Оценка радиоактивности объектов окружающей среды
В настоящее время известно много процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, так как они протекают по законам радиоактивного распада. К такому распаду склонны нестабильные тяжелые элементы (расположенные в конце таблицы Менделеева), в ядрах которых число нейтронов значительно превышает число протонов. Таким образом, можно сказать, что радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.), приводящее к изменению их атомного номера и массового числа и сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений. Такие элементы называются радиоактивными.
Радиоактивные вещества распадаются строго с определенной скоростью, характеризуемой периодом полураспада (Т½), т.е. временем, за которое распадается половина всех атомов.
Распад атомов сопровождается ионизирующим излучением, так как проходя через различные вещества, такое излучение способно вызвать ионизацию его атомов как при непосредственном соударении, так и опосредованно. Естественные радиоактивные вещества испускают три вида лучей: a-, b-, g- лучи.
a-излучение представляет собой поток положительно заряженных a-частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20 000 км/с. Проникающая способность таких частиц мала: пробег в воздухе составляет 7...8 см, в биологических тканях < 0,1 мм. Поглощаются алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон. Опасность представляет ионизирующая способность a-лучей. Ионизация приводит к изменению физико-химических свойств вещества, а в биологических тканях – к нарушению их жизнедеятельности.
b-излучение – поток быстрых электронов (или позитронов). Скорость перемещения таких частиц близка скорости света. Они обладают меньшей ионизирующей, но большей проникающей способностью по сравнению с α–лучами: пробег в воздухе – несколько метров, в биологических тканях – 1…2 см. Одежда поглощает до 50% b-излучения, слой алюминия толщиной 1 мм – полностью.
g-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Пробег в воздухе – до 100 м, в биологической ткани – > 20 см. Для защиты от g-излучения используют специальные радиационно-защитные материалы: тяжелые бетоны, чистый свинец, особые полимеры.
При ядерных реакциях возможно и нейтронное излучение, представляющее собой поток нейтронов и характеризующееся очень высокой проникающей способностью. Ионизация среды осуществляется заряженными частицами, возникающими при взаимодействии нейтронов с веществом. Не имея электрического заряда, нейтроны легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. Нейтронное излучение способно превращать атомы стабильных элементов в радиоактивные вещества (наведенная радиация).
На практике чаще измеряют не свойства самого радиоактивного образца, а результат его воздействия или предполагаемый результат воздействия радиоактивного излучения. Основным количественным показателем является поглощенная доза, за единицу которой принимают грей (Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1Дж энергии излучения массой вещества в 1 кг.
Свойство биологической ткани – реагировать на различные вида ионизирующего излучения выражается через определение эквивалентной дозы. В системе СИ за единицу эквивалентной дозы принят зиверт (Зв), внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр – это доза излучения (любого вида), действие которой на ткани любого организма эквивалентно действию 1 рентгена гамма-излучения: 1 бэр = 1 Р, 1 Зв = 100 бэр.
Общее представление о радиоактивности тех или иных объектов окружающей среды может быть получено измерением так называемой экспозиционной дозы излучения, при которой корпускулярная эмиссия в сухом атмосферном воздухе массой 1 кг производит ионы, несущие заряд каждого знака, равный одному кулону (1 Кл). Внесистемной единицей является рентген (Р). 1 Р – это такая доза рентгеновского или g-излучения, при которой в 1 см3 сухого воздуха при температуре 0о С и давлении 760 мм.рт.ст. образуется около 2 млрд пар ионов. На практике обычно оценивают мощность экспозиционной дозы, измеряемой в рентгенах в секунду (Р/с) или микрорентгенах в час (мкР/ч).
Радиоактивное излучение является неотъемлемым атрибутом окружающей среды. Естественный радиационный фон Земли создаётся космическим излучением и излучением природных радионуклидов (уран, торий и продукты их радиоактивного распада), естественным образом распределенных в земле, воде, воздухе, пищевых продуктах и организме человека. На протяжении биологической истории нашей планеты этот фон оставался практически неизменным, обусловливая дозу радиации, близкую 10–12 мкР/ч. Естественный фон считают безопасным для биологических объектов. В результате деятельности человека происходит изменение естественного радиационного фона и возникает техногенно измененный радиационный фон. Эти изменения вносит искусственная радиация, возникающая при испытании ядерного оружия, при нарушении функционирования радиационно опасных объектов (АЭС, исследовательских институтов соответствующего профиля и т.д.), при образовании радиоактивных отходов на предприятиях атомной энергетики.
Цель работы: углубить представления о радиоактивности различных объектов окружающей среды, оценить радиоактивность конкретного объекта, освоить метод измерения радиоактивности.
Приборы и оборудование: прибор геологоразведочный сцинтилляционный СРП-88 Н.
Порядок выполнения работы
Оценку радиоактивности проводят косвенно по интенсивности g-излучения измеряемого объекта. Объекты избираются по указанию преподавателя. С помощью прибора СРП-88Н в разных точках измеряемого объекта производят замеры в соответствии с правилами работы с приборами. Для этого необходимо произвести ряд последовательных операций:
1. Включить прибор, установив на индикаторном устройстве переключатель "Диапазон" в положение "1", затем переключатель "Порог" в положение "БАТ", при этом на цифровом табло индуцируются цифры, показывающие напряжение питания в вольтах. При величине напряжения от 3,5 до 6,5 В элементы питания пригодны к работе.
2. Установить переключатель "Порог" в положение "0" и приблизить ствол блока детектирования к месту расположения контрольного источника на индикаторном устройстве. При этом стрелка индикатора должна отклониться, на табло должны индуцироваться показания и прослушиваться щелчки звукового сигнализатора, частота которых увеличивается при приближении ствола к источнику.
3. Установить переключатель "Порог" в положение "ИЗМ", а переключатель "Диапазон" – в положение "0,3", через 1 мин после включения прибора приставить ствол вплотную к контрольному источнику, совместив защитный резиновый колпачок с окружностью на пульте. Зафиксировать не менее трех показаний цифрового табло и вычислить среднеарифметическое значение Ризм.
Отвести блок детектирования от места расположения контрольного источника на расстояние > 0,5 м и зафиксировать не менее трех показаний цифрового табло, вычислить среднеарифметическое значение Рф.
Определить действительное значение показания Рд, с-1 от контрольного источника по формуле
Рд 
где К – коэффициент, характеризующий активность источника во времени (дается преподавателем).
Если действительное значение показаний прибора Рд соответствует значению 1670 ± 167, прибор работоспособен и готов к работе.
4. При работе с прибором СРП-88Н в режиме поиска изменение интенсивности потока g-излучения необходимо отслеживать по стрелочному индикатору, для чего переключатель "Диапазон" установить в положение "0,1" или "0,3", что соответствует экспозиции 10 с.
В положении "ИЗМ" переключателя "Порог" звуковая сигнализация отключена, в положении "0" осуществляется мониторный режим, т.е. частота сигналов соответствует интенсивности излучения.
5. При измерении интенсивности излучения от радиоактивного источника для представления информации в единицах мощности экспозиционной дозы, мкР/ч, достаточно показания цифрового табло разделить на значение чувствительности прибора и умножить на 1000. Значение чувствительности данного прибора равно 3670 с–1 . м2 . мг –1 .
Требования к отчету
В отчете следует привести цель работы, кратко описать ход работы, охарактеризовать измеряемые объекты, привести расчеты мощности экспозиционной дозы в измеряемых точках, сделать заключение об уровне радиоактивности исследуемых объектов.
Вопросы для самоподготовки
1. Понятие об ионизирующем излучении. Природные и антропогенные источники излучения.
2. Виды ионизирующего излучения, их характеристика.
3. Радиоактивность. Стабильные и радиоактивные изотопы. Распространенность в природе.
4. Основные типы ядерных реакций.
5. Единицы измерения радиоактивности.
6. Мощность экспозиционной дозы излучения, единицыизмерения.
7. Особенности воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты.
8. Малые дозы облучения, применяемые в медицине, их влияние на человека.
Библиографический список
1. Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К.– М.: Высшая школа, 1998.– 278 с.
2. Химия и общество: Пер. с англ./ Под ред. Гольдфреда М.Г.– М.: Мир, 1995.– 560 с.
3. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: Пер. с нем.– М.: Мир, 1997.– 232с.
4. Ливчак И.Ф. Охрана окружающей среды / Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Учеб. пособие.– М.: Стройиздат, 1988.– 191 с.
5. Брылов С.А. Охрана окружающей среды / Под ред. Брылова С.А. и Шродки К.– М.: Высшая школа, 1985.– 272 с.
6. Небел Б. Наука об окружающей среде – М: Мир, 1993.– 123 с.
7. Потапов А.Д. Экология.- М.: Высшая школа, 2000.- 446 с.
8. Акимова Т.А. Экология / АкимоваТ.А., Хаскин В.В.– М.: ЮНИТИ, 1999.– 455 с.
9. Промышленно-транспортная экология / Под ред. В.Н. Луканина.– М.: Высшая школа, 2001.– 273 с.
Оглавление
| Введение …………………………………………………………………. Лабораторная работа № 1 Определение содержания углекислого газа в атмосферном воздухе ………………………………………………… Лабораторная работа № 2 Определение концентрации аммиака в воздухе ……………………………………………………………………….. Лабораторная работа №3 Определение сухого и прокаленного остатков и жесткости воды …………………………………………………… Лабораторная работа № 4 Определение содержания анионов в поверхностных водах ………………………………………………….. Лабораторная работа №5 Определение окисляемости природных вод.. Лабораторная работа № 6 Определение содержания растворенного кислорода в воде ………………………………………………………… Лабораторная работа № 7 Очистка загрязненных (сточных) вод …….. Лабораторная работа № 8 Влияние загрязнителей на биологические объекты …………………………………………………………………... Лабораторная работа № 9 Определение содержания гумусовых веществ в почве …………………………………………………………… Лабораторная работа № 10 Определение соотношения твердых частиц в почвенном образце (текстура почвы) ……………………….. Лабораторная работа № 11 Изучение процесса фотосинтеза. Продукты фотосинтетических реакций. Углеводы …………………… Лабораторная работа № 12 Изучение процесса фотосинтеза. Продукты фотосинтетических реакций. Кислород ……………………. Лабораторная работа № 13 Определение содержания нитратов в растительных объектах ……………………………………………….. Лабораторная работа № 14 Оценка радиоактивности объектов окружающей среды ……………………………………………………… Приложение 1 Предельно-допустимые концентрации некоторых примесей в атмосферном воздухе ………………………………………. Приложение 2 Предельно-допустимые концентрации примесей в воде Приложение 3 Предельно допустимые концентрации химических веществ в почвах……………………………………...……. Библиографический список ……………………………………………... |
Учебное издание
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Экология» для студентов
специальностей 072000, 120100, 290300, 290500, 330500
Составители:
Василенко Марина Ивановна
Смоленская Лариса Михайловна
Латыпова Марина Марсовна
Редактор Г.Н. Афонина
Изд. лиц. ИД № 00434 от 10.11.99.
Подписано в печать 02. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. Уч. –изд. . Тираж
Заказ . Цена р. к.
Отпечатано в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46