Сравнительный анализ по уровню воздействия геофизического фактора на состояние станций московского метрополитена различных годов постройки

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Пономарев Д.А. 1

---

1ГБОУ школа № 171

Крахина Е.А. 1

---

1ГБОУ школа № 171

Работа в формате PDF

450 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

За последнее десятилетие наблюдается значительное увеличение километража путей и количество станций столичного метрополитена, что свидетельствует о его необходимости для эффективного и быстрого перемещения на определенные расстояния. При строительстве новых станций и реновациях старых используются такие материалы, как мрамор, гранит, габбро, диорит, гнейс, а также различные металлические панели и керамические глазурованые и бетонные плиты. Каждый материал, в разной степени испускает радиационного излучение, также определенный спектр электромагнитного излучения исходит от поездов. Во время пребывания на станции геофизические факторы оказывают на человека определенное воздействие, но в зависимости от материалов облицовки и расположения поездов степень проникновения его в организм будет различна.

Актуальность исследовательской работы обусловлена в выявлении наиболее безопасных, с точки зрения радиационного излучения, облицовочных материалов на станциях метрополитена Москвы. Используемые при строительстве материалы отличаются в зависимости от года начала работ и ввода станции в эксплуатацию. В ходе исследования, важным аспектом будет являться, выявление наиболее, безопасных станций, характеризующихся определенным временем строительства и ввода в эксплуатацию. Актуальность изучения электромагнитного излучения обуславливается выявлением наиболее удачной планировки станции, так как названный вид излучения распространяется от поезда до центральной части станции, где, как правило, расположены сидячие места и «зона ожидания». Степень распространения электромагнитной радиации будет зависеть от наличия на станции «искусственных барьеров».

Целью исследовательской работы являлось в проведении сравнительного анализа облицовочного материала станций метрополитена различных годов строительства по радиационному и электромагнитному состоянию. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучение исследований прошлых лет и нормативной документации, для выявления потенциальных источников загрязнения;

2. Осуществление типизации станций метрополитена по времени строительства, эксплуатации и реновации;

3. Выявление материалов облицовки станций, и типов поездов, курсирующих по исследуемым линиям метрополитена столицы;

4. Проведение замеров в контрольных точках по уровням электромагнитного и радиационного излучения;

5. Обработка и анализ собранных данных;

6. Выявление наиболее радиационно-безопасного типа станций, построенных и введенных в эксплуатацию, а также облицовочного материала.

Гипотезой исследование являлось предположение о том, что в сравнении с уровнем радиационного загрязнения на станциях Московского Метрополитена разных годов постройки, на старых станциях уровень радиации будет намного выше, чем на новых, а уровень электромагнитного излучения ниже.

2. Эколого-геофизическая характеристика

   1. Процессы формирования электромагнитного и радиационного излучения

Радиация – обобщённое понятие. Оно включает различные виды излучений, часть которых встречается природе, другие получаются искусственным путем. Прежде всего следует различать, корпускулярное излучение, состоящее из частиц с массой отличной от нуля, и электромагнитное излучение. Корпускулярное излучение может состоять как из заряженных, так и из нейтральных частиц.

Ионизирующее излучение, потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способные ионизировать вещество. Ионизирующие (или ядерные) излучения возникают при распаде ядер радиоактивных элементов. Опасность для биологических объектов связана с особенностями, которые присущи только ядерным излучениям. Они обладают высокой энергией, превышающей внутримолекулярную и межмолекулярную энергию связей атомов и молекул, проникают внутрь облучаемого объекта и передают ему энергию, провоцируя ионизацию и возбуждение атомов и молекул, разрывают химические связи в молекулах, следовательно их диссоциация под действием ионизирующего излучения [1].

Альфа-излучение – это тяжелые, положительно заряженные частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Они обладают высокой ионизирующей силой, но вместе с тем им свойственна низкая проникающая способность. Альфа-излучение неспособно пройти через кожу, и его может задержать даже бумага. Альфа-частицы особенно опасны, когда попадают внутрь организма [2].

Бета-излучение представляет собой поток электронов (или позитронов). Они значительно меньше альфа-частиц, из-за чего их проникающая способность заметно выше. Бета-излучение способно пройти через верхние слои кожи, а остановить его могут тонкие листы металла, оконное стекло, иногда даже обычная одежда.

Гамма-излучение – это фотоны, то есть кванты электромагнитного излучения, несущие достаточное количество энергии, чтобы вызвать ионизацию. Гамма-излучение способно проходить через многие виды вещества, в том числе и сквозь человеческое тело. Его задерживают плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец. Рентгеновское излучение обладает схожими характеристиками с гамма-излучением, отличаясь меньшей энергией и большей длиной волны.

Известно, что повреждающее действие разных видов ионизирующей радиации зависит от их проникающей активности и, следовательно, от плотности ионизации в тканях. Чем короче путь прохождения луча, тем выше плотность ионизации и сильнее повреждающее действие.

2. Нормативная документация в области воздействия геофизических факторов

Для реализации исследований в области радиационной безопасности, был установлен перечень нормативной документации в данной области:

Основной документ в сфере нормирования радиационного облучения – СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)» Введены в действие с 01.09.2009 постановлением Главного государственного санитарного врача РФ №47 от 07.07.2009.

СанПиН 2.6.1.2800-10 «Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет источников ионизирующего облучения». Введены в действие с 18.03.2011 постановлением Главного государственного санитарного врача РФ №171 от 24.12.2010.

СанПиН 2.6.1.2612-10 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ 99/2010)». Введен в действие с 17.09.2010 постановлением Главного государственного санитарного врача РФ №40 от 26.04.2010.

Федеральный закон №3 от 09.01.1996 (в редакции 19.07.2011) «О радиационной безопасности населения». Начало действия последней редакции с 21.10.2011. Изменения, внесенные Федеральным законом от 19.07.2011 N 248-ФЗ, вступили в силу по истечении 90 дней после дня официального опубликования (опубликован в «Российской газете» - 22.07.2011). Действует по сегодняшний день [3].

Основные нормы воздействия геофизических факторов на человека:

• Естественный радиационный фон обычно лежит в пределах от 0,08 мкЗв/ч до 0,18 мкЗв/ч;

• Безопасным уровнем радиационного фона для человека считаются значения до 0,23 мкЗв/ч (облучение дозой 0,23 мкЗв в течение часа);

• При превышении уровня 0,23 мкЗв/ч рекомендуемое время нахождения в зоне облучения сокращается пропорционально величине дозы;

• Если при уровне радиационного фона 0,23 мкЗв/ч в зоне облучения можно находиться 1 час, то при уровне радиационного фона 0,46 мкЗв/ч нахождение в зоне облучения не должно превышать 30 минут;

• По аналогии, нахождение в зоне облучения со значением 0,92 мкЗв/ч не должно превышать 15 минут и т.д.

• Методика и результаты исследования

  Объект исследования

Объектом исследования является уровень проявления геофизического фактора в метрополитене Москвы. Для более детального изучения степени воздействия геофизического излучения, станции метро, на которых проводились измерения, были разделены на три группы по времени строительства и ввода в эксплуатацию, данные представлены в таблице 1.

Таблица 1. Типизация исследуемых станций метрополитена Москвы

Были рассмотрены и изучены материалы облицовки исследуемых станций столичного метро и занесены в таблицу 2.

Таблица 2. Облицовочные материалы станций московского метрополитена

2. 2. Методика проведения исследования

Для проведения замеров по уровню ионизирующего и электромагнитного излучению на исследуемых станциях были распределены контрольные точки и составлены картосхемы. В охват исследования вошли станции двух типов:

1. Островного – платформа и «зона ожидания» расположены в центре, пути находятся по краям.

2. Берегового – платформа разграничена путями на две части. Пути расположены в центральной части зала.

На станциях островного типа было расположено по 9 контрольных точек, шесть точек расположены вдоль путей, в 0,3 м от края платформы, 3 точки в центре зала, расположение указано на рис. 1. В каждой точке снималось по 3 замера радиации, затем высчитывалось среднее значение. Электромагнитное излучение измерялось по 2 раза, во время нахождения и отсутствия поезда на станции.

Рис. 1. Картосхема контрольных точек на станции островного типа «Шаболовская» московского метрополитена

На станциях московского метрополитена берегового типа было расположено 6 основных контрольных точек, и 3 добавочные (данные брались на основе показателей по основным точкам). Методика проведения замеров аналогичная станциям островного типа. Добавочные точки были внедрены в исследования для проведения наиболее детального анализа. Схема расположения точек представлена на рис. 2.

Рис. 2. Картосхема контрольных точек на станции берегового типа «Кутузовская» московского метрополитена

Для проведения исследования было использовано геофизическое оборудование –дозиметр радиации «SOEKS» и измеритель магнитного поля ИМП-05/1, представленные на рис. 3.

а) б)

Рис. 3. Оборудование: а) Дозиметр радиации «SOEKS»; б) Измеритель магнитного поля ИМП-05/1

На основе изученной нормативной документации в области воздействия на человека геофизических факторов, для более детального разбора собранных данных, была составлена дополнительная классификация. Значения по превышению допустимого уровня были разделены на три категории (по радиационному и электромагнитному излучению), представленные в таблице 3.

Таблица 3. Цветовая характеристика уровня воздействия радиации

2. 3. Результаты исследования и оценка радиационного и электромагнитного состояния станций московского метрополитена

Собранные в ходе исследования данные по степени проявления геофизического фактора были занесены в таблицы 4 и 5. Распределения станций по временному признаку сохраняется в итоговых таблицах, для возможности детального анализа, так как материалы облицовки соотносятся по времени ввода в эксплуатацию.

Таблица 4. Радиационное состояние станций московского метрополитена

На основе анализа табличных данных можно сказать о том, что на станциях московского метрополитена построенных в период с 1993 по 2022 года уровень радиационного излучения оказался наиболее низким, редко превышающим норматив в 0,23 мкЗв/час, что связано с облицовочным материалом – в основном, пластиковые панели и металлические вставки, и небольшое количество гранитных и диоритовых плит, увеличивающих радиационный фон. Станции старого типа, построенные и введенные в эксплуатацию в период 1935-1961 гг., обладают наиболее высоким уровнем радиационного излучения. На станциях метро Кутузовская и Новокузнецкая уровень излучения превышает норматив почти в 2,5 раза, основным источником радиации является гранит, реже диорит.

Данные по электромагнитному излучению были распределены не только по времени строительства станций, но и по местоположению поездов относительно платформы. Результаты исследования, приведенные в таблице 5, четко показывают колебания электромагнитного излучения в зависимости от наличия или отсутствия состава поезда метрополитена на станции. Типизация по времени сохраняется, так как планировка станций напрямую взаимосвязана с названным фактором.

Таблица 5. Электромагнитное состояние станций в зависимости от положения поезда

Старые станции являются наиболее закрытыми, с небольшими проходами к платформе и выраженным центральным залом. Новые станции являются наиболее открытыми, барьерами являются не широкие стены, а небольшие и узкие колонны. Станциям новейшего типа характерна смешенная планировка.

Высокий уровень электромагнитного излучения характерен для станций, построенных в период с 1961 по 1992 года, так как для архитектуры станций свойственно большое количество колон и просторные центральные залы, сразу ведущие к путям. Данные фактор позволяет электромагнитным частицам беспрепятственно распространятся по станции. Наименьшее количество электромагнитного излучения было зафиксировано на станциях закрытого или полузакрытого образца, как на старого, так и на новейшего типов – Бауманская, Чистые Пруды, Красные Ворота, Косино, Римская.

В картографической программе «Surfer13» были составлены карты по электромагнитному загрязнению станций. Методика работы в картографической программе подразделялась на несколько этапов:

1. Создание таблице в программе «Microsoft Excel», с указанием координат контрольных точек на станции и значением электромагнитной радиации;

2. Перенос и отображения табличных данных в программу «Surfer13»;

3. Создание подложки карты, с контрольными точками и значениями излучения в них;

4. Интерполяция карты по изолиниям, на основе значений электромагнитной радиации.

5. Заливка карты на основе нормативов и составленной цветовой шкалы в исследовании.

Карты по распространению электромагнитной радиации на станции метро Севастопольская представлено на рис. 4, 5.

Рис. 4. Картосхема распространения электромагнитной радиации на станции Севастопольская метрополитена Москвы

Рис. 5. Картосхема распространения электромагнитной радиации на станции Севастопольская метрополитена Москвы

По с интерполированным картосхемам прослеживается увеличение количества электромагнитной радиации на станции в момент прихода поезда (или поездов). На станции открытого (островного) типа, с отсутствием колонн, арок и стен (разграничивающих платформы и зал ожидания радиация распространяется быстрее и охватывает большие площади.

Наиболее безопасные участки станций, с точки зрения воздействия геофизических факторов является центральная часть. Наиболее сильное воздействие поезд будет оказывать в момент прихода и ухода со станции.

Выводы

В ходе выше приведенных данных исследования по радиационному и электромагнитному состоянию станций метрополитена Москвы, можно сделать вывод о том, что построенные и введенные в период с 1993 по 2022 года станции – наиболее безопасны.

Использование искусственных материалов, обладающих минимальным уровнем ионизирующего излучения, позволяет улучшит радиационную обстановку станций метрополитена. Добавление деталей из алюминия, пластика, керамической плитки и травертина, положительно сказываются на радиационной безопасности «подземного города».

Как правило, колебания электромагнитного излучения связаны с поездами, наиболее высокий уровень фиксировался вблизи путей, рядом с краем платформы. При распространении излучения, наличие на станциях колонн, стен – особенно с металлическими вставками, препятствовало дальнейшему проникновению. Но были и исключения, например, станции метро Кутузовская, Калужская и Юго-Восточная характеризуются наличием сильного превышения (в 2-3 раза выше норматива) электромагнитного излучения. Данный фактор может обуславливаться наличием какого-то скрытого источника, или накоплением излучения в центральной части станции (определенное воздействие потоков ветра от движения поездов).

Гипотеза исследования о том, что в сравнении с уровнем радиационного загрязнения на станциях Московского Метрополитена разных годов постройки, на старых станциях уровень радиации будет намного выше, чем на новых, а уровень электромагнитного излучения ниже – частично подтверждена, так как безопасными станциями, с точки зрения электромагнитного излучения, будут и построенные в период с 1993-2022 гг.

Список литературы

1. Механизмы биологического действия электромагнитных излучений. (Тезисы докладов), Пущино, 27 - 31 окт. 1987 г. Дата обращения: 05.11.2022.

2. СанПиН 2.6.1.2523-09 Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Профессиональные справочные системы «Техэсперт» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/902170553 - Дата обращения: 18.11.2022

3. СанПиН 2.2.4.1191-03 "Электромагнитные поля в производственных условиях". Дата обращения: 05.12.2022.

4. Статья «Электромагнитные излучения и защита от них в автомобильном и железнодорожном транспорте». Левкович Т.И., Левкович Ф.Н., Левкович Г.Н., Чигиринов А.А. (БГИТА, г. Брянск, РФ) Режим доступа: http://sciencebsea.bgita.ru/2010/mashin_2010/levkovich_elektro.htm Дата обращения: 04.11.2022.

5. Статья «Электромагнитные поля (ЭМП)». Всемирная организация здравоохранения. Режим доступа: https://www.who.int/pehemf/about/WhatisEMF/ru/index5.html. Дата обращения: 01.12.2022.

6. Федеральный закон ФЗ №3 от 09.01.1996 (с изменениями на 11 июня 2021 года). О радиационной безопасности населения: Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/9015351– Дата обращения: 15.10.2022.