Исследование радиации в городе Набережные Челны

ВВЕДЕНИЕ

Цели и задачи.

В целях изучить и сделать вывод о негативной стороне радиоактивности была выбрана данная проблема.

РАДИАЦИЯ И ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Что такое радиация?

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария Кюри ( автор термина “радиоактивность” ) и ее муж Пьер Кюри. В 1898 году они обнаружили, что в результате излучения уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полонием и радием. К сожалению люди, профессионально занимающиеся радиацией, подвергали свое здоровье, и даже жизнь опасности из–за частого контакта с радиоактивными веществами. Несмотря на это исследования продолжались, и в результате человечество располагает весьма достоверными сведениями о процессе протекания реакций в радиоактивных массах, в значительной мере обусловленных особенностями строения и свойствами атома.

Известно, что в состав атома входят три типа элементов: отрицательно заряженные электроны движутся по орбитам вокруг ядра – плотно сцепленных положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов. Химические элементы различают по количеству протонов. Одинаковое количество протонов и электронов обуславливает электрическую нейтральность атома. Количество нейтронов может варьироваться, и в зависимости от этого меняется стабильность изотопов.

Большинство нуклидов (ядра всех изотопов химических элементов) нестабильны и постоянно превращаются в другие нуклиды. Цепочка превращений сопровождается излучениями: в упрощенном виде, испускание ядром двух протонов и двух нейтронов (альфа–частицы) называют альфа–излучением, испускание электрона – бета–излучением, причем оба этих процесса происходят с выделением энергию. Иногда дополнительно происходит выброс чистой энергии, называемый гамма–излучением.

Альфа–частицы: относительно тяжелые, положительно заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия.

Бета–частицы – это электроны и позитроны.

Гамма–излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, однако обладает гораздо большей проникающей способностью.

Нейтроны – электрически нейтральные частицы, возникают главным образом непосредственно вблизи работающего атомного реактора, куда доступ, естественно, регламентирован.

Рентгеновское излучение подобно гамма–излучению, но имеет меньшую энергию. Кстати, наше Солнце – один из естественных источников рентгеновского излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту.

Заряженные частицы очень сильно взаимодействуют с веществом, поэтому, с одной стороны, даже одна альфа–частица при попадании в живой организм может уничтожить или повредить очень много клеток, но, с другой стороны, по той же причине, достаточной защитой от альфа– и бета–излучения является любой, даже очень тонкий слой твердого или жидкого вещества – например, обычная одежда (если, конечно, источник излучения находится снаружи).

Следует различать радиоактивность и радиацию. Источники радиации – радиоактивные вещества или ядерно–технические установки (реакторы, ускорители, рентгеновское оборудование и т. п.) – могут существовать значительное время, а радиация существует лишь до момента своего поглощения в каком–либо веществе.

Естественная и техногенная радиоактивность

Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она присутствует буквально повсюду. Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий–40 и рубидий–87.

Естественные радионуклиды делятся на четыре группы: долгоживущие (уран–238, уран–235, торий–232, радон–222); короткоживущие; долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий–40); радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод–14). Разные виды излучения попадают на поверхность Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной доз, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения.

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.

Опасность радона заключается в его широком распространении, высокой проникающей способности и миграционной подвижности (активности). Период полураспада радона сравнительно невелик и составляет 3,823 суток. Радон трудно идентифицировать без использования специальных приборов, так как он не имеет цвета или запаха.

Одним из важнейших аспектов радоновой проблемы является внутреннее облучение радоном: образующиеся при его распаде продукты в виде мельчайших частиц проникают в органы дыхания, и их существование в организме сопровождается альфа–излучением. И в России, и на западе радоновой проблеме уделяется много внимания, так как в результате проведенных исследований выяснилось, что в большинстве случаев содержание радона в воздухе в помещениях и в водопроводной воде превышает ПДК. Так, наибольшая концентрация радона и продуктов его распада, зафиксированная в нашей стране, соответствует дозе облучения 3000–4000 бэр в год, что превышает ПДК на два–три порядка. Полученная в последние десятилетия информация показывает, что в Российской федерации радон широко распространен также в приземном слое атмосферы, подпочвенном воздухе и подземных водах.

Сравнить мощность излучения различных источников радона поможет следующая диаграмма.

Техногенная радиоактивность возникает вследствие человеческой деятельности. Искусственные источники радиационного облучения существенно отличаются от естественных не только происхождением. Во–первых, сильно различаются индивидуальные дозы, полученные разными людьми от искусственных радионуклидов. В большинстве случаев эти дозы невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников гораздо более интенсивно, чем за счет естественных. Во–вторых, для техногенных источников упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем для естественных. Наконец, загрязнение от искусственных источников радиационного излучения (кроме радиоактивных осадков в результате ядерных взрывов) легче контролировать, чем природно обусловленное загрязнение.

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.

Такой вид транспорта, как гражданская авиация, подвергает своих пассажиров повышенному воздействию космического излучения.

И, конечно, свой вклад дают испытания ядерного оружия, предприятия атомной энергетики и промышленности.

Безусловно, возможно и случайное (неконтролируемое) распространение радиоактивных источников: аварии, потери, хищения, распыление и т. п. Таки ситуации, к счастью, ОЧЕНЬ РЕДКИ. Кроме того, их опасность не следует преувеличивать.

Воздействие радиации на живые организмы и человека

Считается, что радиация в любых дозах очень опасна. Ее влияние на живой организм может носить, как и позитивный характер: использование в медицине, так и негативный: лучевая болезнь. Любопытные результаты получили ученые, исследуя воздействие радиации на растения и животных. Результаты экспериментального облучения показывают, что наиболее чувствительны к действию радиации млекопитающие, за ними следуют птицы, рыбы, пресмыкающиеся и насекомые. Чувствительность растений к излучению варьируется в самых широких пределах, частично совпадая с показателями для животных. Менее всего чувствительны к высоким дозам радиации мхи, лишайники, водоросли и микроорганизмы, в частности бактерии и вирусы. Воздействие радиации на человека называют облучением. Основу этого воздействия составляет передача энергии радиации клеткам организма. Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь.

Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушениям, а в больших дозах часто приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей.

Сложность в отслеживании последовательности процессов, вызванных облучением, объясняется тем, что последствия облучения, особенно при небольших дозах, могут проявиться не сразу, и зачастую для развития болезни требуются годы или даже десятилетия. Кроме того, вследствие различной проникающей способности разных видов радиоактивных излучений они оказывают неодинаковое воздействие на организм: альфа–частицы наиболее опасны, однако для альфа–излучения даже лист бумаги является непреодолимой преградой; бета–излучение способно проходить в ткани организма на глубину один–два сантиметра; наиболее безобидное гамма–излучение характеризуется наибольшей проникающей способностью: его может задержать лишь толстая плита из материалов, имеющих высокий коэффициент поглощения, например, из бетона или свинца.

Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхание воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку:

1) объем легочной вентиляции очень большой
2)значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. Степень задержки аэрозолей в легких зависит от дисперсионности. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ из желудочно–кишечного тракта имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно–кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента (для циркония, ниобия), до несколь–ких десятков процентов (водород, щелочноземельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200–300 раз меньше, чем через желудочно–кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.

При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15–20 суток снижается.

Концентрации в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания отложившихся веществ.

Различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают, когда число клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов.

Хроническое облучение слабее действует на живой организм по сравнению с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими процессами восстановления радиационных повреждений. Считается, что примерно 90% радиационных повреждений восстанавливается.

Стохастические (вероятностные) эффекты, такие как злокачественные новообразования, генетические нарушения, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления. Для количественной оценки частоты возможных стохастических эффектов принята консервативная гипотеза о линейной беспороговой зависимости вероятности отдаленных последствий от дозы облучения с коэффициентом риска около 7 *10^–2 /Зв.

Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей.

Основные этапы воздействия излучения на ткани:

Заряженные частицы. Проникающие в ткани организма альфа– и бета–частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят (Гамма–излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые, в конечном счете, также приводят к электрическим взаимодействиям.)

Электрические взаимодействия. За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходного нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.

Физико–химические изменения. И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно–способные, как “свободные радикалы”.

Химические изменения. В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.

Биологические эффекты. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток, или такие изменения в них могут привести к раку.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИИ В РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЯХ ГОРОДА

Некоторые данные о радиационном облучении населения

Допустимая доза для человека – 0,5 р/ год.
За 70 лет жизни человек может получить безопасно для здоровья – до 35 Рентген.
Естественный фон –0, 24Р/ год.
Рентгеновское исследование зуба – 0,3 р/год.
Флюорография грудной клетки – 0.06р/год.
Снимок черепа – 0,02р/ год.
270 суток у цветного телевизора (270*24 часа*40 мкр/ час) =0,259 р/ год.
1 Зв примерно равен 100Р

(Данные из газет, рентгенологических кабинетов).

Результаты измерений

По этажам

В школе №10

В магазинах

На улице

У монитора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исходя из проведенных измерений, я сделал несколько выводов:

1. На плане непроветренной квартиры уровень радиации возле стен выше, чем в середине комнаты. Значит главным источником радиации в помещении являются строительные материалы, из которых строятся стены.

2.В туалете и в ванне уровень радиации наиболее высокий. Причиной тому вода, которая, проходя под землей в канализационных трубах, облучается радиацией идущей от земли.

3.Из плана проветренной квартиры уровень радиации не понизился, а даже увеличился. Однако я предположил, что воздух на улице имел большую радиацию, чем в квартире из–за большей влажности, а вода растворяет в себе радиоактивные элементы.

4. Сравнив показания уровня радиации на разных этажах, я понял, что насколько бы не было высоко здание, уровень радиации внутри здания с высотой не изменяется. Однако с изменением высоты на открытом пространстве уровень радиации, скорее всего, спадет, поскольку большая часть радиации идет от земли и строительных материалов.

5.В школе уровень радиации нормальный из–за хорошей вентиляции. В столовой уровень радиации выше, потому, что там плохая вентиляция, душно и большое скопление народа.

6. Уровень радиации у старых электронно–лучевых мониторов намного выше чем у ЖК из–за электронных пучков, которые излучают рентгеновское излучение.

7.Общий радиационный фон стабильный, превышения не наблюдаются.

Работу выполнил:

Тазиев Камиль

МБОУ “СОШ № 10”, 8 класс,
воспитанник ОИР ГДТД и М

Научный руководитель:

Гафарова Л. И., учитель физики