.
Немного красного вина поможет защитить организм от радиации, но современные препараты гораздо эффективнее. 

Существует мнение, что от радиации может защитить алкоголь. В этом есть доля истины, алкоголь снижает восприимчивость к радиации, однако современные противорадиационные препараты гораздо надёжнее. Чтобы точно знать, когда надо опасаться радиоактивных веществ, рекомендуем купить дозиметр радиации. Этот небольшой прибор всегда предупредит Вас, если Вы окажетесь рядом с источником излучения, и Вы успеете выбрать наиболее подходящий метод защиты.

Но, прежде чем начинать подготавливать защиту от радиации, необходимо узнать, есть ли вообще от чего защищаться. Наша команда решила провести свое собственное исследование, и узнать, какой радиационный фон в некоторых участках нашего города Томска.

Было произведено  измерение радиационного фона в районе посёлка Степановка, Томска-1 и на Московском тракте.

Как можно видеть на снимках, радиационный фон не превышает допустимых значений (в нашем городе безопасной считается отметка до 25мкР\ч).

Выводы

Проведя эти исследования и замеры, мы выяснили, что радиационный фон в нашем городе не превышает нормы и не угрожает здоровью человека и природе. Также, из трудов некоторых ученых, мы узнали, что АЭС является не только экологически чистым источником энергии, но и самым безопасным. А то, что люди боятся радиации можно объяснить тем, что мнения людей о радиации изначально сформированы неправильно (например авария на Чернобыльской АЭС) и побороть эту фобию можно просто прочитав несколько статей о радиации и рад-защите.

Основные выводы:

1. Все респонденты согласны с тем, что человечеству необходимо уменьшить зависимость от углеродного ископаемого топлива.
2. Атомная генерация является неотъемлемой составной частью топливной корзины будущих поколений.
3. Поддержка атомной энергетики обществом является необходимым условием ее развития.
4. Информационные кампании и просвещение населения в отношении атомной энергетики являются  ключевыми процессами для принятия обществом атомной энергетики.

Литература:

1. Радиация. Дозы, эффекты, риск. Перевод с английского Ю.А. Банникова. М: ”Мир”, 1988.
2. А.Г. Кокоплянников. Ваше здоровье и радиация. М: Издат 1993.
3. Прохоров А.М., Алексев Д.М., Бонч-Бруевич А.М., Бооровик-Романов А.С. Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1984. – 944 с.
4. Савельев И.В. Курс общей физики, книга 5,  М., 1998;
5. Юдин Н.П. - Ядерная физика -М., НАУКА, 1980.