XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнение радиационного фона на улицах в разных районах центральной части города Екатеринбурга

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Денисламова М.С. 1

---

1Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования - Городской детский экологический центр

Швецова Т.Р. 1

---

1Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования - Городской детский экологический центр

Работа в формате PDF

179 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность:

Проведено исследование радиации в городе Екатеринбурге зимой 2023-2024. Поблизости от Екатеринбурга располагается Белоярская АЭС – она может излучать некоторую радиацию, но исследования показывают [1, 5], что сегодня она не влияет на общий радиоактивный фон. Главная причина беспокойства жителей города по поводу радиации – ВУРС, или Восточно-уральский радиоактивный след. Также на фон влияет наличие в городе и его окрестностях гранита [1, 5]. Изучено 5 источников информации по теме исследования. Самостоятельно спланированы сроки, выбраны точки, проведено измерение радиационного фона в 7 районах города Екатеринбурга Свердловской области, проведена математическая обработка полученных данных, выявлены места с незначительным превышением среднего уровня.

Проблема:

Необходим мониторинговый контроль уровня радиации для своевременного установления случаев превышения норм радиации в городе Екатеринбурга.

Территория исследования:

Город Екатеринбург, 7 районов (кроме Академического)

Объект исследования:

Радиационный фон

Предмет исследования:

Показатель уровня радиационного фона в отдельных точках на улицах семи районов города Екатеринбурга (местах скопления людей)

Цель:

Изучить радиационный фон на улицах в районах города Екатеринбурга

Задачи:

1. изучить, какие факторы могут влиять на радиационный фон города Екатеринбурга

2. измерить показатель уровня радиационного фона в отдельных точках на улицах семи районов города Екатеринбурга (в местах массового скопления людей) с помощью дозиметра;

3. сравнить средние полученные показатели по районам города между собой.

Гипотеза:

Вероятно, есть незначительные превышения нормы радиационного фона в отдельных местах массовых скоплений людей города Екатеринбурга.

Методы:

Измерение уровня радиации прибором – Радекс».

Наблюдение и выявление внешне заметных особенностей, объясняющих превышение фоновых значений.

Сравнение данных по районам: математическая обработка, интерпретация.

Визуализация (построение диаграммы).

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1.Теоретическая часть

1.1.1. Принцип работы дозиметра

Радиация (от лат. Radio – «луч») – это термин, который применяется не только по отношению к радиоактивности, но и для ряда физических явлений, таких как: солнечная радиация, тепловое излучение и даже видимый свет. Вследствие этого, в отношении радиоактивности необходимо использовать принятое Международной комиссией по радиационной защите (МКРЗ) словосочетание “ионизирующее излучение” [1].

Дозиметр - прибор для измерения дозы излучения или связанных с ней величин. Для одного вида излучений существуют специальные модели (например, нейтронные и g-дозиметры), или для смешанного излучения.

В зависимости от типа детектора модели делятся на:

• ионизационные - (с ионизационной камерой или со счетчиком Гейгера)

• люминесцентные (сцинтилляционные - по скорости счета дают плотность потока частиц (не дозу), термо- и фотолюминесцентные).

• полупроводниковые

• фотографические (по потемнению пленки)

В работе был использован дозиметр ионизационный, с ионизационной камерой, т.е. он может измерять мощность всех излучений, кроме альфа- (бета-, гамма- и рентгеновское).

Основной составной частью приборов ионизирующих излучений являются ионизационная камера. В стенке камеры, а также в её центре расположены электроды. В нормальном состоянии молекулы и атомы газа нейтральны, поэтому при повышении разности потенциалов электродов электрический ток через ионизационную камеру не проходит.

Если такую камеру поместить в зону действия ионизирующего излучения, в ней происходит ионизация газа с образованием заряженных ионов, которые после повышения разности потенциалов будут направленно перемещаться к электродам противоположного знака. Ток, возникающий в результате перемещения ионов в камере, может быть измерен специальным прибором — гальванометром или амперметром.

При определенных условиях ионизационный ток пропорционален числу ионов и зависит от величины дозы излучения, поглощенной в камере. В газоразрядных трубках, в отличие от ионизационных камер, электроны, образующиеся при воздействии излучений, приобретают большую энергию и в свою очередь вызывают ионизацию других молекул и атомов газа. В связи с этим первичная ионизация газа, обусловленная воздействием излучений, значительно усиливается и, следовательно, имеется возможность регистрации очень малых величин доз ионизирующих излучений.

Дозиметры ионизирующих излучений имеют несколько диапазонов измерений, которые устанавливаются непосредственно перед исследованием. Измерения начинали производить с максимального диапазона и постепенно выбирали диапазон, соответствующий данному конкретному случаю.

Диапазон показаний мощности дозы используемого дозиметра – от 0.05 до 999 мкЗв/ч. В данном исследовании фон был измерен с параметрами: радиационный фон с порогом до 0.30 мкЗв/ч, но в отдельных случаях его приходилось повышать.

1.1.2. Что влияет на радиационный фон?

На радиационный фон влияет множество факторов, что нас окружают, и даже сами люди. Теоретические основы темы рассмотрены (Приложение 4,5).

Естественный радиоактивный фон является натуральной средой обитания человека, если он не превышает естественных уровней. На планете есть участки с повышенной радиоактивностью относительно среднего уровня на всей планете. Однако в большинстве случаев, каких-либо весомых отклонений в состоянии здоровья населения при этом не наблюдается, так как эта территория является их естественной средой обитания. Примером такого участка территории является, например, штат Керала в Индии.

Для истинной оценки, возникающих иногда в печати пугающих цифр, следует отличать:

• естественную, природную радиоактивность;

• техногенную, т. е. изменение радиоактивности из-за влияния человека (сбросы промышленных предприятий, добыча ископаемых, аварийные ситуации и т.д.).

Обычно устранить элементы природной радиоактивности почти невозможно, да и не нужно. Например, К-40, Ra-226, Th-232, U-238, которые повсюду распространены в почве и земной коре и находятся практически во всем, что нас окружает, и даже в самих людях.

Из всех природных радионуклидов наибольшую опасность для здоровья человека представляют продукты распада природного урана (U-238) – радий (Ra-226) и радиоактивный газ радон (Ra-222). Главными источниками радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия, занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов, например, добыча и переработка урановых руд, нефти, газа, производство строительных материалов, предприятия энергетической промышленности и другие.

Радий-226 хорошо подвержен выщелачиванию из минералов, содержащих уран. Этим свойством объясняется наличие крупных количеств радия в некоторых видах подземных вод, которые из-за этого применяются в медицине. Диапазон содержания радия в подземных водах варьирует от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л.

Значительной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226 – радон-222.

Радон – инертный, радиоактивный газ, без цвета и запаха с периодом полураспада 3.82 дня.

Он излучает альфа-частицы (атомы гелия). При этом он в 7,5 раза тяжелее воздуха, поэтому чаще всего концентрируется в погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и так далее.

Считается, что до 70% действия радиации на население связано с радоном в жилых зданиях.

Главным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):

• водопроводная вода и бытовой газ;

• строительные материалы (щебень, гранит, мрамор, глина, шлаки, и др.);

• почва под зданиями.

Так, главными источниками, влияющими на естественный радиационный фон, является радон, который скапливается в непроветриваемых, близких к земле помещениях, природные изотопы, находящиеся в породах, которые выкопал и приблизил к себе человек и медицинские источники. То есть предполагается, что значительные изменения радиационный фон города будет претерпевать в подвальных помещениях (паркингах и метро), больницах, памятников и других сооружений из природных материалов, а также на стройках и открытых, вскопанных территорий, таких как стройка.

1.1.3. Допустимые значения доз радиации

Степень радиационной безопасности населения характеризуют следующие значения эффективных доз облучения от всех основных природных источников излучения:

• Менее 5 мЗв/год (0.57 мкЗв/ч) – приемлемый уровень облучения населения от природных источников излучения;

• Свыше 5 до 10 мЗв/год (от 0.57 до 1.14 мкЗв/ч) – облучение населения является повышенным;

• Более 10 мЗв/год (1.14 мкЗв/ч) – облучение населения является высоким.

Мероприятия по снижению уровней облучения природными источниками излучения должны осуществляться в первоочередном порядке для групп населения, подвергающихся облучению в дозах более 10 мЗв/год (1.14 мкЗв/ч) [4].

Но также радиация нужна человеку [5]. Поэтому значения ниже 0.1 мкЗв в данном исследовании тоже считались, как не относящиеся к норме, при этом она не опасна для человека.

1.2. Материалы и методы

Измерение уровня радиации приборами – дозиметром «Радекс».

Наблюдение и выявление внешне заметных особенностей, объясняющих превышение фоновых значений.

Сравнение данных по районам: математическая обработка (среднее арифметическое по каждому из 23 мест, и по каждому из 7 районов), интерпретация.

Визуализация: построение на основании таблиц данных в формате.

Материалом для исследования явились полученные нами данные измерений радиации в разных районах города Екатеринбурга за период декабрь 2023 - январь 2024 (рис.1).

Условия работы:

1. В зимнее время: температура на улице от -15 С° до -25 С°.

2. Также были сделаны измерения в помещении при комнатной температуре от +17 С° до +25 С°: дома и в школе.

Используемые приборы

Измерение уровня радиации прибором «Индикатор радиоактивности «Радекс РД1706». Измерения проводилив микрозивертах в час (мкЗв/ч), и переводили в микрорентген в час (мкР/ч).

Диапазон показаний мощности дозы используемого дозиметра – от 0.05 до 999 мкЗв/ч. В данном исследовании фон был измерен с параметрами: радиационный фон с порогом до 0.30 мкЗв/ч, но в отдельных случаях его приходилось повышать.

1.3. Собственные результаты

По результатам обследования на 23 точках семи районов получено 92 измерения.

Было установлено, что средние арифметические цифры невелики, уровень радиоактивности находится внутри условной нормы с 10 до 20 микрорентген в час.

При измерении установлено, что цифры повсеместно выше 7 микрорентген в час.

Были произведены измерения в 3 или 4 точках в каждом районе города Екатеринбурга: по 3 и более раз в каждой точке.

Рис.1. Уровень радиоактивности различных местах массового скопления людей по районам мегаполиса Екатеринбурга (мкЗВ/ч), январь 2024 (собственные исследования)

При этом выявлены единичные (максимальные) незначительные превышения нормы 0 до 25 микрорентген в час, в Чкаловском, Кировском и Октябрьском районах, а также понижения во всех районах, кроме Октябрьского.

При измерении в помещении уровень в квартире автора – 24 микрорентгена в час.

Внутри школы уровень радиоактивности от 13 до 16 мкР/ч, при этом, снаружи выше, чем внутри.

В паркингах и метро уровень радиоактивности, вопреки ожиданиям, понижался в среднем на 1-2 мкЗв/ч. Предположительно, из-за значительной изоляции от окружающей среды, фон больше понизился, чем повысился.

Проведен эксперимент по измерению уровня радиоактивности возле приборов: холодильника, компьютера, электроприборов в аквариуме – 16-18 мкР\ч.

Возможно, такое значительное превышение показаний по сравнению с общим фоном произошло из-за электромагнитного и магнитного излучений. Необходимо провести измерения этих излучений и сравнить с показаниями дозиметра, т.к. возможно качество его работы также зависит от этих излучений.

Рядом с теми памятниками, сделанными из гранита, возле которых были проведены измерения, показания оказались выше среднего (см. ниже).

Были сделаны измерения радиационного фона около ж/д вокзала. Средний показатель – 0.08 мкЗв/ч. На расстоянии 3 м дозиметр уже показывал 0.09; 2м – 0.11, при поднесении дозиметра близко к граниту - он показал результат 0.14 мкЗв/ч.

Посторонних факторов не было, эти повышения значений зависели исключительно от гранита, из которого изготовлен памятник.

Были сделаны замеры радиационного фона около театра Драмы. Средний показатель – 0.10 мкЗв/ч. Результаты заметно превышают норму. На расстоянии 10 м от гранитного шара на фонтане дозиметр показывал 0.22 мкЗв/ч, 5 м – 0.34 ; 1м – 0.45; вплотную к граниту – 0.6.

Безопасной для человека считается доза до 0.20 мкЗв/ч, допустимой – до 0.50 мкЗв/ч.

Заключение

1. Изучив литературные источники, выяснили, что на радиационный фон могут влиять: естественный фон, газ радон, природные изотопы, медицинские приборы для рентгена и флюорографии.

2. С целью изучения радиационного фона на улицах семи районов города Екатеринбурга (кроме Академического) дозиметром «Радекс» был измерен показатель уровня радиационного фона. Количество мест измерений = мест скопления людей - 23. Общее количество измерений – 92 (Приложение 1 Таблица 1).

Проведена математическая обработка данных, по средним показателям, и для визуализации составлена диаграмма (Приложение 2 Рис.2).

3. В процессе исследования выявлены отдельные точки, где результаты измерения радиационного фона обнаружили максимальные показатели, незначительно превышающие норму, с превышением нормального уровня, в пределах допустимых показаний. При этом средние цифры не превышают безопасную норму.

4. Анализ показал, что средний показатель радиационного фона по городу – 11 мкР/ч (Приложение 1 Таблица 1; Приложение 2 Таблица 2). При сравнении с данными, опубликованными в Государственном Докладе наши измерения совпали, и сопоставимы с фоновым значением по Свердловской области [1].

Наиболее высокий уровень радиационного фона в Октябрьском районе (Приложение 2 Таблица 2).

Превышает средние показатели по городу – данные по Кировскому и Верх-Исетскому районам (Приложение 3 Рис.3).

Отмечено повышение уровня радиационного фона около гранитных памятников.

Необходим мониторинговый контроль уровня радиации для своевременного установления случаев превышения норм радиации в городе Екатеринбурга.

Литература

1. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды на территории Свердловской области в 2022 году». – Текст: электронный // Министерство природных ресурсов и экологии Свердловской области: офиц. сайт. – Екатеринбург. – 2022. – URL: https://old-mprso.midural.ru/article/show/id/1126 (дата обращения: 10.12.2024).

2. Что такое радиация? Статья. – Текст: электронный // Эко-сфера: офиц.сайт. – URL: https://ekosf.ru/stati/chto-takoe-radiatsiya/#m5 (дата обращения: 12.01.2024).

3. Дозиметры. Статья. – Текст: электронный // – URL: http://pp66.ru/katalog/kontrolya/dozimetry/ (дата обращения: 01.01.2024).

4. СанПиН 2.6.1.2800-10 «Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения». – Текст: электронный // Эко-сфера: офиц.сайт. – URL: https://ekosf.ru/normativnye-dokumenty/radiatsiya/sanpin-2-6-1-2800-10-trebovaniya-radiatsionnoj-bezopasnosti-pri-obluchenii-naseleniya-prirodnymi-istochnikami-ioniziruyushhego-izlucheniya/ (дата обращения: 15.01.2024).

5. Человек и радиация. Статья. – Текст: электронный // Ядерная физика в интернете. Проект кафедры общей ядерной физики физического факультета МГУ и отдела электромагнитных процессов и взаимодействия атомных ядер НИИЯФ МГУ. – URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/radioactivity/ract16.htm (дата обращения: 10.12.2024).

Приложения

Приложение 1

Таблица 1

Результаты измерений радиационного фона в общественных местах в различных районах города Екатеринбурга, мкЗв/ч

Приложение 2

Таблица 2

Анализ результатов измерений радиационного фона в различных районах города Екатеринбурга, мкЗв/ч

Приложение 3

Продукт проектной деятельности

Рис.3. Уровень радиоактивности по каждому из 7 районов города Екатеринбурга, январь 2024, мкЗв/ч (собственные исследования)

Приложение 4

Что такое радиоактивность?

Ионизирующее излучение – излучение (волновое, корпускулярное), которое вызывает образование ионов обоих знаков вещества.

Радиоактивность – излучение возбужденных частиц или самопроизвольное превращение неустойчивых атомов в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц. Трансформация обычных нейтральных атомов в возбужденное состояние происходит под воздействием внешней энергии различного рода. Далее возбужденное ядро стремится уменьшить свою энергию путем излучения (вылет альфа-частицы (атомов гелия), электронов, протонов, нейтронов, гамма-квантов (фотонов),), до полного уменьшения энергии, то есть достижения стабильного состояния.

Основными видами ионизирующего излучения, с которыми чаще всего приходится сталкиваться, являются:

• Альфа-излучение (α-излучение);

• Бета-излучение (β-излучение);

• Гамма-излучение (γ-излучение);

• Рентгеновское излучение.

• Нейтронное излучение

• Протонное излучение

Нейтронное и протонное излучение мы редко встречаем в повседневной жизни, и поэтому они мало влияют на общий радиационный фон мегаполиса.

Альфа-излучение (α-излучение) – корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия). Образуются при радиоактивном распаде вещества и его ядерных превращениях. Ядра гелия обладают достаточно большими массой и энергией и представляют большую опасность для тканей живых организмов при попадании на кожу, слизистую оболочку глаза и при попадании внутрь организма.

Этот тип излучения выбранный для работы дозиметр не измеряет. Хотя оно и опасно для человека, альфа-частицы не могут преодолеть даже бумагу, поэтому несущественно влияют на общий радиационный фон города.

Бета-излучение (β-излучение) - корпускулярное электронное или позитронное ионизирующее излучение соответствующего знака с непрерывным энергетическим спектром. Бета-излучение бывает β^- и β⁺. В первом случае вещество испускает позитроны, во втором случае – электроны. Пробег бета-частиц (электронов и позитронов) в воздухе достигает нескольких метров (в зависимости от энергии), в тканях организмов пробег бета-частицы составляет несколько сантиметров. Бета-излучение, как и альфа-излучение, представляет опасность при контактном облучении, например, при попадании на слизистые оболочки, кожные покровы или внутрь организма. Это излучение проникает через бумагу, но его могут остановить другие распространённые материалы, такие как стекло и человек.

Гамма-излучение (γ–излучение или гамма-кванты) – коротковолновое (фотонное) излучение с длиной волны <0,1 нм, которое появляется при распаде радиоактивных ядер, переходах ядер из возбужденного состояния в стабильное, при взаимодействии заряженных частиц с веществом, и т.д. [2]

Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется отсутствием электрического заряда и возможной большой энергией. Диапазон энергий гамма-квантов достаточно большой. Для защиты от гамма-излучения применяются вещества с большим массовым числом (свинец, вольфрам и др.). [1].

Рентгеновское излучение – по своим физическим свойствам подобное гамма-излучению, но имеющее ряд особенностей. Энергия рентгеновского излучения небольшая, но при этом оно может проходить даже через тяжелые изотопы металлов.

Приложение 5.

Как и в чем измеряется радиация?

Что же мы видим на дисплее современных дозиметров, измеряющих ионизирующее излучение? Измеряемая величина дозы на глубине 10 мм получила название амбиентный эквивалент дозы, измеряемая в зивертах (Зв). В сущности, это расчетная величина, где поглощенная доза умножена на взвешивающий коэффициент для данного вида излучения и коэффициент, характеризующий чувствительность различных органов и тканей к конкретному виду излучения [1].

Единица измерения эквивалентной дозы – биологический эквивалент рентгена (бэр) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр), микробэр (мкбэр) и другое, 1 бэр = 0.01 Дж/кг. Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв,

1 Зв = 1 Дж/кг = 100 бэр

Мощность эквивалентной дозы (или мощность дозы) – это отношение эквивалентной дозы на промежуток времени ее измерения, единица измерения бэр/час, Зв/час, мкЗв/с и т. п.

Также 100 мкЗв/ч = 1 Р/ч

Выбранный для работы дозиметр измеряет мощность дозы в мкЗв/ч

Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов в разных объектах применяются специальные средства измерения:

• Для измерения мощности дозы гамма-излучения, рентгеновского излучения, альфа и бета-излучения, нейтронов, применяются дозиметры и поисковые дозиметры-радиометры;

• Для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды применяются спектрометры ионизирующего излучения, которые состоят из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.

В работе был использован для измерения радиоактивности - дозиметр «Радекс».