Учебно-исследовательская работа по экологии "Радиационная обстановка в гимназии"

Введение

Поражающее действие ионизирующей радиации дорого обошлось человечеству. Мария Склодовская-Кюри, открывшая вместе со своим мужем два новых радиоактивных химических элемента, была первым человеком на Земле, который заболел лучевой болезнью.

Новый метод диагностики с использованием рентгеновских лучей привел к массовому заражению врачей-рентгенологов злокачественными опухолями. Никто из них не знал о скрытом влиянии этих лучей, которое накапливалось из дня в день. Почти все они погибли в течении в течении нескольких лет. Обелиск, воздвигнутый в их память в Гамбурге, напоминает нам о грозном биологическом действии ионизирующей радиации.

Ничем не оправданное атомное нападение на мирные города Хиросиму и Нагасаки, осуществленное США на исходе второй мировой войны привело к сотням тысячам жертв ядерной радиации. И десятки лет спустя в этих городах люди погибали от отдаленных последствий облучения.

Чернобыльская катастрофа унесла жизни тысяч людей, значительная часть европейских территорий бывшего СССР подвергалась радиоактивному загрязнению и стала непригодной для проживания.

Радиоактивное излучение никак не воспринимается нашими органами чувств: его нельзя ни видеть, ни слышать, ни ощущать. Это увеличивает опасность.

Уровень радиации в окружающей среде не одинаков и не постоянен во времени. В настоящее время опасность представляемой радиационные “следы” – от взрывов при испытаниях ядерного оружия (Новая Земля, Семипалатинск, Оренбург) и атомных катастроф, происходивших в прошлом (Чернобыльская авария). С территорий, где прошло загрязнение, ветрами поднимается радиоактивная пыль, которая переносится на расстояния многих сотен и тысяч километров. Такой перенос радиоактивных веществ по Земле происходит в наши дни и будет продолжаться в обозримом будущем. Изучение и контроль радиационного фона г. Новокузнецка проводит радиологическая лаборатория “Центра гигиены и эпидемиологии в Кемеровской области”. Однако не все радиационные “следы” могут быть отслежены данной лабораторией, ведь пункты наблюдений находятся в определенных точках, перенос ветром загрязнений чаще всего имеет кратковременный характер, радиоактивная пыль может выпадать на небольшой территории. Кроме того, не обследуются на содержание радона и продуктов распада здания, введение в эксплуатацию ранее 1997 года. Цель нашей работы – изучение радиационной обстановки в гимназии и на прилегающей территории. Для достижения поставленной цели необходимо изучить литературу по данной теме, освоить метод работы на радиометре “Припять”, провести измерения и оценить радиационный фон.

Литературный обзор

1.1. Что такое радиация?

Радиоактивные или ионизирующие излучения бывают трех основных видов: альфа-, бета– и гамма – излучения. Они отличаются друг от друга по происхождению, свойствам и действию на организм человека. Излучения возникают при превращениях неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента.

Альфа-излучение возникает при альфа-распаде. -частица – ядро атома гелия. При испускании -частицы ядро теряет два протона и два нейтрона, при этом заряд ядра уменьшается на 2, а массовое число на 4.

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 ? – излучения загрязнены пища, воздух или вода, попадающие в организм человека. В этом случае облучению подвергнутся не защищенные кожей внутренние органы.

Бета-излучение образуется при -распаде, т.е. происходит испускание ядром электрона, позитрона или захват ядром электрона с одного из ближайших к ядру энергетических уровней:

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 (в некоторых случаях может пройти насквозь). Для защиты от -лучей используют свинец, бетон и др.

Рентгеновское излучение имеет такую же природу, как и -излучение, и возникает при электронном захвате: при захвате ядром электрона с ближайшего к ядру К-слоя в ядре уменьшается число протонов в результате процесса: или

При переходе периферийного электрона на освободившееся в К-слое место выделяется энергия в виде кванта излучения. Радиоактивное излучение никак не воспринимается нашими органами чувств: его нельзя ни видеть, ни слышать, ни ощущать [9].

1.2. Действие радиации на человека

При действии радиации на человека возможны три вида заболеваний: онкологические болезни различных органов, генетические повреждения, не влияющие на здоровье самого человека, но приводящие к появлению различных болезней или уродств у его потомков, зачатых и рожденных после облучения и лучевая болезнь. Последствия облучения зависят от величины полученной человеком дозы: чем больше доза облучения, тем тяжелее будут последствия. Но если та же доза получена не мгновенно, а за длительное время, то вред организму будет нанесен меньший. Кроме того, ослабленные болезнями люди, маленькие дети, беременные женщины чувствительны к радиации.

Последствия облучения зависят от того, какие именно органы тела подверглись облучению. Более чувствительны к радиации кожа, костная ткань, 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. Например, радиоактивный йод после Чернобыльской аварии попадал в организм человека и вызывал рак щитовидной железы.

Если облучение повторяется систематически, то может возникнуть лучевая болезнь при небольших дозах облучения [7].

Все указанные заболевания следуют за облучением не обязательно, а только с некоторой вероятностью.

1.3. Радиационная обстановка Кемеровской области

Радиационная обстановка в Кемеровской области существенных изменений по сравнению с предыдущими годами не претерпела и, в целом, характеризуется как не представляющая опасности для населения Кемеровской области. В среднем радиационный фон на территории ниже среднего значения для территории бывшего Советского Союза.

Существует ряд факторов, вынуждающих постоянно отслеживать тенденции изменения радиационного фона, как на территории всей области, так и в отдельных ее регионах. К ним относятся следующие:

1. В радиусе около 200 км на территории соседних регионов ( Новосибирская, Томская области, Красноярский край) имеются различные ядерные объекты, любые нарушения правил эксплуатации которых, связанные с возможным выбросом радиоактивных веществ в объекты окружающей среды, может привести к серьезным изменениям радиационной обстановки и в Кузбассе.

2. По территории области проходит Транссибирская железнодорожная магистраль, осуществляющая перевозки радиационно опасных веществ к этим ядерным объектам.

3. В 1984 г. в Чебулинском районе по заказу МинГео СССР был произведен подземный ядерный взрыв в промышленных целях "Кварц-4" (мощность взрыва 10 киллотонн, глубина – около 500 м), цели и задачи которого до сих пор не известны. Выброса радиоактивных веществ в окружающую среду не наблюдалось, однако, до сих пор сохраняется возможность разгерметизации полости взрыва.

4. Горнодобывающая, металлургическая, промышленность строительных материалов, геологоразведка, лечебные учреждения являются основными потребителями искусственных радионуклидов, используемых для контроля технологических процессов, для лечения и диагностики заболеваний.

5. Извлечение полезных ископаемых из недр (уголь, железная руда, строительные материалы и др.), составляющая подавляющую часть промышленного производства Кузбасса, приводит к складированию на территории области огромных количеств твердых отходов, в состав которых входят долгоживующие радионуклиды. Кроме того, в результате сжигания каменного угля предприятиями теплоэнергетики происходит концентрирование этих радионуклидов в шлаке и летучей золе.

6. Радоновое загрязнение. Выявленные в ходе работ в 1991-93 гг. МЦЭМБИ (г. Кемерово) уровни радонового излучения в шахтных выработках, в районе залегания угольных пластов, местах хранения угля, объектах жилого сектора и т.д. свидетельствуют о том, что эмиссия естественного радиоактивного газа – радона превышает общероссийские уровни и обусловлена большим количеством угледобывающих предприятий на территории Кузбасса.

1.4. Радиометрическое обследование территорий, стройматериалов, твердых отходов угледобычи

Постоянно проводятся работы по обследованию территорий, стройматериалов, твердых отходов угледобычи, в основном, силами Кемеровского областного ЦГСЭН и межведомственной лаборатории радиационного контроля Кемеровского госуниверситета (МЛРК КемГУ).

Измерения естественного гамма-фона в населенных пунктах Кемеровской области проводится 26 территориальными подразделениями Кемеровского областного ЦГСЭН и составляет в среднем 10,7 мкр/час, в 1997 г. фоновое значение этого параметра в зависимости от местности колебалось от 8,7 до 15,2 мкр/час (в среднем – 10,3 мкр/час).

В 1998 г. на государственную экологическую экспертизу в Госкомэкологию Кемеровской области был представлен проект ГГП “Березовгеология” по проведению опытных работ по подземному выщелачиванию урана на Малиновском месторождении (Чебулинский район). В рамках государственной экологической экспертизы было проведено экспертное обследование месторождения силами специалистов МЛРК КемГУ с контролем радиационной обстановки на участке до и во время проведения работ.

Радиационная обстановка в районе работ не вызывала беспокойства на протяжении всего периода (по результатам контрольных выездов). В целом от начала до окончания работ в течении 1998 г. радиационный фон на участке увеличился в 1,5 раза, оставаясь в рамках среднего регионального фона. Поверхностные осадочные породы, перекрывающие залежь, обеднены U u Th, в связи с чем радиационный фон до начала работ был более низким, чем средний по области. При проведении эксперимента повышение мощности дозы до 60 мкр/час во время проведения эксперимента наблюдалось только в пробоотборнике откачной скважины (непосредственно над потоком технологического раствора).

В целом необходима отладка механизма дозиметрического контроля в режиме мониторинга на участках работ по разведке и возможному промышленному освоению урана, с обязательным контролем питьевых источников населения, т. к. кроме радионуклидного загрязнения возможны другие изменения в состоянии подземных вод.

Постоянно проводится государственный контроль со стороны санитарных органов за местными строительными материалами и отходами производства. Эти данные сведены в таблицу 12.1. Удельная эффективная активность исследованных материалов не превысила нормируемого значения 370 Бк/кг для жилых и общественных зданий (п. 7.3.5 НРБ-96).

1.5. Радиационные инциденты на территории Кемеровской области.

По данным Кемеровского отдела инспекции радиационной безопасности 18.09.98 г.. на горном отвале шахты “Красногорская” ( г. Прокопьевск) был обнаружен отрезок металлической трубы, внутри которой были обнаружены части прибора со знаками радиационной опасности. В результате расследования установлено, что частями прибора являлись два блока золомера марки УЗПИ-100 с радионуклидом Америций-241 с активностями 4,8*10⁸ и 1,4*10¹⁰ Бк. Мощность дозы на поверхности составляла 150-200 мкр/час, на расстоянии 1м от поверхности –20 мкр/час. Облучения рабочих не произошло. Контейнеры находятся в охраняемом помещении.

17.10.98 при проведении каротажных работ на участке шахты “Майской” при подъеме из скважины на глубине 140 м произошел прихват скважинного прибора БКР-3М с радионуклидом Кобальт-60 с активностью 12 мБк. После разработки плана авария была ликвидирована с 22 на 23.10.98 г. Радиоактивного облучения персонала, оборудования не произошло.

1.6. Радоноопасность территории

Сложное геологическое строение территории Кузбасса, разрывные нарушения земной коры, надкларковые содержания урана и др. обуславливают внимание к выделению радона из почвы, носящего очаговый характер, т.е. радоноопасность с точки зрения радиационной безопасности имеет значение для условий проживания населения Кемеровской области. Государственный надзор осуществляется органами госсанэпидемнадзора.

Результаты контроля содержания радона в жилых и общественных зданиях, вводимых в эксплуатацию в 1998 г., приведены в таблице.

1.7. Радиационный контроль продуктов питания

Органы госсанэпидемнадзора Кемеровской области исследуют продукты питания местного производства, а также ввезенные на территорию области из других регионов. Случаев превышений временно допустимого уровня содержания радионуклидов в продуктах питания не зарегистрировано. В настоящее время из-за отсутствия соответствующего оборудования не ведется контроль за радиационной безопасностью питьевой воды по a – и b – видам излучения [11].

2.Экспериментальная часть

Радиационные обследование гимназии и прилежащей территории проводили с помощью радиометра “Припять”. Данный прибор соответствует ТУ 884ССР 245.006-89, ГОСТ 27451– 81 и выполнен в виде портативного цифрового прибора в прямоугольном корпусе из ударопрочного пластика. Радиометр позволяет измерять уровень гамма-излучения на местности и в помещениях в пределах 10-100 микрорентген в час и загрязнение поверхности бета– излучающими веществами. В качестве детекторов бета– и гамма– излучения в приборе используются встроенные счетчики при появлении ионизирующих частиц или гамма– квантов в газовом объеме счетчиков развивается электрический разряд, который образует на выходе электрической схемы импульсы напряжения. Они с помощью пересчетного устройства преобразуются в цифровую информацию и отображаются на жидкокристаллическом индикаторе. Радиометр измеряет мощность экспозиционный дозы в микрорентген в час (мкР/ч) или мощность эквивалентной дозы в микрозиверт в час (мкЗв/ч). Радиометр включают, считывают три последовательных показания, и определяют средние значение. Специальная крышка-фильтр поглощает бета– излучение. Со снятой крышкой-фильтром радиометр чувствует не только гамма– но и бета-радиацию. Из показаний прибора со снятой крышкой вычитают уровень гамма– излучения, определенной рамке. Все измерения проводят на расстоянии 1.1-1.2 метра от исследуемой поверхности, или поверх упаковочной коробки.

Измерения уровня -излучения проводили в мае-июне 2007 года. Получены результаты, указанные на плане (см. приложение).

В большинстве классных комнат, площадь которых около 20 квадратных метров – излучения составляет 17 мкр/час, в помещениях же площадью 8-10 м² эта же величина составляет 19-20 мкр/час. На втором этаже здания получены результаты измерений равные или немного ниже соответствующих значений на 1-ом этаже. Самые высокие данные уровня – излучения – 23мкр/час наблюдается в подвальных помещениях, где проветривание проводится редко, а выход радона из грунта максимален. В кабинете информатики, где установлены 12 компьютеров уровень -излучения составляет 20 мкр/час, вблизи дисплея компьютера он незначительно повышается. Повышение уровня гамма-фона происходит и возле экрана цветного телевизора 21 мкр/час.

На территории гимназии значение -фона в ясную погоду составляет 11 мкр/час, эта возрастает до 17 мкр/час во время и после дождя. Данные явления объясняется тем, что с каплями дождевой воды выпадают их атмосферы на землю природные радиоактивные вещества– продукты распада газа радона.

Более низкое значение уровня -излучения на улице объясняется тем, что здание гимназии является крупноблочным, а в железобетоне содержится примесь радиоактивного изотопа калия– 40 и из грунта выделяется и накапливается в помещениях радон.

3.Выводы и рекомендации

1. Мощность гамма-излучения в здании гимназии составляет 17-20 мкр/час, в подвальных помещениях– 23 мкр/час, большее значение наблюдается в небольших помещениях.
2. Незначительное повышение уровня гамма-фона происходит возле цветного телевизора и дисплея компьютера.
3. На территории гимназии значение -фона равно 11 мкр/час в ясную сухую погоду и увеличивается во время и после дождя.
4. Превышение допустимых уровней -фона не обнаружено. На основании полученных результатов можно сделать следующие рекомендации:

1. Необходимо чаще проветривать помещения, особенно небольшой площади.
2. Не смотреть цветной телевизор с близкого расстояния.
3. Не сидеть перед компьютером несколько часов в день.
4. Чаще бывать на свежем воздухе. Сочетать занятия в помещении с отдыхом на улице.

Литература

1. ГОСТ Р 51593-2000" Вода питьевая. Отбор проб".
2. Нормы радиационной безопасности НРБ-99. ГН 2.6.1.758-99.
3. Санитарные правила и нормы СанПин 2.1.4. 559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".
4. Санитарные правила и нормы СанПин 2.3.2. 560-96 "Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов".
5. Максимов М.Г., Оджагов Г.О. Радиоактивные загрязнение и их измерение. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 304 с.
6. Нахутин А.И. Радиация у вас дома и на улице. М.: Высшая школа, 1996. – 36 с.
7. Пивоваров Ю.П., Михалев В.И. Радиационная экология. – М.: Изд. центр “Академия”, 2004. – 240 с.
8. Кузин А.М. Невидимые лучи вокруг нас. – М.: Наука, 1979. – 151 с.
9. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1990. – 478 с.
10. Постановление правительства России от 06.07.94 г. № 809. Федеральная целевая программа “Радон”.

11. Мала М.С. Доклад “О состоянии окружающей природной среды Кемеровской области в 1998 году”. – М.: ЭКО-бюллетень ИнЭкА № 9-10 (44-45), сентябрь-октябрь 1999 года.