XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Радиация в водной среде

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Канькова К.Ю. 1

---

1ГБОУ Лицей№179

Обуховская А.С. 1

---

1ГБОУ Лицей №179

Работа в формате PDF

144.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность.

В связи с этим, необходимо контролировать уровень радионуклидов в воде и принимать меры для их предотвращения и устранения. Это важно для обеспечения безопасности питьевой воды и сохранения экологической стабильности.

Проблема:

Деятельность человека порождает экологические проблемы. Причем путь к разрешению этих проблем зародился более 100 лет назад, причем существовали различные взгляды на необходимость решения этих проблем. Еще в советское время началось решение экологических проблем - были организованы заповедники.

На данный момент существует ряд экологических проблем: Загрязнение воздуха, загрязнение почвы, загрязнение водных ресурсов мира, появление озоновых дыр в озоновом слое, чрезмерная вырубка лесов, глобальное потепление.

По моему мнению, самой важной является проблема загрязнения воды. Наша планета состоит на 71% из воды, поэтому дальнейшее развитие данной проблемы важно в современном мире. Что же загрязняет воду? Кроме всем известной причины (выбросы человека) есть и природные процессы, которые загрязняют воду. Например, разрушение горных пород и их выброс в море, выделение продуктов жизнедеятельности организмов, а также вулканическая активность – это нерегулярные процессы, которые могут загрязнять водные ресурсы. Но, конечно, в большинстве случаев загрязнение происходит из-за ошибки людей. Каждый год в воду попадают тысячи новых не только химических веществ, но и ради, которые разрушают водную экосистему. Водные ресурсы являются основными источниками питьевой воды.

Цель:

Изучить влияние альфа и бета-радионуклидов в исследуемой пробе воды.

Задачи:

• Собрать литературу об альфа и бета-радионуклидах.

• Изучить методы исследования.

• Провести эксперименты на содержание радионуклидов в исследуемой пробе воды.

Предмет исследования :

Исследование радионуклидов.

Объект исследования:

Вода.

Гипотеза:

Если в воде исследуемой пробы содержание альфа- и бета-радионуклидов соответствует ПДК, то вода пригодна для жизни.

Методы исследования:

1. 1. Анализ литературы.

   2. Методика выполнения измерений суммарной объёмной (удельной) активности альфа-излучающих радионуклидов в воде на альфа-бета-радиометре LB-770.

   3. Методика выполнения измерений суммарной объёмной (удельной) активности бета -излучающих радионуклидов в воде на альфа-бета-радиометре LB-7.

Основная часть.

Радиация 

Это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.[ 1 ]
Виды излучений: альфа - излучение, бета – излучение. [1]

Альфа-излучение (альфа-лучи) — один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц). Основным источником альфа-излучения служат альфа-излучатели — радиоактивные изотопы, испускающие альфа-частицы в процессе распада.. При внешнем облучении тела альфачастицы могут (при достаточно большой поглощенной дозе излучения) вызывать сильные, хотя и поверхностные (короткий пробег) ожоги; при попадании через рот долгоживущие альфа-излучатели разносятся по телу током крови и депонируются в органах ретикулоэндотелиальной системы и др., вызывая внутреннее облучение организма. Альфа-излучение применяют для лечения некоторых заболеваний. [3]

Бета-излучение (бета-лучи) — поток электронов или позитронов, испускаемых при бета-радиоактивном распаде атомов. К ним относятся радиоактивные изотопы фосфора (Р32), серы (S35), кальция (Са45) и др. При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. В ткани организма бета-излучение проникает на глубину от десятых долей миллиметра до 1—2 см. При попадании в организм может привести к нарушению метаболизма клеток, следственно к их смерти, а при попадании в молекулу ДНК происходят мутации генов. [3]

Скважина и её размещение.

Скважина – это колодец в виде трубы с небольшим диамером и большой глубиной. Скважины необходимы для получения питьевой воды или для использования в промышленности или сельском хозяйстве. Такие скважины часто бурятся ближе к земной поверхности, поскольку вода находится на небольшой глубине. На рисунке 1 показано, что скважина - то тонкая труба, которая погружается в грунт на глубину до 30 метров. Окончанием трубы становится фильтр (обычно металлическая мелкоячеистая сетка) для недопущения попадания внутрь крупных загрязняющих частиц. [5]

Скважина Рисунок 1.

Практическая часть.

Материалы и методы исследования.

Отбор и хранение проб.

Для отбора в пластиковую ёмкость отбираем 3 дм3 воды. С помощью мерного цилиндра 50 см3 отмеряем концентрированную азотную кислоту. Нам понадобится 10 см3

Приготовление к выполнению измерений.

Приготовление раствора азотной кислоты.

В мерную колбу вместимостью 500 см3 помещают около 200 см3 дистиллированной воды, затем мерным цилиндром вместимостью 250 см3 отмеряют 250 см3 концентрированной азотной кислоты и приливаем её к воде.После охлаждения раствора до комнатной температуры объём в колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешиваем.Приготовленный раствор азотной кислоты используют для консервации пробы.Раствор храним в стеклянной ёмкости. Срок хранения 6 месяцев.

Приготовление раствора азотной кислоты молярной концентрации 0,2 моль/м.

В мерную колбу вместимостью 500 см3 помещаем 200 см3 дистиллированной воды, при помощи мерного цилиндра вместимостью 25 см3 отмеряем 14 см3 раствора азотной кислоты по 2.1. и приливаем её к воде в мерную колбу. После охлаждения раствора до комнатной температуры объём в колбе доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешиваем. Приготовленный раствор азотной кислоты используем для приготовления градуировочных растворов, промывки выпарительных ёмкостей, дезактивации измерительных чашек и подставок.Раствор хранят в стеклянной ёмкости. Срок хранения 3 месяца.

Подготовка измерительных чашек и выпарительных ёмкостей.

Измерительные чашки диаметром 52 мм и глубиной 2 мм изготавливают из алюминиевой фольги толщиной не менее 0,2 мм при помощи специально изготовленной пресс-формы.

Выпарительные ёмкости и измерительные чашки тщательно моют горячей водой со стиральным порошком, сушат, ополаскивают раствором азотной кислоты, сушат, протирают ватным или тканевым тампоном, смоченным этиловым спиртом, и сушат.

Подготовка радиометра к работе.

Подготовку радиометра к работе осуществляют согласно техническому описанию на прибор. Градуировку радиометра проводят по процедуре. Периодичность градуировки - не реже одного раза в 3 года, а также при изменении геометрии измерений.

Выполнение измерений.

Измерение фона радиометра

Измерение фона с подставками под измерительные чашки (далее подставками) производят ежедневно.

Протирают внутреннюю и внешнюю поверхности подставок ватным или марлевым тампоном, смоченным спиртом. Высушивают подставки под лампой. Помещают подставки в ячейки планшета радиометра. Задвигают планшет с подставками до щелчка. Переводят радиометр в режим задания параметров для измерения фона через меню программы в последовательности: «Parameters»/«Background». В соответствующем окне меню задаём продолжительность измерения 60 минут и запускают радиометр на измерение фона: «Мesure»/« Background»/«Test». Минимальное время измерения фона с подставками составляет 1 час.После окончания измерения фона подставок записывают файл результатов измерения фона на жесткий диск и выводят протокол результатов измерений на принтер.

Измерение скоростей счета фоновых импульсов с измерительными чашками F (далее - фон измерительных чашек).

Протирают внутреннюю и внешнюю поверхности измерительных чашек ватным или марлевым тампоном, смоченным спиртом. Высушивают измерительные чашки под лампой и маркируют каким-либо способом. Помещают измерительные чашки в подставки, установленные в ячейки планшета радиометра. Записывают маркировку измерительных чашек и номера ячеек, в которых они находятся. Задвигают планшет до щелчка. Задают продолжительность измерения фона с измерительными чашками. Минимальное время измерения фона измерительных чашек составляет 1 час. После окончания измерения фона измерительных чашек записывают файл результатов измерения на жесткий диск и выводят протокол результатов измерений на принтер. Протокол измерений хранится в течение 3 месяцев.

Приготовление источников для измерения суммарной объемной (удельной) активности альфа- и бета- излучающих радионуклидов (далее источники).

Минерализация и упаривание пробы воды.

Отмеряют с помощью мерной колбы или мерного цилиндра 1 дм3 пробы воды, переливают се в выпарительную емкость из нержавеющей стали или фторопластовым покрытием вместимостью 1-1.5 дм3. Добавляют в выпарительную емкость 20 см3 перекиси водорода и упаривают пробу воды (не доводя упариваемый раствор до кипения) на электрической плитке до объема около (50-30) см3. Взвешиванием определяют массу пустой выпарительной чашки из фторопласта вместимостью 100 см3 М вч., г. Раствор из выпарительной емкости переливают во взвешенную выпарительную чашку с массой М вч. Раствором азотной кислоты трижды омывают стенки выпарительной емкости, перенося смывной раствор в ту же выпарительную чашку.

3.4.1.5 Выпарительную чашку с массой М вч., ставят под инфракрасную лампу в закрытый вытяжной шкаф или бокс с тягой и упаривают раствор досуха.

3.4.1.6 После охлаждения чашки определяют массу выпарительной чашки с сухим остатком М в.ч, путем взвешивания.

3.4.1.7 Вычисляют массу солевого остатка М, г, по формуле:

m = М а – М вч.

3.4.2 Перенос солевого остатка в измерительные чашки после упаривания пробы.

Количество приготавливаемых источников и процедуру переноса солевого остатка определяют в зависимости от его массы и состояния (гигроскопичный, негигроскопичный).

Если масса солевого остатка менее 2,0 г, то приготавливают один источник.

Если масса солевого остатка более 2.0 г, то приготавливают 2 источника: один с массой солевого остатка пи = (150 — 200) мг, другой с массой солевого остатка по = (М – m1) мг.

В моём случае масса солевого остатка больше 2,0 г.

При массе солевого остатка более 2,0 г перенос солевого остатка выполняют «сухим» способом.

Перенос солевого остатка «сухим» способом.

Солевой остаток измельчают в выпарительной чашке при помощи фторопластового пестика до размеров зёрен менее 1 мм. Допускается измельчать твёрдый остаток, помещая его в конверт, сложенный из кальки или плотного листа писчей бумаги, при помощи пестика из фторопласта, металла, фарфора и тд. Количественно переносят измельченный солевой остаток в предварительно взвешенную измерительную чашку при помощи шпателя из алюминиевой фольги толщиной (0.2-0,5) мм или фторопласта с толщиной лопаточки (0,2-1,0) мм. Аккуратно распределяют солевой остаток при помощи шпателя по всей поверхности измерительной чашки. При помощи полиэтиленовой пипетки или пипеточного дозатора добавляют в измерительную чашку с остатком 1,0-2,0 см3 этилового спирта и вновь равномерно распределяют остаток по всей поверхности измерительной чашки при помощи шпателя. Высушивают содержимое измерительной чашки под инфракрасной лампой досуха. Взвешивают измерительную чашку вместе с солевым остатком и определяют массу счетного образца m. При объёме солевого остатка, превышающем объём измерительной чашки, используют часть солевого остатка, достаточную для заполнения измерительной чашки до верхнего края чашки.

Данные, полученные в ходе взвешивания показаны в Таблице 1 и Таблице 2.

Таблица 1

Измерение первой выпарительной чашки.

Таблица 2.

Измерение второй выпарительной чашки.

Результаты и их обсуждения.

Cуммарная удельная активность альфа- излучающих радионуклидов выше в 2 раза, чем ПДК, а суммарная удельная активность бета-излучающих радионуклидов выше ПДК в 3 раз. Это очень плохо, потому что, оказавшись в теле человека, радионуклиды оказывают на него воздействие посредством ионизирующего излучения. Под его влиянием происходит сразу несколько процессов, как с обратимыми, так и необратимыми процессами. Одним из основных этапов, приводящих к значительным последствиям для организма, является ионизация. Она выступает в качестве катализатора, разрушая молекулы вещества, а также образует окислители, отличающиеся высоким значением химической активности. Вместе со свободными радикалами они нарушают нормальный ход биохимических процессов.

Альфа- и бета-активность радионуклидов в организме способны активизировать изменения, приводящие к раку легких, чаще всего бронхогенного типа. В особой группе риска находятся те, кто злоупотребляет курением.

Высокая плотность ионизации альфа-излучения способствует массовому разрушению биомолекул, а в дальнейшем вызывает мутацию гена. В связи с этим даже небольшое содержание радиоактивного вещества рискует привести к развитию острой лучевой болезни, которая чревата летальным исходом. По этой причине уровень концентрации радионуклидов строго регламентируется – это касается воздуха, воды и пищевой продукции. [Таблица 3](стр 20)

Содержание альфа- и бета-радионуклидов Таблица 3.

Вывод

1. Гипотеза не подтвердилась: данная проба воды не пригодна для питья.

2. Суммарная удельная активность альфа- и бета-ионизирующих радионуклидов превышает ПДК.

3. Проблема радиации актуальна, и данная работа позволяет понять. как важно практически определять радионуклиды в воде.

Практическая значимость работы:

1. В классах нашей школы, на конференциях и публикация на примере данного эксперимента рассказываю почему важно проводить дополнительную фильтрацию для очищения воды из скважины.

2. После покупки нового жилья нужно обратиться в специальные службы, которые проверят воду. Это нужно для того, чтобы избежать проблем со своим здоровьем!

Список литературы

1. Бахур А.Е. Радиоактивность природных вод. АНРИ, № 2 (8), 1996/97, с. 32-39.

2. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.- М: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002.-103 с

3. Лаборатория радиационного излучения. Типы и источники радиоактивного излучения. [Электронный ресурс] URL: https://rad-lab.ru/news/tipy-i-istochniki-radioaktivnogo-izluchenija/?ysclid=lmhycoknwk221253420

4. Биологическое действие ионизирующего излучения. [Электронный ресурс] URL: https://studfile.net/preview/9709356/page:8/

5. Дальэнергооборудование. Скважина на воду от теории к практике. [Электронный ресурс]. URL: https://deodv.ru/stati/article_post/skvazhina-na-vodu-teoreticheskie-i-prakticheskie-znaniya