XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение уровня радиации в отдельных классах и помещениях МБОУ «Березовская СШ»

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Вилков Б.А. 1

---

1МБОУ "Березовская СШ"

Кудачкина С.Н. 1

---

1МБОУ "Березовская СШ"

Работа в формате PDF

154.5 KB

Введение:

Все мы, где бы ни находились, подвергаемся воздействию излучения. Свет от солнца - это видимое излучение, а есть такое, которое наш глаз не видит. Излучают любые предметы и организмы на земле, потому что состоят из мельчайших частиц - атомов. Есть даже такое понятие как естественный радиационный фон Земли, который складывается из невидимых космических лучей, излучения ядра нашей планеты и тяжелого газа радона, который выходит на поверхность Земли через трещины в её коре, при добыче полезных ископаемых и воды.

Радиации не надо бояться. Человек постоянно подвергается воздействию небольшого радиационного фона (0,08-0,3 мкЗв/ч). В Нижегородской области уровень радиационного фона в среднем составляет 0,11 мкЗв/ч – 0,12 мкЗв/ч. Такой уровень радиации считается допустимым. В малом количестве радиация может излечивать болезни. Но в больших дозах радиация опасна и может привести даже к смерти.

Особенно опасна радиация для детей, т.к. может повлиять на развитие растущего организма. Поэтому очень важно определить в норме ли окружающий вас радиационный фон в школе, дома и на улице. И соответствует ваш личный человеческий фон норме?

Противоречие:

Уровень радиации увеличивается вместе с количеством техники в школе.

Проблема:

Повышенный уровень радиации пагубно влияет на здоровье школьника.

Объект исследования:

Радиация как явление.

Предмет исследования:

Радиоактивный фон в школе.

Цель работы:

Выявление способов, снижающих воздействие радиации на школьников.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.

2. Выявить источники радиоактивного излучения в отдельных помещениях МБОУ «Березовская СШ».

3. Измерить уровень радиации в отдельных помещениях МБОУ «Березовская СШ».

4. Проанализировать результаты измерения уровня радиации в некоторых помещениях МБОУ «Березовская СШ».

Гипотеза:

Возможно, уровень радиации зависит не от количества техники в помещении, а от проветривания и влажной уборки.

Глава I. Что нужно знать о радиации.

1.1. Что такое радиация.

Радиация — это ионизирующее излучение, которое образуется при распаде радиоактивных частиц.

Человек ежедневно контактирует с радиацией. В зависимости от происхождения её источники делят на естественные, искусственные и техногенные.

Естественный радиационный фон окружает человека повсюду: фонит почва, вода, воздух и даже космос. Каждый день люди вдыхают с воздухом или употребляют с водой и продуктами некоторое количество радиоактивных молекул.

Искусственный радиационный фон в основном представлен медицинскими источниками излучения: рентгеновскими аппаратами, томографами, аппаратами для флюорографии, радиофармацевтическими препаратами, применяемыми для диагностики и лучевой терапии.

Существуют и так называемые техногенные источники радиации. К ним относят работу крупных производств, например, тепловых электростанций (ТЭЦ). Кроме того, иногда техногенными источниками выступают крупные аварии на атомных электростанциях (АЭС).

1.2. История радиации.

Первым обнаружил радиацию французский исследователь Анри Беккерель в 1896 году. Он проводил эксперимент и выяснил, что вещество с солями урана (радиоактивный металл) в составе засвечивает фотопластинки даже через светонепроницаемую бумагу. 1 марта 1897 года он выступил с докладом «Исследование урановых лучей».

Термин «радиоактивность» впервые применила Мария Склодовская-Кюри. Именно ее наблюдения свойств урана и тория привели к открытию этого явления. Склодовская-Кюри открыла два новых радиоактивных элемента: полоний и радий. В 1903 году Мария и ее муж Пьер Кюри получили Нобелевскую премию в области физики.

В 1895 году Вильгельм Конрад Рентген, немецкий физик, открыл излучение, которое позволяло бы заглянуть внутрь человеческого тела, и назвал его «рентгеновскими лучами». Это открытие ознаменовало начало медицинского использования радиации.

Впоследствии Вильгельм Конрад Рентген и Мария Кюри умерли от онкологических заболеваний. Существуют данные, что к концу 1950-х годов, 359 человек, работавших с радиацией (в основном врачи и другие ученые) погибли в результате радиационного облучения, не зная о необходимости защиты от него.

1.3. Виды излучения.

Излучение имеет сложный состав: альфа, бета, гамма-излучение.

Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных альфа-частиц, возникающих в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.

Бета-излучение также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов или позитронов, испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникатьвглубь тела на 10-15 сантиметров. Благодаря таким свойствам, для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла.

Гамма-излучение еще один вид корпускулярного типа излучений. Гамма-излучение представляет собой поток нейтронов. Гамма-излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т.д. Излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от гамма-излучения являются водородсодержащие материалы.

1.4. Единицы измерения радиоактивности.

Единицей измерения радиоактивности служит беккерель (Бк, Bq). Один беккерель равен одному распаду в секунду. Часто используют внесистемную единицу – кюри (Ки, Ci). Один кюри соответствует числу распадов в секунду в 1 грамме радия. 1 Ки = 3,7^.10¹⁰ Бк.

Широко известная внесистемная единица рентген (Р, R) служит для определения экспозиционной дозы. Один рентген соответствует дозе рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 см³ воздуха образуется 2^.10⁹ пар ионов. 1 Р = 2,58^.10^-4 Кл/кг.

Чтобы оценить действие излучения на вещество, измеряют поглощенную дозу, которая определяется как поглощенная энергия на единицу массы. Единица поглощенной дозы называется рад (от английского radiation absorbed dose). Один рад равен 100 эрг/г. В системе СИ используют другую единицу – грей (Гр, Gy). 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

Биологический эффект различных видов излучения неодинаков. Это связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого организма. Поэтому для оценки биологических последствий используют биологический эквивалент рентгена – бэр (в английском языке - rem, Roentgen Equivalent of Man). Доза в бэрах эквивалентна дозе в радах, умноженной на коэффициент качества излучения. Для рентгеновских, бета- и гамма-лучей коэффициент качества считается равным единице, то есть бэр соответствует раду. Для альфа-частиц коэффициент качества равен 20 (это означает, что альфа-частицы вызывают в 20 раз более сильное повреждение живой ткани, чем та же поглощенная доза бета- или гамма-лучей). Для нейтронов коэффициент составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии. В системе СИ для эквивалентной дозы введена специальная единица, называемая зиверт (Зв, Sv). 1 Зв = 100 бэр. Эквивалентная доза в зивертах соответствует поглощенной дозе в греях, умноженной на коэффициент качества.

1.5. Прибор для измерения радиации.

Дозиметр — прибор для измерения эффективной дозы или мощности ионизирующего излучения в том месте, где он находится за некоторый промежуток времени. Само измерение называется дозиметрией.

Типы дозиметров:

- Профессиональный (Прил.2).

Помимо измерения дозы излучения могут измерять активность радионуклида в каком-либо образце: предмете, жидкости, газе и т. д.

Дозиметры-радиометры могут измерять плотность потока ионизирующих излучений для проверки на радиоактивность различных предметов или оценки радиационной обстановки на местности.

- Бытовой (Прил.1).

Недорогие индивидуальные дозиметры, которые измеряют мощность дозы ионизирующего излучения на бытовом уровне с невысокой точностью измерения— для проверки продуктов питания, строительных материалов и т.д.

Индивидуальный дозиметр поможет прежде всего тем, кто часто бывает в районах, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС (как правило, все эти места хорошо известны).

Кроме того, такой прибор может быть полезен в незнакомой удаленной от цивилизации местности (на пример при сборе ягод и грибов в достаточно "диких" местах) при выборе места для строительства дома, для предварительной проверки привозного грунта при ландшафтном благоустройстве.

1.6. Что вокруг нас радиоактивно.

Человек, как и весь окружающий его мир, радиоактивен. В пище, питьевой воде и воздухе также всегда присутствуют следовые количества естественных радиоактивных веществ. Поскольку природная радиация - неотъемлемая часть нашей повседневной жизни, ее называют фоновой.

В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 5 до 20 микрорентген в час. По сложившемуся мнению, такой уровень радиации не опасен для человека и животных, хотя эта точка зрения неоднозначна, так как многие ученые утверждают, что радиация даже в малых дозах приводит к раку и мутациям. В связи с тем, что повлиять на естественный уровень радиации мы практически не можем, нужно стараться максимально оградить себя от факторов, приводящих к значительному превышению допустимых значений.

Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий-40 и рубидий-87.

Учтем, что современный человек до 80% времени проводит в помещениях - дома или на работе, где и получает основную дозу радиации: хотя здания защищают от излучений извне, в стройматериалах, из которых они построены, содержится природная радиоактивность.

Существенный вклад в облучение человека вносит радон и продукты его распада. Основным источником этого радиоактивного инертного газа является земная кора. Радон появляется после распада урана в почве. Газ не имеет цвета и запаха. Люди годами могут не подозревать, что вдыхают это вещество. Проникая через трещины и щели в фундаменте, полу и стенах, радон задерживается в помещениях. Другой источник радона в помещении - это сами строительные материалы (бетон, кирпич и т.д.) содержащие естественные радионуклиды, которые являются источником радона. Радон может поступать в дома также с водой, при сжигании природного газа и т.д.

За последние полвека человек научился искусственно создавать радиоактивные элементы и использовать энергию атомного ядра в самых разных целях. Возникающее при этом излучение стали называть техногенным. Техногенная радиоактивность возникает также вследствие человеческой деятельности. По мощности техногенная радиация может во много раз превосходить природную, но физическая суть у них одна. Поэтому на окружающие предметы и живые организмы природная и техногенная радиация действуют одинаково. Осознанная хозяйственная деятельность, в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование естественных радионуклидов, приводит к заметным изменениям естественного радиационного фона.

Сюда относится добыча и сжигание каменного угля, нефти, газа, других горючих ископаемых, использование фосфатных удобрений, добыча и переработка руд.

1.7. Последствия облучения.

Радиация может быть нейтральной, полезной или губительной. Всё зависит от дозы и площади облучения.

Так, малые дозы — до 5 мЗв в год — никак не отражаются на здоровье.

Более высокие дозы могут помочь вылечить онкологическое заболевание, если применяются локально и кратковременно. Их используют при лучевой терапии рака. Польза для здоровья в этом случае перевешивает потенциальный вред от облучения.

Высокие дозы облучения могут разрушать клетки, ткани и органы и приводить к тяжёлым последствиям.

Так, доза облучения в 1000 мЗв может привести к лучевой болезни, в 2000 мЗв — увеличивает риск развития онкологических заболеваний, а в 3000 мЗв — угрожает жизни облучённого.

Головной мозг, хрусталик глаза и щитовидная железа у детей более чувствительны к воздействию радиации, чем у взрослых. Причины этого до конца не изучены, но врачи считают, что повышенная чувствительность некоторых тканей у детей обусловлена высокой скоростью роста и деления клеток. Теоретически возможны и генетические эффекты, однако даже среди 78 тысяч японских детей, переживших атомную бомбардировку Хиросимы и Нагасаки, не обнаружили увеличения числа случаев наследственных болезней.

Глава II.Измерение радиационного фона в школе

2.1. Определение уровня радиоактивности в школе.

Для измерения радиационного фона в школе я пользовался бытовым дозиметром SOEKS 01M Prime (Прил.1) и профессиональным дозиметром SOEKS Квантум (Прил. 2). Приборы предназначены для измерения накопленной дозы радиации, оценки уровня радиоактивного фона и обнаружения предметов, продуктов питания, строительных материалов, зараженных радиоактивными элементами.

Они производят оценку радиоактивного фона по величине мощности ионизирующего излучения (гамма-излучения и потока бета-частиц) с учетом рентгеновского излучения.

В качестве датчика ионизирующего излучения в бытовом дозиметре применен счетчик Гейгера-Мюллера.

Профессиональный дозиметр оснащен двумя счетчиками Гейгера-Мюллера.

Прежде чем начать исследовательскую часть своей работы я ознакомился с устройством этого прибора. Я измерил уровень радиации в некоторых кабинетах школы, в школьной столовой, школьном коридоре, школьном туалете и школьном подвале. Сначала я измерил уровень радиации до проветривания, а потом после проветривания (Прил. 3). Затем измерил уровень радиации до влажной уборки и после влажной уборки (Прил. 4).

2.2. Анализ результатов измерения радиационного фона в школе.

Результаты исследования показали, что наивысший уровень радиации оказался в школьном подвале. Объяснить такой высокий уровень радиации можно тем, что радон из почвы поступает в подвал, а проветривается он очень редко. Но данный уровень радиации не превышает предельную норму в 0.30 мкЗв/ч. Во время измерения уровня радиации в кабинете информатики все компьютеры были включены. Единственной частью компьютера, которая излучает значимый уровень радиации, являются мониторы на электронно-лучевых трубках. В нашей школе не используется данный тип дисплеев, так как он устарел. Также, на фоне других помещений, выделяется уровень радиации в школьных коридорах. Коридоры на переменах не проветриваются, чтобы предотвратить заболевания детей, из-за этого уровень радиации в них повышен. В школьном туалете уровень радиации более высокий, чем в кабинетах и столовой. Причиной тому вода, которая, проходя под землей в канализационных трубах, облучается радиацией, идущей от земли.

Уровень радиации в помещении обычно связан с наличием радиоактивных веществ или частиц, а не столько с процессами уборки. Влажная уборка сама по себе не оказывает прямого влияния на уровень радиации в помещении, если речь идет о радиоактивных веществах или частицах.

Однако, влажная уборка может помочь в уменьшении количества пыли и загрязнения в помещении, что в свою очередь может снизить уровень присутствия радиоактивных частиц в воздухе.

Выводы и обобщение

Определено, что радиация — это ионизирующее излучение, которое образуется при распаде радиоактивных частиц. Источники радиации делятся на естественные, искусственные и техногенные. Первым обнаружил радиацию французский исследователь Анри Беккерель в 1896 году. Излучение имеет сложный состав: альфа, бета, гамма-излучение. Выявлено, что единицами измерения радиоактивности являются: беккерель, кюри, рентген, рад, грей, бэр и зиверт. Есть два типа дозиметров: профессиональный и бытовой. Определено, что человек, как и весь окружающий его мир, радиоактивен. Малые дозы облучения — до 5 мЗв в год — никак не отражаются на здоровье, а высокие, могут разрушать клетки, ткани и органы и приводить к тяжёлым последствиям. Определено, что дети более чувствительны к радиации, чем взрослые.

В ходе дозиметрических измерений выявлено, что общий уровень радиационного фона в МБОУ «Брезовская СШ» колеблется от 0.10 мкЗв/ч до 0.25 мкЗв/ч, что соответствует норме уровня радиационного фона – 0.30 мкЗв/ч.

Доказано, что радиационный фон в помещениях школы зависит от содержания радона в воздухе. Количество радона в воздухе зависит от его содержания в почве. Чем чаще помещение проветривается – тем уровень радиации ниже.

В результате кратковременного проветривания кабинетов в течение 15-20 мин., уровень радиационного фона снижается. Определено, что средний уровень радиационного фона в МБОУ «Березовская СШ» (0.175 мЗв/ч) выше среднего показателя по Нижегородской области (0.12 мЗв/ч) почти в 1.5 раза. Это связано с природным радиационным фоном, создаваемым грунтом, содержащим радон (радиоактивный элемент). Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в воздухе существенно различается в разных точках земного шара. Для уменьшения уровня радиационного фона в помещении нужно регулярно его проветривать и делать влажную уборку.

Гипотеза подтвердилась, уровень радиации зависит не от количества техники в помещении, а от проветривания и влажной уборки.

Библиографический список

1. Э. Кэбин. Радиация. Опасности реальные и ложные. Попытка популярного изложения актуальных проблем радиационной экологии.

2. И. Я. Василенко, О. И. Василенко. Радиационный риск при облучении в малых дозах ничтожно мал.

3. Булатов В.И. Россия радиоактивная. – Новосибирск: ЦЭРИС, 1996. – 267 с.

4. Радиация в школе и дома [Электронный ресурс]https://globallab.ru/ru/project/list/radiatsionnyi_fon_v_shkole_i_doma/general/

5. Чем опасна радиация, как ее обнаружить и защититься [Электронный ресурс]https://trends.rbc.ru/trends/industry/637f7f179a7947706b533043

6. Радиоактивность и единицы ее измерения [Электронный ресурс]https://www.nkj.ru/archive/articles/5707/

Приложение 1

П риложение 2

Приложение 3

Приложение 4