Практика. Физикотехнический факультет Кафедра Физики и информационных технологий курсовойпроект экологические проблемы радиационного облучения человека естественными источниками
 Скачать 139.88 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «КубГУ») Физико-технический факультет Кафедра Физики и информационных технологий КУРСОВОЙПРОЕКТ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИАЦИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ЕСТЕСТВЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ Работу выполнил _________________________________________Ю.Ю.Пилиев Курс 3 Направление 03.03.02 Физика Научный руководитель канд. техн. наук, доцент ___________________________________ Ю. Б. Захаров Нормоконтролёр_________________________________________ Ю. Б. Захаров Краснодар 2018 Реферат Курсовой проект 43 с.,2 рис., 3 табл., 8 источников. РАДИОАКТИВНОЕИЗЛУЧЕНИЕ, РАДИАЦИЯ, РАДИОНУКЛИДЫ, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ЗОНА, ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА, ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ, ДОЗИМЕТРИЯ. Объектом исследования данного курсового проекта является, влияние радиоактивного излучения на человека естественными источниками. Целью данной работы является исследование естественных источников радиационного излучения, их влияния на организм человека и определение оптимальных способы защиты от их воздействия. В результате выполнения курсового проекта были найдены оптимальные способы минимизациивоздействия радиоактивного излучения естественными источниками на человека СОДЕРЖАНИЕ Введение ..................................................................................................................... 4 1 Что такое радиация ................................................................................................. 8 1.1Открытие радиоактивности .............................................................................. 8 1.2 Виды излучения ............................................................................................... 10 1.3 Основные термины и единицы измерения .................................................... 12 2 Источники радиационного излучения ................................................................ 14 2.1 Естественные источники радиации ............................................................... 14 2.1.1 Космическая радиация..................................................................................16 2.1.2 Земная радиация............................................................................................19 2.1.3 Внутреннее облучение..................................................................................24 2.2 Источники радиации, созданные человеком (техногенные) .......................25 3 Дозиметрия ............................................................................................................ 28 3.1 Экспозиционная доза .......................................................................................30 3.2 Поглощённая доза ............................................................................................ 32 4 Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений.................................................................................................................. 35 4.1 Эквивалентная доза ......................................................................................... 38 4.2 Эффективная доза ............................................................................................ 39 5 Воздействие радиации .......................................................................................... 40 5.1 Эффекты воздействия на человека .................................................................45 5.2 Накопление радионуклидов в органах .......................................................... 47 5.3 Исследование последствий облучения .......................................................... 49 5.4 Способы минимизации естественного воздействия радиационного облучения...................................................................................................................54 Заключение.................................................................................................................57 Список использованных источников.......................................................................59 ВВЕДЕНИЕ Говоря о любом разделе современной экологии, кроме ее классического, главного, биологического раздела, мы постоянно, в большей или меньшей степени, имеем в виду человека. Речь идет о прямом или косвенном воздействии на человечество того или иного фактора, им же порожденного или усиленного, или о воздействии человека на компоненты среды обитания, в первую очередь на флору и фауну. На первых этапах развития большинства разделов современной экологии центр тяжести исследований мог быть и далек от непосредственных интересов человека и только потом возможные точки соприкосновения отчетливо проявлялись. Иная ситуация была в случае радиационной экологии. Экологический фактор – ионизирующие излучения – сразу проявил себя воздействием на ткани и органы человека. Его изучение началось практически сразу после открытия радиоактивности (1895-1896г.г.). Выделяют два направления исследований, составивших затем основу радиационной экологии. Во-первых, это изучение биологических эффектов, возникающих под действием радиации; во-вторых –изучение радиоактивности объектов природной среды. В результате изучения биологических эффектов оформились два направления: 1) гигиенические исследования, связанные с медицинскими проблемами и приведшее в последующем к возникновению радиационной медицины – радиологии; 2) экспериментальные биологические исследования – радиационная биология (радиобиология). При изучении биологических эффектов наибольшее количество исследований проводилось на растениях, так как с растительными объектами было проще работать. Вместе с тем «закладывались» многие из тех проблем, которые дали о себе знать впоследствии. Речь идет об отсутствии стандартизации методик, о точности измерений и воспроизводимости результатов и всего того, что связано с междисциплинарным характером исследований; большой изменчивостью свойств отдельных особей внутри вида и разной реакцией их на изменения характеристик окружающей среды. К началу 1920-х гг. был сформулирован уже ряд теорий о начальных процессах, происходящих в организмах животных и в растениях при радиационном воздействии. В 1920-е гг. оформились первые теории лучевого поражения, из которых можно отметить: теорию прямого действия, теорию непрямого действия и теорию мишени. В эти же годы были обнаружены мутации, вызываемые воздействием радиации. Классическими стали исследования Г. Мюллера (Muller H.J.) по индуцированию рентгеновскими лучами мутаций у дрозофил – 1926 г. Он заложил основы радиогенетики – новой области в исследованиях генетических эффектов, и его исследования были отмечены в 1946 г. Нобелевской премией по медицине. Достаточно широким фронтом развивались исследования по изучению последствий воздействия радиации на основные химические вещества клетки, на физико-химические свойства протоплазмы, на физиологические и биохимические процессы в растениях. Были проведены опыты по изучению радиочувствительности и природы начальных изменений при лучевом поражении клеток. Были обнаружены огромные различия в радиочувствительности различных клеток, тканей, органов и видов растений и животных. В центре внимания ученых стали вопросы, связанные с биологической ролью природного фона ионизирующих излучений и его значением для процесса эволюции. Это направление исследований не потеряло своей актуальности и сейчас. Его естественным образом можно разбить на отдельные этапы. К рассматриваемому периоду можно отнести два первых этапа. Первый – до 1930-х гг., когда основное внимание уделялось количественной характеристике ведущих компонентов фона. Естественно, что подобные исследования начинали проводить в тех местах, где на поверхности имелись выходы урановых или ториевых руд. Затем на втором этапе, до 1940-х гг. – в центре интересов ученых оказались исследования особенностей распределения в различных природных средах долгоживущих радионуклидов. Речь шла, в первую очередь, о 238U, 232Th и 226Ra. Потребности практики выдвинули задачу разработки биогеохимических методов поиска урановых месторождений. В этот период происходит становление дозиметрии, которая приобретает современные очертания после введения в начале 1930-х гг. представлений об экспозиционной дозе и единице ее измерения «рентгене». Для разных случаев были определены летальные дозы и вырабатываются представления о предельно допустимых дозах. Таким образом, в это время закладываются основы современной радиационной гигиены. Радий и радон на некоторое время вошли в арсенал широко используемых медицинских средств. Начались обширные исследования индуцированных излучениями генетических и наследственных эффектов. Ксожалению, значительная часть информации была получена в результате неосторожной работы с источниками ионизирующих излучений. Число смертельных случаев или серьезного ущерба для здоровья людей точно не известно, но ясно, что речь идет о нескольких сотнях. До пуска первых циклотронов в США и СССР, а затем первого реактора в Чикаго в 1942 г. основное воздействие на здоровье людей оказывало рентгеновское излучение и внутреннее облучение за счет поступления радия в организм людей. К началу 1940-х гг. огромный интерес научного сообщества и общественности (широких слоев населения) к явлению радиоактивности постепенно угасал. Это вполне понятно. В части, касающейся науки, явление радиоактивности и родившаяся из него ядерная физика прочно заняли свое место в науке и здесь шла напряженная, непонятная для «непосвященных» работа. Что касается общественности, то первые восторженные ожидания появления «панацеи от всех болезней» угасли и интересы людей были прикованы к нарастающей опасности мировой войны, а затем и к самой войне со всеми ее бедами. Принципиальное значение для интенсификации исследований в области радиационной экологии имели открытия явлений искусственной радиоактивности и деления тяжелых ядер, создание ядерных реакторов и последующее освоение человеком ядерной энергии. Условно можно считать, что взрывы над Хиросима и Нагасаки завершили первый, инкубационный этап развития радиационной экологии. Радиоэкологические проблемы оказались теперь в центре внимания общества. Целью работы является, изучение методов зашиты и минимизации воздействия радиоактивного излучения на человекаестественными источниками. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1Исследование вносящих наибольший вклад в облучение человека источников ионизирующего излучения. 2Изучение влияния радиоактивного излучения на человека. 3Выявление с помощью литературы наиболее эффективных способов защиты от воздействия радиоактивного излучения естественных источников. 1 Что такое радиация В широком смысле, радиация - это исходящий от любого источника поток энергии в форме радиоволн.Радиация существовала всегда. Радиоактивные элементы входили в состав Земли с начала её существования, однако само явление радиоактивности было открыто всего 120 лет назад.В этом разделе мы попробуем приблизиться к пониманию явления радиоактивности, детально изучив его. 1.1 Открытие радиоактивности Открытие радиоактивности было непосредственно связано с открытием Рентгена. В ноябре1895года, Вильгельм Конрад Рентген сообщил об открытии нового вида лучей, которые он назвал Х-лучами. Эти лучи возникают, когда быстро летящие в вакууме электроны (катодные лучи) сталкиваются с препятствием. Вскоре Рентген обнаружил, что излучение проходит через многие непрозрачные вещества, вызывает почернение фотопластинки, завернутой в черную бумагу или даже помещенной в металлический футляр. Лучи проходили через очень толстую книгу, через еловую доску толщиной 3 см, через алюминиевую пластину толщиной 1,5 см... Рентген понял возможности своего открытия: «Если держать руку между разрядной трубкой и экраном, – писал он, – то видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний руки». Это было первое в истории рентгеноскопическое исследование. Новые лучи стали исследовать во всем мире, только за один год на эту тему было опубликовано свыше тысячи работ. Несложные по конструкции рентгеновские аппараты появились и в госпиталях: медицинское применение новых лучей было очевидным. Открытие Рентгена вскоре привело к не менее выдающемуся открытию. Его сделал в 1896г. французский физик Антуан Анри Беккерель. Беккерель решил проверить, связаны ли лучи Рентгена с флуоресценцией. 24 февраля 1896г. на еженедельном заседании Академии он рассказал, что беря фотопластинку, завернутую в два слоя плотной черной бумаги, кладя на нее кристаллы двойного сульфата калия-уранила K2UO2(SO4)2·2H2O и выставляя все это на несколько часов на солнечный свет, то после проявления фотопластинки на ней можно видеть несколько размытый контур кристаллов. Если между пластинкой и кристаллами поместить монету или вырезанную из жести фигуру, то после проявления на пластинке появляется четкое изображение этих предметов. Беккерель начал ставить множество опытов, чтобы лучше понять условия, при которых появляются лучи, засвечивающие фотопластинку, и исследовать свойства этих лучей. До конца года он опубликовал на эту тему девять статей, в одной из них он писал: «Разные соли урана были помещены в толстостенный свинцовый ящик... Защищенные от действия любых известных излучений, эти вещества продолжали испускать лучи, проходящие через стекло и черную бумагу, через восемь месяцев». Эти лучи исходили от любых соединений урана, даже от тех, которые не светятся на солнце. Еще более сильным (примерно в 3,5 раза) оказалось излучение металлического урана. Стало очевидным, что излучение хотя и похоже по некоторым проявлениям на рентгеновское, но обладает большей проникающей способностью и как-то связано с ураном, так что Беккерель стал называть его «урановыми лучами». Беккерель обнаружил также, что «урановые лучи» ионизируют воздух, делая его проводником электричества. Оставался вопрос, каким образом вещество испускает непрерывное и не ослабевающее в течение многих месяцев излучение без подвода энергии от внешнего источника? Сам Беккерель писал, что не в состоянии понять, откуда уран получает энергию, которую он непрерывно излучает. Позжеэтим явлением заинтересовались Мария Кюри и её муж Пьер Кюри. В 1898г. году они обнаружили, что в результате излучения, уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полониеми радием. К сожалению люди, занимающиеся исследованием радиации, подвергали свою жизнь опасности из-за частого контакта срадиоактивными веществами. Несмотря на это исследования продолжались, и врезультате, на сегодняшний день, человечество располагает весьма достоверными сведениями о процессепротекания реакций в радиоактивных массах, в значительной мере обусловленныхособенностями строения и свойствами атома[1]. 1.2 Виды излучения Причиной радиоактивности вещества являются нестабильные ядра, входящие в состав атомов, которые при распаде выделяют в окружающую среду невидимые излучения или частицы. В зависимости от различных свойств (состав, проникающая способность, энергия), сегодня выделяют множество видов ионизирующего излучения, из которых наиболее значимыми и распространенными являются: – Альфа-излучение.Источником радиации в нем являются частицы с положительным зарядом и сравнительно большим весом. Альфа-частицы (2 протона + 2 нейтрона) довольно громоздки и потому легко задерживаются даже незначительными преградами: одеждой, обоями, оконными занавесками и т.д. Даже если альфа-излучение попадает на обнаженного человека, в этом нет ничего страшного, дальше поверхностных слоев кожи оно не пройдет. Однако, несмотря на малую проникающую способность, альфа-излучение обладает мощной ионизацией, что особо опасно, если вещества-источники альфа-частиц попадают непосредственно в организм человека, например, в легкие или пищеварительный тракт. – Бета-излучение. Представляет собой поток заряженных частиц (позитронов или электронов). Такое излучение обладает более значительной проникающей способностью, чем альфа-частицы, задержать его может деревянная дверь, оконное стекло, кузов автомобиля и т.д. Для человека опасно при воздействии на незащищенные кожные покровы, а также при попадании внутрь радиоактивных веществ. – Гамма-излучение и близкое к нему рентгеновское излучение. Ещё одна разновидность ионизирующей радиации, которая является родственной световому потоку, но с лучшей способностью к проникновению в окружающие предметы. По своему характеру это высокоэнергетическое коротковолновое электромагнитное излучение. Для того, чтобы задержать гамма-излучение в отдельных случаях может потребоваться стена из нескольких метров свинца, или нескольких десятков метров плотного железобетона. Для человека такое излучение является самым опасным. Основным источником этого вида излучения в природе является Солнце, однако, до человека смертоносные лучи не доходят благодаря защитному слою атмосферы. Помимо альфа- и бета-распадов, известны и другие типы самопроизвольных радиоактивных превращений. Так, в 1938г. американский физик Луис УолтерАльварес открыл третий тип радиоактивного превращения – электронный захват (К-захват). В этом случае ядро захватывает электрон с ближайшей к нему энергетической оболочки (К-оболочки). При взаимодействии электрона с протоном образуется нейтрон, а из ядра вылетает нейтрино, уносящее избыток энергии. Превращение протона в нейтрон не изменяет массу нуклида, но уменьшает заряд ядра на единицу. Следовательно, образуется новый элемент, находящийся в периодической таблице на одну клетку левее, например, из получается стабильный нуклид (именно на этом примере Альварес открыл этот тип радиоактивности). При К-захвате в электронной оболочке атома на место исчезнувшего электрона «спускается» электрон с более высокого энергетического уровня, излишек энергии либо выделяется в виде рентгеновского излучения, либо расходуется на вылет из атома более слабо связанных одного или нескольких электронов – так называемых оже-электронов, по имени французского физика Пьера Оже (1899–1993г.г.), открывшего этот эффект в 1923г. (для выбивания внутренних электронов он использовал ионизирующее излучение). В 1934г. дочь Марии Кюри ИрэнЖолио-Кюри и ее муж Фредерик Жолио-Кюри открыли позитронный распад. В этом процессе один из протонов ядра превращается в нейтрон и антиэлектрон (позитрон) – частицу с той же массой, но положительно заряженную; одновременно из ядра вылетает нейтрино. Позитронный распад часто конкурирует с К-захватом. В 1982г. была открыта протонная радиоактивность: испускание ядром протона (это возможно лишь для некоторых искусственно полученных ядер, обладающих избыточной энергией). В 1960г. физико-химик Виталий Иосифович Гольданский (1923–2001г.г.) теоретически предсказал двухпротонную радиоактивность: выбрасывание ядром двух протонов со спаренными спинами. Впервые она наблюдалась в 1970г. Очень редко наблюдается и двухнейтронная радиоактивность (обнаружена в 1979г.). В 1984г. была открыта кластерная радиоактивность (от англ. cluster – гроздь, рой). При этом, в отличие от спонтанного деления, ядро распадается на осколки с сильно отличающимися массами, например, из тяжелого ядра вылетают ядра с массами от 14 до 34. Кластерный распад также наблюдается очень редко, и это в течение длительного времени затрудняло его обнаружение[2]. |