Исследовательская работа «Насколько опасна радиация, и как защитить себя от её воздействия»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Школа № 42 с углубленным изучением отдельных предметов»

городского округа Самара

 

Индивидуальный учебный проект

Тема: «Насколько опасна радиация, и как защитить себя от её воздействия»
 

Предмет: «Технология. Химия. Физика»

 

Выполнил: Павкин Иван, ученик 8 «Н» класса

 

Руководитель: Павкина Галина Геннадьевна,

учитель технологии

 

Оценка: Повышенный уровень

 

Члены комиссии:____________________________

____________________________

____________________________

 

Самара, 2018

С О Д Е Р Ж А Н И Е

 

Введение

Гипотеза. Цели и задачи проекта. 3

Актуальность выбора темы. 3

Основная часть 4

Глава I. Анализ информации о чернобыльской катастрофе. 4–8

1.1. История аварии на Чернобыльской АЭС. 4–5

1.2. Какие вещества после взрыва попали в атмосферу. 6

1.3. Научные разработки по дезактивации веществ. 7

1.4. Особенности воздействия радиации на человеческий организм 8

Глава II. Свойства йода, ксенона, криптона и их использование в медицине и народном хозяйстве. 9–11

2.1. Йод, криптон, ксенон и цезий на службе человечества 9–11

Глава III.Человек и радиация – жизнь пососедству. 12–17

3.1. Где человек может столкнуться с радиоактивностью. 12–13

3.2. Дозы радиации и источники радиоактивного излучения, и их применение в медицине. 13–15

3.3. Разные эффекты влияния радиации на человека 15–16

3.4. Меры предосторожности при радиационной опасности. 16–17

Заключение 18

Список литературы. 19

Приложения 20–21

Приложение №1. 20

Приложение №2. 21

 

 

Введение

Гипотеза: Настолько ли опасна радиация для человечества, и можно ли использовать радиацию в небольшом количестве для пользы человека?

 

Цель: Изучить, анализировать и систематизировать информацию о вреде радиации и о том, как используется радиация в медицине.

 

Продукт проектирования: Буклет, выполненный в приложении MicrosoftPublisher.

 

Задачи:

Изучить и обобщить информацию об аварии на Чернобыльской АЭС.

Изучить какие вредные вещества были выброшены в атмосферу.

Обобщить информацию о свойствах, рассмотренных веществ в нормальном состоянии (без радиоактивности).

Анализировать информацию о том, как радиация воздействует на организм человека.

Создать мультимедийную презентацию для защиты проекта.

Создать памятку о том, как опасна радиация и где мы с ней можем встретиться.

 

Актуальность выбранной темы

На уроках технологии мы касались экологических вопросов, они меня заинтересовали, и я решил, что никто не останется равнодушным к проблеме радиоактивного загрязнения. Тем более, что в мире на данный момент очень сложная политическая ситуация, которая может привести к мировой войне и очередной ядерной катастрофе.

 

 

Глава I. Анализ информации о чернобыльской катастрофе

1. История аварии на Чернобыльской АЭС

Чернобыльская АЭС имени В. И. Ленина унесла жизни миллионов людей по всему миру. Она вступила в эксплуатацию 26 сентября 1977 года. Была построена рядом с городом Припять. Почти все работники этой станции жили в городе Припять. 26 апреля 1986 года было проведено плановое испытание реактора на безопасность. Руководил этим заместитель главного инженера Анатолий Дятлов.

25 апреля 1986 года. Начата работа по остановке на планово-предупредительный ремонт 4-го энергоблока станции. Во время таких остановок проводятся различные испытания оборудования, как регламентные, так и нестандартные, проводящиеся по отдельным программам. Данная остановка предполагала проведение испытаний так называемого режима «выбега ротора турбогенератора», предложенного генеральным проектировщиком в качестве дополнительной системы аварийного электроснабжения. В результате взрыва и разрушения как реактора, так и здания энергоблока, начался процесс поступления радиоактивных веществ в окружающую среду. Процесс этот был растянут во времени и принято делить его на четыре этапа.

 При этом, около половины активности покинуло развал реактора в виде благородных газов (в частности, того самого ксенона, «отравление» реактора которым при длительной работе на низкой мощности, стало одной из отправных точек аварии). Обычно они не учитываются при анализе последствий аварии — поскольку в силу своего агрегатного состояния, почти нулевой реакционной (с химической точки зрения) способности и относительно короткого периода полураспада (период полураспада различных изотопов ксенона — от 2,2 до 5,3 суток) они оказали минимальное воздействие на долгосрочное загрязнение земель[4].

 

1.2. Какие вещества после взрыва попали в атмосферу

 

Первичный выброс радиоактивных аэрозолей (сразу после взрыва) распространялся преимущественно в западном и северо-западном направлении.

В общем-то, об этом свидетельствуют и замеры, проведенные на борту экспедиционного судна «Академик Крылов», проведенные 4-5 мая (спустя почти 10 дней после аварии). В пробах было обнаружена приличная кучка радиоактивных изотопов, концентрация которых превышала естественную. Примечательно здесь то, что судно «Академик Крылов» в момент пробоотбора находилось более чем в 4 тысячах километров от Чернобыля – следовало из северо-восточной части Атлантического моря в Ленинград [1].

Было установлено, что 73-90% уловленного йода-131 находилось в газообразной форме. А остальная активность находилась в аэрозольной форме в виде частиц с размером 0,1-0,2 мкм. Можно было сделать вывод о том, что продукты аварии в конечном итоге разлетятся по всему миру

Реальную угрозу населению представляли вещества, которые выпали в большом количестве непосредственно недалеко от аварийной станции.

Самым опасным в первый период аварии, был радиоактивный йод-131. Для того, чтобы синтезировать йодсодержащие гормоны, щитовидная железа накапливает поступающий из окружающей среды йод. Химический элемент. Ей без особой разницы какой это изотоп йода — радиоактивный или нет. Соответственно, при большой концентрации радиойода в окружающей среде щитовидная железа начинает его поглощать и человек получает источник ионизирующего излучения в районе собственной гортани. Поэтому, кстати, одна из основных профилактических мер — принятие йодсодержащих препаратов, целью которого является насыщение щитовидной железы йодом нерадиоактивным, чтобы она не поглощала из окружающей среды радиойод[4].

 

1. Научные разработки по дезактивации веществ

 

В 1991 году появилась статья группы авторов с предложением решения проблемы дезактивации криптоноксеноновой смеси. На крупных металлургических комбинатах имеются цеха по производству газо-воздушных смесей. Для целей металлургической промышленности, да. В том числе – криптоноксеноновой смеси. В том числе такой цех есть на Череповецком Металлургическом Комбинате. А город Череповец, как известно знатокам географии, находится в северо-западной части территории России – на пути распространения основной части радиоактивного выброса аварии.

Были взяты баллоны с товарной криптоноксеноновой смесью, произведенные на Череповецком Металлургическом Комбинате в период с 22 апреля по 6 мая 1986 г. и подвергнуты анализу. И пусть к моменту исследований прошло уже несколько периодов полураспада (если не несколько десятков), выявить различия в концентрации радиоактивных изотопов ксенона до аварии и после нее все же удалось. И на основании этих данных была построена и обсчитана математическая модель (учитывающая много параметров), которая в конечном итоге позволила оценить величину мгновенного энерговыделения в момент аварии [2].

 

1. Особенности воздействия радиации на человеческий организм

 

Следует разделять последствия кратковременного, но интенсивного облучения (дозы более 1 Грэй (450 бэр) однократно — острая лучевая болезнь), длительного, но малоинтенсивного облучения (0,1-0,5 Гр/сутки при суммарной дозе более 1 Грэй – хроническая лучевая болезнь) и облучение как канцерогенный фактор[Приложение 1].

С последним сталкивается любой человек, живущий на планете Земля. Радиоактивное излучение это, как известно, поток частиц. Проходя через клетки человеческого организма, которые тоже, как известно, состоят из частиц, эти частицы могут куда-то попасть и «выбив» из клетки частицу запустить процесс ее (клетки) перерождения/мутации. В том числе – злокачественное. Ну, как-то так примерно. Радиоактивное излучение, как известно, есть везде (фон). Но мощность фонового излучения такова, что вероятность указанного выше события крайне мала. Соответственно санитарные нормы облучения для населения устанавливаются таким образом, чтобы вероятность такого события держалась в минимально возможных пределах.

А вот при превышении доз выше определенного уровня, риск развития нежелательных процессов увеличивается. И, соответственно, при получении дозы примерно в 1 грэй в течение относительно короткого периода начинает развиваться уже лучевая болезнь (при однократного получении такой дозы – острая, при растянутом в относительно короткий промежуток времени, например, недели – хроническая)[Приложение 2].

 

Глава II. Свойства йода, ксенона, криптона и их использование в медицине и народном хозяйстве

 

1. Йод, криптон, ксенони цезий на службе человечества

 

Йод (I–53) в природе достаточно рассеян, благодаря чему содержится почти во всех телах планеты. Но в чистом виде обнаружить его практически нереально. Небольшие залежи имеются в Чили, Японии. Чаще вещество приходится добывать из водорослей, селитры, вод нефтяного происхождения.

Значительная концентрация элемента – в морской воде, черноземе, торфе. Основным же «резервуаром» галогена считается Мировой океан, из которого галоген попадает в атмосферу, на континенты. Территория, отдаленная от океана, справедливо считается бедной на это вещество. То же самое касается горной местности.

Йод, как химический элемент, галоген, неактивный металл имеет несколько особенностей:

является сильным окислителем;

на его основе образуется ряд кислот;

отличается особой реакцией соединения с крахмалом в виде синего окраса;

взаимодействует с металлами (в результате чего появляются иодиды);

благодаря нагреванию соединяется с водородом;

пары вещества ядовиты (под их воздействием особенно уязвима слизистая оболочка, которая страдает в первую очередь).

Физические свойства йода:

элемент состоит только из одного изотопа (йод-127);

обычно это кристаллическое вещество твердой консистенции, темного окраса, с металлическим отблеском и своеобразным запахом;

пары йода ярко фиолетового цвета, образуются даже при небольшом повышении температур;

при охлаждении пар галогена сразу кристаллизуется, обходя стороной жидкую форму;

если нагреть йод с дополнительным источником давления, можно получить жидкое состояние микроэлемента.

Как утверждают многие источники, элемент особо необходим щитовидной железе, поскольку является незаменимой составляющей ее гормонального фона.

При этом влияние данного вещества на все жизненные процессы действительно неоценимо:

йод контролирует теплорегуляцию тела;

способствует обмену веществ, метаболизму, водно-электролитным процессам;

отвечает за правильное развитие мышечной ткани, опорно-двигательного аппарата [8].

Ксенон (Xe–54) уже достаточно широко применяется в медицине. Кроме общеизвестного его использования, как анестетика при хирургических операциях, и применение этого газа при обследованиях мозга. Ксенон сильно поглощает рентгеновское излучение и помогает найти места поражения. При этом он совершенно безвреден. Поэтому ксеноном пользуются при рентгеноскопических обследованиях головного мозга. Радиоактивный изотоп элемента №54, ксенон-133, используют при исследовании функциональной деятельности легких и сердца. Проводятся исследования для использования ксенона в качестве лекарства.

На сегодняшний день все больший интерес медицины вызывают индифферентные газы, в том числе и криптон. Благодаря участию таких газов консолидируются новые способы терапии и реабилитации больных, имеющих нарушения работы органов дыхания, сердца и сосудов. Их же используют при лечении переохлаждения и последствий тяжелых физических нагрузок.

Криптон(Kr–36)применяют в космической и сверхэкстре–мальной медицине, водолазной практике. С его помощью можно создать безопасную газовую дыхательную среду в гермозамкнутых объектах, задав определенные свойства, и провести анестезию в условиях повышенного давления.

В целях наркоза и лечения используется газ ксенон. Но криптон имеет более слабую анестетическую силу, что позволяет применять его для исцеления и реабилитации пациентов с обеспечением удовлетворительной анестезии при повышенном давлении. В качестве наркоза иногда используют смесь криптона с закисью азота.В медицинской практике криптон выступает также источником β– излучения, а короткоживущий изотоп криптона применяют для изучения функции легких. Пациенту предлагается вдохнуть небольшое количество газа, а процесс его поступления в различные отделы легких фиксирует гамма-камера.

Цезий (Cs–55)Це́зий-137 образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Коэффициент накопления 137Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, а так же лишайников. В организме животных 137Cs накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. Накапливается в грибах, большинство которых (маслята, моховики, свинушка, горькушка, польский гриб) считается «аккумуляторами» радиоцезия.

Цезий-137 используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике, для радиационной стерилизации пищевых продуктов, медицинских препаратов и лекарств, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей[7].

Глава III. Человек и радиация – жизнь по соседству

 

3. Где человек может столкнуться с радиоактивностью

 

Увидев знак, предупреждающий о повышенной радиоактивности, человек старается поскорее покинуть опасное место. Случившееся в Чернобыле, Хиросиме и Нагасаки, научило людей остерегаться радиации. И не зря. После произошедших трагедий человечество столкнулось с серьезными проблемами в состоянии здоровья, которые до сих пор дают о себе знать. Радиация губительно влияет на организм, иногда приводя к смерти. Поэтому важно знать о ее действии, свойствах и допустимых дозах.

Человек сталкивается с радиацией на протяжении всей жизни. Его организм, в первую очередь, подвержен естественной радиоактивности, которая наблюдается в природных процессах. Радиоактивностью называют такие явления в природе, при которых ядра атомов распадаются произвольно, что становится причиной возникновения излучений. Обладая выраженной энергией, эти излучения характеризуются тем, что способны ионизировать среду, в которой распространяются. Ионизация приводит к изменениям физических и химических свойств вещества. Такая способность несет поражающее влияние на живой организм, так как в биологических тканях нарушается жизнедеятельность.

Если ионизирующая способность в излучении высока, то она проникает в организм меньше. Если же ионизация обладает низким уровнем, она способна проникать более глубоко. Это становится важным, когда речь заходит о радиации, и ее влиянии на человека.

Радиоактивное действие на человека проводится внешним и внутренним способами. Вещества, которые находятся вне границ организма, создают внешнее облучение. Если же организм получает радиоактивные элементы, которые проникли внутрь вместе с воздухом, пищей, водой, так возникает облучение внутреннее. Высокое проникающее свойство излучения влияет более мощно при внешнем воздействии. Внутреннее влияние усугубляется, если излучению характерна высокая ионизация.

Облучение, которое изнутри получает организм, считается более опасным, так как радиация влияет на ткани и органы, которые ничем не защищены. Этот процесс происходит на молекулярном, клеточном уровне. Защитным барьером при внешнем облучении служит кожа, одежда, защитные средства, стены помещений.

Радиоактивные излучения разделяются на несколько видов, которые отличаются свойствами и влиянием на человека[3].

 

3. Дозы и источники радиоактивного излученияи их применение в медицине

 

Излучение постоянно исходит от естественных источников. Такими источниками внешнего облучения являются:

космические излучения,

солнечная радиация,

излучения горных пород,

излучения воздуха.

Небольшой дозой радиации обладают даже стройматериалы, которые используются в постройке зданий.

Внутреннее влияние радиации несут газы, поступающие из недр земли, радиоактивный калий, торий, уран, радий рубидий, являющиеся составляющими воды, растений и пищи. Любые эти виды радиоактивного воздействия не приносят вреда, когда излучение идет в малых количествах.

Существует допустимая норма радиации для человеческого организма. Безопасной считается доза до 0,3-0,5 мкЗв в час. Предельно допустимым является излучение в 10 мкЗв в час, если оно воздействует на организм не долго. Уже при мощности в 50 мЗв в год облучение приводит к онкологиям. Смертельная доза для человека – 10 Зв в год. Летальный исход случается через несколько недель[5].

Человеческая деятельность приводит к тому, что радиационное воздействие увеличивается, выражаясь в загрязнениях окружающей среды. В основном это происходит из таких источников:

радиоактивные реакторы,

урановая индустрия,

радиохимическое производство,

переработка и захоронение отходов с радиоактивной способностью,

радионуклиды в области народного хозяйства.

Радиация и ее влияние на человека может иметь и положительный опыт. Например, радиационное воздействие используется в медицине, к тому же, достаточно широко. Среди такого применения известны следующие способы проведения диагностики:

рентгенография,

флюорография,

компьютерная томография.

Облучение при томографии интенсивнее. Но и результат диагностирования в данном случае выше.

Кроме того, радиация в медицине применяется в таких сферах:

Радиотерапия. С ее помощью проводится лечение онкологических заболеваний. Правильное облучение способно убивать опухолевые образования.

Радиохирургия. Здесь используется гамма-нож, который не приводит к разрезам на коже. Особенно интенсивно его употребляют в развитых странах.

 

3. Разные эффекты влияния радиации на человека

 

Радиация и ее влияние на человека может вызывать серьезные нарушения в здоровье. Поражение касается не только организма того, кто подвергся облучению, но и следующих поколений, так как радиация влияет на генетический аппарат. Поэтому радиоактивное влияние имеет два эффекта:

Соматический – возникают такие заболевания, как лейкозы, онкологические образования органов, локальные лучевые поражения и лучевая болезнь.

Генетический – приводит к генным мутациям и изменениям структуры хромосом.

Облучение хронического характера несет меньшую нагрузку на организм, чем разовое в той же дозе, ведь успевают происходить восстановительные процессы. Скапливание радионуклидов в организме происходит неравномерно. Более всего страдают дыхательные и пищеварительные органы, через которые в организм проникают радионуклиды, печень и щитовидная железа. Среди онкологий, вызванных радиацией, наиболее распространены рак щитовидки и молочной железы.

Лучевой лейкоз, то есть рак крови, может обнаружиться по прошествии четырех-десяти лет после облучения. Он особо опасен для тех, кто еще не достиг пятнадцатилетнего возраста. То, что радиация может приводить к этой болезни, свидетельствует ее рост у жителей Хиросимы и Нагасаки. Кроме того, было подмечено, что смертность среди рентгенологов увеличена именно по причине лейкоза.

Облучение радиацией также чревато онкологией легких. В частности, диагноз распространен среди шахтеров, работающих на урановых рудниках.

Самым известным последствием радиационного действия является лучевая болезнь. Ее провоцируют как разовые облучения, так и хронические. Большие дозы могут привести к летальному исходу.

Мутации, которые проходят в генетическом аппарате в следствие облучения, на данный момент изучены не достаточно. Это обусловлено тем, что они способны проявляться через многие годы в разных поколениях. Тогда становится трудно доказать, по какой именно причине произошла та или иная мутация.

Иногда они проявляются сразу. Такие мутации называют доминантными. Существуют рецессивные мутации, дающие знать о себе через поколения. Хотя они могут не выявиться в новых поколениях вообще. Мутации выявляются физическими или психическими нарушениями в здоровье потомков. Для этого поврежденному гену нужно соединиться с геном, обладающим одинаковым с ним повреждением.

При внешних облучениях появляются ожоги кожных и слизистых покровов, разные по степеням тяжести[6].

 

 

Грамотный подход к использованию радиоактивности служит на благо человечеству. Тогда, как чрезмерная промышленная деятельность загрязняет природу, что приводит к различным проблемам со здоровьем.

Руководствуясь Приложением №1 можно сделать вывод, что необходимо знать величины облучения для того, чтобы не создавалась угроза здоровью. В последнее время для уменьшения дозы облучения в поликлиниках установлено новое оборудование, которое является мало дозовым, но очень эффективным.

В результате работы над проектом мною было отмечено, что воздействие обычного медицинского йода снижает усвоение йода радиоактивного.

Нужно осознавать всю опасность радиационного загрязнения для всей планеты и в частности для каждого человека. Однако нельзя не отметить пользу медицинских исследований при помощи радиоактивных изотопов, рентгеновских снимков, магнитно-резонансных томографий и т.п.

 

Заключение

 

Гипотеза подтвердилась, действительно радиация является очень вредным фактором, влияющим на здоровье человека. Но в то же время радиоактивное излучение в природе является нормальным явлением.

Естественное облучение проходит в минимальных дозах, и человек переживает его на протяжении всей жизни. Ведь оно исходит от таких природных носителей, как солнце и воздух. Мы часто ходим гулять на набережную реки Волга, и очень любим её за красоту, но следует знать, что гранит имеет вулканическое происхождение и является источником радиоактивного излучения

Но там, где человек переходит предельную черту, загрязняя окружающую среду разными видами производства, радиация становится очень опасной для здоровья и жизни. Ее влияние при превышении допустимых доз способно наносить вред не только организму того, кто оказался под ее воздействием, но и потомкам такого человека. Влияя на генетику, радиация способна повреждать психические и физические способности новых поколений.

Кроме негативного радиационного воздействия, человек сталкивается с его положительной стороной, когда речь заходит о медицинских обследованиях и процедурах. Обернуть радиацию на благо смогли ученые, употребив ее в медицине.

 

Информационные источники

 

Kownacka L. и Jaworowski Z. «Vertical distribution of 131I and radiocesium in the atmosphere over Poland after Chernobyl accident»

С.А. Пахомов, A.C. Кривохатский, И.А. Соколов. «Опыт эксплуатации системы мониторинга криптона-85 на территории СССР». Радиохимия, № 6, 1991, с. 138.

Бейлин А.Б. «Антропогенные системы. Дополнение к курсу «Технологические системы»», ОРТ. Москва, 2002, 44 с.

https://news.yandex.ru/yandsearch?text=ЧАЭС вредные выбросы

http://www.fmx.ru/bezopasnost_zhiznedeyatelnosti/ekologicheskie_posledstviya_avarii

https://ecology-ru.livejournal.com/1088635.html

https://ru.wikipedia.org/wiki

 

 

Приложение 1

Количественные характеристики

воздействия облучения

(единица изменения – биологический эквивалент рентгена)

 

 

Приложение 2

Единицы измерения радиологических показателей

 

Мерой радиоактивности (мощности источника радиации) является активность радионуклида в источнике. Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени к величине этого интервала

Радиоактивность в системе СИ измеряется в Беккерелях (Бк, Bq ), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или его объема (Бк/л, Бк/куб.м). Существует и внесистемная единица измерения - Кюри (Ки, Ci), соответствующая активности 1 г радия. Соотношения между единицами измерения приведены ниже. Приведенная эффективная доза характеризует величину эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой человеком за определенный промежуток времени. В свою очередь, понятие эффективной эквивалентной дозы введено в области радиационной безопасности для интегрированной оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения с учетом различного характера влияния облучения на разные органы.

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. В системе СИ эта единица имеет специальное наименование Зиверт (Зв, Sv). Используется также и внесистемная единица - Бэр от "Биологический эквивалент рентгена" (в английской транскрипции - Rem от Roentgen Equivalent of Man). Соотношения также см. ниже в таблице. Соответственно, приведенная эффективная доза измеряется в Зивертах (миллизивертах) в год.

Таблица соотношений единиц измерения

Для тех, кто более подробно интересуется вопросами радиоактивности, рекомендуем заглянуть на следующие сайты:

http://study.npi.msu.su/zachet/handbook/index2.htm

http://www.radiation.ru/begin/begin.htm

http://www.rstp.uwaterloo.ca/default_ns.asp