Ядерные испытания и радиационный фон населенных пунктов Иркутской области

XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Ядерные испытания и радиационный фон населенных пунктов Иркутской области

Непомнящих Н.К. 1
1МБОУ Гимназия №3 г. Иркутска
Павловская Т.А. 1Распутина Т.В. 2
1МБОУ Гимназия №3 г. Иркутска
2Гимназия №3 г. Иркутска
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Радиация является постоянным спутником Жизни. Мы живем в мире, в котором радиация присутствует повсюду. Свет и тепло ядерных реакций на Солнце являются необходимыми условиями нашего существования. Радиация играет огромную роль в развитии цивилизации на данном историческом этапе. Благодаря явлению радиоактивности был совершен существенный прорыв в области медицины и в различных отраслях промышленности, включая энергетику.

В советское время существовала специальная программа «Ядерные взрывы для народного хозяйства», по ней с 1965 по 1988 годы провели 120 испытаний на территориибывшего СССР.

По данным новостных сайтов https://www.irk.kp.ru и https://www.irk.ru на территории Иркутской области ядерное оружие в мирных целях взрывали дважды. По официальной версии, «в целях сейсмического зондирования земной коры» [8]. Для региона, где постоянно случаются землетрясения, тема особенно важная. Это были подземные взрывы: «Метеорит-4» 10.09.1977 в Усть - Кутском районе, близ Марковского нефтяного месторождения мощностью 7,6 килотонн. Второй –31.07.1982 возле деревни Борохал Усть-Ордынского Бурятского округа. Мощностью 8,5 килотонн, а это почти половина ядерной бомбы, сброшенной на Хиросиму. Последствиями отличился именно этот подземный взрыв, который получил название «Рифт-3». Долгие годы спустя ученые стали изучать связь между испытаниями и увеличением смертности в близлежащих поселках. Кроме того вблизи Иркутска, на промплощадке города Ангарск, почти 30 лет работало предприятие по обогащению урана, а так же существует хранилище радиоактивных материалов, действующее по сей день.

Негативные стороны свойств радиоактивных элементовстали четко проявляться: выяснилось, что воздействие радиационного излучения на организм может иметь трагические последствия. Подобный факт не мог пройти мимо внимания общественности. Проблема радиационного загрязнения стала одной из наиболее актуальных не только в нашем регионе, но и во всей стране в целом.

Таким образом, гипотеза работы – возможно, в населенных пунктах, находящихся рядом с полигонами ядерных взрывов, до сих пор повышен радиационный фон и людям там опасно проживать.

Цель – изучение радиационного фона в населенных пунктах Иркутской области рядом с источниками ядерных испытаний.

Задачи проекта:

Изучить информационные источники по исследуемой теме;

Изучить виды радиационного излучения, источники радиации и их действие на человека;

Узнать какие существуют нормы радиационной безопасности и приборы для измерения уровня радиации;

Научиться самостоятельно пользоваться дозиметром для определения уровня радиации;

Произвести замеры уровня радиации на территории города Иркутска, а так же других городов и населенных пунктов Иркутской области, в т.ч. в месте подземного ядерного взрыва «Рифт-3» близ поселка Борохал;

Создать собственный дозиметр для измерения уровня радиации.

Объект исследования: Радиационная безопасность. Предмет исследования: Радиационный фон в населенных пунктах Иркутской области.

В процессе работы над проектом использовались следующие методы исследования: анализ, наблюдение, измерение, сравнение, обобщение.

Место и сроки выполнения работы: сентябрь 2020г. – февраль 2021г., города: Иркутск, Ангарск, Шелехов, Тулун, Братск, Усть-Кут, р.п. Улькан, дер. Борохал.

ГЛАВА 1. Теоретические аспекты радиации

Понятие «радиация»

Радиация – это процесс распространения энергии в пространстве в форме различных волн и частиц. Радиация в переводе с латинского (лат.Radiātiō) означает излучение [1].

Различают неионизирующее и ионизирующее излучение.

Неионизирующее излучение – это электромагнитные волны, длина которых составляет больше 1000 нм, а количество выделенной энергии меньше 10 кэВ. Оно действует в виде микроволн, в результате выделяя свет и тепло. Данное излучение не ионизирует молекулы и атомы вещества, на которое воздействует, то есть не разрывает связи между его молекулами.

Ионизирующее излучение воздействует на вещество, его энергии хватает для того, чтобы вмешаться в структуру материи и разорвать связь между молекулами вещества.

Чтобы разобраться в этих понятиях, необходимо знать строение атома (рис 1). Все вещества состоят из молекул, а молекулы состоят из атомов [9]. А атомы состоят из положительно заряженных ядер и окружающих их отрицательно заряженных электронов. Каждый атом похож на солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» - электроны (рис. 2).

Рис. 1 Строение ядра атома Рис. 2 Строение Солнечной системы

Источник: сеть интернет Источник: сеть интернет

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами. Протоны – частицы, имеющие положительный заряд, равный заряду электронов. Нейтроны - нейтральные, не обладающие зарядом, частицы. Число электронов в атоме в точности равно числу протонов в ядре, поэтому каждый атом в целом нейтрален [9].

Если ядро атома простое и лёгкое, то оно устойчиво, а если оно большое и тяжёлое, то получаются неустойчивая конструкция. Неустойчивые ядра самопроизвольно распадаются и из них выскакивают на большой скорости мельчайшие частицы. При распаде они испускают потоки нейтронов, протонов, электронов, а также при распаде рождаются высокоэнергетичные фотоны. Эти потоки и есть ионизирующее излучение, или проще говоря, радиация.

Ионизация - процесс, при котором нейтральный по своему заряду атом или молекула превращается в отрицательно или положительно заряженный ион. То есть если наш поток фотонов, частиц или ядер способен при взаимодействии с веществом выбивать электроны или позитроны из его атомов, то этот поток считается ионизирующим излучением. Самопроизвольное испускание ионизирующего излучения называется радиоактивностью [9].

1.2 Виды радиации

Атомы радиоактивных элементов заряжены «лишней» энергией, т.е. нестабильны. В зависимости от того, каким способом атом избавляется от энергии, определяют тип радиационного излучения [1]:

Если ядро выпускает 2 протона и 2 нейтрона (т.е. стреляет ядром гелия) – это альфа α –излучение;

Если в нестабильном ядре электрон превращается в протон, или наоборот – из ядра вылетает электрон – это бета β– излучение;

Когда ядро выпускает лишнюю энергию в виде света, рентгеновского излучения или радиоволн – это гамма γ – излучение;

Если ядро атома испускает поток нейтронов – это нейтронное излучение.

Ниже в таблице приведены характеристики основных видов ионизирующих излучений и приемы защиты от них (таблица №1).

Таблица 1

Характеристика основных видов ионизирующих излучений и приемы защиты от них

Вид излучения

Природа излучения

Проникающая способность

Приемы защиты

Альфа α - излучение

Поток ядер атомов гелия

Слабая (несколько микрон)

Это излучение задерживает обычный лист бумаги, поэтому одежда защищает от внешнего облучения. Опасность представляет попадание частиц внутрь

Бета β - излучение

Поток электронов

Высокая, выше чему альфа излучения

Одежда не может полностью защитить, нужно использовать укрытие

Гамма γ – излучение

Электромаг-нитное (рентгенов-ское)

Очень высокая

Каменные стены ослабляют дозу в 10 раз, деревянные – в 2 раза, подвал каменного дома в 40-100 раз

Нейтронное излучение

Поток нейтральных частиц

Очень высокая

Наиболее опасное излучение. Надежная защита – убежище, противорадиационное укрытие, глубокий подвал

Источник: сеть интернет

https://videouroki.net/razrabotki/prezentatsiya-po-obzh-ioniziruyushchee-izluchenie.html

1.3 Источники радиации

С радиоактивным излучением мы сталкиваемся постоянно.
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 [1].

Источники радиации подразделяют на естественные (природные) и искусственные (техногенные – созданные человеком). Существует три основных источника естественной радиации: космическое излучение и солнечная радиация, излучение земной коры и газ Радон.

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

1.4 Измерение уровня радиации

Существует несколько единиц измерения радиации:

Зиверт – эквивалентная доза. 1 Зв = 100 Р = 100 БЭР = 1 Гр.

Рентен – внесистемная единица. 1 Р = 1 БЭР = 0,01 Зв.

БЭР – аналог Зиверт, устаревшая внесистемная единица. 1 БЭР = 1 Р = 0,01 Зв.

Грей – мощность поглощённой дозы. 1 Гр = 100 Рад.

Рад – доза поглощённой радиации. 1 рад – это 0,01 (1 рад = 0,01 Гр).

На практике больше в ходу системная единица Зиверт (Зв.) и внесистемная Рентген (Р). 1 Р равен 0,0098 Зв, но обычно значение в зиверт округляют до 0,01, что упрощает перевод. Отсюда 100 мкР = 1 мкЗв, или 50 мкР = 0,5 мкЗв.

В России дозы радиации для человека устанавливает СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009»и ОСПОРБ-99. По ним предельно допустимая доза радиации для человека составляет не более 5 мЗв или 0,5 БЭР, или 0,5 Р в год.

Норма радиационного фона является значение до 20 мкР/час (0,20 мкЗв/час.) Безопасной дозой радиации для человека является уровень, при котором можно жить и работать без последствий для организма. Этот уровень определён до 30 мкР/ч (0,3 мкЗв/час).

Уровни радиоактивного облучения представлены в Приложении 1. У человека нет органов чувств, способных почувствовать радиацию и оценить опасность. Поэтому для её обнаружения необходимо наличие специализированных приборов – дозиметров (рис. № 3). Основой этого прибора является трубка Гейгера. Ее принцип работы прост: заряженная частица, ударяясь о стенку трубки, выбивает из нее электроны и в газе, которым заполнена трубка, возникает пробой. Подсчитывая эти пробои можно понять уровень радиации [5].

Рис.3 Газоразрядный счетчик СБМ-20

Источник: сеть интернет

ГЛАВА 2. Практические исследования радиационного фона

В советское время существовала специальная программа «Ядерные взрывы для народного хозяйства», по ней с 1965 по 1988 годы провели 120 испытаний на территории бывшего СССР.

По данным новостных сайтов https://www.irk.kp.ru и https://www.irk.ru на территории Иркутской области ядерное оружие в мирных целях взрывали дважды. По официальной версии, «в целях сейсмического зондирования земной коры». Для региона, где постоянно случаются землетрясения, тема особенно важная.

Первый взрыв произошел в 1977 году на севере – в Усть - Кутском районе, близ Марковского нефтяного месторождения (в 120км от города Усть-Кут). Второй – 31 июля 1982 года – возле деревни Борохал Усть-Ордынского Бурятского округа, в 160км от города Иркутск. Мощность этого взрыва около 9 килотонн, а это почти половина ядерной бомбы, сброшенной на Хиросиму [6].

Кроме того, вблизи Иркутска, на промплощадке города Ангарск, почти 30 лет работало предприятие по обогащению урана, а так же существует хранилище радиоактивных материалов, действующее по сей день. Так же существует множество других природных и техногенных источников радиации: например родоновые источники, рентген установки, сканеры в аэропортах и многое- многое другое.

Мы захотели узнать, как это влияет на человека, в частности на нас – ведь мы жители Иркутской области. Мы решили измерить уровень радиации в различных местах городов Иркутск, Ангарск, Шелехов, а так же в других населенных пунктах области. Для этого мы взяли два прибора: индикатор радиоактивности РД1503 и дозиметр ДБГ-06Т и организовали 4 поездки для измерения уровня радиации.

2.1 Измерение уровня радиации в населенных пунктах Иркутской области

Опыт 1.

Цель: измерить уровень радиации в различных местах города Иркутск и города Шелехов. Ход работы: 15.11.2020 был организован выезд для проведения замеров в г. Иркутск и г. Шелехов.

Были проведены измерения в различных районах г. Иркутск: мкр. Университетский, Иркутск-2, а так же в центре города Иркутск. Так же были проведены замеры в промзоне, в районе Ново-Иркутской ТЭЦ. Были проведены измерения в жилых и промышленных районах г. Шелехов. Сводные данные по измерениям представлены в таблице (Приложение 2).

Результаты: Все измерения показали безопасный уровень радиации (до 30 мкР/ч), кроме промзоны возле Ново-Иркутской ТЭЦ, в районе золоотвала уровень радиации составил 32мкр/ч.

Опыт 2.

Цель: измерить уровень радиации в различных местах города Ангарск. Ход работы: 21.11.2020 был организован выезд для проведения замеров в г. Ангарск. Были проведены измерения в промышленных и районах г. Ангарск. Сводные данные по измерениям представлены в таблице (Приложение 2).

Результаты: В жилых районах города уровень радиации оказался в норме (14мкр/ч), в промышленных районах уровень радиации оказался выше, чем в жилой части города, максимальный уровень, зафиксированный нашими приборами, составил 23мкр/ч., что в целом является безопасным для жизни.

Опыт 3.

Цель: измерить уровень радиации в городе максимально близко расположенном к ядерному взрыву близ Марковского нефтяного месторождения, в городе Усть-Кут, а так же городах Тулун, Братск и рабочем поселке Улькан. Ход работы: 02-03 декабря 2020 года был организован выезд для проведения замеров.

2 декабря были проведены измерения в различных районах г. Тулун, Братск, Усть-Кут.3 декабря были проведены измерения в различных районах р.п. Улькан. Сводные данные по измерениям представлены в таблице (Приложение 2).

Результаты: Несмотря на то, что неподалеку был произведен ядерный взрыв, уровень радиации в г. Усть-Кут безопасный (до 30 мкР/ч). Так же нет увеличенного уровня радиации и в других городах, в которых были проведены измерения.

Опыт 4.

Цель: измерить уровень радиации на месте ядерного взрыва 31 июля 1982 года около деревни Борохал, и в самом поселке. Ход работы: 6 февраля 2021 года была организована экспедиция для поиска места проведения ядерного взрыва. С помощью различных интернет ресурсов были определены координаты точного местоположения взрыва.

Были произведены замеры непосредственно над скважиной, в которой был произведен взрыв, а так же в нескольких местах в непосредственной близости и в нескольких точках в деревне Борохал. Сводные данные по измерениям представлены в таблице (Приложение 2).

Результаты: Несмотря на непосредственную близость ядерного взрыва все измерения – в норме.

2.2 Создание собственного дозиметра

В процессе работы над данным проектом мы столкнулись с трудностью – приобрести дозиметр оказалось не так просто – этот прибор сложно найти в магазине, и цена на него свыше 6 тыс. руб. Поэтому у нас возникла мысль, что дозиметр можно попробовать собрать самостоятельно.

Отдельной частью практической работы было создание дозиметра своими руками и сравнение его показаний с показаниями заводских приборов.

Принцип работы счетчика Гейгера не сильно сложен, он основан на подсчете количества пробоев в трубке Гейгера в единицу времени. Для создания счетчика Гейгера понадобились: трубкасбм-20 Гейгера 1500руб; - повышающий трансформатор 470руб.; ардуино нано 350руб.; оled дисплей 128*32 230руб.; транзисторы, конденсаторы, провода из своих запасов; - паяльник, припой и олово. Эти детали, электронные компоненты были заказаны с AliExpress, в магазине радиоэлектроники была куплена трубка Гейгера, суммарная стоимость всех элементов около 3000 рублей. Схем подобных устройств множество на просторах сети интернет, мы использовали одну из них (Приложение № 3), внеся небольшие изменения.

Итак, перед началом работы была изменена схема прибора, из нее убрали АКБ и модуль заряда АКБ.  В качестве  источника питания было решено использовать powerbank на 5Вт. Затем  были изготовлены и зачищены провода. После этого мы настроили повышающий модуль, выставив на нем напряжение 400В. Затем все элементы были спаяны согласно схеме.

После пайки мы заизолировали все контактные соединения термотрубкой и изолентой и включили прибор. Он ничего не показывал, мы проверили напряжение на  трубке сбм-20, оно было ниже необходимого и составляло 230В, что было явно недостаточно.  Мы отрегулировали повышающий модуль еще раз, выставив напряжение 400В. Перезагрузили  Ардуино и прибор заработал. После этого мы поместили все детали в корпус, изготовленный из коробки  от телефона,  закрепили все элементы термоклеем (рис. 5).

   

Рис 5 Процесс работы над устройством.

Фото автора

   

В моей комнате самодельный счетчик ННК-1 (Приложение 4) показывал результаты измерения от 9 до 16 мкР/ч, что не сильно отличалось от показаний приборов заводского изготовления. В процессе работы разными приборами мы заметили, что они все время показывают разные значения, скорее всего, это связано с тем, что измерительные устройства приборов расположены на расстоянии друг от друга и соответственно каждый из них чувствует разное количество излучения.

Для тестирования устройства ННК-1 мы взял его с собой на место ядерного взрыва в дер. Борохал. Мы предположили, что там уровень радиации выше и у нас будет возможность протестировать прибор при повышенном радиационном фоне. Однако уровень радиации на месте взрыва был в норме, это показали 2 прибора заводского изготовления и наш собственный прибор. К сожалению, у нас не получились хорошие фотографии результатов, измеренных самодельным прибором, т.к. частота обновления экрана прибора оказалась слишком низкая – фотографии получились размытые. Но в том, что прибор показывает правильные значения, мы убедились.

Заключение

Радиация играет огромную роль в развитии цивилизации на данном историческом этапе. Благодаря явлению радиоактивности был совершен существенный прорыв в области медицины и в различных отраслях промышленности, включая энергетику. Но в то же время стали четко проявляться негативные стороны свойств радиоактивных элементов: выяснилось, что воздействие радиационного излучения на организм может иметь трагические последствия.

В ходе проделанной работы были изучены различные информационные источники о радиационном излучении, были рассмотрены виды радиационного излучения, источники радиации и их действие на человека. Кроме того удалось ознакомиться с историей открытия явления радиоактивности и узнать, какие существуют нормы радиационной безопасности и приборы для измерения уровня радиации.

Мы научились пользоваться счетчиком Гейгера, самостоятельно собрал прибор для измерения радиации (что стало продуктом моего проекта) и измерил радиационный фон в нескольких городах Иркутской области и на месте ядерного взрыва в дер. Борохал.

Таким образом, поставленная цель была достигнута, а то, что гипотеза не подтвердилась это очень хорошо, и люди, живущие в нашей области, могут не бояться радиационного излучения.

Список литературы:

Акатов А.А., Коряковский Ю.С. Интересные факты об атоме и радиации. – М.: Изд-во «Общественный совет Госкорпорации «Росатом»», 2009.

Акатов А.А., Коряковский Ю.С. Радиация: опасность реальная и вымышленная. – М.: Изд-во «Центр содействия социально-экологическим инициативам атомной отрасли», 2010.

Зеленков А.Г. "Сравнительное воздействие на человека различных источников радиации"; Мир - Москва, 1990.

Харченко М. А. Радиация. Невидимый убийца; Феникс - Москва, 2011.

Санитарные правила и нормативы СанПиН 2.6.1.2523-09 "Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009" (утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 7 июля 2009 г. N 47)

https://www.irk.kp.ru/daily/27037.4/4101866/

https://travel.drom.ru/19390/

https://www.irk.ru/news/blogs/archivarius/1093/

https://www.yaklass.ru/p/fizika/9-klass/stroenie-atoma-i-atomnogo-iadra-344899/radioaktivnost-kak-dokazatelstvo-slozhnogo-stroeniia-atoma-opyty-rezerfo_-344900/re-eb7accef-34d0-4b5e-b5f6-40600278e628

Приложение 1

Приложение 2

Результаты замеров радиационного фона в населенных пунктах

Иркутской области

г. Иркутск

         
 

Район города

мкР/ч

Дата замера

Соответствие норме или нет

       
 

Центр города

14

15.11.2020

норма

       
 

Мкр. Университетский

14

15.11.2020

норма

       
 

Мкр. Иркутск 2

14

15.11.2020

норма

       
 

Район Н. Иркутской ТЭЦ (золоотвал)

32

15.11.2020

выше нормы

       
 

Промзона в районе Синюшина гора

16

15.11.2020

норма

       

г. Ангарск

         
 

Центр г. Ангарск

14

21.11.2020

норма

       
 

Промзона

23

21.11.2020

норма

       
 

Промзона

17

21.11.2020

норма

       
 

Промзона

14

21.11.2020

норма

       

г. Шелехов

         
 

Центр города

13

15.11.2020

норма

       
 

Промзона

15

15.11.2020

норма

       
 

Промзона

15

15.11.2020

норма

       
 

Промзона

14

15.11.2020

норма

       

г. Тулун

         
 

Центр города

14

02.12.2020

норма

       
 

Промзона

15

02.12.2020

норма

       

г. Братск

         
 

Центр города

11

02.12.2020

норма

       
 

Промзона

16

02.12.2020

норма

       

г. Усть-Кут

         
 

Замер 1

11

02.12.2020

норма

       
 

Замер 2

14

02.12.2020

норма

       

р.п. Улькан

         
 

Замер 1

13

03.12.2020

норма

       
 

Замер 2

12

03.12.2020

норма

       

дер. Борохал

       
 

Замер 1

9

06.02.2021

норма

       
 

Замер 2

11

06.02.2021

норма

       
 

Замер 3

14

06.02.2021

норма

       

Место ядерного взрыва

     

норма

 

Замер 1. Непосредственно над скважиной

12 (9*)

06.02.2021

норма

       
 

Замер 2. В 5м от скважины

10 (10*)

06.02.2021

норма

       
 

Замер 3. В 10м от скважины

9 (7*)

06.02.2021

норма

       

*В скобках указаны значения, полученные самодельным прибором.

Приложение 3

Схема счетчика Гейгера

Приложение №4

Дозиметр ННК-1

Просмотров работы: 447