ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат з теми випускної роботи

Зміст

Вступ

Підвищення рівня радіоактивності навколишнього природного середовища обумовлене, насамперед, розвитком атомної енергетики, активним використанням джерел іонізуючого випромінювання в медицині й промисловості, а також радіоактивних речовин у техніці, наукових і військових дослідженнях. Внаслідок руйнування людиною озонового шару атмосфери також підсилюється пагубна дія ультрафіолетових променів.

Радіоактивне забруднення навколишнього середовища досягло глобальних катастрофічних масштабів. Воно відбувається в результаті випробувань ядерної зброї, аварій на об'єктах атомної енергетики, під час видобутку й переробки ядерного палива й т.п. Найтяжчими для екосистем миру, а особливо для здоров'я людини стали екологічні наслідки самих більших техногенних катастроф на Чорнобильській атомній електростанції й Фукусімі. Отже, людство вже сьогодні повинне вчитися запобігати й протидіяти негативному впливу радіації на екосистеми. [1].

1. Радіоактивний розпад

Більшість атомних ядер нестабільно. Рано або пізно вони мимовільно (або, як говорять фізики, спонтанно) розпадаються на більш дрібні ядра й елементарні частки, які прийнято називати продуктами розпаду або дочірніми елементами. Частки, що розпадаються прийнято йменувати вихідними матеріалами. В усіх нам добре знайомих хімічних речовин (залізо, кисень, кальцій) є хоча б один стабільний ізотоп. Той факт, що ці речовини нам добре відомі, свідчить про їхню стабільність – виходить, вони живуть досить довго, щоб у значних кількостях накопичуватися в природних умовах, не розпадаючись на складові. Але в кожного із природних елементів є й нестабільні ізотопи – їх ядра можна одержати в процесі ядерних реакцій, але довго вони не живуть, оскільки швидко розпадаються [2].

При бета-розпаді (β-) випускаються електрони з енергією в широкому ( від нуля до максимуму) діапазоні. Втрачаючи електрон, ядро атома при незміннім масовім числі здобуває наступний (більш високий) атомний номер. Багато ізотопів розпадаються з випущенням позитронів (β+) або шляхом захоплення електрона (е). У цьому випадку атомний номер зменшується на одиницю. Енергія позитронів також розподіляється від нуля до максимуму. Іонізуюча дія позитронів мало відрізняється від дії електронів. При зустрічі електрона з позитроном вони анігілюють із випущенням γ- квантів певної енергії.

β- розпад і захоплення електронів звичайно супроводжуються γ- випромінюванням (при захопленні електронів спостерігається характерне рентгенівське випромінювання). α- випромінювання характерне для розпаду найважчих нуклідів, зокрема для природніх ізотопів урану, торію, радію й радону та штучно одержаних плутонію й інших трансуранових ізотопів. При α- розпаді атомний номер зменшується на 2, а масове число – на 4 одиниці. Це випромінювання звичайне супроводжується випущенням γ- квантів [3].

α- випромінювання являє собою потік α- часток, що поширюються з початковою швидкістю близько 20 тис. км/с. Їхня іонізуюча здатність величезна, а оскільки на кожний акт іонізації витрачається певна енергія, то їх проникаюча здатність незначна: довжина пробігу в повітрі становить 3—11 діб, а в рідких і твердих середовищах – соті частки міліметра. Аркуш щільного паперу повністю затримує їх. Надійним захистом від α- часток є також одяг людини

Оскільки α- випромінювання має найбільшу іонізуючу, але найменшу проникаючу здатність, зовнішнє опромінення α- частками практично нешкідливо, але влучення їх усередину організму досить небезпечно [4].

Поділ ядер, що спостерігається тільки в найважчих ізотопів, може бути мимовільним і індукованим. Останнє викликається тепловими або швидкими нейтронами й широко використовується в атомній техніці. Ядра діляться на приблизно рівні частини – осколки, при цьому випускаються γ- кванти й нейтрони. Осколки ядерного розподілу розлітаються з великою енергією й у більшості випадків радіоактивні [3].

Рисунок 1 – Розпад ядра

Рисунок 1 – Розпад ядра

У таблиці 1.1 наведена класифікація радіонуклідів за ступенем біологічного впливу [5].

Таблиця 1.1 – Класифікація радіонуклідів за ступенем біологічного впливу

Група Клас радіонуклідів за ступенем біологічного впливу Радіонукліди
А З особливо високою радіотоксичністю 210Pb, 210Po, 226Ra, 232U, 238Pu
Б З високою радіотоксичністю 106Ru, 131I, 144Ce, 210Bi, 234Th
В Із середньою радіотоксичністю 22Na, 32P, 35S, 137Cs
Г З низкою радіотоксичністю 7Be, 14C, 51Cr, 64Cu
Д З дуже низькою радіотоксичністю Тритій і його сполуки

2. Основні одиниці виміру в радіації

Основна фізична величина, яка характеризує радіоактивне джерело, це число розпадів, що відбуваються в ньому, в одиницю часу. Така величина була названа активністю. Активність тієї або іншої речовини, наприклад, радіоактивного ізотопу, визначається кількістю атомів, що розпадаються в одиницю часу й, отже, число радіоактивних часток, що випускаються речовиною, прямо пропорційно його активності.

У якості одиниці активності в Міжнародній системі одиниць СІ обраний беккерель (Бк, Bq). Активність в 1 Бк відповідає одному розпаду в секунду. Однак у практичній дозиметрії й радіаційній фізиці частіше використовується інша одиниця – кюрі (позначається Ки, Ci). Кюрі в 37 мільярдів раз більше одного беккереля (1 Ки = 3,7 1010 Бк), тобто відповідає 37 мільярдам радіоактивних розпадів у секунду, що відповідає числу розпадів, що відбуваються в одному грамі радію-226 – історично першій речовині, у якій були вивчені закони радіоактивного розпаду. Оскільки активність одного грама чистого радію близька до 1 Ки, те її часто виражають у грамах. У цьому (і тільки в цьому) випадку одиниця маси речовини має одиничну активність.

Завдяки розпаду кількість радіоактивних атомів у первісній масі речовини зменшується із часом. Відповідно знижується, і активність. Це зменшення активності підкоряється експонентному закону:

Ct = C0 exp (- [0,693/T]t), (2.1)

де Ct – активність речовини по закінченні часу t, СC0 – активність у початковий момент.

Як видно з формули (2.1), яка описує розпад, величина T служить найважливішою характеристикою радіоактивності – вона показує той час, після закінчення якого активність речовини (або число радіоактивних атомів) зменшується вдвічі. Цей час T називається періодом напіврозпаду [6].

Під дією випромінювань, що випускаються радіоактивними ізотопами, в об'єкті, що опромінюється, накопичуються різні порушення. Прийнято вважати (хоча це сьогодні все частіше зазнає сумніву), що зміни, що відбуваються в речовині, що опромінюється, повністю визначаються поглиненою енергією радіоактивного випромінювання. Це положення, строго говорячи, не доведене, і його можна назвати енергетичним постулатом. У всякому разі, поглинена енергія випромінювання служить самою зручною фізичною величиною, що характеризує дію радіації на організми.

На VII Міжнародному конгресі радіологів, який відбувся в 1953 році в Копенгагені, енергію будь-якого виду випромінювання, поглинену в одному грамі речовини, було рекомендовано називати поглиненою дозою. У якості одиниці поглиненої дози був обраний rad, по перших буквах англійського словосполучення radiation absorbed dose, – поглинена доза випромінювання). Один рад відповідає такій поглиненій дозі, при якій кількість енергії, яка виділяється в одному грамі будь-якої речовини, рівно 100 ерг незалежно від виду й енергії іонізуючого випромінювання. Таким чином, для будь-якого матеріалу слушне вираження:

1 рад = 100 эрг/г = 10-2 Дж/кг = 6,25•107 МэВ/г

Поглинена доза, утворена в речовині в одиницю часу, називається потужністю поглиненої дози.

Рад, так само як і кюрі (1 Ки = 3,7 гигабеккерелей, Гбк), – це так звані позасистемні одиниці, і з погляду ортодоксальних прихильників системи СІ на їхнє використання повинна бути накладена сувора заборона. Однак життєва практика виявилася сильніше формальних приписань, і незаконна одиниця поглиненої дози – рад – використовується набагато частіше, ніж відповідна одиниця системи СІ – грей.

Варто звернути увагу на ту обставину, що рад (або грей) – одиниця чисто фізичної величини. По суті, це енергетична одиниця, що ніяк не враховує ті біологічні ефекти, які виникають при взаємодії проникаючої радіації з речовиною. Однак те, що дійсно цікавить фахівців з дозиметрії й радіаційної фізики, – це зміни в організмі, що виникають при опроміненні людини. Виявилося, що вага всіляких порушень сильно різниться залежно від типу випромінювання.

З міркувань простоти й зручності біологічні ефекти, викликані будь-якими іонізуючими агентами, прийнято порівнювати із впливом на живий організм рентгенівського або гамма-випромінювання. Зручність тут полягає в тому, що для рентгенівського випромінювання задані дози і їх потужності порівняно просто вдаються (наприклад, за допомогою каліброваних рентгенівських джерел), добре відтворюються й надійно виміряються. Усі ці процедури стають помітно складнішими для інших типів випромінювань. Щоб можна було порівнювати вплив останніх з біологічними ефектами від рентгенівського й гамма-випромінювання, уводиться так звана еквівалентна доза, яка визначається як добуток поглиненої дози на деякий коефіцієнт, що залежить від виду випромінювання.

Цей коефіцієнт, називаний фактором якості Q, приблизно дорівнює одиниці для гамма-променів і протонів високої енергії; для теплових нейтронів Q ≈ 3, а для швидких нейтронів значення Q досягає десяти. При опроміненні α- частками й важкими іонами Q ≈ 20, а це значить, що навіть порівняно малі поглинені дози можуть викликати серйозні біологічні наслідки. Еквівалентна доза виміряється в берах (бер – біологічний еквівалент рентгена). Іноді вживається також найменування рем (від англійської абревіатури rem – roentgen equivalent for man, еквівалент рентгена для людини). Коефіцієнт якості випромінювання Q установлюється на основі радіобіологічних експериментів і приводиться в спеціальних таблицях. Для рентгенівського випромінювання (Q = 1) один рад поглиненої дози відповідає одному беру.

У принципі особливої необхідності в спеціальній одиниці еквівалентної дози ні, вона може вимірятися в тих же одиницях, що й поглинена доза, оскільки коефіцієнт Q – безрозмірний. Проте, враховуючи важливість проблеми біологічної дії іонізуючих випромінювань, у радіаційній фізиці й при розрахунках захисту від ядерних випромінювань стали використовувати одиницю еквівалентної дози. У системі СІ ця одиниця встановлена зовсім недавно й називається зіверт (позначається Зв, Sv). Еквівалентна доза в 4-5 зіверт (приблизно 400-500 бер), отримана за короткий час, викликає важке променеве ураження й може привести до смертельного результату [6].

Отримана людиною еквівалентна доза є основним радіобіологічним критерієм небезпеки впливу на нього будь-якого радіаційного випромінювання. Слід ураховувати також, що одні частини тіла (органі, тканини) більш чутливі, ніж інші. Тому дози опромінення органів і тканин також слід ураховувати з різними коефіцієнтами k. Це так звані тканьові зважені фактори, які можна знайти у відповідних таблицях [7].

3. Радіаційна обстановка в Донецькій області

На території Донецької області 80 підприємств експлуатують джерела іонізуючого випромінювання. В основному це підприємства вугільної й металургійної промисловості. Підрозділами по радіаційній гігієні санітарно-епідеміологічної служби області проводиться велика робота на підприємствах і в організаціях, що експлуатують джерела іонізуючого випромінювання. У першу чергу вся діяльність по цьому питанню спрямована на зменшення кількості джерел випромінювання, експлуатованих на підприємстві, створення чіткої системи обліку джерел і служб радіаційного контролю на підприємствах, зниження дозового навантаження на персонал, що працює із джерелами радіації.

У лікувально-профілактичних установах Донецької області експлуатується 723 рентгенівських кабінету, у яких працює 1064 рентгенівських апарата (дані на 2002 рік). З метою зниження дозового навантаження на персонал і пацієнтів усі рентгенівські апарати підлягають обов'язковому дозиметричному контролю не рідше 1 рази в 1,5 року, діють системи радіаційної безпеки у всіх кабінетах: модернізуються рентгенівські апарати, контролюється обов'язкове застосування засобів індивідуального захисту. Велика увага приділяється індивідуальному дозиметричному контролю персоналу.

У Донецькій області працює 134 підприємства будівельної індустрії й 2265 підприємств (на 2006 рік), що використовують промислові відходи, шлами, шлаки і ін. Контроль над радіаційною безпекою будматеріалів здійснюється на всіх етапах виробництва. Кінцевим етапом контролю є вимір рівня гамма-фону в побудованих будинках. В області створена й постійно обновляється комп'ютерна база даних підприємств будівельної індустрії.

В 11 санітарно-епідеміологічних станціях області є необхідна апаратура для проведення лабораторного контролю над будматеріалами, харчовими продуктами й об'єктами навколишнього середовища. Усі санітарно-епідеміологічні станції забезпечені дозиметричною апаратурою для щоденного виміру гамма-фону й експрес контролю радіаційного забруднення. Крім санітарно-епідеміологічних станцій в області радіаційний контроль проводить маріупольський радіологічний центр СТАКС і його філії. Дані про проведені дослідження регулярно передаються у відділ радіаційної гігієни обласної санітарно-епідеміологічні станції [3].

Згідно чинного законодавства всі харчові продукти й сировина, вироблені на території області й завезені з інших регіонів, підлягають постійному радіаційному контролю. Особлива увага приділяється продуктам харчування, увезеним з територій потерпілих після аварії на ЧАЕС.

4. Природній радіаційний фон області

На всій території області проведена радіометрична зйомка по сітці 2×2 км і 3×3 км у районах промислових вузлів і інша частина території по сітці 4×4 км. Проводився відбір проб на гама-спектро-метричний аналіз. Усього зроблено близько 3 тис. вимірів.

Роботи виконувалися з 1989 по 1996 року включно. Виміри проводилися безпосередньо в полі одночасно з відбором геохімічних проб. Для цих цілей був задіяний пошуковий сцинтиляційний радіометр СРП-68-01, який призначений для виміру потоку й потужності експозиційної дози гамма-випромінювання.

Виміри проводилися відповідно до технічного опису й інструкції для експлуатації радіометра.

Виміри проводилися з установкою детектора на рівні 0,7 метра від поверхні землі.

На більшій частині території області, за винятком східної, рівні радіації становлять не більш 20 мкР/годину, у середньому 13–15 мкР/годину, що менше гранично припустимого рівня, установленого відповідно до Норм радіаційної безпеки України, і який складає 30 мкР/годину. Є ділянки, особливо південніше й східніше міста Волновахи, де рівні радіоактивності перевищують 20 мкР/годину, а в окремих місцях перевищують 28 мкР/годину. Це, можливо, пов'язане з виходом на денну поверхню кристалічних порід архею й протерозою з підвищеним природнім радіаційним фоном.

Найвищі рівні радіоактивності зафіксовані в східній частині області, у містах Дебальцево, Єнакієво, Макіївка, Харцизськ, Шахтарськ, Торез, Сніжне, Моспіно, Іловайськ, Старобешево. Виділяється смуга шириною на півдні до 25 км, у центральній – до 50 км, яка в північній частині виходить за межі області. Ця смуга довжиною до 100 км на території області ( за межами області невідомо) розташовується в субмеридіальному напрямку з північного сходу на південний захід, перпендикулярно перетинаючи Головну антикліналь. Рівні радіації тут становлять більше 20 мкР/годину, особливо в центральній частині смуги. Рівні радіоактивності тут досягають 40 мкР/годину й більш (50–57 мкР/годину). На більшій частині території смуги рівні радіації становлять 25–30 мкР/годину. До країв смуги вони поступово знижуються й досягають фонових значень. Необхідно відзначити, що для цих рівнів характерна підвищена концентрація штучних і меншою мірою природніх радіонуклідів. У геологічній будові цієї ділянки приймають участь, в основному, породи середнього й верхнього карбону, які не характеризуються підвищеним радіаційним фоном.

Найнижчі рівні радіації (до 10 мкР/годину) зустрічаються в північній частині області, присвячені до піщаних порід річкових терас басейну ріки Сіверський Донець, а також невелика ділянка на північному сході м. Красноармійськ.

Низькі рівні радіації періодично зустрічаються по всій території, крім східної частини, де рівні набагато перевищують природній фон. [3].

5. Оцінка радіологічної обстановки в сел. Донське

Виміри потужності експозиційної дози, подібні описаним вище, часом не проводяться для невеликих населених пунктів, поблизу яких не є великого підприємства. Подібна ситуація характерна для невеликих селищ Волноваського району, зокрема для селища Донське.

Основним місто-утворюючим об'єктом у сел. Донське є хіміко-металургійна фабрика ВАТ ММК ім. Ілліча.

Рисунок 2 – Донська хіміко-металургійна фабрика.

Рисунок 2 – Донська хіміко-металургійна фабрика.

Дане підприємство відноситься до металургійного комплексу, на території якого є обов'язковим проведення радіологічного контролю. Воно полягає в регулярному вимірі потужності експозиційної дози в строго певних місцях два рази на місяць. На рисунку 2 представлена динаміка зміни потужності за період з 2007 по 2012 рік.

Рисунок 3 – Динаміка зміни потужності експозиційної дози на Донськой хіміко-металургійній фабриці за 2007–2012 роки

Рисунок 3 – Динаміка зміни потужності експозиційної дози на Донськой хіміко-металургійній фабриці за 2007–2012 роки

Як випливає з графіка, значення потужності коливається незначно від 13,9 мкР/годину в 2008 році до 16,04 мкР/годину в 2011 році.

У той же час для повноцінної оцінки радіологічного стану виникає необхідність проведення вимірів і на території населеного пункту. Нами проводилися виміри потужності експозиційної дози, з використанням дозиметра ДРГ-01Т. Отримані значення потужності експозиційної дози в 15 точках на місцевості були нанесені на карту сел. Донське, яку представлено на рисунку 3.

Рисунок 4 – Карта-схема розподілу потужності експозиційної дози в сел. Донське

Рисунок 4 – Карта-схема розподілу потужності експозиційної дози в сел. Донське

Як видно з рисунка, на території населеного пункту потужність експозиційної дози, у середньому, коливається в тих же межах, що й на території хіміко-металургійної фабрики, а саме в межах 13-16 мкР/годину. Однак у результаті виміру були отримано дві точки, у яких значення потужності склало 20 і 36 мкР/годину. Останнє значення перевищує допустимий рівень у 30 мкР/годину, що може бути викликано випадковими факторами або специфікою забудови території, що вимагає подальшого проведення досліджень.

Висновки

У цілому в процесі виконання роботи був проведений літературний огляд матеріалів, що стосуються питань радіологічної безпеки й радіологічної екології. Була проаналізована радіологічна обстановка в Донецькій області, а також були проведені виміри потужності експозиційної дози в сел. Донське. Отримані результати показали наявність підвищеного радіаційного фону, що вимагає подальшого дослідження.

При написанні даного реферату магістерська робота не була закінчена. Повний текст роботи може бути отриманий в автора після грудня 2012 року при написанні запиту на адресу: dasha-tasbash@mail.ru

Перелік посилань

  1. Радіоекологічні дослідження [Электронный расурс] – Режим доступа: http://www.franko.lviv.ua/faculty....
  2. Радиоактивный распад [Электронный расурс] – Режим доступа: http://elementy.ru/trefil/21197.
  3. Гусева Л. В. Практическое пособие по радиационному контрлю / Л. В. Гусева. – Донецк: Арт-Родник,2003. – 124 с.
  4. Основные свойства, виды и источники радиоактивных излучений [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://elementy.ru/trefil/21197
  5. Радиоактивные элементы [Электронный расурс] – Режим доступа: http://www.mrkvant.com.ua/radiation/4/.
  6. Единицы измерения в радиационной физике [Электронный расурс] – Режим доступа: http://n-t.ru/nj/nz/1986/0903.htm.
  7. Дерябина Г. Н. Радиация и человек / Г. Н. Дерябина – Мариуполь: СТАКС, 2001. - 250 с.