V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Радиоактивные изменения в доме

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Запащикова К.Д. 1

---

1МБОУ "СОШ №6"

Бурлакова О.Г. 1

---

1МБОУ "СОШ №6"

Работа в формате PDF

125.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Среди страхов последнего времени боязнь радиоактивности, пожалуй, наиболее распространена. Человек лишен органов чувств, способных воспринимать даже значительные дозы ионизирующих излучений. Изменение физико-химических свойств вещества, либо нарушение жизнедеятельности биологической ткани (например, организма человека) – следствия их ионизации.

Радиация накапливается в предметах, проникает из земли в закрытые, плохо проветриваемые помещения. Таким образом,  в наши дома попадает радиоактивный газ радон. В связи с этим, я решила узнать, безопасна ли  обстановка в помещениях, где большинство людей проводят подавляющую часть своего времени, - их домах.

Актуальность исследовательской работы обусловлена потребностью знать уровень окружающего радиационного фона в быту, так как многие предметы вокруг нас могут являться источниками опасного излучения, к примеру, различные бытовые устройства, мебель, стройматериалы.

Целью моей работы стали исследование радиоактивного фона и оценка изменения уровня бытовой радиации в домашних условиях. 

Задачи работы:

1. Проанализировать  литературу  по  данной  теме,  получить  представление  о понятии «радиоактивность» в целом; 
2. Провести исследование радиоактивного фона практически.
3. Сравнить полученные результаты с предельно допустимой нормой.

Гипотеза: Несмотря на недостаточную осведомленность в области радиоактивных излучений, не стоит пренебрегать фактом их повсеместного существования. Тем не менее, уровень радиоактивности в жилых помещениях остается в пределах нормы.

Объект исследования: радиоактивность.
Предмет исследования: радиоактивные излучения в жилых помещениях и их источники.

Методы исследования: анализ, классификация, эксперимент, обобщение, представление полученных результатов в табличной форме.

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

• Радиоактивность.

Радиоактивный распад (от лат. radius «луч» и āctīvus «действенный») - спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z, массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. Потоки фотонов, элементарных частиц или ядерных фрагментов, способные ионизировать вещество, называются ионизирующим излучением.

К последнему не относят видимый свет и ультрафиолетовое излучение, поскольку они  могут ионизировать вещество лишь в отдельных случаях. Инфракрасное излучение и излучение радиодиапазонов не являются ионизирующим, так как их энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул в основном состоянии.

Процесс радиоактивного распада также называют радиоакти́вностью. Радиоактивными элементами называются вещества, все изотопы которых радиоактивны.

Эти излучения имеют большую энергию и способны ионизировать любое вещество, например, воздух, воду, металлы, строительные материалы, человеческий организм и т.д.

Естественная радиоактивность - самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность - самопроизвольный распад атомных ядер, полученных искусственным путём через соответствующие ядерные реакции.

Самыми распространенными и оказывающими наибольшее воздействие на живой организм ионизирующими излучениями являются альфа-, бета- и гамма- излучения.

• Альфа-распад.

Альфа-излучение  представляет  собой  поток   альфа-частиц, распространяющихся  с  начальной скоростью около 20 тыс. км/с.. Они имеют огромную ионизирующую способность, но,  из-за потерь энергии при каждом акте ионизации, проникающая способность остается незначительной  (радиус распространения в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра).

Альфа-частицы могут быть полностью нейтрализованы листом плотной бумаги, либо одеждой человека.

По причине наименьшей проникающей способности внешнее облучение альфа-частицами не несет крупного вреда, но ввиду его значительной ионизирующей способности попадание альфа-излучения внутрь организма влечёт опасные последствия. Данное излучение имеет коэффициент качества равный  20, что является наибольшим показателем среди других видов излучений, за исключением осколков деления или тяжелых ядер. В тканях живого организма создается оценочно в 20 раз большие повреждения, нежели гамма-квантами либо бета-частицами равной энергии.

• Бета-излучение.

Бета-излучение представляет собой поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Радиус распространения бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см.

Бета-частицы могут быть полностью нейтрализованы стеклами окон или автомобилей либо металлическими экранами толщиной в несколько миллиметров. Также до 50% бета-частиц поглощается одеждой.

При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц, поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма. Попадание данного излучения внутрь организма чревато его энергетическим воздействием на ткани органы, что впоследствии приводит к изменению в их структуре, сопровождающимися серьезными повреждениями.

Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и электронное нейтрино. При β+-распаде заряд ядра уменьшается на единицу, то есть один из протонов ядра превращается в нейтрон, испуская позитрон и нейтрино.  

Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом — электронным захватом; в этом процессе ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу. Однако обратное неверно: для многих нуклидов, испытывающих электронный захват (ε-захват), позитронный распад запрещён законом сохранения энергии. В зависимости от того, с какой из электронных оболочек атома (K, L, M,…) захватывается электрон при ε-захвате, процесс обозначается как К-захват, L-захват, M-захват, …; все они, при наличии соответствующих оболочек и достаточности энергии распада, обычно конкурируют, однако наиболее вероятен К-захват, поскольку концентрация электронов K-оболочки вблизи ядра выше, чем более удалённых оболочек. После захвата электрона образовавшаяся вакансия в электронной оболочке заполняется путём перехода электрона из более высокой оболочки, этот процесс может быть каскадным (после перехода вакансия не исчезает, а смещается на более высокую оболочку), а энергия уносится посредством рентгеновских фотонов и/или электронов с дискретным энергетическим спектром.

1.4. Гамма-излучение.

Гамма-излучение — представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. Длина волны электромагнитного поля составляет менее 2x10~8 см. Оно испускается определенными порциями (квантами) и распространяется со скоростью ≈300 000 км/с.. Гамма-излучение обладает значительно меньшей ионизирующей способностью,  нежели бета- и альфа-частицы. Зато гамма-излучение обладает наибольшей проникающей способностью.  Радиус его распространения в воздухе может составлять сотни метров. Ввиду наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении. Органы чувств человека не способны ощутить влияние данного излучения, что оборачивается серьезными последствиями ввиду мощнейшего травмирующего влияния гамма-излучения на живой организм.

Защита организма от радиоактивного гамма-излучения.

Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной, например, воды — 23 см; стали —около 3 см; бетона — 10 см; дерева — 30 см.

Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец.

1.5. Радиоактивность природных элементов.

Все химические элементы, начиная с висмута, (т.е. с порядковым номером больше 82), не имеют стабильных изотопов, то есть радиоактивны.  

Все более лёгкие элементы, помимо стабильных изотопов, имеют радиоактивные изотопы с разными периодами полураспада, варьирующимися от долей наносекунды до значений, на много порядков превышающих возраст Вселенной. Например, теллур-128 имеет самый долгий измеренный период полураспада из всех изученных радионуклидов, ~2,2·1024 лет.

Прометий и технеций составляют исключение по нестабильности из тех элементов, что легче висмута. Они не обладают долгоживущими относительно длительности геологических эпох изотопами. Наиболее долгоживущий изотоп технеция — технеций-98 — имеет период полураспада около 4,2 млн лет, а самый долгоживущий изотоп прометия — прометий-145 — 17,5 лет. Поэтому изотопы технеция и прометия со времени формирования Земли не сохранились в земной коре и получены искусственно.

Существует много радиоактивных изотопов, период полураспада которых соизмерим с возрастом Земли или превышает его, поэтому, несмотря на их радиоактивность, эти изотопы содержатся в природной изотопной смеси соответствующих элементов. Примерами могут служить калий-40, рений-187, рубидий-87, теллур-128 и многие другие.

Период полураспада – период времени, за которое ровно половина всех активных атомов того или иного образца распадается. Но это не означает, что за время в два периода полураспада все активные атомы полностью распадутся. Через определенный момент в образце остается половина радиоактивных элементов. Через такой же промежуток времени из оставшихся атомов распадается еще половина и так далее в геометрической прогрессии. При этом излучение сохраняется длительное время, значительно превышающее период полураспада. Значит, активные атомы сохраняются в образце независимо от излучения.

1.6. Источники радиоактивного излучения.

В настоящее время основными искусственными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются:

- урановая промышленность, занимающаяся добычей, переработкой, обогащением и приготовлением ядерного топлива;

- ядерные реакторы разных типов, в активной зоне которых сосредоточены большие количества радиоактивных веществ;

- радиохимическая промышленность, на предприятиях которой производится регенерация (переработка и восстановление) отработанного ядерного топлива;

- места переработки и захоронения радиоактивных отходов из-за случайных аварий, связанных с разрушением хранилищ, также могут явиться источниками загрязнения окружающей среды;

- использование радионуклидов в народном хозяйстве в виде закрытых радиоактивных источников в промышленности, медицине, геологии, сельском хозяйстве и других отраслях;

- ядерные взрывы и возникающее после взрыва радиоактивное загрязнение местности (могут быть как локальные, так и глобальные выпадения радиоактивных осадков).

Естественные источники излучения, производящие этот фон, разделяют на две категории: внешнего и внутреннего облучения.

Внешнее облучение создается радиоактивными веществами, находящимися вне организма. К ним можно отнести космические излучения, солнечную радиацию, излучения от различных радиоактивных горных пород земной коры и т.д.
     Внутреннее облучение создается радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма с воздухом, например радиоактивный газ радон, который прорывается на поверхность из глубины земных недр, а также с водой и пищей. Радон – тяжелый газ без вкуса, запаха и, при этом, невидимый. Он  высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается в разных точках земного шара. Основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении.  Радон концентрируется внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из стройматериалов, радон накапливается в помещении.

Существует категория бытовых предметов, которые излучают радиацию, хотя и в пределах допустимых нормативов. Это, например, часы или компас, стрелки которых покрыты солями радия, за счет чего они светятся в темноте. Также можно с уверенностью сказать, что радиация есть в помещении, в котором установлен телевизор или монитор на базе обычной электронно-лучевой трубки.

Еще одним источником радиоактивности в доме может оказаться керамическая, хрустальная или глиняная посуда.

Также радиоактивная окись урана может оказаться в старинных украшениях. Фон рядом с такой вещью достигает 7 мкЗв/ч, то есть в 35 раз выше допустимого. Вообще опасность радиации таят в себе любые украшения из камней и керамики.

Большинство строительных материалов непосредственно являются природными компонентами экосистемы и поэтому имеют свои специфические радиационные свойства. Например, все строительные материалы минерального состава содержат в различном количестве химические элементы, изотопы которых радиоактивны. Наиболее опасными в этом отношении могут быть строительные материалы из природного камня и материалы на основе минеральных вяжущих веществ. 

Проверка дозиметром показывает: в квартире одними из самых загрязненных радиацией мест часто оказываются ванные и санузлы. Концентрация радона в этих комнатах наиболее высока ввиду отсутствия окон и доступа свежего воздуха.

Глава 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Таким образом, определенную дозу радиации излучает большая часть предметов и веществ. Другое дело, какова величина этой дозы излучения: опасна она для здоровья или нет. Оценить опасность тех или иных веществ с радиационной точки зрения можно при помощи дозиметра.

2.1. Дозиметр.

Индикатор радиоактивности "НейваИР-002", которым были произведены все измерения, предназначен  для  использования  населением  с  целью  контроля  радиационной обстановки на местности,  в  рабочих  и  жилых  помещениях. Прибор индицирует мощность экспозиционной дозы гамма-излучения в диапазоне от 5 до 999 мкР/ч (от 0,05 до 9,99 мкЗв/ч).

Прибор состоит из газоразрядного детектора ионизирующего излучения, электронной схемы и цифрового табло.  Корпус индикатора изготовлен из ударопрочного полистирола прозрачного для гамма-излучения. Включение индикатора осуществляется переключателем на задней стенке корпуса.

Работа индикатора происходит следующим образом. Проходящее через детектор гамма-излучение вызывает внутри него газовый разряд, в результате которого на выводах детектора появляются импульсы напряжения. Электронная схема считает эти импульсы и высвечивает на табло. Время счета составляет 36 / 360 с и определяется электронной схемой. Выбранный интервал времени измерения необходим для измерения реального уровня гамма-излучения мкР/ч. Таким образом, определяя количество импульсов, можно оценить уровень радиоактивного фона на каком-либо объекте (1 мкР/ч=0,01 мкЗв/ч).

2.2. Измерение радиоактивного фона в помещении квартир.

Уровень ионизирующих излучений, не вызывающий в состоянии здоровья человека неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами, составляет 60 мкР/ч (0,6 мкЗв/ч).

В процессе исследования были зафиксированы показания дозиметра во всех помещениях трех квартир, находящихся на первом, втором и четвертом этажах, при различных условиях и через определенные промежутки времени (1 час).

• 1 этаж.

Средний уровень радиоактивности составил 9,97 мкР/ч = 0,0997 мкЗв/ч. 

• 2 этаж.

Средний уровень радиоактивности составил 10,86 мкР/ч = 0,1086 мкЗв/ч.

• 4 этаж.

Средний уровень радиоактивности составил 12,03 мкР/ч = 0,1203 мкЗв/ч.

Заключение

Подводя итоги исследовательской работы, можно сделать следующие выводы:

1. Радиация имеет свойство накапливаться в предметах, проникать из земли в закрытые, плохо проветриваемые помещения.
2. Каждый из нас непрерывно находится под воздействием радиоактивного излучения, естественного и техногенного.
3. Определенную дозу радиации излучает большая часть предметов и веществ, пользуемых большинством людей в повседневной жизни.
4. Уровень радиоактивности в квартире, находящейся на первом этаже составляет 9,97 мкР/ч = 0,0997 мкЗв/ч., на втором этаже - 10,86 мкР/ч = 0,1086 мкЗв/ч., на четвертом этаже - 12,03 мкР/ч = 0,1203 мкЗв/ч.
5. Была подтверждена следующая закономерность: с увеличением высоты уровень радиационного фона повышается.
6. В результате сравнения полученных результатов с предельно допустимой нормой, было выяснено, что они не выходят за ее пределы.
7. Наибольшие результаты радиационного фона были получены в закрытых, непроветриваемых помещениях.
8. На уровень радиации в быту влияет проветривание, наличие источника воды, близость к земле, наличие в стройматериалах щебня, цемента и старой штукатурки, близкое расстояние до включенного электроприбора.
9. На данный момент, причин для опасения радиоактивного излучения нет.

Выдвинутая гипотеза была подтверждена: уровень радиоактивности в жилых помещениях остается в пределах нормы.                                                      

Список использованной литературы

1. Индикатор радиоактивности "НЕЙВА ИР-002.  –  Режим доступа:          http://docplayer.ru/50721477-Indikator-radioaktivnosti-neyva-ir-002.html

3. Радиоактивный распад – Википедия. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоактивный_распад
4. Период полураспада – Википедия. – Режим доступа:

     https://ru.wikipedia.org/wiki/Период_полураспада

5. Радиоактивное излучение. Что из себя представляет радиоактивное излучение.–Режимдоступа: http://vdolgoletie.ru/radioaktivnoe_izluchenie.php#radon
6. Предметы с радиацией у нас дома. – Режим доступа: https://www.quarta-rad.ru/useful/vse-o-radiacii/radiaciya-v-dome/
7. Прибор для измерения радиации в быту. – Режим доступа: http://intersofteurasia.ru/do-ra/o-radiaczii1/538.html