ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО ФОНА Y-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ Г. ПОЛЯРНЫЕ ЗОРИ, ОЗЕРА ИМАНДРА И АРТЕЗИАНСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ПРИУСАДЕБНОМ УЧАСТКЕ

XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2021

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО ФОНА Y-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ Г. ПОЛЯРНЫЕ ЗОРИ, ОЗЕРА ИМАНДРА И АРТЕЗИАНСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ПРИУСАДЕБНОМ УЧАСТКЕ

Никора А.Е. 1
1МБОУ Гимназия №1 г. Полярные Зори
Огнева М.В. 1
1МБОУ г. Мурманска ММЛ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Проблема

Радиационное загрязнение – наиболее опасный вид загрязнения окружающей среды. Радиация не имеет цвета, не пахнет и не издаёт звуков, её не попробуешь на вкус. Один из источников радиационного загрязнения – ядерная энергетика в последнее время развивается быстрыми темпами. По оценкам экспертов, этот вид загрязнения среды в России находится на втором месте после химического загрязнения.

Однако физик Георгий Тихомиров считает, что радиация может принести нам больше пользы, чем вреда. Атомные электростанции вносят незначительный вклад в суммарное облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень невелики. В перспективе ионизирующее излучение будет применяться в промышленных технологиях[1].

Это очень интересно. Поэтому мы решили провести исследование по данному вопросу и измерить радиационный фон в разных местах нашего города и рядом с ним.

 Актуальность

Наш город Полярные Зори ̶ город атомных энергетиков, появился благодаря строительству крупнейшей в мире атомной электростанции за Полярным Кругом ̶ Кольской АЭС. Всех жителей города и Мурманской области интересует вопрос: «Как там с радиацией на Кольской АЭС?».     Особую актуальность теме придала авария на АЭС «Фукусима» и ее последствия, в том числе повышенная тревожность и недоверие к атомной энергетике некоторых людей.

Кроме городской квартиры, у нашей семьи есть дача, там мы выращиваем цветы и ягоды. Дача находится рядом с Кольской АЭС. По этой причине превышение допустимого радиационного фона на приусадебном участке может привести к повышенному уровню радионуклидов в наших ягодах, что может отразиться на моем здоровье и здоровье моей семьи. Очень интересно узнать, какой уровень радиации в нашем городе и на даче.

Гипотеза исследования: радиационный фон гамма-излучения в некоторых местах города и на приусадебном участке может превышать максимально допустимые значения.

Объект исследования: радиационное загрязнение.

Предмет исследования: радиационный фон гамма-излучения на территории города Полярные Зори и приусадебного участка рядом с Кольской АЭС.

Цель работы: исследовать радиационный фон гамма-излучения на территории города Полярные Зори и приусадебного участка рядом с Кольской АЭС.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ проблемы на основе источников.

2. Исследовать зависимость радиационного фона гамма-излучения различных проб воды озера Имандра и артезианского водоснабжения на приусадебном участке и пластов земли в зависимости от глубины их залегания и месторасположения.

Методы исследования: анализ литературы и Интернет-ресурсов, измерение, эксперимент,анализ и синтез, беседа со специалистами.

1.1. Радиоактивность. α-, β-,γ-излучение

В 1896 году французский физик Анри Беккерель выяснил, что соли урана создают какое-то излучение. Мария Склодовская-Кюри обнаружила аналогичное излучение тория. Вместе с мужем, Пьером Кюри, они открыли полоний и радий, который излучал в три миллиона раз интенсивнее урана. Новое явление природы было названо радиоактивностью [2].

Радиоактивность ̶ самопроизвольный (спонтанный) распад атомных ядер, при котором происходит испускание радиоактивных частиц. Атомы, ядра которых испытывают распад, называют радионуклидами. Эрнест Резерфорд в 1899 году открыл несколько типов радиоактивного распада.

α-, β-, γ-излучение

 Радиоактивные вещества испускают три типа лучей, различающихся по своим физическим свойствам. Они обнаруживаются в результате пропускания радиоактивного излучения солей урана через сильное магнитное поле (рис. 1).

 

Рисунок 1. Виды радиоактивных излучений

К ионизирующему излучению относятся электромагнитное излучение и потоки частиц. Источники излучения — это  медицина, промышленность, радиоактивные выбросы АЭС, а также осадки после использования ядерного оружия. Резерфорд показал, что альфа-частицы - это ядра гелия. Бета-лучи- поток электронов, мчащихся со скоростями, близкими к скорости света. Гамма-лучи - электромагнитные волны.

Проникающая способность гамма-лучей больше, чем у рентгеновских лучей: они проходят сквозь слой свинца толщиной в несколько сантиметров. Сильнее поглощаются веществом бета-лучи: хватит нескольких миллиметров свинца, чтобы поглотить их полностью. Слабее всего проникают сквозь вещество альфа-частицы: они не могут пройти через лист бумаги [8].

1.2. Источники радиационного загрязнения

К радиационному загрязнению относятся:

1) физическое загрязнение среды, связанное с действием альфа- и бета-частиц и гамма-излучений.

2) загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами, связанное с превышением естественного природного фона.

 Люди, живущие поблизости от атомных электростанций и прочих объектов ядерного комплекса, а особенно работающие на таких предприятиях, сильнее подвергаются облучению.

По данным ученых, ядерная энергетика создает риск опасности для жизни человека в миллион раз меньший, чем риск погибнуть в дорожно-транспортных происшествиях, и в 10 тысяч раз меньший, чем погибнуть в железнодорожных авариях[3]. Уровень надежности и безопасности реакторов считается достаточным, чтобы риск для населения был минимален.

Однако риск радиационной опасности также зависит от степени радиационного загрязнения территорий, связанных с производством и испытанием ядерного оружия, с добычей и переработкой ядерных материалов.

Факторы радиационной опасности разделяются по происхождению на естественные и антропогенные. К естественным факторам относятся ископаемые руды, излучение при распаде радиоактивных элементов в толще земли и др.  Антропогенные факторы радиационной опасности связаны с добычей, переработкой и использованием радиоактивных веществ, производством и использованием атомной энергии, разработкой и испытанием ядерного оружия и т.п.

Основные источники загрязнения среды ̶  радиоактивные элементы, радиационные излучения. Кроме того, ядерная энергетика является основными источниками радиоактивных отходов (РАО), опасных для всего живого на планете, что создало сравнительно новую проблему человечества – проблему захоронения, утилизации, складирования РАО, решение которой до сих пор не существует. Другая новая проблема вызвана реализацией достигнутых между ядерными державами соглашений по ядерному разоружению – это проблема безопасной ликвидации ядерного оружия [3].

С точки зрения экологии наиболее опасны стронций и цезий, которые трудно выводятся из организма. Обладая периодом полураспада, приблизительно равным средней продолжительности жизни человека, они создают опасность онкологических заболеваний и генетических нарушений.

Атомная промышленность. Известно, что в России насчитывается около 800 ядерных объектов. Согласно подсчетам академика А.Д. Сахарова, рассеянные в биосфере 7–10 т плутония ответственны за гибель от рака и лейкемии более 5 млн. жителей планеты.

Ядерные взрывы. Ведущие ядерные державы завершили испытания ядерного оружия в 1962 (СССР) и 1963 (США) годах. Особенно сильно способствовал радиоактивному загрязнению Азиатского материка ядерный взрыв в Китае, последствия которого на территориях Средней и Центральной Азии, Сибири и Дальнего Востока прослеживаются до сих пор.

Испытания ядерного оружия привели к распространению радиоактивных продуктов, которые с осадками попадают в почву, грунтовые воды, в пищу человека и животных.

Ядерная энергетика. Первая в мире АЭС (атомная электростанция) была построена в СССР в 1954 году в Обнинске под Москвой. В настоящее время уже около 30 стран производят электроэнергию на АЭС. Несмотря на то, что Австрия, Россия, Швейцария заморозили свои ядерно-энергетические программы после Чернобыльской катастрофы, доля ядерной электроэнергетики в мире составляет 17%. Франция вырабатывает на АЭС 75% электроэнергии. В России ̶ около 12%. Одной из экологически важных проблем развития ядерной энергетики является упоминаемая ранее проблема хранения и переработки радиоактивных отходов[4].

Медицина и наука. Медицина остается действующим в настоящее время фактором радиационного загрязнения: использование изотопов радиоактивных элементов для диагностики и в лечебных процедурах.

Радиоактивные вещества могут проникнуть через легкие с воздухом, с пищей и водой, через поврежденную кожу. Попав в организм, радионуклиды продолжают действовать до момента полного распада или выведения [5].

Вывод: основные источники загрязнения среды ̶ радиоактивные элементы, радиационные излучения. Основными факторами радиационного загрязнения являются атомная промышленность, испытания ядерного оружия, АЭС и медицина.

1.3.Измерение ионизирующего излучения

Без специальных приборов невозможно определить уровень радиационного фона. Все открытия, связанные с излучением, были сделаны с помощью детекторов, и сегодня есть много разных способов его регистрации.

Первым инструментом для измерения излучения были фотопластинки. То, что радиация засвечивает их, обнаружили еще Вильгельм Рентген и Антуан Беккерель. Также проводились опыты, связанные с ионизацией воздуха, которую можно увидеть по разрядам от напряжения в приборах(например, счетчик Гейгера-Мюллера) [2].

Для регистрации ионизирующего излучения применяется также ряд веществ — так называемых сцинтилляторов, излучающих свет, когда в них попадает ионизирующая частица. Сейчас есть детекторы для энергий и частиц, основанные на разных физических принципах.

Оценка дозовых нагрузок может осуществляться следующими методами : 1.прямым измерением МЭД гамма-радиометром;

2.индивидуальным дозиметром различных типов (фотодозиметры, люминесцентные дозиметры и др.), которые могут быть размещены на участках тела.

Имеются специальные рекомендации Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) по методам построения и использованию моделей радиационного воздействия на человека и их роли в оценке доз облучения [2].

1.4. Дозиметрия. Дозы облучения. Мощность дозы

Ионизирующее излучение («радиация», как говорят в быту) в норме всегда окружает нас. Его источники есть в космосе и в земной коре. Радиационный фон вблизи атомных электростанций, ТЭЦ, заводов по переработке ядерных отходов стал выше [6].

Познакомившись с радиацией, люди стали использовать это явление, еще не зная о его последствиях для своего здоровья. Например, считалось полезным пить воду из радиоактивных источников, и в малых дозах она действительно оказывала положительный эффект. «Радиевые девушки», вручную красили радиевой краской циферблаты часов, а заодно и свои ногти и зубы. Негативные последствия для организма, возникающие при превышении доз радиации, заметили медики, работавшие с рентгеновскими трубками.

Дозиметрия раздел ядерной физики, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества и приборы для их измерения.

Во всех случаях происходит преобразование энергии излучения в другие виды энергии. Часть энергии излучения поглощается веществом. 

Поглощенная доза (D) - величина, равная отношению энергии ΔΕ, переданной элементу облучаемого вещества, к массе Δm этого элемента:

В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр), в честь английского физика-радиобиолога Луи Гарольда Грея.

1 Гр - это поглощенная доза ионизирующего излучения, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения.

В практической дозиметрии обычно пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы - рад (1 рад = 10-2 Гр).

Эквивалентная доза

Величина поглощенной дозы учитывает только энергию, переданную облучаемому объекту, но не учитывает «качество излучения». Коэффициент качества (см. Табл.2) включен в международные нормы для контроля над радиационной опасностью.

Таблица 2

Значения коэффициента качества

Э квивалентная доза (Н) равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения:

В СИ единица эквивалентной дозы называется зивертом (Зв) - в честь шведского специалиста в области дозиметрии и радиационной безопасности Рольфа Зиверта. Наряду с зивертом используется и внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 10-2 Зв.

Если организм подвергается действию нескольких видов излучения, то их эквивалентные дозы суммируются [6].

Вывод: дозиметрия дает количественную оценку действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы.

ГЛАВА II. ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Описание оборудования (характеристики дозиметра, использованного для проведения экспериментов)

Количественные и качественные характеристики радиоактивного излучения измеряются радиометрами, дозиметрами, спектрометрами и спектрометрическими комплексами. Изучив характеристики дозиметров, мы выбрали для проведения экспериментов компактный бытовой дозиметр СОЭКС 112. Он обладает высокой точностью измерений, благодаря новейшему алгоритму подсчёта импульсов и датчику радиации СБМ 20-1. Его размеры сопоставимы с шариковой ручкой.

Характеристики дозиметра СОЭКС 112:

 • Диапазон показаний уровня радиоактивного фона, мкЗв/ч: от  0 до 999.

 • Предупреждения о превышении, мкЗв/ч: от 0,4.

 • Индикация показаний: Непрерывная, числовая, графическая.

 • Погрешность измерения, не более: +/- 15%.

 • Дисплей: Монохромный.

 • Диапазон рабочих температур, С: от -10 до +50.

Внутри прибора находится датчик СБМ 20-1. Он способен почувствовать энергию гамма-излучения, равную 0,1 МэВ. А порог предупреждения прибора может быть задан пользователем, начиная с уровня радиации в 0,3 мкЗв/ч.

Две кнопки, монохромный экран, 20 секунд ожидания результата. Дозиметр улавливает бета- и гамма-частицы, а также рентгеновское излучение. Прибор считается бытовым дозиметром, хотя его точность сопоставима с профессиональными моделями. Для 100 часов работы дозиметру СОЭКС-112 потребуется две батарейки типа LR44.

   

Рисунок 2. Дозиметр СОЭКС-112

2.2. Исследование зависимости радиационного фона гамма-излучения различных пластов земли в зависимости от глубины их залегания и месторасположения

Для проведения исследования мы привлекали специалистов Кольской АЭС (См. Приложение № 3).Результатом измерений мощности дозы облучения (см. Табл. 3) является среднее арифметическое 10 измерений.

Таблица 3

Результаты экспериментов

Местонахождение тоски замера проб

Глубина взятия проб, см

Мощность дозы облучения, МКЗВ/ч

Примечание Нормальный, безопасный для здоровья радиационный фон составляет 0,1-0,2 мкЗв/ч

Дачный участок (2,2 км от Кольской АЭС) (См. Прил. 1)

Северная сторона

0

0,06

Не превышает

5

0,07

Не превышает

Западная сторона

0

0,09

Не превышает

5

0,07

Не превышает

Южная сторона

0

0,09

Не превышает

5

0,12

Не превышает

Восточная сторона

0

0,09

Не превышает

5

0,12

Не превышает

Озеро Имандра (50 м от дачного участка)

-

0,13

Не превышает

Полярные Зори (14 км от Кольской АЭС) (См. Прил. 2)

Под балконом квартиры

(ул. Партизан Заполярья, 12)

-

0,08

Не превышает

1 м от балкона квартиры

0

0,11

Не превышает

5

0,10

Не превышает

Под сосной во дворе

0

0,05

Не превышает

5

0,06

Не превышает

У гаража

0

0,06

Не превышает

5

0,08

Не превышает

У рынка

(ул. Строителей, 2А)

0

0,11

Не превышает

5

0,11

Не превышает

У ФОК
ул. Партизан Заполярья, 17)

   

Не превышает

- ступеньки

 

0,11

Не превышает

- под деревом

0

0,08

Не превышает

5

0,06

Не превышает

Горнолыжный комплекс «Салма» (4 км от Кольской АЭС)

( См. приложение 1- 13. Дерево)

0

0,11

Не превышает

5

0,09

Не превышает

Полученные результаты и их обсуждение

Результаты экспериментов показали, что максимальные значения 0,12-0,13 мкЗв/ч наблюдаются на южной и западной стороне нашего дачного участка, а таже 0.11 мкЗв/ч на расстоянии 1 м от балкона квартиры, у рынка (ул. Строителей, 2А). Это безопасно, так как нормальный, безопасный для здоровья радиационный фон составляет 0,1-0,2 мкЗв/ч (зиверт ̶ единица измерения поступившей в организм радиации). Значения до 0,6 мкЗв/ч считаются допустимым облучением. Более высокие показатели радиации несут прямую угрозу здоровью людей — при условии, что они действуют постоянно, а не в разовой дозе [1].

У нас есть бытовой дозиметр, позволяющий измерить радиационный фон и понять, не превышен ли он по какой-то причине (например, радиоактивное загрязнение продуктов природного или техногенного происхождения). И, конечно, мы можем измерять радиацию там, где ее всегда много: в медицинских установках и на территории вблизи АЭС. Интересно провести замеры радиационного фона в школе, в магазине и в игрушках.

2.3. Исследование зависимости радиационного фона гамма-излучения различных проб воды озера Имандра и артезианского водоснабжения на приусадебном участке

В перспективе мы исследуем зависимость радиационного фона гамма-излучения различных проб воды озера Имандра и артезианского водоснабжения на приусадебном участке (в сенябре 2021 года).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе теоретически исследованы источники радиационного загрязнения. Выявлено, что основные источники загрязнения среды ̶ радиоактивные элементы, радиационные излучения. Основными факторами радиационного загрязнения являются атомная промышленность, испытания ядерного оружия, АЭС и медицина.

В результате исследования выяснилось, что радиационный фон γ-излучения на проверенных участкахне превышает нормы. Эксперименты проводили, используя бытовой дозиметр СОЭКС 112, обладающим высокой точностью измерений. Результаты экспериментов показали, что максимальные значения 0,12-0,13 мкЗв/ч не превышают безопасный для здоровья радиационный фон. Значения до 0,6 мкЗв/ч считаются допустимым облучением.

Таким образом, цель работы (исследовать радиационный фон гамма-излучения на территории города Полярные Зори и приусадебного участка рядом с Кольской АЭС)достигнута, гипотеза частично опровергнута (радиационный фон гамма-излучения в некоторых местах города и на приусадебном участке может превышать максимально допустимые значения). Проверено для озера Имандра (50 м от дачного участка), дачного участка (2,2 км от Кольской АЭС) и квартиры в доме на территории города Полярные Зори (14 км от Кольской АЭС).

Выражаем благодарность консультантам - специалистам Кольской АЭС: ведущему инженеру Отдела радиационной безопасности Крючкову Олегу Андреевичу и Макарихиной Юлии Олеговне, подсказавшим важные идеи. А также руководителю Информационного центра по атомной энергии (ИЦАЭ) Егору Олеговичу Банишевскому за помощь в организации и проведении замеров радиационного фона местности.

Новизна работы: впервые измерили радиационный фон γ-излучения на дачном участке (2,2 км от Кольской АЭС).

Практическая значимость: полученные данные о состоянии радиационного фона γ-излучения в разных местах нашего города, рядом с Кольской АЭС, на нашем дачном участке, рядом с горнолыжной трассой на поверхности и глубине пластов земли необходимы для жителей города. Состояние радиационной безопасности в городе всегда актуально. Мои родные, мои одноклассники, друзья и знакомые будут спокойны за свое здоровье.

Перспектива

В перспективе мы исследуем зависимость радиационного фона гамма-излучения различных проб воды озера Имандра и артезианского водоснабжения на приусадебном участке (в сентябре 2021 года). В ходе исследования у нас появились вопросы: Может ли быть ионизирующим СВЧ-излучение микроволновки? Какие способы защиты от радиации наиболее эффективны для человека? Радиация может подстерегать нас повсюду. Очень интересно продолжить работу в этом направлении.

Список литературы

Гид «Излучение и материя», приуроченный к 75-летию атомной промышленности. Партнер гида — «Росатом» [электронный ресурс] — URL: https://postnauka.ru/longreads/155716(дата обращения: 10.02.2021).

Сайт «Ядерная физика в интернете» (МГУ) [электронный ресурс] — URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/(дата обращения: 10.02.2021).

В.Н. Федорова, Е.В. Фаустов. Медицинская и биологическая физика. [электронный ресурс] — URL: http://vmede.org/sait/?id=Medbiofizika_fedorov_2008&menu=Medbiofizika_fedorov_2008&page=36 (дата обращения: 10.02.2021).

Сайт «Росатома» [электронный ресурс] — URL: https://www.atomic-energy.ru/video/61012 (дата обращения: 10.02.2021).

Источники радиации [электронный ресурс] — URL: http://altay.rcfh.ru/userfiles/files/eto%20interesno.pdf (дата обращения: 10.02.2021).

Медицина и здоровье[электронный ресурс] — URL: https://www.pravda.ru/navigator/obluchenie.html (дата обращения: 10.02.2021).

Ионизирующее излучение [электронный ресурс] — URL:

https://postnauka.ru/longreads/155716 (дата обращения: 10.02.2021).

Радиационное загрязнение [электронный ресурс] — URL: https://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=520 (дата обращения: 10.02.2021).

Сайт МАГАТЭ [электронный ресурс] — URL: https://www.iaea.org/ru (дата обращения: 10.02.2021).

10.И. В. Яковлев | Материалы по физике | MathUs.ru Радиоактивность[электронный ресурс] — URL: Радиоактивность (mathus.ru) (дата обращения: 10.02.2021).

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1

Рис. 1. Дачный участок Горнолыжный комплекс «Салма»(4 км от

(2,2 км от Кольской АЭС)Кольской АЭС)

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2

Рис.2. Полярные Зори Рис.3. Полярные Зори. У гаража

(14 км от Кольской АЭС)

ПРИЛОЖЕНИЕ № 3

Таблица 4

Дневник исследования

Как достигаю?

Кого привлечь?

Сроки

Выяснить, что такое радиоактивность,

α-, β-,γ- излучение, радиационный фон (в том числе, в моем городе).

Домашняя библиотека, образовательные интернет-ресурсы,  специалист Кольской АЭС​ Макарихина Юлия Олеговна

Январь 2021 г.

Изучить  способы  регистрации радиационного излучения и выбрать необходимое оборудование​.

Родители и специалисты ИЦАЭ (руководитель Информационного центра по атомной энергии (ИЦАЭ) Егор Олегович Банишевский)

Февраль

2021 г.

Провести анализ проблемы на основе источников.

Самостоятельно

Февраль

2021 г.

Выбрать и приобрести (при необходимости) оборудование, необходимое для проведения исследования.

Родители​. Приобретен дозиметр СОЭКС 112

Январь

2021 г.

Выбрать методику определения радиационного фона γ-излучения.

Специалисты Кольской АЭС Крючков О. А. и Макарихина Ю.О.

Февраль

2021 г.

Исследовать зависимость радиационного фона γ-излучения различных пластов земли.

Учитель физики, родители

Февраль

2021 г.

Исследовать зависимость радиационного фона γ-излучения проб воды озера Имандра и артезианского водоснабжения.

Родители

Март

2021 г.

Провести анализ полученных результатов.

Родители, учитель физики

Апрель

2021 г.

Просмотров работы: 121