Оценка радиационного состояния центральной части Санкт-Петербурга

Лабораторный практикум

Оценка радиационного состояния центральной части Санкт-Петербурга

Л. М. Зарина

Радиоактивность (от лат.radio — испускаю лучи иactivus — действенный), самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер некоторых химических элементов в ядра устойчивых химических элементов. Такое превращение сопровождается испусканием потоков заряженных α- и β-частиц, а также коротковолновых электромагнитных волн (рентгеновского и γ-излучения). При этом изменяется тип ядра или его энергетическое состояние. Наибольшей проникающей способностью обладает коротковолновое излучение.

Единицы измерения радиоактивности приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Единицы измерения радиоактивности

Тип и сущность единицы измерения	Название единицы измерения	Значение единицы изме­рения
Единицы активности радионуклида Представляют собой число распадов в единицу времени	Беккерель (Бк)	1 Бк = 1распад в сек
	Кюри (Ки)	1 Ки = 3,7 х 1010 Бк
Единицы поглощённой дозы Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы ка­кого-либо физического тела, напри­мер тканями организма	Грей (Гр)	1 Гр = 1 Дж/кг
	Рад (рад)	1 рад = 0,01 Гр
	Рентген (Р)	1 Р = 0,01 Гр
Единицы эквивалентной дозы Представляют собой единицу по­глощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неоди­наковую опасность разных видов ио­низирующего излучения	Зиверт (Зв)	1 Зв = 1 Гр = 1Дж/кг 1 мкЗв = 1/1000000 Зв
	Биологический эк­вивалент рентгена (бэр)	1 бэр = 0,01 Зв = 10мЗв
Единицы мощности дозы Представляют собой дозу, получен­ную организмом за единицу времени	Грей в час (Гр/ч)	1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч
	Зиверт в час (Зв/ч)	1 мкЗв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч
	Рентген в час (Р/ч)	1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч

 

В настоящее время при оценке радиационного состояния территории ис­пользуют эффективную (эквивалентную) дозу, измеряемую в зивертах (Зв). Нормы радиационной безопасности для различных категорий населения оп­ределены в документе «Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009. Санитарные правила и нормативы СанПин 2.6.1.2523–09».

Радиоактивность — это совершенно естественное явление во Вселенной. Более того, если процесс распада ядер прекратится, жизнь на Земле исчез­нет. Термоядерные реакции на Солнце дают окружающим планетам свет и тепло. Радиоактивный распад в недрах Земли является источником энергии для эндогенных процессов.

Естественное ионизирующее излучение или естественный радиацион­ный фон — излучение, создаваемое рассеянными в природе радионукли­дами, содержащимися в земной коре, приземном воздухе, почве, воде, рас­тениях, продуктах питания, в организмах животных и человека (84%), а также космическое излучение (16%). Естественный радиационный фон ко­леблется в широких пределах в различных регионах Земли. Максимальных значений достигает в местах выхода на поверхность кристаллического фундамента (на щитах), при неглубоком залегании радиоактивных руд, высоко в горах за счет космического излучения.

Уникальность Санкт-Петербурга состоит в том, что он построен в зоне контакта Русской платформы и Балтийского щита. Кристаллические породы Балтийского щита и некоторые породы осадочного чехла Русской платформы содержат радиоактивные элементы, в частности, уран.  Поэтому естественный радиоактивный фон в Санкт-Петербурге и его окрестностях составляет более 2/3 от общего объёма радиационного облучения, которому подверга­ется население города.

Техногенное радиационное загрязнение Санкт-Петербурга связано со следующими источниками:

• применение в строительстве природных материалов (гранит, щебень, песок и др.) с повышенным содержанием естественных радионуклидов;
• локальные выпадения из атмосферы осадков, загрязненных радионуклидами, которые являются продуктами неполного сгорания углеводородного топлива;
• утеря или бесконтрольный выброс препаратов и отходов промышлен­ных, медицинских и научных организаций, использующих радиоактив­ные вещества;
• глобальные выпадения радионуклидов из атмосферы, попавших туда в результате проведения ядерных испытаний и аварий на различных ядерных объектах, в т.ч. выпадение радионуклидов, перенесенных по воздуху при аварии на Чернобыльской АЭС.

Значения мощности гамма-излучения в пределах Санкт-Петербурга на­ходятся в диапазоне8–25 мкР/ч. В городе отмечено большое количество точечных радиоактивных аномалий, связанных в большинстве случаев либо с утерями и бескон­трольным выбросом отходов радиоактивных ве­ществ, либо с использованием строительных материалов с повышенным содержанием естественных радионуклидов (облицовка зданий, цоколей, постаментов и др.). Загрязнение чернобыльского типа выявлено в донных отложениях практически всех водотоков города (цезий-134 и цезий-137). Значения мощности гамма-излучения на территории центральной части Санкт-Петербурга составляют12–16 мкР/ч(Источник: Экологический ат­лас Санкт-Петербурга / Экологический союз «Мониторинг» и ГНП МП «Биомонитор».—СПб.: Изд-во ВКФ ЛенВО, 1992).

Безопасным для здоровья человека по нормам ВОЗ (Всемирная органи­зация здравоохранения) является уровень гамма-излучения в диапазоне8–15мкР/ч.

РГПУ им. А.И. Герцена находится в историческом центре Санкт-Петер­бурга. Его территория ограничена Невским проспектом, улицами Казан­ской и Гороховой и набережной реки Мойка. На территории университета расположены:

• 20 кирпичных оштукатуренных корпусов, в большинстве своем имею­щих цоколи из путиловского известняка; новый корпус, построенный в 2008 г. и выходящий на Казанскую улицу, облицован полированными плитами из известняка, его цоколь облицован полированными плитами гранита;
• бронзовый бюст И.И. Бецкому на постаменте из красного полирован­ного гранита (открыт 1 октября 1868 г.);
•  памятник К.Д. Ушинскому, выполненный из бронзы, на постаменте из сердобольского гранита (открыт 30 июня 1961 г.);
• памятник Героям-герценовцам, отдавшим жизнь за Родину, выполнен­ный из путиловского известняка, который облицован плитами серого полированного мрамора (открыт 22 ноября 2001 г.);
• памятник Конфуцию, выполненный из бронзы на гранитном постаменте;
• чугунная Воронихинская решетка на гранитном основании с 14 гранит­ными столбами дорического ордера, увенчанными гранитными шарами (1811–1812 гг.);
• чугунная ограда с монументальными воротами и элементами гранитной от­делки, отделяющая парадный двор главного корпуса (бывший дворец-усадьба графа Разумовского) от проезжей части набережной р. Мойки;
• чугунная ограда на основании из путиловского известняка, выходящая на набережную р. Мойки.

Задание:

Провести на территории РГПУ им. А.И. Герцена (рис. 1, уча­стки I–IV) измерения мощности экспозиционной дозы (гамма-излучения) различных природных и антропогенных объектов (табл. 2). Дать оценку радиационного состояния местности.

Таблица 2. Примеры природных и антропогенных объектов

Природный камень	Гранит, известняк, мрамор и др.
Атмосферный воздух
Грунт	Песок, глина, супесь, суглинок, рыхлая плодородная почва, уплотненная почва и др.
Флора	Различные виды деревьев, кустарников, травяной покров
Строительные материалы	Бетон, кирпич, дерево, металл, штукатурка, стекло, дере­вянные двери и рамы и др.
Дорожное покрытие	Асфальт, бетон, щебень и др.
Транспорт	Грузовой, легковой, бензовоз, экскаватор и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Картосхема территории РГПУ им. А.И. Герцена

 

 

 

Радиометрическая съемка проводится с помощью переносного широко­диапазонного дозиметра ДРГ-01Т1 (рис. 2), представляющего собой сцин­тилляционный газоразрядный счетчик, измеряющий мощность экспозици­онной дозы. В качестве детекторов использованы четыре газоразрядных счетчика СБМ-20 и два счетчика СИ-34Г с корректирующими свинцовыми фильтрами для выравнивания энергетической зависимости чувствительно­сти.

 

Дозиметр обеспечивает измерение мощности экспозиционной дозы в двух режимах работы:

• режим «Измерение» в диапазоне от 0,010 мР/ч до 9,999 Р/ч, время изме­рения не превышает 25 с;
• режим «Поиск» в диапазоне от 0,10 мР/ч до 99,99 Р/ч, время измерения не превышает 2,5 с.

 

Рис. 2. Переносной широкодиапазонный дозиметр ДРГ-01Т1

 

Оптимальными климатическими условиями для получения результатов с наименьшей погрешностью являются температура окружающего воздуха от +15 до +25 0С, относительная влажность воздуха от 30 до 80% и атмо­сферное давление от 84 до 106,7 кПа.

Нормальное рабочее положение дозиметра, соответствующее макси­мальной чувствительности — направление излучения перпендикулярно плоскости расположения детекторов (геометрический центр детекторов обозначен на задней крышке дозиметра).

 

Ход работы:

На указанной территории (участки I–IV, Приложение) произвести за­меры на всех имеющихся на участке видах природных и антропогенных объектов в режиме «Измерение» в диапазоне «мР/ч». Необходимо произ­вести замеры не менее чем на 50 объектах. Измерения на каждом объекте производятся трехкратно, затем вычисляется среднеарифметический ре­зультат. Для каждой точки измерения определяются географические коорди­наты.

Результаты измерений занести на картосхему результатов радиометри­ческих работ (рис. 3) и в таблицу радиометрических замеров (табл. 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Картосхема результатов радиометрических работ

 

 

 

Таблица 3. Результаты замеров гамма-излучения на территории РГПУ им. А.И. Герцена

Участок № __. Дата измерения «___»________20__ г. ФИО студента______________
№ точки	Вид объекта измерения	Характеристика точки измерения	Географические координаты		Показания прибора, мкР/ч
			в.д.	с.ш.
1	Гранит	Гранитное основание решетки сквера у Ка­занского собора, вы­сота над поверхностью земли 20 см	30,322542	59,934558	(30+28+32)/3 =30
2	Трава	Газон в сквере между 11 и 12 корпусами	30,318119	59,933413	(16+17+18)/3 =17
3	…

 

В камеральных условиях произвести обработку полученных данных:

• подсчитать среднеарифметическое значение всех произведенных замеров;
• подсчитать среднеарифметические значения замеров для каждого вида объекта измерения, результаты заносят в сводную таблицу (табл. 4):

 

Таблица 4. Средние значения гамма-излучения для различных видов природных и антро­погенных объектов

Вид объекта измерения	Количество измерений	Среднее значение
Гранит
Известняк
Асфальт
Грунт
Флора
…

 

• по полученным средним значениям построить диаграмму (рис. 4), на кото­рой для сравнения указать верхнюю границу норм ВОЗ и диапазон мощности гамма-излучения для центральной части Санкт-Петербурга по данным Экологического атласа 1992 г.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Диаграмма средних значений гамма-излучения для различных видов объектов измере­ния на территории РГПУ им. А.И. Герцена

 

 

В выводах проанализировать полученные результаты:

сравнить полученные данные по разным видам объектов измерения;

определить радиоактивные аномалии (устанавливают их происхождение);

оценить радиационную обстановку исследуемой территории (среднее значение по всем объектам измерения) по сравнению с данными Эколо­гического атласа Санкт-Петербурга и нормами ВОЗ.

 

В отчет по лабораторному практикуму входят следующие документы:

• титульный лист, на котором указываются название учебного заведения, факультета и кафедры; название практической работы; ФИО студентов, выполнивших работу; город и год выполнения работы;
• картосхема результатов радиометрических работ;
• таблица с результатами замеров гамма-излучения на территории РГПУ им. А.И. Герцена;
• таблица средних значений гамма-излучения для различных видов природных и антропогенных объектов;
• диаграмма средних значений гамма-излучения для различных видов природных и антропогенных объектов;
• выводы по полученным данным.