XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Ядерные испытания и радиационный фон населенных пунктов Иркутской области

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

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

Работа в формате PDF

893.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

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

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).

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

*В скобках указаны значения, полученные самодельным прибором.

Приложение 3

Схема счетчика Гейгера

Приложение №4

Дозиметр ННК-1