проект"Радиационная карта микрорайона Университетский"

Направление: Естественные науки

Секция: Физика (Ф)

Карта радиационного фона микрорайона «Университетский»

Россия, Липецкая область, г. Липецк

Автор: ученики 9 А класса МАОУ СОШ №29:

 Мозгунова Алина, Гончарова Татьяна

Научные руководители:

учитель физики  МАОУ СОШ №29

Османова  Н.А.

2019

Оглавление

Естественные науки

Физика (Ф)

" Карта радиационного фона микрорайона «Университетский»"

Россия, Липецкая область, г. Липецк, МАОУ СОШ №29, 9 А класс

   Введение

 Наша Вселенная, галактика Млечный путь и Солнечная система в том числе образовались в результате Большого взрыва. Формирование Солнца и экзопланет -  процесс напрямую связанный с ядерными и термоядерными реакциями. Именно поэтому Земля обладает таким количеством радиоактивных элементов в своем составе. Но и тот океан элементарных частиц, окружающий ее, тоже радиоактивен. Все живое возникло и эволюционировало при непосредственном влиянии радиации. Можно сказать, что некоторый радиационный фон является естественным и безопасным для живых существ. Существуют источники радиации земного и внеземного происхождения. В работе мы не рассматривали источники радиации созданные промышленной деятельностью человека, однако некоторые аспекты экологического характера затронули.

     Целью работы было выяснить общие причины наличия радиационного фона, провести их элементарную таксономию, произвести обмер радиационного фона на территории микрорайона «Университетский», сравнить с пороговыми значениями ПДК, в случае существования разброса показаний, проанализировать причины его вызвавшие, популяризировать информацию, полученную в результате исследовательской работы.

      Объектом нашего исследования были дома, расположенные рядом с школой №29 г. Липецка  Предмет исследования: уровень радиационного фона.

Методы исследования: опытно-экспериментальная работа; сравнительный анализ; эмпирические метод – открытые наблюдения; обобщение (вывод).

Исследования мы проводили с помощью дозиметра СОЭКС 01М  ( приложние III)

1 Радиация

Что такое радиация? На сколько она опасна?

Радиация — это форма энергии, которая исходит из определенного источника и перемещается в пространстве. Источники могут варьироваться — от Солнца, Земли, камней и до машин.

Вызываемая ими энергия обычно называется ионизационным излучением. Ионизирующее излучение формируется неустойчивыми атомами, которые имеют как энергию, так и массу, превышающую стабильные атомы, и поэтому могут нанести ущерб.

Излучение может проходить через пространство в виде частиц или волн. Излучение частиц может быть легко заблокировано одеждой, в то время как излучение волны может быть смертельным, и оно также может пройти через бетон. Радиацию, источником которой являются частицы, называют корпускулярной (частица).  

 Альфа-излучение – представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях. Альфа-излучение имеет малую длину пробега частиц и характеризуется слабой проникающей способностью. Оно не может проникнуть сквозь кожные покровы. Пробег альфа-частиц с энергией 4 Мэв в воздухе составляет 2,5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм. Альфа-излучающие нуклиды представляют большую опасность при поступлении внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, открытые раны и ожоговые поверхности.  Из всех видов ионизирующих излучений поток альфа-частиц считается самым безобидным, поскольку при внешнем облучении он не требует специальных средств защиты. Достаточно отдалиться от источника излучения на 10-20 см. А также экран из обычной бумаги, ткани и одежда полностью поглощает это излучение.

Бета-излучение – это электроны или позитроны, которые образуются при бета-распаде различных элементов от самых лёгких (нейтрон)  до самых тяжёлых. Значительные дозы внешнего бета-излучения могут вызвать лучевые ожоги кожи и привести к лучевой болезни. Ещё более опасно внутреннее облучение от бета-активных радионуклидов, попавших внутрь организма. Бета-излучение обладает большей проникающей способностью. Пробег бета-частицы в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров. Так пробег электронов с энергией 4 Мэв составляет 17,8 м, а в биологической ткани 2,6 см. Слой любого вещества с поверхностной плотностью 1 г/см2 практически полностью поглощает бета-частицы с энергией около 1 Мэв. В качестве защиты от бета-излучения используют: ограждения (экраны), с учётом того, что лист алюминия толщиной несколько мм полностью поглощает поток бета-частиц; методы и способы, исключающие попадание источников бета-излучения внутрь организма.

Нейтроны. Образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах и других промышленных и исследовательских установках, а также при ядерных взрывах). Низкое содержание нейтронов в космических лучах объясняется тем, что нейтрон в свободном состоянии неустойчив и распадается на протон и электрон. Время его «жизни» составляет около16 минут.

Радиация, порожденная волнами, называется излучением. Электромагнитное излучение имеет широкий спектр энергий и различные источники: гамма-излучение атомных ядер и тормозное излучение ускоренных заряженных частиц в среде

Гамма-излучение (гамма-лучи) – вид электромагнитного излучения с очень малой длиной волны – менее 2·10-10 м. Гамма-лучи, в отличие от альфа- и бета-излучений, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Под его действием происходит облучение всего организма. Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. Стохастический значит вероятностный, случайный, не имеющий пороговой дозы возникновения.  В то же время гамма-облучение является мутагенным и тератогенным фактором. Вероятность и тяжесть проявления которых повышается с увеличением дозы. Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (вероятность поглощения гамма -кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).

Из выше изложенного, можно сделать следующий вывод: научно доказано, что все излучения: альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение опасны для жизни человека и нужно обязательно соблюдать меры защиты. Также нужно учесть, что самым опасным излучением является гамма-излучение.

 2 Естественные источники радиации

Различают внешние и внутренние источники радиации по локализации. Внутренние источники радиации это радионуклиды находящиеся внутри тела организма. Внешние находятся вне организма. Естественная радиация это радиация вызванная веществами которые образовались без участия человека. Различают три типа естественной радиации: космическое излучение, излучение радионуклидов рассеянных в окружающем мире, излучение техногенных радионуклидов.

Космическое излучение подразделяется на постоянно действующее излучение Галактики, солнечное излучение, излучение двух радиационных поясов Земли.

Первые следы радиации космического происхождения на Земле были обнаружены австрийцем Виктором Гессом еще в 1912 году. Позднее, в 1936 году, за это открытие он получил Нобелевскую премию.
Космическое излучение различают на первичное и вторичное. Первичное космическое излучение представляет собой поток элементарных частиц, которые приходят на земную поверхность из разных областей всемирного пространства. Оно образуется вследствие извержения и испарения материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Оно состоит из протонов (92%), альфа-частиц (7%), ядер атомов лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода и др. (1%). Первичное космическое излучение отличается большой проникающей способностью.  Большая часть первичного космического излучения возникает в пределах нашей Галактики, энергия их чрезвычайно высокая – до 1019 эВ.

Солнечное излучение возникает в основном при вспышках на Солнце, которые происходят с характерным 11-летним циклом. Энергия их не превышает 40 МэВ. Оно не приводит к заметному увеличению дозы излучения на поверхности Земли. Средняя энергия космических лучей 1010 эВ, поэтому они губительны для всего живого. Атмосфера Земли, ее магнитные поля служит щитом, предохраняющим биологическую сферу от воздействия космических частиц, поэтому лишь немногие частицы достигают поверхности Земли. В процессе столкновения частиц со сложноустроенной атмосферой, образуется вторичный поток частиц. Оно состоит из мезонов, электронов, позитронов, протонов, нейтронов, гамма- квантов, т.е. из практически всех известных в настоящее время частиц. Оно намного менее интенсивно по сравнению с первичным излучением.

У Земли выделяют внутренний и внешний радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс Земли имеет максимальную плотность частиц (преимущественно протонов) над экватором на высоте 3- 4 тыс. км, а внешний (электронный) радиационный пояс - на высоте около 40-50 тыс. км.

Внутренний радиационный пояс - стабильное образование: его размеры и потоки частиц меняются очень мало. В отличие от внутреннего, внешний пояс очень нестабилен, формы его и положение максимума интенсивности сильно зависят от уровня солнечной активности. Нижняя граница внутреннего пояса имеет значительные провалы в местах сильных магнитных аномалий.

Следующая большая группа источников радиации это Земная радиация – совокупность излучений радиоактивных элементов, являющихся составной частью земной коры. Источниками земной радиации в основном являются радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, – это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 – долгоживущих изотопов. Общность этих радиоактивных элементов образовалась вместе с образованием земной коры 3 млрд. лет назад. Со временем, вследствие распада, количество радиоактивных элементов уменьшалось, а многие практически полностью исчезли. Подсчитано, что в двадцатикилометровом слое земной коры содержится: радия – 100 млн.т, урана – 1014 т и ещё больше тория. А в водах Мирового океана содержится около 4 млрд.т урана.

Радиоактивные вещества, входящие в состав земной коры, при своём распаде и создают земную радиацию. Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает от земных источников естественной радиации, составляет примерно 0,35 мЗв в год.

Внутренние источники радиации расположены внутри живого организма. Около 65% эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с продуктами питания, водой и вдыхаемым воздухом.  Различные органы и ткани имеют разные способности к накапливанию радиоактивных веществ в себе. Пути проникновения радиации в организм различны: излучение, вдыхание и употребление в пищу радиоактивных частиц.

Человек получает в среднем около 180 мкЗв в год за счёт калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Однако, значительно большую дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени от радионуклидов ряда тория-232.

Некоторые из них, например нуклиды свинца-210 и полония-210, поступают в организм с пищей. Они накапливаются в грибах, а также в рыбе и моллюсках. Поэтому люди, потребляющие много рыбы, могут получить повышенные дозы внутреннего облучения

Радиоактивный йод - 131 через траву попадает в мясо и молоко, а затем и в организм человека, питающегося этими продуктами животноводства.

Большой вклад в формирование фона вносят радиоактивные вещества находящиеся в газообразной форме.  К таким веществам относятся некоторые газы.

Родоначальником семейства урана является уран-238 с периодом полураспада 4,5 млрд. лет. Родоначальником семейства тория является торий-232 с периодом полураспада 10 млрд. лет. Родоначальником семейства актиния является уран-235 с периодом полураспада 700 лет. Конечный продукт распада всех семейств – свинец.

Во всех трех семействах один из продуктов распада – газ. В семействе урана это радон, в семействе тория – торон, в семействе актиния – актион. Последние два изотопы радона. Именно газ попадает в воздух, почву, растворяется в воде и попадает, наконец, в организм человека. Анализ показывает, что в типичный дом поступает радона: из почвы – 70%, из внешнего воздуха – 13%, из стройматериалов – 7%, из воды – 5–10%, из природного газа – 4%, от других источников – 2%. Это бесцветный инертный газ, не имеющий вкуса и запаха, тяжелее воздуха примерно в 7,5 раз. Являясь альфа-излучателем, радон является причиной заболеваний раком легких, желудка и других органов. Особенно опасен радон для легких, надпочечников, гонад и костного мозга.

3 Измерения и анализ

Все мы знаем о счетчике Гейгера (правильно говоря – Гейгера-Мюллера), с помощью которого измеряется уровень радиации. На сегодняшний день способа быстрее и точнее определить радиационный фон просто не существует. Дозиметр улавливает  радиационное излучение, анализирует его в течение минуты и затем выдает результат в двух видах – числовом и графическом. Первый демонстрирует средний результат, второй показывает, как именно менялся радиационный фон в процессе анализа.

Нами был произведен обмер радиационного фона домов микрорайона Университетский, прилегающих к школе № 29 «Университетская». Наши наблюдения мы внесли в таблицу. Измерения проводились 5 раз. В таблицу внесены усредненные значения показаний дозиметра, ( приложение  I)

Юго-западное направление Липецка наиболее оптимально в отношении экологической обстановки. Как показывают долговременные наблюдения метеорологов, роза ветров располагается так, что под выбросы НЛМК эта территория попадает гораздо реже всего ( приложение II)  Данное направление преобладающих ветров обдувает микрорайон со стороны дачных массивов (СНТ «Мичурина», «Весна», «Тракторостроитель-2», «Венера»). Следует отметить что в западном направлении относительно микрорайона находится и полигон бытовых отходов, на котором периодически фиксировались возгорания. Ныне первая очередь полигона по утилизации бытовых отходов решением Росприроднадзора рекультивирована. В качестве полигона второй очереди для утилизации промышленных и твердых строительных отходов  используется прилегающая к полигону территория выработанного песчаного карьера «Орлиный лог».  

Еще один  фактор, влияющий на незначительное расхождение радиационного фона с внешней стороны означенных домов – это дорога, опоясывающая микрорайон. Продукты сгорания топлива, а топливо производится из ископаемых, содержащих в себе радиоактивные изотопы, в виде пыли незначительно влияют на различия фона. Так же зольные продукты и дым от сжигания растительных остатков при сезонных работах, производимых в выше указанных дачных массивах, вносят свой вклад в незначительное, но регистрируемое расхождение в вилке значений снятых показаний радиоактивного фона в микрорайоне «Университетский». Из отмеченного выше мы знаем, что продукты сгорания ископаемые и растительные, стройматериалы являются объектами, содержание в которых радиоактивных частиц имеет повышенное значение. Пыль неравномерно осаждается на стенах домов и траве. С подветренной стороны фоновые показатели незначительно ниже. Следует отметить так же что везде на территории микрорайона показатели радиации ниже ПДК.  

4 Выводы

 Радиация неотъемлемая часть окружающего мира. Опасность состоит в том, что радиация регистрируется только специальными приборами. Органами чувств человека ощутить ее невозможно. У нее нет запаха, вкуса, она не дает ощущений тактильного характера- не холодная и не горячая. Поэтому мониторинг окружающей среды помогает определить человеку опасные места и материалы, чтобы избежать губительного влияния на здоровье. Проведённые  исследования уровня радиации позволили сделать вывод о том, что уровень мощности экспозиционной дозы гамма-излучения  в жилых домах и общественных зданиях  не превышает допустимой нормы и не создаёт опасность для проживания и работы, Верхнее допустимое значение безопасного радиоактивного в России колеблется в районе 50-60 мкР/ч. Норма загрязнения радиоактивными веществами должна превышать 30 мкР/ч. Мной были найдены, отобраны и систематизированы данные о  происхождении и локации естественного  радиационного фона. Были обозначены причины, влияющие на его показатели. Проведена элементарная таксономия источников радиации земного и неземного происхождения. Мы произвели  неоднократные замеры естественного радиационного фона части микрорайона прилегающего к школе. Нашли усредненные значения показателей для каждой реперной точки замера и внесли в таблицу. Изучили карту господствующего направления ветров микрорайона «Университетский» (приложение II), топографическую карту местности. Методом соответствия сопоставили данные и проанализировали их. Практическая значимость исследования состоит в том, что предложенный в работе радиационный мониторинг позволяет измерить уровень радиационного фона микрорайона и выявить места с превышением ПДК. Таковых не было обнаружено. Организация Объединенных Наций даёт оценку о норме радиации для человека в 20 микрорентген в час или 0,2 микрозиверта в час. Однако вилка расхождения показаний позволила провести более глубокий анализ и систематизацию данных. Взглянуть на проблему более масштабно. Мы провели работу с выборкой данных по преобладающим направлениям ветра в районе микрорайона «Университетский». Перевели данные в табличную форму. Изучили информационные ресурсы администрацииЛипецкой области, касающиеся экологии и охраны окружающей среды. Убедились, что экологическая обстановка и радиационная безопасность микрорайона в норме.

5 Список используемой литературы

1 "Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)" СП 2.6.1.758-99, Минздрав России, 1999

2 Федеральный закон от 09.01.1996 N 3-ФЗ (ред. от 19.07.2011) "О радиационной безопасности населения"

3 Хазов П.Д. Лучевая диагностика. Цикл лекций. Рязань. 2006 г.

4 https://gorod48.ru/news/453239/

5 http://ru.esosedi.org/RU/LIP/1000098443/mikrorayon_universitetskiy/#lat=52606613&lng=39504862&z=11&mt=1&v=1 

6 https://www.nkj.ru/archive/articles/6956/

7 Киппенхан Р. 100 миллиардов Солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд. - М., 1990.

8 СанПиН 2.6.1.2523-09 Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009

6 Приложения

Приложение I. Протокол обследования жилых домов

Приложение II. Роза  преобладающих направлений ветра

Приложение III. Технические характеристики дозиметра

Индикатор радиоактивности Soeks-01M предназначен для оценки уровня радиоактивного фона и обнаружения предметов, продуктов питания, строительных материалов, зараженных радиоактивными элементами. Дозиметр СОЭЕКС производит оценку радиационного фона по величине мощности ионизирующего излучения (гамма-излучения и потока бета-частиц) с учетом рентгеновского излучения
В качестве датчика ионизирующего излучения в индикаторе радиоактивности применен счетчик Гейгера-Мюллера.