ГБОУ города Москвы «Лицей № 000 при МЭИ»
Проект
«Уровень радиации в разных районах Москвы и разработка приложения "Radiation" для мобильных устройств»
Авторы проекта: ученики 10-М класса
Поляков Александр
Чжен Артём
Руководитель проекта:
Москва 2017–2018
Содержание
Введение
Актуальность проблемы
Глава I
1. Радиация в природе
1.1. Естественные радионуклиды
1.2. Радиоактивные источники
1.3. Радионуклиды в растениях и грибах
2. Виды радиации
3. Польза и вред радиации
4. Вредное воздействие радиации
5. Польза радиации
6. Способ измерения
7. Приборы, измеряющие радиацию
8. Способы защиты
Глава II (практическая часть)
1. Замеры радиации в Москве
2. Приложение с информацией о радиации
Заключение
Введение
Радиация – это явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах, при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и различными излучениями, в результате чего возникают вредные и опасные факторы, воздействующие на людей.
Предмет исследования – роль радиации в жизни человека, исследование источников радиации.
Цель работы – изучить воздействие радиации на человека, найти источники излучения, произвести замеры в г. Москва с целью обнаружения потенциально опасных мест, создать мобильное приложение.
Методы исследования:
- замер радиации с помощью дозиметров Radex 1503 и RadiaScan-701;
- поиск информации в справочной литературе.
Глава I
Актуальность проблемы.
В настоящее время очень много в жизни человека связано с радиацией: ледоколы, подводные лодки, атомные станции, медицинская техника и т. д. Мы часто сталкиваемся с этим явлением, например, в метро или больницах/поликлиниках. Но очень мало людей знают о её воздействии на человека (как положительном, так и отрицательном).
1. Радиация в природе
1.1. Естественные радионуклиды
Естественные радионуклиды, имеющие природное происхождение, содержатся в тех или иных количествах во всех природных объектах нашей планеты. Основные радиоактивные нуклиды природного происхождения, содержащиеся в строительных материалах: радий (Ra226), торий (Th232), калий (К40).
1.2 Радиоактивные источники
Источниками загрязнения объектов природной среды естественными радионуклидами могут быть природные образования (месторождения радиоактивных и некоторых других полезных ископаемых, горные породы с повышенным содержанием радиоактивных элементов, природные воды с высоким содержанием радона, радия, иногда урана), а также промышленные предприятия по добыче и переработке некоторых типов полезных ископаемых, включая нефте - и газодобычу, а также ГРЭС и ТЭЦ, работающие на углях, горючих сланцах.
Естественные радиоактивные элементы условно можно разделить на три группы:
1) изотопы радиоактивных семейств урана, тория и актиноурана;
2) не связанные с первой группой радиоактивные элементы – калий 40, кальций 48, рубидий 87 и др.;
3) радиоактивные изотопы, возникающие под действием космического излучения, – углерод 14 и тритий.
Радиоактивное загрязнение природных средств в настоящее время обусловлено следующими источниками:
- глобально распределёнными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытаний ядерного оружия, проводивших в атмосфере и под землёй;
- выбросом радиоактивных веществ из 4-го блока Чернобыльской АЭС в апреле–мае 1986 г.;
- плановыми и аварийными выбросами радиоактивных веществ в окружающую среду от предприятий атомной промышленности;
- выбросами в атмосферу и сбросами в водные системы радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации;
- привнесённой радиоактивностью (твёрдые радиоактивные отходы и радиоактивные источники).
1.3 Радионуклиды в растениях и грибах
Контаминация грибов радионуклидами, как и тяжелыми металлами, происходит в соответствии с зонами загрязнения. Собранные в одной местности некоторые виды грибов накапливают радионуклиды в большей степени, другие – в меньшей, третьи почти их не содержат. Это происходит из-за индивидуальных особенностей строения, метаболизма и активности ферментных систем, свойственных грибам различного вида. Загрязнение грибов радионуклидами так же, как и тяжелыми металлами, может быть поверхностным и объемным, т. е. радиоактивные вещества входят в состав структуры плодового тела. Наибольшее воздействие на живую материю, в том числе и на грибы, оказывают искусственные радионуклиды. Локальное загрязнение почвы и растительного покрова радиоизотопами происходит при выбрасывании их в виде газов, аэрозолей или паров предприятиями атомной промышленности и энергетическими комплексами.
Распределение радионуклидов в природе имеет определенные особенности. При выпадении радиоактивных осадков даже на ограниченном участке земли почва загрязнена неодинаково. Это связано с видом растительного покрова, рельефом почвы. Прежде чем достичь поверхности почвы, радиоактивные вещества вместе с выпавшими осадками удерживаются на растительном покрове – широколистных растениях, листьях деревьев, траве, кустах и т. д. Отмирание листьев и травы в осенний период сопровождается переходом радиоактивных веществ в поверхностный слой почвы – гумус, толщина которого составляет 15–20 см. В этом слое радиоизотопы становятся доступными мицелию грибов.
2. Виды радиации.
Существует несколько видов радиации.
1. Альфа-излучение. Представляет собой поток альфа-частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов (собственно говоря, это ядра атомов гелия), образовавшихся в результате альфа-распада тяжелых ядер.
2. Бета-излучение. Это поток электронов или позитронов (бета-частиц), образовавшихся в результате бета-распада радиоактивных ядер.
3. Гамма-излучение. Оно сопровождает альфа - или бета-распад и представляет собой поток гамма-квантов, являясь, по сути, электромагнитным излучением – то есть, оно имеет волновую природу, аналогичную природе света. Отличие в том, что гамма-кванты обладают гораздо большей энергией, чем кванты светового излучения, и поэтому имеют бульшую проникающую способность.
3. Польза и вред радиации
Радиация играет огромную роль в нашем мире. Благодаря явлению радиоактивности был совершен существенный прорыв в области медицины, энергетики и в других различных сферах. Однако исследования радиации показали и негативные стороны свойств радиоактивных элементов. Тот факт, что радиация может быть очень опасной, беспокоит общественность.
4. Вредное воздействие радиации
Воздействие радиации на организм человека называют облучением. Во время этого процесса энергия радиации передается клеткам, разрушая их. Облучение может вызывать всевозможные заболевания: инфекционные осложнения, нарушения обмена веществ, злокачественные опухоли и лейкоз, бесплодие, катаракту и др. Особенно остро радиация воздействует на делящиеся клетки, поэтому она чрезвычайно опасна для детей.
5. Польза радиации
В результате многолетних исследований американским учёным Доном Лаки было сделано заявление, что малая доза проникающей радиации является полезной для организма, она повышает иммунитет, поэтому ее надо применять в медицине для лечения или профилактики некоторых болезней. Объясняется это тем, что в процессе эволюции организм человека приспособился к определённому радиационному уровню, и его нехватка может пагубно отразиться на здоровье. Искусственная или естественная радиоактивность в умеренном количестве – это как необходимые организму микроэлементы и минералы.
6. Способ измерения
Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов в различных объектах используются специальные средства измерения:
- для измерения мощности экспозиционной дозы гамма излучения, рентгеновского излучения, плотности потока альфа - и бета-излучения, нейтронов, используются дозиметры различного назначения;
- для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды используются спектрометрические тракты (спектрометры), состоящие из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.
В настоящее время имеется большое количество дозиметров различного типа, назначения, и обладающие широкими возможностями.
7. Приборы, измеряющие радиацию
Все приборы для измерения ионизирующих и радиоактивных излучений подразделяются на три категории: радиометрические (радиометры), дозиметрические (дозиметры), блоки и устройства электронной аппаратуры для ядерно-физических исследований (ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера–Мюллера, коронные и искровые счетчики).
Радиометр – это прибор, который способен измерить активность источников излучения и определить плотность потока ионизирующих частиц света. Он состоит из стеклянного сосуда, содержащего алюминиевую вертушку с горизонтальными ветвями и с газоразрядным счетчиком. Измерители радиоактивности (радиометры) делятся на радиометры загрязнения поверхностей и радиометры загрязнения воздуха.
Дозиметр (или рентгенометр) – это прибор, который измеряет дозы излучения и мощность доз. Он состоит из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, регистрирующего (измерительного) устройства.
Дозиметры делятся на стационарные, переносные и индивидуального дозиметрического контроля.
Необходимо учитывать, что при любых измерениях радиации присутствует естественный радиационный фон. Поэтому сначала выполняют измерение дозиметром уровня фона, характерного для данного участка местности (на достаточном удалении от предполагаемого источника радиации), после чего выполняют измерения уже в присутствии предполагаемого источника радиации. Наличие устойчивого превышения над уровнем фона может свидетельствовать об обнаружении радиоактивности.
В том, что показания дозиметра в квартире в 1,5–2 раза больше, чем на улице, нет ничего необычного.
Ионизационная камера – это прибор, с помощью которого измеряются все типы излучений (радиационное, химическое и др.). Она может быть плоской, цилиндрической и сферической формы. Ионизационные камеры в зависимости от назначения и конструкции могут работать как в импульсном, так и в токовом режиме.
Пропорциональные счётчики позволяют определять энергию ядерных частиц и изучать природу их существования. Они наполняются газовой смесью неона с аргоном и работают при атмосферном давлении.
Счётчик Гейгера–Мюллера представляет собой газоразрядный прибор, который способен обнаружить и исследовать различного рода ионизирующие излучения, такие как альфа - и бета-частицы, гамма-кванты, световые и рентгеновские кванты, частицы высокой энергии в космических лучах и на ускорителях.
8. Способы защиты
Несмотря на высокую опасность, которую несет практически любой источник радиации, методы защиты от облучения всё же существуют. Все способы защиты от радиационного воздействия можно разделить на три вида: время, расстояние и специальные экраны.
Защита временем. Смысл этого метода защиты от радиации заключается в том, чтобы максимально уменьшить время пребывания вблизи источника излучения. Чем меньше времени человек находится вблизи источника радиации, тем меньше вреда здоровью он причинит. Данный метод защиты использовался, к примеру, при ликвидации аварии на АЭС в Чернобыле. Ликвидаторам последствий взрыва на атомной электростанции отводилось всего несколько минут на то, чтобы сделать свою работу в пораженной зоне и вернуться на безопасную территорию. Превышение времени приводило к повышению уровня облучения и могло стать началом развития лучевой болезни и других последствий, которые может вызывать радиация.
Защита расстоянием. Если вы обнаружили вблизи себя предмет, являющийся источником радиации, то он может представлять опасность для жизни и здоровья, необходимо удалиться от него на расстояние, где радиационный фон и излучение находятся в пределах допустимых норм. Также можно вывести источник радиации в безопасную зону или для захоронения.
Противорадиационные экраны и спецодежда. В некоторых ситуациях просто необходимо осуществлять какую-либо деятельность в зоне с повышенным радиационным фоном. Примером может быть устранение последствий аварии на атомных электростанциях или работы на промышленных предприятиях, где существуют источники радиоактивного излучения. Находиться в таких зонах без использования средств индивидуальной защиты опасно не только для здоровья, но и для жизни. Специально для таких случаев были разработаны средства индивидуальной защиты от радиации. Они представляют собой экраны из материалов, которые задерживают различные виды радиационного излучения и специальную одежду. Когда человеку делают рентгеновские снимки, во время процедуры используют усиливающие экраны для защиты организма от излучения. Это флуорометаллический экран и высокоскоростной флуоресцентный экран. Под действием ионизирующего излучения флуорометаллические экраны испускают голубое свечение. У экрана имеется встроенный фильтр из оксида свинца для рассеянного излучения. А обладающий голубым излучением флуоресцентный экран имеет чрезвычайно высокую поглощающую способность и эффективность в сочетании с вполне приемлемой различимостью деталей. Усиливающие экраны флуоресцируют эффективнее при низкой температуре, т. е. при повышении температуры их эффективность снижается. С увеличением энергии излучения, поглощение флуоресцентных экранов уменьшается, и в результате эффект усиления уменьшается.
Продукты питания, снижающие действие радиации. Орехи, белый хлеб, пшеница, редис способны в небольшой степени снижать последствия радиационного воздействия на человека. Дело в том, что в них содержится селен, препятствующий образованию опухолей, которые могут быть вызваны радиационным облучением. Очень хороши в борьбе с радиацией и биодобавки на основе водорослей (ламинарии, хлореллы). Частично избавить организм от проникших в него радиоактивных нуклидов позволяют даже лук и чеснок.
Глава II (практическая часть)
Замеры радиации в Москве
Мы произвели замеры радиации в Москве с помощью дозиметров Radex 1503 и RadiaScan-701. Мы делали замеры не только на открытом воздухе, но и в метро.
В результате измерений мы обнаружили повышенный фон только в парке Зарядье (30 (мкР/ч) = 0.30 (мкЗв/ч)), но после анализа результатов мы пришли к выводу, что повышенный фон был обусловлен излучением от Солнца (в тот день была ясная погода). Превышение было незначительным и не представляло никакой опасности для людей. В остальных случаях превышение фона выявлено не было.
Также мы положили дозиметр в аппарат рентгеновского сканирования в метро (их используют для досмотра багажа пассажиров метро). Там, как и ожидалось, был обнаружен повышенный гамма-фон (782 (мкР/ч) = 7.82 (мкЗв/ч)). Однако это излучение не представляет никакой опасности для пассажиров, т. к. это направленное воздействие, и оно никак не влияет на багаж.
Далее представлен фотоотчет с результатами измерений.
Полученные нами результаты измерений:
Создание приложения
Приложение "Radiation" содержит в себе обзорную информацию о том, что такое радиация, её свойства, виды, источники, средства защиты и другие необходимые данные. В нём есть возможность поделиться информацией о радиации с друзьями или сохранить себе на диск. После изучения теории, пользователь приложения может пройти тест, чтобы оценить свой уровень знаний по теме. Вся информация сохраняется в статистической форме в приложении. Был использован код, позволяющий в будущем с лёгкостью обновлять и дополнять информацию.
Главное меню. На главном экране вы видите 5 кнопок.
- Теория – переводит пользователя в меню выбора темы для изучения. Карта – переводит пользователя на экран с демонстрацией исследовательской части проекта. Настройки – переводит пользователя на экран настроек, где можно включить музыку, узнать подробно о цели создания приложения и связаться с создателями, оценить приложение. Личный кабинет – хранит всю статистику пользователя, сколько было прочтено теории, сколько было сделано тестов и т. п., также можно сбросить кэш. Кнопка снизу – это подсказка, вкратце поясняющая, что за что отвечает. Улучшает навигацию пользователя в приложении.
Раздел «Тест» содержит вопросы по пройденной теме.
Настройки имеют возможность менять громкость звука, а также кнопку включить/выключить музыку.
Целью создания приложения является популяризация среди молодёжи темы радиации, так как она является одной из важных составляющих нашей жизни, двигающей процесс эволюции. Радиация может нанести огромный ущерб организму или же, наоборот, помочь ему. Обо всём этом было рассказано в теоретической части. Мобильное приложение было выбрано потому, что телефоны сейчас есть у каждого и пользователю будет удобно носить его с собой везде. Также наша задача была разместить результаты исследовательской части в приложении, чтобы с ними могло ознакомиться большее количество людей.
