XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Радиация вокруг нас

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никитин П.А. 1

---

1МАОУ «Гимназия №76»

Земскова Н.Ю. 1

---

1МАОУ «Гимназия №76»

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Лично я убежден в том, что человечество нуждается в ядерной энергии.

Она должна развиваться, но при абсолютных гарантиях безопасности.

Андрей Дмитриевич Сахаров

Окружающий нас мир радиоактивен. В прошлом году я исследовал солнечную систему и столкнулся с информацией о Большом взрыве.  «Большой взрыв», с которого, как сейчас полагают ученые, началось существование нашей Вселенной, сопровождался образованием радиоактивных элементов. С тех пор радиация постоянно наполняет космическое пространство.

Меня очень заинтересовал вопрос: присутствует ли радиация в обычной жизни, в нашем городе и других местах, которые мы посещаем. Поэтому перед началом исследования я выдвинул гипотезу: Радиация присутствует вокруг нас, в каждом городе. А темой моего исследования стало: Радиация вокруг нас.

Когда мы слышим слово «радиация», сразу становится страшно, потому что с ним связано много трагических событий прошлого – взрыв атомной бомбы в г. Хиросима и г. Нагасаки (1945 г.) в Японии, взрыв на Чернобыльской атомной электростанции (1986 г.), взрыв в Японии на атомной электростанции «Фокусима-1» (2011 г.). В результате этих аварий погибло большое количество людей. Самым страшным явилось то, что многие люди умирали постепенно, получив огромную дозу радиации. В своей работе я хочу раскрыть подробно понятие «радиация», где ее можно встретить, рассказать её плюсы и минусы и общее влияние на организм.

Рис.1 Ядерный взрыв на Тоцком полигоне 14 сентября 1954 года

Цель работы: исследовать берег озера Тургояк, города России и различные локации г. Набережные Челны на наличие радиации и подготовить наглядный макет карты Гейгера г. Набережные Челны.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: 1. изучить определение радиации; 2. определить роль радиации в жизни современного человека; 3. выявить отрицательное влияние радиации на организм человека; 4. рассмотреть способы борьбы и защиты от радиации; 5. попытаться найти доказательство того, что радиация может быть полезна для человека с точки зрения медицины. 6. измерить радиацию в различных локациях и создать карту Гейгера г. Набережные Челны.

Итак, предмет исследования: радиация

Оборудование необходимое для проведения исследования: Счетчик Гейгера, дозиметр Checking Pen.

Методы исследования: научно-практический

·         анализ источников (изучение литературы по данной теме)

·         исследование

·         измерение

Результаты данного исследования помогут сформировать адекватное отношение окружающих к такому явлению, как радиация, помогут в безопасности жизнедеятельности; а также будут служить материалом для проведения классных часов.

1.Теоретическая часть.

1.1. Что такое радиация

Радиация – радиоактивное излучение. Другими словами, радиация — исходящий от любого источника поток энергии в форме радиоволн. В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри.

Радиоактивность — это неустойчивость ядер некоторых атомов, из-за которой происходит распад ядра, сопровождаемый выходом так называемого ионизирующего излучения, то есть радиации. Радиоактивность измеряется в Беккерелях, что соответствует 1 распаду в секунду.

Существует несколько видов радиации: альфа-частицы, бета-частицы, гамма-излучение, нейтроны и рентгеновские лучи. Первые три - наиболее опасны для человека.

Рис.2 Поглощение разных видов радиации

Излучение существует ровно до того момента, как его поглотит вещество. И если тяжелые альфа-частицы тормозит даже воздух и задерживает бумага, а от бета-излучения защищает специальная одежда или слой пластика. Гамма-частицы остановит только толстый слой свинца, почвы, бетона и т.д. (Рис. 2).

В разных районах планеты уровень радиации может отличаться (рис.3). Например, в высокогорных областях уровень космического излучения в 5 раз выше, чем на уровне моря. В индийском штате Керала и в бразильском Гуарапари уровень радиации повышен из-за минералов, которые содержат фосфаты с примесью радиоактивных изотопов урана и тория.

Рис. 3 Среднегодовые показатели

 1.2. Влияние радиации на организм человека.

Каждый день человек вдыхает или потребляет с воздухом, водой и продуктами питания некоторое количество радиоактивных веществ.

Воздействие радиации на организм может иметь природный (например, воздействие радона, присутствующего в домах), плановый (воздействие в медицине или на предприятии) или случайный характер.

Облучение может быть внешним, внутренним или комбинированным. Внешнее облучение возможно при испытаниях ядерного оружия и нештатных ситуациях на атомных электростанциях (АЭС). Внутреннее влияние радиации несет газ, поступающий из недр земли, радиоактивный калий, торий, уран, радий, являющиеся составляющими воды, растений и пищи.

Рис.4 Органы, подвергающиеся облучению

Процесс воздействия на организм радиации называют облучением. На счету облучения ряд страшных и тяжёлых заболеваний: острая лучевая болезнь, всевозможные мутации в организме человека, бесплодие, нарушения в центральной нервной системе, иммунные заболевания, нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, раковые опухоли.

Проникающая радиация может вызвать у людей температуру, тошноту, рвоту, уменьшение кровяных клеток и жидкий стул.

Рис.5 Изменения в структуре ДНК.

1.3. Радиация: практическое использование

За последние полвека человек научился искусственно создавать радиоактивные элементы и использовать энергию атомного ядра в самых разных целях.

Моя тетя, кандидат медицинских наук, врач-рентгенолог, Ломовцева Карина Хусаиновна, поделилась со мной, что ионизирующее излучение широко применяется в медицине. На основе рентгеновских лучей созданы такие методы диагностики как рентгенография и компьютерная томография, позволяющие визуализировать внутренние органы человека. В лечении ряда онкологических заболеваний применяют лучевую терапию, основанную также на ионизирующем излучении. Стоит отметить, что при таком методе диагностики, как магнитно-резонансная томография, нет радиоактивного излучения.

Радиохирургия. Здесь используется гамма-нож, который не приводит к разрезам на коже. Особенно интенсивно его употребляют в развитых странах.

Энергия атома используется человеком также для производства энергии и обнаружения пожаров, для поиска полезных ископаемых, для создания атомного оружия, для изготовления светящихся циферблатов часов.

Радиоактивные изотопы используются также в других светящихся устройствах: указателях входа-выхода, в компасах, телефонных дисках, прицелах, в дросселях флуоресцентных светильников и других электроприборах. При изготовлении особо тонких оптических линз применяется торий, а для придания искусственного блеска зубам используют уран. Очень незначительны дозы облучения от цветных телевизоров и рентгеновских аппаратов для проверки багажа пассажиров в аэропортах.

Таким образом, можно сделать вывод, что радиация очень широко используется в жизни современного человека.

1.4. Как защитить себя от радиации

Человеческая деятельность приводит к тому, что радиационное воздействие увеличивается, выражаясь в загрязнениях окружающей среды.

Знак, показанный на рис.6 обычно называют знаком предупреждения о радиоактивности, но на самом деле он является предупреждающим знаком об ионизирующем излучении.

Рис.6 Знак Ионизирующее излучение и знак источника высокого уровня излучения

Действенный способ обезопасить себя — использовать   дозиметр радиации (Рис.7). Этим прибором можно самостоятельно замерить радиационный фон. Единица измерения радиационного излучения–МкЗв/час. Кроме того, такой прибор может быть полезен в незнакомой удаленной от цивилизации местности, при выборе места для строительства дома.

Рис.7 Использование дозиметра

Согласно нормам Федерального закона "О радиационной безопасности населения" Статья 9. п.2, эффективная доза для человека, в сумме, за период его жизни (70 лет) - не должна превышать 70 мЗв, что никак не скажется на здоровье.

Итак, как же защитить себя от радиации?

• Во-первых, это защита временем: чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения.

• Во-вторых, защита расстоянием. Смысл заключается в том, что излучение уменьшается при удалении от компактного источника.

• Защита веществом. Необходимо стремиться к тому, чтобы между вами и источником было как можно больше вещества. Чем оно плотнее и чем его больше, тем значительнее часть радиации, которое оно может поглотить.

• Защита экранированием.  Наибольший коэффициент защиты имеют обеднённый уран, свинец, сталь.

• Химическая защита. Ослабление воздействия излучения на организм введением в него химических веществ, называемых радиопротекторами.

Рекомендации по снижению радиационного фона в быту: чаще проветривать помещения, чаще бывать на свежем воздухе, долго не говорить по сотовому телефону, использовать громкую связь; вести активный образ жизни.

Наиболее эффективным питанием в борьбе с ионизирующим излучением является употребление продуктов, содержащих селен, пектин, клетчатку. Важно ежедневное потребление большого количества жидкости, так как вода способствует вымыванию радионуклидов.

Таким образом полученные нами знания, помогут избежать опасного для организма излучения.

2.Практическая часть. Исследование

2.1. Исследование и проведение опытов, замеры радиации вокруг себя

Радиоактивность естественна и постоянно окружает нас. Это называется фоновым излучением. Можно измерить его с помощью дозиметра, счетчика Гейгера. Для измерений я взял счетчик с цифровым дисплеем.

Опыт №1. В течение всего своего исследования я производил замеры радиации вокруг себя, наиболее интересные я отразил в своей работе:

Первый мой эксперимент начался с измерения фонового уровня радиации у меня дома, показатель уровня радиации равен 0,14 МкЗв/час. 

Затем я взял папины часы (Рис.8), в которые помещена герметичная колба с тритием, стенки которой покрыты люминофором. Идея таких часов пришла создателю часового бренда Traser. Взаимодействие трития и люминофора дает эффект мини-реактора и в результате получается свечение. Пока тритий не распадется такая подсветка часов будет постоянна (больше 25 лет). Замеры дозиметром показали 0,11 МкЗв/час. 

Рис.8 Часы с тритием

Показательным для меня замером радиации стал случай в конце лета 2024 года, когда мой брат Тихон сломал лучевую кость, и врачи провели операцию по восстановлению руки. Для проведения операции и последующей оценки ее результата ему проводили несколько рентгенологических исследований. Перед поступлением в отделение, в момент ожидания братом рентгена, я сделал замер радиации около отделения (Рис.9). Результат 0,11 МкЗв/час.

Рис.9 Отделение лучевой диагностики КДМЦ

На двери отделения висел знак, предупреждающий о радиации, рядом находилась информация о том, как уменьшить воздействие радиации и какие продукты помогают ускорить ее выведение из организма.

Затем я передал дозиметр маме, сопровождающей брата в отделение. До начала исследования прибор также показывал 0,11 МкЗв/час. Маме и Тихону одели освинцованные фартуки, для защиты организма. Во время проведения рентгена цифры стали быстро расти и показания выросли до 4,29 МкЗв/час, сопровождаемые звуковым сигналом. Рентген помог врачам поставить диагноз и провести грамотное лечение моему брату. Вот наглядный пример пользы, полученной с использованием радиации.

Опыт №2. Экранирование

Возьму различные объекты, чтобы продемонстрировать экранирующую способность материалов. Для этого пригодятся картонный лист и фольга. Также возьму источник, содержащий излучение. Продемонстрирую как можно блокировать альфа-излучение тонким картоном или фольгой (Рис.10). 

Рис.10. Экранирование альфа-излучения тонким картоном и фольгой

Опыт №3

Для опыта нам потребуются: высокая стеклянная ваза, черная тушь, шприц. Нальем в вазу воду. Поставим на стол и подождем минут двадцать. Вода должна успокоиться и перестать двигаться.

Теперь с помощью шприца капнем в воду немного туши (Рис.11). Поскольку плотность туши больше плотности воды, капля станет опускаться на дно под действием силы тяжести. Теперь внимательно рассмотрим, как именно опускается тушь в воде. Мы видим, что капля разбивается на отдельные струи, которые распространяются в разные стороны. На конце каждой струи формируется что-то вроде кольца или грибка. Это хорошо видно на фотографии. Эта картина напоминает перевернутый ядерный взрыв. Оказывается, что законы для жидкостей и газов в некоторых случаях очень похожи. Формирование струи газа при определенных условиях похоже на формирование струи воды.

Рис.11. Проведение опыта с тушью

Что происходит, когда взрывается атомная бомба? Огромная энергия выделяется из взрывающегося урана, и температура в месте взрыва становится почти такой же, как на поверхности Солнца. Воздух мгновенно раскаляется и расширяется. Расширяясь, воздух становится менее плотным и начинает подниматься вверх, в атмосферу. Посмотрим на фотографию настоящего ядерного взрыва, произведенного на атолле (коралловом острове) в 1968 году французским правительством (Рис.12). По своей структуре, то есть по тому, как взрыв устроен, он очень напоминает наши капли.

Получается, как будто воздушную каплю «капнули» в банку с холодным воздухом. Эта «капля» начинает подниматься, образуя струю (ножка ядерного гриба) и формируя очень запоминающийся «гриб». Точно по тем же законам, по которым формируется «гриб» на нашей капле в банке воды. Отличается только направление движения: воздух легче и поднимается вверх, капля тяжелее – и опускается вниз.

Рис. 12. фотография ядерного взрыва, сделанного французами в 1968 году.

Опыт №4. Я решил сделать нечто похожее на рентгеновский аппарат. Сначала сделаем экран будущего аппарата. Возьму лист плотного картона, посередине вырежу прямоугольное отверстие и заклею его тонкой бумагой. С помощью подставок установлю его на столе вертикально (Рис.13).

Рис.13 Проведение опыта по созданию рентгена.

Из второго листа картона вырежу форму напоминающую руку, и контур костей меньшего размера. Закреплю вырезанные контуры на подставках.

Размещаю за экраном два фонаря. Между первым фонариком и экраном расположу контур руки, между второй и экраном – контур лучевой кости.

Включаю одну из ламп – она осветит контур руки. Затем включаю вторую лампу. Скорректирую положение контура костей таким образом, чтобы тень от него совпала с тенью руки.

Таким образом, когда я включаю лампы, лучи света встречают на своём пути препятствия – контуры руки и костей, которые отбрасывают тени на бумагу. При совмещении теней на противоположной стороне экрана мы видим изображения руки с косточками внутри, будто мы действительно пропустили через руку рентгеновские лучи. Результат можно сравнить с настоящим рентгеновским снимком, который я взял у брата (Рис.14), результат показателен.

Рис.14. Рентген

2.2. Исследование радиации в путешествии.

Гипотезу о том, что радиация присутствует вокруг нас я решил подтвердить, сделав замеры радиации, путешествуя по стране, а также в своем родном городе. Например, в Белогорском монастыре замеры показали 0,7 -0,11 МкЗв/час. А в г. Екатеринбург, я решил проверить отличаются ли показания радиации в зависимости от этажа (Рис.15). Так, показатели на 1 этаже гостиницы Высоцкий были 0,09 МкЗв/час, зато на 40 этаже уже 0,20 МкЗв/час. Но необходимо учитывать, что на высоком этаже гостиницы не открываются окна, а следовательно это плохо проветриваемое помещение. В г. Пермь в гостинице замеры показали следующие цифры: 0,07-0,09 МкЗв/час.

Рис.15 Замер радиоактивности в гостинице Высоцкий.

В июне 2024 года мы с семьей организовали поездку на озеро Тургояк. Озеро Тургояк – уникальный природный объект, Международной ассоциацией АКВА внесено в список 100 ценнейших водоемов мира. Тургояк — самое прозрачное озеро на всём Урале и считается вторым по прозрачности в России.

Широкое развитие гранитных массивов в районе озера Тургояк безусловной предпосылкой высокой радоноопасности территории и самого озера. Я изучил результаты измерений содержания радона в воде озера Тургояк полученных в ходе планового радиационного контроля водоисточников в лаборатории радиационного контроля ООО «Радиоэкологическая лаборатория МГРТ». Пробы поверхностных вод отбирались летом 2003 г. и 2019 г., зимой 2004 и весной (апрель) 2019 г. Результаты измерений проб воды, отобранных из поверхностных вод озера Тургояк, имели очень низкие значения содержания радона. Установленный в России уровень вмешательства для радона-222 в питьевой воде составляет 60 Бк/л. В поверхностном слое воды озера Тургояк концентрация радона не превышает даже 1 Бк/л. С течением времени его показатели существенно не изменились. Вода с таким содержанием радона никакой опасности для здоровья человека не представляет.

Рис.17 Замер радиации у озера Тургояк

Самостоятельно замерить уровень радиации я смог на берегу озера Тургояк (результат 0,11 МкЗв/час.) и на территории базы у озера Тургояк (результат 0,20 МкЗв/час.) (рис. 17). Уровень радиации на исследуемой территории безопасен для здоровья человека.

2.3. Замеры радиации в г. Набережные Челны, Создание карты Гейгера в г. Набережные Челны

Информационным центром атомной отрасли Госкорпорации «Росатом» был запущен процесс создания карты радиации России, названной «карта Гейгера». Благодаря данной карте можно увидеть естественную радиационную обстановку городов. Рассмотрев карту Гейгера России, я решил создать подобную карту на основании полученных мною данных в г. Набережные Челны. Для этого мною были произведены замеры в различных точках города. Полученные данные были занесены в таблицу №1.

Таблица №1

Проведение замеров радиации в г. Набережные Челны

Для создания макета карты Гейгера г. Набережные Челны я распечатал карту города, нанес ее на пробковую доску. Для меток с замерами радиации я использовал кнопки. Таким образом получился наглядный макет карты Гейгера по исследуемому городу (Рис.18).

Рис.18. Карта Гейгера г. Набережные Челны.

В результате проделанной работы можно сделать вывод, что естественный фон радиации присутствует во всех городах, которые я посетил. Однако уровень радиации, имеющийся вокруг нас, указывает на то, что она не будет наносить существенного вреда на человеческий организм.

Заключение

В результате проведения исследовательской работы я получил больше знаний о радиации, а также понял, что при умелом использовании, она не будет наносить существенного вреда на человеческий организм.  

В процессе анализа отрицательных последствий радиации я пришел к следующим результатам:

1. Я смог объективно оценить степень опасности радиоактивного излучения;

2. Обобщил наиболее известные сведения о радиации, опасности для населения от всех известных источников ионизирующих излучений;

3. Получил знания, которые позволяют избежать большинства отрицательных воздействий радиации на организм человека и тем самым сберечь свое здоровье, здоровье своих близких людей.

Гипотеза, поставленная мной в начале моего исследования, подтвердилась, действительно радиация присутствует вокруг нас, она везде, данный факт подтверждает и проделанная работа по созданию мной карты Гейгера г. Набережные Челны. Это означает, что радиоактивное излучение в природе является нормальным явлением. В ходе исследования я понял, кроме негативного радиационного воздействия, человек сталкивается с его положительной стороной, когда речь заходит о медицинских обследованиях и процедурах. Обратить радиацию на благо смогли ученые, употребив ее в медицине и других отраслях.

Я считаю, что нельзя оставаться равнодушным и к проблеме радиоактивного загрязнения. Тем более, что в мире на данный момент очень сложная ситуация. На мой взгляд, наше государство заботится о безопасности своих граждан и проводит все возможные меры для предотвращения различных аварий. В целом, можно заключить, что радиация – важная часть нашей жизни, только при том условии, что она будет направлена в мирное русло. Подводя итог, подчеркну, что грамотный подход к использованию радиоактивности служит на благо человечеству.

Список использованных источников

1. Толковый словарь русского языка:72500 слов и 7500 фразеологических выражений/ Россий кая Академия Наук. Институт русского языка; Российский фонд культуры; - М.: АЗЪ, 1993. – 960 с.

2. Радиоэкологическая обстановка. Урал и экология: Учебное пособие/Ред. Черняев А.М., Урванцев Б.А. - Екатеринбург, 2000.-С.57-66.- (Природа Урала. Вып.5)

3. Булдаков Л. А., Калистратова В. С. Радиоактивное излучение и здоровье. М.: Информ-Атом, 2013. - C. 165.

4. Шубик, В.М. Жизнь с радиацией. Книга 1. Мирный атом: польза – вред:Моногр./В.М. Шубик. – М.: СИНТЕГ,2011. – 217с.

5. http://www.kakras.ru/doc/dosimeter-radiometer.html

6. http://www.radiation.ru/begin/begin.htm

7. http://dozimetr.biz

8. https://geiger.myatom.ru/?ysclid=m0c9aawxho583760582