XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение свойств радиоактивных излучений и их влияния на окружающую среду

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Середник М.М. 1Жилкин Г.И. 2

---

1ДОЦ " Всё интересно"

2ДОЦ " Всё интересно"

Горячева С.Н. 1

---

1ДОЦ " Всё интересно"

Работа в формате PDF

837.2 KB

Введение

К сожалению, в 21 веке мы все больше сталкиваемся с немалым количеством глобальных проблем, которые затрагивают все человечество. Одна из таких проблем радиоактивное загрязнение.

Тема является актуальной, так как существуют объекты с высокой радиоактивностью, а также случались аварии на АЭС, которое негативно влияют на природу и на нас.

Мы часто слышим слово «радиация». Кто-то боится её, а кто-то говорит, что без неё нельзя жить, а кто-то просто не знает, что это такое. Мы решили разобраться: как распространяется радиация и действительно ли её воздействие негативно влияет на окружающую среду?

Цель исследования:выяснить как распространяется радиация и как она воздействует на растения.

Задачи исследования:

1. С помощью интернета и энциклопедии узнать, что такое радиация и какие бывают её виды.

2. С помощью консультации у преподавателя УМЦ по ГОЧС познакомиться со свойством радиационного излучения - способность проникать через материалы, узнать в чем состоит опасность радиации (ионизация), и познакомится с некоторыми способами защиты от неё.

3. Провести социологический опрос на степень осведомлённости школьников и их родителей о радиации и её вреде.

4. Выполнить эксперименты из подручных средств, которые подтверждают, что радиация распространяется в пространстве и негативно влияет на среду.

5. Познакомить учащихся нашего центра с результатами этого исследования.

Объект исследования -Свойства радиоактивного излучения

Предмет исследования -Распространение радиоактивного излучения и её влияние на окружающую среду

Гипотеза:Мы предполагаем, что радиация может распространяться разными способами (по воздуху, через воду и почву), а её влияние на окружающую среду может быть разрушительным.

Методы исследования:изучение информации из различных источников, моделирование, наблюдение, анкетирование, проведение экспериментов.

1. Теоретические сведения о радиоактивном излучении

Интерес к радиации, её свойствам и последствиям возник у ребят ещё в прошлом году, когда они узнали об аварии на Чернобыльской АС. Мы в классе на уроках по окружающему миру обсуждали эту тему. Стало интересно узнать, где ещё в мире есть АЭС, что такое радиация, почему мы её не видим и при этом она несёт в себе такую опасность. Мы начали собирать информацию в интернете.

1. 1. Что такое радиация?

Радиация окружает нас повсюду, даже если мы её не видим и не чувствуем. Это особый вид энергии, который передаётся в виде невидимых волн или частиц. Именно благодаря радиации светит Солнце, звёзды отправляют свой свет через космос, а на Земле мы можем делать рентгеновские снимки, чтобы проверить здоровье костей.

Но не вся радиация одинаковая. Есть полезная радиация, без которой жизнь на Земле была бы невозможна, и опасная, которая может повредить живые организмы.

Учёные делят радиацию на два типа:

Электромагнитная радиация — это невидимые волны, такие как рентгеновские лучи, солнечный свет и радиоволны. Некоторые из них безопасны (например, радиоволны, с помощью которых работают телефоны), а другие могут быть вредными (например, ультрафиолетовое излучение, вызывающее ожоги кожи).

Частичная (корпускулярная) радиация — это маленькие частицы, которые вылетают из атомного ядра при распаде радиоактивных веществ. Они могут взаимодействовать с клетками живых организмов и изменять их, что иногда приводит к опасным последствиям.

Детальное изучение строения веществ показало, что атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны. Электрон является отрицательной заряженной частицей, а ядро в свою очередь состоит из двух видов частиц: нейтронов и протонов.

В обычном состоянии атомы представляют собой устойчивые системы. Ядра таких атомов сохраняют свои свойства при любых условиях и превращениях. Кроме них в природе существуют и небольшое количество элементов, ядра атомов которых распадаются самопроизвольно и этот процесс сопровождается невидимым излучением.

Такой самопроизвольный процесс распада атомных ядер некоторых химических элементов назвали радиоактивностью (от лат. "радиус" - луч), а сами элементы и излучение - радиоактивным.

Теоретические понятия оказались очень сложными для понимания, но это только подогрело интерес к проблеме. Тогда мы отправились в учебный центр по ГОЧС Владимирской области, где обратились за помощью к старшему преподавателю Анатолию Эдуардовичу П. На этой встрече ребята узнали, какие бывают виды радиоактивных излучений, что такое ионизация, какие есть способы защиты от радиации, как долго происходит распад различных частиц, единицы измерения радиоактивных излучений.

1.2. Виды радиационного излучения

Радиация бывает трёх видов:

• Альфа-излучение —это поток тяжёлых частиц. Они не могут проникнуть глубоко и задерживаются даже листом бумаги или верхним слоем кожи. Однако если такие частицы попадут внутрь организма, например, с воздухом или пищей, они могут повредить клетки.

• Бета-излучение —это поток лёгких частиц - электронов или позитронов, проходит через кожу, но его можно остановить плотной одеждой.

• Гамма-излучение — это самый опасный вид радиации, так как гамма-лучи не состоят из частиц, а представляют собой мощные волны энергии. Они могут проходить через стены и даже через человеческое тело. Чтобы защититься от гамма-излучения, нужны плотные материалы, такие как бетон или свинец.

Сравнение видов радиационного излучения

1.3 Откуда берётся радиация и как распространяется

Радиация может появляться из природных и искусственных источников:

Природная радиация

• Космическое излучение — лучи, которые приходят к нам из космоса. Атмосфера Земли защищает нас от большей части этих лучей.

• Земная радиация — некоторые горные породы содержат радиоактивные элементы, например уран или радон.

• Радиация в продуктах питания — небольшие количества радиации есть в воде, почве, даже в овощах и фруктах.

Искусственная радиация

• Рентгеновские аппараты — помогают врачам заглянуть внутрь тела и увидеть кости.

• Ядерные реакторы — используются на атомных электростанциях для выработки энергии.

• Ядерные испытания — в прошлом учёные исследовали силу атомных бомб, и это приводило к распространению радиации.

Частицы и фотоны излучения испускаются ядрами атомов с огромными скоростями - от 10000 км/с до скоростей, близких к скорости света и распространятся

• через воздух, при ядерных авариях, взрывах или при естественном распаде горных пород. Эти частицы, подобно пыли, поднимаются в атмосферу и могут переноситься ветром на сотни и даже тысячи километров.

• через воду радиоактивные вещества могут растворяться в воде и распространяться с течением рек и океанов. Это происходит, если радиоактивные отходы попадают в воду или если после аварий частицы оседают на поверхность рек, озёр и морей.

• через почву (радиация накапливается в грунте, попадает в растения и животных), в местах с высоким уровнем радиации проводят дезактивацию почвы – убирают верхний слой и заменяют его чистой землёй.

• через живые организмы радиоактивные вещества могут попадать в пищевую цепочку: растения впитывают их из почвы, затем их едят животные, а затем эти вещества могут попасть в организм человека.

• через космос, в космосе постоянно происходят ядерные реакции – например, на Солнце. Оно испускает огромное количество радиации, но на Земле нас защищает атмосфера.

Как далеко распространяется радиация.Зависит от её типа и источника:

1.4. Влияние радиации на окружающую среду и здоровье человека

Радиация – это мощная энергия, которая может влиять на всё вокруг: воздух, воду, растения, животных и людей. В малых количествах она естественна и не представляет опасности, но при высоких уровнях и долгом воздействии она может вызывать серьёзные изменения, может привести к ионизации, повреждению клеток, ДНК, и как следствие, к болезням. Со временем природа может восстанавливаться. Учёные изучают, как радиация воздействует на природу и организм человека, чтобы защитить окружающую среду и предотвратить вредные последствия.

1.5 Способы обнаружения и методы измерения

Радиация невидима, не имеет запаха и вкуса, поэтому её невозможно заметить без специальных приборов. Однако учёные разработали множество способов её обнаружения и измерения. Это важно, чтобы контролировать уровень излучения, обеспечивать безопасность людей и исследовать радиоактивные материалы.

Радиоактивные частицы могут:

✔ заставлять некоторые материалы светиться,

✔ менять химический состав веществ,

✔ ионизировать воздух и другие вещества, создавая электрические разряды.

Учёные используют эти свойства, чтобы создать приборы, которые могут “чувствовать” радиацию.

На сегодняшний день используют:

- Гейгеровский счётчик - самый известный прибор для измерения радиации, проверяет уровень радиации в окружающей среде.

- Дозиметр - показывает, сколько радиации человек получил за определённое время.

- Сцинтилляционный детектор - позволяет измерять даже очень слабое излучение.

- Камера Уилсона и пузырьковая камера - позволяют визуально наблюдать следы радиоактивных частиц.

Учёные используют несколько разных единиц измерения радиации.

Практическая часть

2.1 Опрос «Радиация и человек»

Вооружившись некоторыми знаниями от радиации, прежде всего, мы решили провести опрос среди родителей и педагогов, что известно им.

Мы предложили ответить на 6 вопросов, представленных в анкете (Приложение 1). В нашем опросе приняли участие 27 человек

Большинство опрошенных имеют представления о том, что такое радиация(74,1%), знают о её вредных последствиях для окружающей среды(92,6%). Но, то, что эти знания поверхностны, нам подсказывают ответы на второй и третий вопросы - знаете ли вы, что радиация может быть полезна и нейтральна - многие респонденты ответили «нет»( 37% и 33.3% соответственно). На вопрос «Знаете ли вы как защитить природу от радиационного загрязнения?» большинство участвующих в опросе ответили, что имеют только некоторое представление об этом (66,7%).

Более подробный отчёт в Приложении 1.

Этот опрос помог нам понять, что проблемы радиоактивного загрязнения волнуют многих. Значит об этом нужно чаще рассказывать, напоминать. Если мы будем больше знать о радиации, о её свойствах и способах распространения, то будет легче подобрать способы защиты окружающей среды от её пагубного воздействия.

2.2 Описание опытов и экспериментов проведённых ребятами дома и в школе с помощью безопасных аналогов

Максима и Георгия очень интересует все что связано с радиацией. Объяснить и продемонстрировать на примере оказалось не очень просто, Как объяснить что радиация невидима, её нельзя потрогать, и при этом она несёт в себе такой негативный эффект. У нас возникло желание проделать эксперименты из подручных средств.

Опыт с флюоресцентной краской - визуализация радиоактивного излучения.

Цель: показать, что радиация невидима, но её можно обнаружить.

Объект: флуоресцентная краска

Предмет: обнаружение невидимого вещества с помощью специального воздействия

Оборудование: Бумага, предметы мебели, флуоресцентная краска, ультрафиолетовый фонарик

Ход работы: на картоне рисуем изображение, которые изначально, без внешних источников невидимы. Берём UV - фонарик и направляем его на лист бумаги. Видим, что на листе появилось изображение, которое изначально было нарисовано.

Вывод: в ходе эксперимента Георгий обнаружил, что многие вещества, в том числе и радиация, могут быть недоступны для человеческого глаза, без дополнительных источников воздействия на них.

Наблюдение за реакцией растений на изменение внешней среды

Ребята проделали два опыта с растениями...

Опыт с загрязнением почвы

Цель: выяснить, как загрязнение почвы влияет на рост и состояние растений.

Объект: Состояние растений.

Предмет: Загрязнение почвы.

Оборудование: Чистая почва, два стаканчика, вода, семена фасоли, соль.

Ход работы:

1. Георгий взял землю и 2 семена - посадил их в два различных стаканчика.

2. В один из сосудов (имитируя загрязнение) добавил соль.

3. Георгий наблюдал за состоянием почвы и растений в течение двух недель и сделал записи своих наблюдений:

12.02 - посадил фасоль: в одном стаканчике простая земля, во втором стаканчике -земля с солью.

13.02–19.02 - Ростки не взошли.

20.02 - Ростки потихоньку начали выходить в стаканчике с обычной почвой.

28.02 - Ростки в первом стакане в обычной почве взошли и выросли до 15 см, в стакане с солью - ничего не взошло, появилась плесень.

4. Замечаем, что загрязненная почва оказалась непригодна для роста фасоли.

.

Вывод: Внешние загрязнения негативно влияют на окружающую среду, на растения.

Эксперимент с ультрафиолетовым излучением

Цель: рассмотреть влияние внешнего излучения на комнатные растения.

Объект: Состояние растений.

Предмет: внешнее излучение.

Оборудование: комнатные цветы, ультрафиолетовая лампа.

Ход работы:

1. Максим взял два одинаковых цветка, один из которых помещал под ультрафиолетовую лампу на 1час 30 минут, в течение недели.

2. Он наблюдал, что начиная со второго дня, цветок, находящийся под влиянием внешних уф. лучей начал менять цвет

Вывод: действительно, внешние факторы, отличающиеся от обычных (нормальных) условий, влияют на состояние растений, листья поменяли цвет - пожелтели, что плохо для растения.

Эксперимент с саркофагом.

На примере теплового излучения мы рассмотрим, как можно защититься от потока частиц.

Цель: понять, насколько толщина саркофага влияет на проникновение тепла наружу.

Предмет: Тепловое излучение.

Объект: Толщина материала, которая препятствует прохождению тепла.

Оборудование: термометр, три стакана с очень горячей водой, «саркофаги» из листов бумаги (разное количество слоёв).

Ход работы: Георгий приготовил для саркофага листы бумаги 1, 2, 3, 4 слоёв. Температура воды - 162 F (72,8 C). Первый стакан с одним слоем бумаги - невозможно взять в руки, очень горячо. Второй стакан и два слоя бумаги - возможно взять, но нужно потерпеть, горячо. Третий стакан и три слоя бумаги - можно взять и подержать. В четыре слоя бумаги - можно спокойно взять стакан с горячей водой в руки.

Вывод: мы сделали вывод о том, что при увеличении количества слоёв материала, тепло передаётся хуже, таким образом чем толще стенка саркофага, тем слабее проникает излучение. Значит, эпицентр распространения высоких доз радиации должен быть закрыт достаточно толстым слоем защиты.

Распространение радиоактивной пыли (опыт с мукой)

На примере движения частиц вещества мы можем визуализировать область распространения радиоактивных частиц.

Цель: показать, расстояние распространения радиоактивной пыли.

Предмет: радиоактивная пыль.

Объект: пространство, покрытое пылью.

Оборудование: лист бумаги с мукой, трубочка, рулетка.

Ход работы: В классе мы насыпали муку на лист бумаги и сильно подули на неё через трубочку. Частицы разлетелись, как радиоактивная пыль после аварии и осели в разных частях класса. Ребята измерили и обнаружили, что в радиусе 70–80 см. Пыль лежит толстым слоем, в радиусе трёх метров слой становится тоньше и менее заметным, но когда провели пальцем по поверхностям подоконника и шкафа находящихся в пяти метрах от эпицентра, то и там обнаружили слабый тонкий налёт муки, который не видим глазом.

Вывод: Распространение пыли занимает достаточно большую площадь, чем дальше от эпицентра, тем её слой тоньше, и даже на отдалённых расстояниях, где она совсем незаметна, обнаружены её следы. Значит, необходимо эвакуировать людей из зоны распространения радиоактивной пыли.

Скорость распространение невидимых веществ

Цель: показать, скорость распространения невидимого (радиоактивного) вещества

Предмет: невидимое вещество

Объект: скорость и пространство

Оборудование: контейнер с ванильным сахаром, секундомер.

Ход работы: В начале урока в одном конце класса мы открыли контейнер с ванильным сахаром, каждый кто чувствовал, запах поднимал руку и ребята фиксировали время на секундомере. Оказалось, что за партой, стоящей в 3 метрах от контейнера, запах почувствовали через 3 секунды, а на расстоянии 7 метров - через 9 секунд.

Вывод: даже если вещество невидимо (как радиация) оно достаточно быстро распространяется, поэтому важно очень быстро эвакуировать людей из тех мест, где произошёл радиоактивный выброс, даже если на первый взгляд люди не ощущают опасность.

Очищаем загрязненную воду

Цель: изучить способы очистки воды, посмотреть, одинаково ли фильтр очищает воду с разной степенью загрязнения.

Предмет: загрязненная вода.

Объект: очищение воды с помощью простого фильтра.

Оборудование: сборный фильтр в четыре слоя: гранитный щебень, фарфоровый песок, уголь, кварцевый песок. Каждый слой проложен ватными дисками. Вода, загрязненная землёй, вода, загрязнённая флюоресцентной краской.

Ход работы:после сбора фильтра Максим залил в воронку воду, загрязнённую землёй, на выходе вода выглядела чистой, прозрачной. Затем, Максим залил в воронку воду, загрязненную флюоресцентной краской. В темноте стало видно, как частички сложного загрязнения задерживаются в разных слоях фильтра. На выходе вода перестала светиться, но осталась мутной.

Вывод: загрязненную воду надо обязательно очищать, но чем сложнее загрязнение (даже если оно не такое очевидное), тем более сложный и многослойный фильтр должен быть.

Заключение

В ходе данного исследования мы с ребятами изучили информацию из различных источников, проделали ряд достаточно простых экспериментов и опытов в домашних условиях и в классе, которые помогли более наглядно понять, что

- радиация бывает в виде волн и в виде частиц, она невидима;

-в малых количествах радиация естественна и не представляет опасности, её используют в медицине, но при высоких уровнях может вызывать серьёзные изменения и болезни;

- гамма-излучение самое мощное и опасное, так как может проникать сквозь металлы, стены и сквозь человека, учёные используют специальные приборы, чтобы измерять радиацию и следить за её безопасностью;

- радиация может распространяться разными способами, двигаться по воздуху, передаваться через воду, проникать в почву и даже проникать из космоса;

- некоторые виды радиации остаются в окружающей среде очень долго и могут накапливаться в организмах животных и людей;

- важно знать, как защититься – фильтровать воду, избегать заражённых территорий, следить за продуктами, использовать плотные материалы, такие как бетон и свинец для изоляции заражённых участков.

Георгий и Максим заразили своим интересом ребят, на переменках они рассказывали о своих экспериментах и знаниях, полученных из разных источников, рассматривали и обсуждали распечатанные фотографии. Поэтому часть работы мы проделали всем классом. Планируем поделиться своими знаниями с учениками нашего центра. Ребятам хочется продолжить работать над этой темой, подробно изучить последствия катастрофы на Чернобыльской АЭС. Узнать какие меры предпринимали спасатели для ликвидации последствий, как катастрофа повлияла на природу Чернобыльской зоны , как растения и животные приспосабливаются к этим условиям. И самое главное, узнать, как сделать использование радиоактивных веществ более безопасным для окружающей среды.

Словарь

Альфа-излучение - положительно заряженная частица с низкой проникающей способностью.

АЭС - атомная электростанция - ядерная установка для производства энергии.

Бетта-излучение - электроны и позитроны, которые вылетают из атомных ядер некоторых радиоактивных веществ.

Гамма-излучение - электромагнитная волна (поток фотонов) с высокой проникающей способностью.

Дозиметр - прибор для определения дозы радиоактивного излучения

Зиверт - единица измерения доз ионизирующего излучения.

Излучение - передача энергии в форме волн или частиц через пространство или материальную среду.

Ионизация - процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.

Радиация - невидимое излучение, испускаемое атомами.

Радиоактивная пыль - частицы, которые могут распространять радиацию.

Рентген - единица дозы радиоактивного облучения.

Саркофаг - укрытие.

Ядерный реактор - устройство, предназначенное для организации цепной реакции, сопровождающейся выделением энергии.

Литература

1. Радиация вокруг нас, учебное пособие для организаторов и руководителей занятий по тематике ГО, сост. Дуриков А.П., М. 1994г.

2. Я познаю мир, Детская энциклопедия, ФИЗИКА, сост. Леонович А.А., Москва, ТКО «АСТ», 1997г.

3. Чернобыльская молитва, собрание произведений, сост. Алексиевич С. А., М. 2019 г.

4. Гаврилов В. П. Радиация: мифы и реальность. – М.: Эксмо, 2012. – 280 с.

5. Никитин А. А. Основы радиационной безопасности. – М.: МГТУ, 2006. – 198 с.

6. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Влияние радиации на здоровье человека. – Режим доступа: https://www.who.int (https://www.who.int/), свободный. – Дата обращения: 04.03.2025.

7. Росатом. Материалы по защите от радиации. – Режим доступа: https://www.rosatom.ru/about/radiation-safety, свободный. – Дата обращения: 04.03.2025.

8. Министерство по чрезвычайным ситуациям РФ (МЧС России). Как защититься от радиации. – Режим доступа: https://www.mchs.gov.ru (https://www.mchs.gov.ru/ ), свободный. – Дата обращения: 04.03.2025.

Приложение 1

Анкета