Міністерство освіти і науки України

Дніпропетровський національний університет

Факультет фізичний

Кафедра теоретичної фізики

ДИПЛОМНА РОБОТА

Питання радіаційної безпеки в екологічній освіті у середній школі

Виконавець

студентка групи

ФІ-99-1 Цюпак Е.В.

Керівники

ст.викл. Смойловський О.Н.

доц., к. ф.-м. н. Ярошенко А.П.

Рецензент

проф., д. ф.-м. н. Башев В.Ф.

Консультант

доц. Агапова В.Т.

Допускається до захисту:

Зав. кафедри

проф., д. ф.-м. н. Тутік Р.С..

Дніпропетровськ

2004

План

Вступ.

1. Види, фізичний зміст і одиниці вимірювання доз опромінення.

2. Вплив радіації на живий організм.

3. Природні й антропогенні джерела іонізуючого випромінювання.

4. Проблеми, пов'язані з використанням ядерної енергії.

4.1. Теплове забруднення навколишнього середовища.

4.2. Розробка родовищ урану та його збагачення.

1. Обробка і ліквідація радіоактивних відходів.

1. Основні заходи захисту населення від іонізуючого випромінювання

2. Лекція на тему: Радіація та її вплив на живий організм.

3. Забезпечення рівня фізичного захисту під час захоронення радіоактивних відходів.

Висновки.

Використана література.

Додаток.

Втуп

Радіація та екологія – дуже актуальне питання в останні десятиліття постає в зв’язку з тим, що людство вступило в атомне століття. Ядерна енергія в Україні використовується в усіх галузях народного господарства – промисловості, медицині, сільському господарстві, наукових дослідженнях, а також у побуті. Разом з цим значно росте кількість людей, які безпосередньо професіонально та не професіонально пов’язані з іонізуючим випромінюванням. Крім того, в теперішній час при великій кількості технологічних процесів отримання та застосування атомної енергії, виробництва та використання штучних радіоізотопів існує можливість попадання радіоактивних відходів в навколишнє середовище. Тому необхідно деякі початкові знання про ядерну енергію надавати ще школярам. Більшість теперішніх учнів отримають такі знання тільки в школі.

Зараз основною задачею людства в області радіаційного контролю – не допустити помітного збільшення радіоактивності, що створена природою, тобто недопущення збільшення природного радіаційного фону. Для рішення такої задачі людству необхідно мати представлення про фізико-хімічну основу такого явища як радіоактивність; знати як взаємодіє іонізуюче випромінювання з речовиною та, обов’язково, як впливає радіація на живий організм; а також мати деякі знання по дозам та заходам захисту населення від дії іонізуючого випромінювання. Для нас ця тема особливо актуальна тим, що на Україні працює чотири атомних електростанції, є родовища уранової руди в Дніпропетровській (м. Жовті Води) та Кіровоградській (м. Олександрія) областях, а також вже відбулася аварія в 1986 році на Чорнобильській атомній електростанції.

Дуже великої шкоди екології України завдала катастрофа на Чорнобильській АЕС 26 квітня 1986 р. Її наслідки виходять далеко за межі проблем довкілля і переростають у ряд соціально-економічних, медичних, біологічних та психологічних проблем. Екологічну небезпеку становить також ядерне паливо та радіоактивні речовини, викинуті під час аварії, які осіли навколо блоку, а потім були закриті піском та бетоном. З паливномісткими матеріалами з часом можуть статися такі зміни: роздрібнення паливних частинок, утворення на їхній поверхні нових сполук, які можуть розчинятися у воді, вимивання радіонуклідів водою. Усе це може викликати міграцію радіонуклідів. Безпосередня загроза екологічній безпеці з боку ЧАЕС є приводом для виникнення суперечностей між Україною і сусідніми державами, які можуть значною мірою ускладнити міждержавні відносини з ними.

Аварія на ЧАЕС є найбільшою екологічною катастрофою, за останні десятиліття. В результаті понад 41 тис. км² території було забруднено радіонуклідами. Близько 46 тис. га орної землі та 46 тис. га лісу за рівнями забруднення, що перевищують 15 кюрі на квадратний кілометр (Ки/км²), вилучено з виробництва. Зона відчуження Чорнобиля становить серйозну загрозу для навколишнього середовища внаслідок наявності 800 поховань радіоактивних відходів.

Але зараз більше 50 відсотків всієї електроенергії виробляється на атомних станціях. Зараз на Україні дїє 4 атомних електростанції: Рівненська, Хмельницька, Південно-Українська та Запорізька. За кількістю реакторів та їх потужністю Україна посідає восьме місце у світі.

1. Види, фізичний зміст і одиниці вимірювання доз опромінення.

Атом схожий на сонячну систему в мініатюрі: навколо ядра рухаються по орбітах електрони. Розміри ядра в сто тисяч разів менше самого атома.

Деякі нукліди стабільні, тобто під час відсутності зовнішнього впливу ніколи не перетерплюють ніяких перетворень.

Значна кількість нуклідів нестабільні, тобто без якого-небудь зовнішнього впливу вони увесь час перетворюються в інші нукліди. 99 % від загальної кількості урану, який міститься в земній корі, займає уран-238. Нижче наведено схему розпаду урану-238, урану-235 та урану-236.

Мал.1 Схема перетворення урану-238

З мал.1 видно, що весь ланцюжок перетворення урану-238 закінчується стабільним нуклідом свинцю. Випущення ядром частки, що складає з двох протонів і двох нейтронів – це альфа-випромінювання; випущення електрона – це бета-випромінювання.

Основною характеристикою іонізуючого випромінювання є доза випромінювання.

Доза випромінювання – це кількість енергії іонізуючого випромінювання, поглиненої одиницею маси середовища, що опромінюється. Розрізняють експозиційну, поглинену й еквівалентну дози випромінювання. Для визначення поглиненої енергії будь-якого виду випромінювання в середовищі прийняте поняття поглиненої дози випромінювання.

Поглинена доза випромінювання визначається як енергія, поглинена одиницею маси речовини, що опромінюється. За одиницю поглиненої дози випромінювання приймається джоуль на кілограм (Дж/кг).

У системі СІ поглинена доза виміряється в греях (Гр). 1Гр – це така поглинена доза, при якій 1 кг речовини, що опромінюється, поглинає 1 Дж енергії, тобто 1 Гр = 1 Дж/кг.

Відповідно до вищевикладеного,

де D_погл - поглинена доза випромінювання,

ΔE - енергія, поглинена речовиною, що опромінюється, Δm - маса речовини.

Величина поглиненої дози випромінювання залежить від властивостей випромінювання і поглинаючого середовища.

Для оцінки біологічного впливу іонізуючого випромінювання використовується еквівалентна доза D_екв. Вона дорівнює добутку поглиненої дози D_погл на так названий коефіцієнт відносної біологічної ефективності даного виду випромінювання η.

D_екв = D_погл· η

Для рентгенівського, гама-, бета-випромінювань η =1; для альфа-випромінювання η =20; для нейтронів з енергією менше 20 КеВ η =3; для нейтронів з енергією 0,1-10 МеВ η =10.

Одиницею вимірювання еквівалентної дози в системі СІ використовується зіверт (Зв), несистемною одиницею є біологічний еквівалент рада (бер);

1Зв = 100 бер =1 Гр η ·

Для характеристики джерела випромінювання по ефекту іонізації застосовується так названа експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань. Експозиційна доза виражає енергію випромінювання, перетворену в кінетичну енергію заряджених часток в одиниці маси атмосферного повітря. З вище викладеного випливає :

де D_експ - експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань;

ΔQ - заряд, що виникає в результаті іонізації повітря в елементі об’єму; Δm - маса повітря, що опромінюється, у цьому об’ємі.

За одиницю експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань приймається кулон на кілограм – 1 Кл/кг. Кулон на кілограм – експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань, при якій сполучена з цим випромінюванням корпускулярна емісія на кілограм сухого повітря при нормальних умовах (при t₀ = 0°C і тиску 760 мм рт. ст.) робить у повітрі іони, що несуть заряд в один кулон електрики кожного знаку.

Несистемною одиницею експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань є рентген.

Рентген – це доза гамма-випромінювання, під дією якої в 1см³ сухого повітря при нормальних умовах (t =°C і тиску 760 мм рт. ст.) створюються іони, що в одиниці об’єму несуть одну електростатичну одиницю електрики одного знака. Дозі в 1Р відповідає утворенню 2,08·10⁹ пар іонів у 1см³ повітря.

Одиниця рентген може бути використана до значення енергії 3 Мев рентгенівського і гамма-випромінювань. Випромінювання може вимірятися в рентгенах - Р, мілірентгенах - мР чи мікрорентгенах - мкР (1 Р = 10³ мР = 10⁶ мкР).

Отже, для одержання експозиційної дози в один рентген потрібно, щоб енергія, витрачена на іонізацію в одному кубічному сантиметрі повітря (чи грамі), відповідно дорівнювала

1 Р = 2,58·10^{- 4} Кл/кг або 1 P = 3,86·10^-3 Дж/кг

Джерела іонізуючих випромінювань характеризуються активністю, що визначається кількістю ядерних розпадів dN за проміжок часу dt:

У системі СІ одиницею вимірювання активності є беккерель (Бк).

1 Бк – це один розпад за секунду. Несистемною одиницею є кюрі (Ки).

1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк.

Поглинена доза випромінювання й експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань, поділені на одиниці часу, називаються відповідно потужністю поглиненої дози випромінювання і потужністю експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань (Р_погл і Р_експ).

За одиницю потужності поглиненої дози випромінювання і потужності експозиційної дози прийнятий відповідно ват на кілограм (Вт/кг) і ампер на кілограм (А/кг).

Несистемними одиницями потужності поглиненої дози випромінювання і потужності експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань відповідно є рад в секунду і рентген в секунду (рад/сек и р/сек):

Ступінь забруднення навколишнього середовища радіоактивними речовинами характеризується густиною забруднення, що виміряється кількістю радіоактивних розпадів атомів в одиницю часу на одиницю поверхні, або в одиниці маси, або в об’ємі (Ки/кг, Бк/кг, Ки/л, Бк/л, Ки/км², Бк/км²).

Співвідношення між одиницями СІ і несистемними одиницями активності і характеристик поля випромінювання:

Таблиця 1

2. Вплив радіації на живий організм.

У результаті впливу іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть відбуватися складні фізичні, хімічні і біологічні процеси.