Ядерная безопасность и радиационный контроль на примере Челябинской области и города Миасса.

Проблема содержания радона-222 и методы его определения в воде, воздухе, почве и строительных материалах.

Авторы: ,

Россия, Челябинская область, город Миасс, МБОУ «Лицей №6», 10 класс

Научный руководитель: , учитель химии

Россия, Челябинская область, город Миасс, МБОУ «Лицей №6»

1.Введение

На уроках физики и химии мы изучали строение атома, изотопы и явление радиоактивности. Эта тема показалась нам очень интересной. Особенно актуальна она для нас, жителей Челябинской области. Мы уже знаем об авариях на ПО «Маяк», о строительстве и работе хранилища для отработанного ядерного топлива, о наличии на Южном Урале горных пород, содержащих радиоактивные изотопы, о строительстве АЭС на территории Челябинской области. Эксперты предсказывают, что мы всё больше будем использовать ядерную энергию, чтобы возместить оскудевающие запасы горючих ископаемых и удовлетворить наши возрастающие энергетические потребности. Поэтому каждому образованному современному человеку важно хоть немного знать о ядерных реакциях, о применении радиоизотопов и обезвреживании ядерных отходов.

Когда работа была выполнена, в нашей Челябинской области случилась экологическая катастрофа, связанная со взрывом метеорита – хондрита, т. е. каменного метеорита, состоящего из оливина и пироксена. Сколько паники вызвала эта катастрофа и слухов о повышенной радиации!

Заинтересовавшись проблемой нашей ядерной безопасности и проблемой локального повышения радиационного фона вследствие выделения радона-222 из природных источников в городе Миассе, мы поставили перед собой задачи:

1. Изучить литературу и нормативные документы по данному вопросу и воспользоваться другими источниками информации.

2. Побывать в лабораториях и учреждениях г. Миасса, имеющих отношение к данной проблеме.

3. Изучить методы контроля над уровнем радиации, применяемые в городе Миассе и Челябинской области.

4. Научиться пользоваться школьным иономером (счетчиком Гейгера) и бытовым дозиметром-радиометром.

5. Изучить и применить метод измерения содержания радона и уровня радиации для анализа проб почвы и воды, отобранных в окрестностях города Миасса.

Итак, цели нашей работы:

1. Получить знания в области ядерной физики, экологических проблем, связанных с ее практическим применением; узнать об опасности радиации для человека, об источниках этой опасности и методах радиационного контроля, применяемых в Челябинской области и городе Миассе.

2. Научиться применять методы радиационного контроля в своей повседневной жизни.

3. Выяснить влияние радона на здоровье людей и определить содержание радона в наиболее популятрных природных источниках родниковой воды в окрестностях г. Миасса.

2. Теоретическая часть

2.1.Строение атома и изотопы.

Ядерные реакции - изменения вещества, природа которых связана с атомным ядром. Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов и нейтронов.

Атомы с одинаковымчислом протонов, но с различными массовыми числами называются изотопами. Например, естественные изотопы урана обозначают как уран-233, уран-235, уран-238. 99,3% встречающегося в природе урана приходиться на долю урана-238; 0,7% - на долю урана-235 и только следы - на долю урана-233.

2.2.Ядерные реакции.

2.2.1.Общее определение.

Самопроизвольное испускание частиц или излучения из атомного ядра называется радиоактивностью. Открыл это явление Анри Беккерель в 1896 г. Изотопы, обладающие радиоактивностью, называются радиоизотопами. В качестве примера приведём уран-238, который самопроизвольно испускает альфа-лучи; эти лучи представляют собой поток ядер гелия-4, называемых альфа-частицами. Когда ядро урана-238 теряет альфа-частицу, оставшийся фрагмент ядра имеет атомный номер 90 и массовое число-234 - ядро изотопа торий-234.

2.2.2.Типы радиоактивного распада.

Есть 3 типа излучения - это альфа (α)- лучи, бета (β)- лучи и гамма (γ)- лучи. Альфа - лучи представляют собой пучки гелия-4. Бета - лучи представляют собой пучки электронов. Гамма - лучи представляют собой электромагнитное излучение с очень короткой длинной волны (т. е. с высокой энергий).

Существует ещё два других типа радиоактивного распада – испускание позитрона и электронный захват. Позитрон – это частица с такой же массой, как и электрон, но имеющая заряд противоположного знака. Электронный захват представляет собой захват электрона из электронной оболочки, окружающей ядро. результате электронного захвата один из протонов внутри ядра превращается в нейтрон.

2.2.3.Устойчивость ядра.

Число нейтронов, необходимое для создания устойчивого ядра, быстро повышается с возрастанием числа протонов. Площадь, в пределах которой расположены все устойчивые ядра, называется поясом устойчивости.

2.2.4.Ряды радиоактивности на примере урана.

Как показано на рис. 1 и 2, при распаде урана-238 образуется торий-234, который также радиоактивен и распадается с образованием протактиния-234. Это ядро тоже неустойчиво и в свою очередь распадается. Такие последовательные реакции продолжаются до тех пор, пока не образуется устойчивое ядро, свинец -206. Последовательность ядерных реакций, которая начинается с неустойчивого ядра и заканчивается устойчивым, называется рядом радиоактивности или рядом ядерного распада. Существует три таких ряда. Помимо ряда, который начинается с урана-238 и кончается свинцом-206, имеется ряд, начинающийся с урана-235 и кончающийся свинцом-207, а также третий ряд, который начинается торием-232 и кончается свинцом-208.

2.2.5.Получение новых ядер.

В 1919г. Резерфорд осуществил первое искусственное превращение одного ядра в другое. Ему удалось превратить азот-14 в кислород-17, пользуясь быстрыми альфа-частицами, которые испускает радий. Сегодня, чтобы произвести ядерную реакцию, используют ускорители элементарных частиц, носящих название циклотрон, синхротрон, коллайдер (они разгоняют элементарные частицы до огромных скоростей с помощью мощного электромагнитного поля). Ускорители элементарных частиц нашли применение для выяснения ядерной структуры и синтеза новых тяжёлых элементов.

2.3.Обнаружение радиоактивности.

Разработано много методов обнаружения излучения, испускаемого радиоактивными веществами. Беккерель открыл радиоактивность благодаря воздействию радиоактивного излучения на фотографические пластинки. Радиоактивность можно также обнаруживать и измерять с помощью прибора, который называется счетчиком Гейгера. Действие счётчика Гейгера основано на ионизации вещества под действием излучения. Схема устройства Гейгера показана на рис.3.

Для обнаружения и измерения радиоактивности можно использовать вещества, в которых под влиянием излучения возбуждаются электроны и вещества начинают светиться (флуоресцировать). На этом принципе основано устройство прибора - сцинтилляционный счётчик.

2.4.Влияние радиоактивности на живые организмы.

2.4.1.Ионизация молекул.

Разрушение биологических систем обусловлено способностью радиоактивного излучения ионизировать молекулы, т. к. энергия альфа-, бета - и гамма-лучей, испускаемых в процессе ядерного распада, намного превышает энергии химических связей. Гамма-лучи представляют собой наиболее опасное излучение, поскольку они эффективно проникают сквозь ткани человеческого организма. В отличие от гамма-лучей большая часть альфа-излучения поглощается кожей, а бета-лучи способны проникать всего на глубину около 1 см. под поверхность кожи. Поэтому альфа - и бета-лучи не так опасны, как гамма-лучи, если только источник не проник каким-то образом в организм. Внутри организма альфа-лучи представляют чрезвычайно большую опасность, поскольку, распространяясь в веществе, они оставляют за собой очень плотный след из разрушенных молекул. Лёгкость попадания в организм радиоизотопа определяется тем, в какой химической форме он находится. От этого же зависит, насколько долго радиоизотоп удерживается внутри организма и в каких его органах. Наглядным примером могут служить радон-222 и стронций-90.

Радон-222 образуется при ядерном самопроизвольном распаде урана в горных гранитных породах и выделяется в атмосферу. Поскольку радон-222 химически инертен, до сих пор не разработан простой способ его химического обезвреживания. Попавший в атмосферу радон-222 оказывает воздействие на кожу и лёгкие людей и животных. Стронций-90 – техногенный радиоизотоп, образуется при ядерном делении. Поскольку стронций является щелочноземельным элементом, он способен замещать кальций в его соединениях. Поэтому стронций может проникать в костные ткани и накапливаться, где его излучение способно вызывать раковые заболевания или лейкемию. Как правило, радиоактивное излучение представляет наибольшую опасность для тканей, которые воспроизводят себя с наибольшей скоростью, например костного мозга, кроветворных тканей и лимфатических узлов. Наибольшей устойчивостью к радиации обладают самые простые формы жизни: бактерии, плесень, лишайники.

2.4.2.Дозы и единицы измерения радиационного излучения.

Разрушение вещества под действием радиоактивного излучения зависит не только от активности источника, но также от энергии и проникающей способности излучения. В связи с этим для измерения дозы излучения пользуются единицами – радом и бэром. 1 рентген — доза, образующая ионы в 1 ед. заряда на 1 см³ воздуха при нормальном атмосферном давлении и 0 °C. Рентген продолжает достаточно широко использоваться в технике, отчасти потому, что многие имеющиеся измерительные приборы (дозиметры) отградуированы именно в рентгенах. В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе 1 Р соответствует поглощённая доза в воздухе, равная 0,88 рад. Беккере́ль (обозначение: Бк, Bq) — единица измерения активности в системе СИ. Беккерель определяется как активность такого количества вещества, в котором за одну секунду происходит один радиоактивный распад. Раньше для измерения радиоактивности использовалась внесистемная единица измерения кюри: 1 Ки = 3,7·1010 Бк (точно) (таблица 1).

Для людей гораздо важнее эффекты, вызываемые длительным облучением при низких дозах. Естественный радиоактивный фон считается допустимым, если он не превышает 15-20 микрорентген в час (мкР/ч). Нынче в ходу другая единица измерения дозы радиации – зиверт (1 Зв = 1Дж/кг, т. е. за некоторое время 1 кг массы тела получил 1Дж энергии радиоактивного излучения). Единица 1 мкЗв/ч энергетически эквивалентна примерно 100 мкР/ч. Таким образом, нормальный фон должен быть порядка 0,15-0,20 мкЗв/ч.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4