V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование естественного радиационного фона школы и близлежащей территории

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Евграфова О.Н. 1

---

1МБОУ "Комсомольская СОШ"

Якушева В.Н. 1

---

1МБОУ "Комсомольская СОШ"

Работа в формате PDF

280.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Все живое на Земле развивалось в условиях естественного радиационного фона. С развитием ядерной физики и применением полученных знаний человеком в военных, а позднее в мирных целях мир получил ряд глобальных проблем связанных с радиоактивностью. Радиационные загрязнения, как в глобальном, так и локальном масштабе стали реальностью нашего времени. Исследования ученых, проведенные в 80-х годах ХХ века, ознаменовались открытием канцерогенного и мутагенного действия малых доз радиации — оказалось, что слабое радиоактивное излучение, воздействующее на организм в течение долгого времени, может быть гораздо опаснее, чем кратковременное облучение значительно более высокой дозой. Причем действие может происходить с отсрочкой не только на годы, но и проявляться на других поколениях. Реагировать на повышенные дозы радиации без специальных измерительных приборов человек не способен. [2]

Считаю, что данная работа актуальна для всех нас, т.к. способствует формированию культуры радиационной безопасности человека.

Изучив явление радиоактивности, составляющие радиационного фона, я задалась вопросом возможности измерения его уровня, тем самым определив тему моей работы «Исследование естественного радиационного фона школы и близ лежащей территории». Выделила объект исследования – школа, близлежащая территория и предмет – радиационный фон.

Цель работы: измерить радиационный фон школы и близлежащей территории.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- изучение специальной литературы по данной теме;

- овладение методикой измерения радиационного фона индикатором радиоактивности РАДЭКС РД 1503;

- выполнение измерений и анализ полученных результатов.

В своей работе я использовала следующие методы исследования:

- анализ информации из Internet-ресурсов, специальной литературы, раскрывающей суть данного вопроса;

- проведение измерений радиационного фона при помощи индикатора радиоактивности РАДЭКС РД 1503;

- анализ полученных результатов и составление рекомендаций.

В работе над поставленной целью сформулировала гипотезу: если существуют зависимости радиационного фона от различных внешних факторов, то, зная эти зависимости, можно добиваться снижения радиационного фона, как в учебных кабинетах, так и в любом другом помещении.

1.Теоретическая часть

1.1. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ИЗУЧЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ

В 1896 году французский исследователь Анри Беккерель, изучая явление люминесценции под воздействием солнечного света, обнаружил засвечивание фоточувствительного материала веществом, в состав которого входили соли урана.

Счастливая случайность: небесное светило было в момент проведения эксперимента закрыто тучами, и, естественно, наблюдательный учёный заподозрил что-то неладное. Последовал ряд повторных экспериментов, которые подтвердили, что засвечивание фотопластинок происходит во всех случаях, когда используются соли урана, и это засвечивание происходит даже через светонепроницаемую бумагу.

24 февраля 1896 г. Анри Беккерель на заседании Парижской академии наук сделал сообщение «Об излучениях, производимых фосфоресценцией».

2 марта 1896 г. он сделал сообщение «О невидимой радиации, производимой фосфоресцирующими телами». При этом отмечалось, что излучение очень сходно по своему действию с излучением, изученным Ленардом и Рентгеном, образующимся в результате торможения электронов в мишени (рентгеновское излучение).

1 марта 1897 г. Анри Беккерель выступил с докладом «Исследование урановых лучей», в котором отметил их способность разряжать в воздухе наэлектризованные тела независимо от их потенциала и знака заряда.

Анри Беккерель отмечал, что излучение радиоактивных веществ производит различные химические действия: оно влияет на вещества, применяемые в фотографии, окрашивает стекло в фиолетовый или коричневый цвет, а щелочные соли - в желтый, фиолетовый, голубой или зеленый цвета. Под его воздействием парафин, целлулоид, бумага желтеют, белый фосфор превращается в красный. В воздухе близ активных тел образуется озон. Не только газы, но и жидкие диэлектрики (нефть, жидкий воздух), и твердые изоляторы (парафин) ионизируются при прохождении излучения и сохраняют свои проводящие свойства несколько мгновений после прекращения действия излучения.

Он пишет, что наблюдались также различные физиологические действия лучей: при приближении активного вещества к виску получается ощущение света. Они действуют на эпидерму и глубоко поражают кожу подобно Х-лучам. Действие вначале не вызывает никакого ощущения, и последствие его развивается лишь через несколько недель: образуются более или менее глубокие раны, которые требуют для заживления иногда нескольких месяцев, оставляя шрамы. В настоящее время делаются попытки использовать это действие при лечении волчанки и рака (из речи при вручении Нобелевской премии, 1903). [1]

Это явление позднее Марией Кюри было названо радиоактивностью. Определения, данные ею, сформулированы следующим образом: «Радиоактивными элементами называют особые химические элементы, характеризующиеся самопроизвольным атомным испусканием, так называемых альфа -, бета - и гамма – лучей. Это лучеиспускание связано с атомными превращениями...Вещества, испускающие лучи Беккереля, назвали радиоактивными, а новое свойство вещества, обнаруженное по этому лучеиспусканию, радиоактивностью. Элементы, обладающие этим свойством, называются радиоэлементами» (Мария Склодовская-Кюри «Радиоактивность»).

Супруги Мария и Пьер Кюри (сейчас Кюри – еще одна из единиц измерения радиоактивности) открыли впоследствии несколько естественных радиоактивных элементов-радионуклидов: радий, полоний и актиний.

Открытие радиоактивности входит в список самых значимых открытий в истории человечества.

1.2 Естественные источники радиации

Естественная радиация была всегда: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивно всё, что нас окружает: почва, вода, растения и животные. В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 0,05 до 0,20 мкЗв/ч. 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. Правда, 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. [2]

Откуда же берется естественная радиоактивность? Существует три основных источника:

1. Космическое излучение и солнечная радиация— это источники колоссальной мощности, которые в мгновение ока могут уничтожить и Землю, и всё живое на ней. К счастью, от этого вида радиации у нас есть надёжный защитник — атмосфера. Впрочем, интенсивная человеческая деятельность приводит к появлению озоновых дыр и истончению естественной оболочки, поэтому в любом случае следует избегать воздействия прямых солнечных лучей. Интенсивность влияния космического излучения зависит от высоты над уровнем моря и широты. Чем выше мы над Землей, тем интенсивнее космическое излучение, с каждой 1000 метров сила воздействия удваивается, а на экваторе уровень излучения гораздо сильнее, чем на полюсах.

Рис.1 Вспышка на Солнце

Вспышки на солнце — один из источников «естественного» радиационного фона.

Ученые отмечают, что именно с проявлением космической радиации связаны частые случаи бесплодия у стюардесс, которые основное рабочее время проводят на высоте более десяти тысяч метров. Уровень радиациина высоте 10 000 метров превышает естественный в 10 раз (рис.2).Особенно высок уровень облучения у иллюминатора самолета. Впрочем, обычным гражданам, не увлекающимся частыми перелетами, волноваться о космическом излучении не стоит.

Рис.2 Уровень радиации в салоне самолета

2. Излучение земной коры. Помимо космического излучения радиоактивна и сама наша планета. В её поверхности содержится много минералов, хранящих следы радиоактивного прошлого Земли: гранит, глинозём и т.п. Сами по себе они представляют опасность лишь вблизи месторождений, однако человеческая деятельность ведёт к тому, что радиоактивные частицы попадают в наши дома в виде стройматериалов, в атмосферу после сжигания угля, на участок в виде фосфорных удобрений, а затем и к нам на стол в виде продуктов питания. Известно, что в кирпичном или панельном доме уровень радиации может быть в несколько раз выше, чем естественный фон данной местности. Таким образом, хоть здание и может в значительной мере уберечь нас от космического излучения, но естественный фон легко превышается от использования опасных материалов. [2] Уберечься от таких «сюрпризов» можно, только используя дозиметры. Это единственный способ померить уровень радиации в бытовых условиях и не приобретать опасные с радиационной точки зрения материалы.

3. Радон — это радиоактивный инертный газ без цвета, вкуса и запаха, наиболее долгоживущий (период полураспада 3.82 дня) изотоп, альфа-излучатель. По данным ООН за 3/4 дозы земных источников отвечает радон, то есть он вносит решающий вклад.

Радон имеет свойство скапливаться под землей в больших количествах, на поверхность же он выходит при добыче полезных ископаемых или через трещины в земной коре. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому преимущественно накапливается погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д.

«Всерьёз об опасности радонового загрязнения заговорили в начале 80-х годов в США. Во время нефтяного кризиса, в северной части страны люди герметизировали дома для экономии на отоплении. Вентиляция ухудшилась и увеличилось содержание радона, это выяснилось после того как стали выяснять причины заболевания раком лёгких в случаях, приуроченным к определённым местам».[5]

Основным источником поступления радона в жилые здания (рис.4) являются (по мере возрастания значимости):

водопроводная вода и бытовой газ;

строительные материалы (щебень, глина, шлаки, золошлаки и др.);

почва под зданиями.

Возведение жилых и общественно-хозяйственных сооружений непосредственно над разломами и трещинами горных пород, без предварительного определения радоновыделения из почвы, приводит к тому, что в них из недр Земли поступает грунтовый воздух, содержащий высокие концентрации радона, который накапливается в воздухе помещений и создает радиационную опасность.

Рис.4 Источники попадания радона в дома и квартиры.

Снизить содержание радона, в отличие от других источников радиации, очень просто: достаточно регулярно проветривать помещение и концентрация опасного газа уменьшится в несколько раз.

4. Медицинское обследование. Например, при прохождении флюорографии человек получает примерно от 50 до 1000 мкЗв разовой дозы облучения в зависимости от аппарата (в течении нескольких секунд), поэтому врачи не рекомендуют проводить флюорографию чаще одного раза в год.

На рисунке 5 показаны источники радиационного фона в процентах.

Рис.5 Источники радиационного фона

1.3. Единицы измерения радиации

Измерение уровня радиационного фона обычно ведется в мкЗв/час (микрозиверт в час) или мкР/час (микрорентген в час). 1мкР/час по биологическому действию примерно равен 0.01 мкЗв/час. Естественный усредненный радиационный фон обычно лежит в пределах 0.10-0.16 мкЗв/час. Нормой радиационного фона принято считать значение, не превышающее 0.20 мкЗв/час. Безопасным уровнем для человека считается порог в 0.30 мкЗв/час, т.е. облучение дозой 0.30 мкЗв в течение часа. [4] При превышении этого уровня рекомендуемое время нахождения в зоне облучения падает пропорционально величине дозы. Например, абсолютно безопасное время нахождения в зоне облучения уровнем 0.60 мкЗв/час не должно превышать 30 минут, при нахождении человека в зоне 1.2 мкЗв/час время не должно превышать 15 минут и т.д.

1.4. Действие радиации на человека

Радиоактивные ядра могут испускать α-, β- и γ-излучения.

Альфа-излучение обладает очень малой проникающей способностью. Оно полностью задерживается слоем воздуха толщиной в несколько сантиметров или листом обычной бумаги. При облучении человека оно проникает лишь на глубину поверхностного слоя кожи. Очень опасно если источниками альфа – излучения загрязнены пища, воздух или вода, попадающие в организм человека. В этом случае облучению подвергнутся не защищенные кожей внутренние органы. Бета-излучение способно проходить до полного ослабления несколько метров в воздухе или один-два сантиметра в воде, в человеческом теле до двух сантиметров. Бета-частицы опасны при их воздействии на кожу или слизистую оболочку и хрусталик глаза. В случае их поступления в организм человека с пищей, водой и воздухом опасности подвергаются легкие, желудок и кишечник. Гамма-излучение обладает высокой энергией и большой проникающей способностью – задерживается лишь слоем воздуха толщиной около ста метров и глубоко проникает в человеческое тело. Для защиты от гамма-лучей используют свинец, бетон и др. [1]

При действии радиации на человека возможны: онкологические болезни различных органов, генетические повреждения, приводящие к появлению различных болезней или уродству, снижение иммунитета. Последствия облучения зависят от величины полученной человеком дозы: чем больше доза облучения, тем тяжелее будут последствия.

Последствия облучения зависят от того, какие именно органы тела подверглись облучению. Более чувствительны к радиации кожа, костная ткань, головной мозг, хрусталик глаза. Внутреннее облучение гораздо опаснее внешнего.

Время воздействия внутреннего облучения определяется скоростью выведения радиоактивного вещества из организма в ходе обмена веществ и скоростью радиоактивного распада этого вещества. Вещества с небольшой скоростью радиоактивного распада и плохим выведением из организма, такие как радий-226, плутоний-239 остаются в организме человека навсегда. Некоторые радиоактивные вещества, попав в организм, равномерно распределяются во всех органах, другие – концентрируются в определенных органах и тканях, подвергая их усиленному облучению. [2]

2. Исследовательская часть

2.1. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Для обнаружения и измерения ионизирующих излучений используются дозиметрические приборы. В моей работе я использовала сертифицированный индикатор радиоактивности РАДЭКС РД 1503. Данный прибор измеряет Гамма-, Бета- и рентген излучения. При проведении дозиметрических измерений, прежде всего, необходимо строго придерживаться рекомендаций изложенных в технической документации на прибор, контрольных замеров, поиска зон повышенной радиации. [4]

При измерении мощности экспозиционной дозы гамма-излучения или эквивалентной дозы гамма-излучения необходимо соблюдать следующие правила:

при проведении любых дозиметрических измерений, если предполагается их постоянное проведение с целью наблюдения за радиационной обстановкой, необходимо строго соблюдать геометрию измерения;

для повышения достоверности результатов дозиметрического контроля проводится несколько измерений (но не менее 3-х), и вычисляется среднее арифметическое;

при выполнении измерений на территории выбирают участки вдали от зданий и сооружений (2-3 высоты);

измерения на территории проводят на двух уровнях, на высоте 0.1 и 1.0 м от поверхности грунта;

при измерении в жилых и общественных помещениях, измерения проводятся в центре помещения на высоте 1.0 м от пола. [4]

После включения прибора начинается оценка радиационной обстановки. При регистрации кванта излучения на дисплее появляется пиктограмма в форме квадратика и сопровождается коротким звуковым сигналом. Частота появления пиктограммы на дисплее пропорциональна мощности дозы. Через 10 секунд после включения прибора на дисплее выводится первый результат короткого цикла, а через 40 секунд выводится результат, соответствующий одному циклу наблюдений. Затем каждые 40 секунд выводится средний результат, соответствующий последующим циклам наблюдения. При усреднении результата изделие анализирует отклонение текущего значения относительно среднего результата предыдущего наблюдения. Если разница превышает определённое значение, то на дисплей выдаётся текущий результат, а не средний. [4]

При оценке радиационного фона необходимо помнить, что ионизирующее излучение имеет статистический, вероятностный характер, поэтому показания изделия в одинаковых условиях не могут оставаться строго постоянными. Для достоверного определения результатов, следует проводить до пяти циклов наблюдения, не выключая прибор. [5]

2.1. РЕЗУЛЬТАТЫ измерениЙ радиационного фона.

Я снимала пять показаний индикатора на одном и том же месте в течение небольшого промежутка времени (10-20 минут). Затем определила средний разброс результатов следующим образом: нашла среднее арифметическое значение, которое затем вычитала из каждого результата. Полученные цифры, представляющие собой разницу между средним значением и показаниями прибора в ходе проведения измерений, взяла со знаком «плюс» и снова вычислила среднее значение. Результат этого осреднения и есть искомый разброс. [5]

Результаты измерений представлены в приложении (таблица 1).

Среднее значение измерений колеблется от 0,076 до 0,122 мкЗв/ч при среднем разбросе от 0,0028 до 0,0088 мкЗв/ч.

Также я измерила уровень естественного радиационного фона вокруг школы. Средний уровень 0,114 мк Зв/ч. Самый высокий показатель вблизи газовой установки. Результаты всех измерений отражены в приложении (таблица 2). По таблицам 1 и 2 хорошо видно, что в школе нет источников повышенной радиации.

Заключение

Из разных источников я получила информацию о радиоактивности, овладела методикой измерения радиационного фона индикатором радиоактивности РАДЭКС РД 1503, оценила радиационную ситуацию в различных помещениях школы и близлежащей территории.

Проведенная радиометрическая съемка школы, свидетельствует о нормальном состоянии от 0,076 до 0,122 мкЗв/ч при ПДД 0,30 мкЗв/ч.

В школе самый низкий показатель радиации в рекреации первого этажа, напротив входа в школу, я думаю это связано с хорошим проветриванием из-за постоянного открытия дверей.

Из всей проделанной работы можно сделать следующий вывод: та радиация, которая поддается изменениям, скорее всего, определяется радиоактивными газами, которые выделяются из земли, мебели, строительных материалов. Часть этих газов абсорбируется пылью – создавая мощные источники радиоактивности.

Поэтому всем следует придерживаться следующих рекомендаций, которые способствуют снижению поглощения организмом радиоактивности:

1. Регулярно проветривать помещение.

2.Тщательно проводить влажную уборку пола, стен, мебели.

3. Проверить свою квартиру на радиоактивный фон.

4. Иметь бытовой дозиметр, которым можно проверить на радиацию грибы, ягоды, фрукты, и др.продукты питания.

ЛИТЕРАТУРА И ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

Кудрявцев П.С. Курс истории физики: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по физ.спец. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Просвещение, 1982.

Марфенин Н.Н. Устойчивое развитие человечества. Учебник.- М.: Изд-во МГУ, 2006.

Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб.пособие. – 2-е изд., Т.1-3. – М.: Наука, 1982.

https//elecomp.ru/doc/pribor/RADEX_RD-1503_dozimetr.pdf

http://kosmopoisk.org/articles/metodical/metodika_izmereniy_radiatsionnogo_fona_1474.html

Приложение

Табл.1 Результаты измерений радиационного фона в школе

Табл.2 Результаты измерений радиационного фона территории школы