Радиационный фон, создаваемый терриконами г. Гуково

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

« ГУКОВСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ УЧЕБНЫЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Физика

на тему: Радиационный фон, создаваемый терриконами г. Гуково

Выполнил: Купцов Сергей Сергеевич

Группа № 3

Профессия: 15.01.05 «Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))»

Руководитель: Пингина Татьяна Петровна

г. Гуково

2024

Содержание

Введение………………………………………………………………………….

Глава 1. Терриконы. 4

1.1 Влияние терриконов на экологическую обстановку города Гуково. 4

1.2. Химический состав террикона. 4

1.3 Влияние ионизирующего излучения на организм человека. 5

Глава 2 Радиационное излучение. 6

2.1 Природа ионизирующего излучения. 6

2.2 Приборы для измерения радиационного фона. 6

2.3 Опрос обучающихся………………………………………………………..7

4. Рекультивация терриконов. 8

Заключение. 10

Литература. 111

Приложение №1. 12

Введение.

Актуальность исследования. Герб города Гуково это восходящее солнце на фоне черных гор, отражает принадлежность территории к шахтерскому краю, подчеркивая его родство с другими шахтерскими городами нашей области. Черна гора – это терриконик, побочный продукт, отход добычи каменного угля. Цветок бессмертника на зеленом фоне, призван отразить долгую и счастливую жизнь в городе. Однако, заключения экспертов говорят о том, что экологическая обстановка в городе способствует развитию большого числа заболеваний, в том числе ведущих к летальному исходу. В дополнении к основным источникам загрязнения среды на территории города находятся отвалы породы угля, которые угрожают жизни населения, нанося вред окружающей среде. Вследствие химических реакций, терриконы горят, превращаясь в рукотворный вулкан, который может взорваться в любую минуту. (Город Димитров поселок Нахаловка 1996 год, мощный взрыв терриконика унес жизни более 60 человек.) Терриконы опасны не только выбросом ядовитых веществ, образующихся в результате химических реакций, но и присутствием ионизирующего излучения.

Объект исследования: естественный радиационный фон города Гуково.

Предмет исследования: радиоактивное излучение вблизи террикона.

Цель исследования: измерить уровень ионизирующего излучения на территории города Гуково и в непосредственной близости от терриконов, сделать вывод о том, каким образом идет изменение естественного радиационного фона за счет данного излучения, предложить способы рекультивации терриконов.

Задачи:

1. Выяснить, что такое террикон, исследовать его химический состав, в частности какие радиоактивные элементы, могут присутствовать в нём, описать влияние террикона на окружающую среду и человека.

2. Определить наличие ионизирующего излучения на территории терриконов и сравнить полученные данные, с данными измеренные на нейтральной территории (вдали от террикона).

3. Выяснить где и когда человек, может быть, подвергнут данному излучению.

4. Предложить рациональный способ рекультивации террикона.

Глава 1. Терриконы.

Человек, впервые посетивший город Гуково с удивлением отмечает наличие гор на его территории. Однако, коренные жители уже давно привыкли к этой рукотворной части ландшафта.

Террикон или терриконик (фр. terril — отвал породы, фр. conique —конический) — отвал, искусственная насыпь из пустых пород, извлечённых при подземной разработке месторождений угля и других полезных ископаемых, насыпь из отходов от различных производств и сжигания твёрдого топлива.

1.1 Влияние терриконов на экологическую обстановку города Гуково.

В процессе добычи каменного угля на шахтах города (Алмазная, Ростовская, ЦОФ, Гуковская, Восточная и т.д.) образовывалась пустая порода, которую помещали в канонические насыпи путем рельсовой доставки в вагонетках или скипах. Терриконики имеют под собой большую площадь, тем самым отнимая полезную территорию у города. А у его жителей терриконы отнимают здоровье: загрязняют воздушную среду продуктами горения, увеличивают и без того высокую в степных районах концентрацию пыли, порода отвалов токсична природные осадки смывают ее и разносят по близлежащей территории, способствуют эрозивным процессам грунта, большая масса отвала создает опасность проседания почвы под терриконом и в районе выработок шахт.

1.2. Химический состав террикона

В составе искусственных гор встречаются: соли, оксиды, соединения азота, серы, различные металлы и радионуклиды, алюминий, кальций, углерод, железо, калий, натрий, кремний, медь, свинец, титан и цинк, бериллий, висмут, хром, кобальт, цезий, литий, магний, никель, рубидий, селен, стронций, ванадий и т.д. Все элементы периодической системы Менделеева, стоящие после номера 81 являются радиоактивными. В терриконах происходит распад одних веществ и синтез других, с точки зрения физики от атома химического элемента отделяются элементарные частицы ( электроны, протоны, нейтроны и т.д.), т.е. идет их непрерывное излучение, которое по сути своей является ионизирующим.

Так же там содержится уран, основной источник ионизирующего излучения, так как угли и содержащие их породы, имеют в своем составе сульфидную серу в виде пирита, который содержит высокую концентрацию этого элемента. Радионуклиды с порядковыми номерами более 81 образуют следующие радиоактивные элементы – уран, торий, актиний. У этих элементов 17, 12, 14 радиоактивных изотопов. Основная составляющая излучения альфа частицы, присутствуют так же бета и гама частицы.

Ура́н (U, лат. uranium; устаревший вариант ура́ний) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе. Уран — слаборадиоактивный элемент, он не имеет стабильных изотопов. Самыми распространёнными изотопами урана являются уран-238 (имеет 146 нейтронов, в природном уране составляет 99,3 %) и уран-235 (143 нейтрона, природная распространённость 0,7204 %). Соединения урана ядовиты.Под действием внешних факторов (ветер, температура, осадки) происходит окисление пирита с образованием серной кислоты, последняя в свою очередь, переводит уран в раствор – происходит естественная миграция радионуклидов.

1.3. Влияние ионизирующего излучения на организм человека.

В окружающей нас среде присутствует естественный радиационный фон и не зависимо от образа жизни человека и его нахождения он подвергается его воздействию. Космические лучи и радиоактивные материалы в земле, воде, воздухе основная составляющая этого фона. В повседневной жизни человек так же сталкивается с присутствием радиации, однако зная основные источники ионизирующего излучения можно минимизировать его влияние на собственный организм. Извлекая на поверхность руду, содержащую опасные элементы, человек нарушил природное радиоактивное равновесие, и добавил к естественному уровню радиационного фона новую величину – излучение террикона. А вместе с тем, постоянное воздействие этого излучения на организм ведет к его постепенной гибели: опухоли, мутации, генетические уродства. Отследить влияние незначительного повышения радиационного уровня на организм сложно, ведь процесс, может быть, растянут на десятки лет. Взрослое население города имеет меньший риск новообразований по сравнению с детьми, у которых впереди вся жизнь и есть запас времени для развития онкологии.

Доклад министра здравоохранения Ростовской области указывает, что основная причина смертности населения это болезни системы кровообращения, на втором месте смертность от новообразований (в том, числе злокачественных).

В Ростовской области от злокачественных новообразований в январе-августе 2020 года умерли 4655 человек, следует из данных Росстата. Это на 4,2% больше, чем за тот же период прошлого года.

Глава 2. Радиационное излучение 2.1. Природа ионизирующего излучения

Радиоактивные изотопы химических элементов испускают ионизирующее излучение, состоящее из трех компонент: альфа-, бета- и гамма лучи.

Наиболее безобидно с точки зрения проникающей способности альфа-излучение, представляющее собой поток тяжелых положительно заряженных частиц - ионизированных атомов гелия. Эти лучи может задержать слой одежды, они не проникают через эпидермис. Но, если радиоактивные вещества, испускающие альфа - частицы, попадают любым путем (воздух, вода ,пища, открытая рана) внутрь организма они становятся чрезвычайно опасными. Бета - частица это высокоскоростные электроны, по сравнению с альфа-частицами обладают большей проникающей способностью: проникают в организм на глубину до 3х сантиметров. Гамма-излучение распространяется со скоростью света, его проникающая способность 100%: защититься можно толстая свинцовой или бетонной плитой (Чернобыльский саркофаг).

2.2 Приборы для измерения радиационного фона

Для того, чтобы обнаружить радиацию были созданы специальные приборы – дозиметры. Каждый дозиметр имеет обособленную конструкцию и позволяет измерять несколько видов ионизирующего излучения или только один –альфа, бета, гамма, рентгеновское или нейтронное излучение.

Если дозиметр способен фиксировать и подсчитывать несколько видов радиации он имеет более сложное строение и как следствие высокую стоимость, его относят к профессиональным средствам измерения. Широкое применение получили бытовые дозиметры, они проще в устройстве и эксплуатации, измеряют, как правило, один либо два вида радиации. Эти приборы имеют меньшую точность и большую погрешность.

Дозиметры могут применяться для измерения уровня радиации или играют роль предупреждающих индикаторов радиоактивной опасности. По своему функциональному назначению, дозиметры можно разделить на группы:

• Индикаторы или сигнализаторы - простые приборы с невысокой чувствительностью и малой точностью, не имеющие цифрового табло, а только подающие световой или звуковой сигнал при радиационной опасности.

• Измерительные приборы - это приборы для измерения радиационного фона, имеющие цифровой или аналоговый индикатор, отображающий уровень радиации. Уровень радиации может отображаться в различных единицах, обычно это мкЗв/час.

• Поисковые приборы - это высокочувствительные измерительные приборы с дополнительными, обычно выносными (наружными) детекторами. Применяются данные приборы для поиска малейших изменений радиации

интенсивности γ-лучей и β-лучей, но его также можно использовать для измерения интенсивности Χ-лучей. 

Ядерный компонент датчика — это трубка счетчика Гейгера-Мюллера, запечатанная с низким давлением внутри. Катушка датчика обеспечивает подачу высокого напряжения к трубке и формирует высокое электрическое поле. Когда ударяющая частица попадает в эту трубку, она вступает в реакцию с воздухом и образуется пара ионов. Под воздействием электрического поля, ионы ускоряются и ударяют атом другого газа, в конце это приведет к образованию электрического импульса в катушке. 

Для понимания принципа работы датчика, нужно разобраться с тем какие виды радиоактивного излучения он может регистрировать (альфа, бетта, гамма, рентген). Датчик представляет собой цилиндрическую трубку - баллон в котором расположен коаксиально проволочный анод и катод. Корпус изготовлен из нержавеющей стали покрыт тонким слоем драгоценного металла, следовательно, бета-частицы с низкой энергией он практически не будет регистрировать. Счетчик Гейгера-Мюллера имеет следующие характеристики: площадь рабочей зоны и входного чувствительного элемента, собственный фон (величина шума), радиационная чувствительность, интервал регистрируемых энергий (для данного счетчика не фиксируется).

2.3. Опрос обучающихся

Настораживающие данные измерений, привели к опросу среди обучающихся группы № 3 Гуковского строительного техникума, т.к. многие проживают в частном секторе, недалеко от терриконов.

Число опрашиваемых –20 человек.

На вопрос «Опасны ли терриконы?» 3 человек ответили утвердительно, 14 - отрицательно, 3 - затрудняются ответить.

На вопрос бывали ли вы рядом с терриконом, 100% опрашивемых ответили утвердительно.

На просьбу описать, чем занимались вблизи террикона: 5 человек гуляли, 5 человек проходили мимо, а в зимнее время 10 человек катались на санках, ледянках с отвалов. Результаты опроса показали, что большинство ребят не владеет информацией о влиянии терриконов на здоровье человека, более того, подростки не подозревают о том, что они радиоактивны.

3. Рекультивация терриконов

Терриконы способствуют ухудшению экологической обстановки в городе с одной стороны и являются символом города с другой. Есть ли необходимость в их рекультивации? Был проведен опрос среди жителей города Гуково в соцсетях и у прохожих на улице. Данные опроса населения представлены на диаграмме, количество участников 154 человека.

Да-96 , нет -27, мне все равно – 31.

Данные опроса говорят о том, что люди обеспокоены плохой экологической обстановкой в городе. Многие видят угрозу здоровью со стороны терриконов и выступают за их удаление с территории.

На первый план в вопросах рекультивации выходит недостаточная финансовая поддержка, у моногорода на это нет средств.

В идеале можно откачать воду из шахт и вернуть содержимое отвалом обратно в землю, но это очень высоко затратная процедура, превышающая с экономической точки зрения стоимость добычи угля.

Рекультивация бывает двух видов биоэкологическая и механическая.

Последняя применяется в нашем городе, порода из отвалов берется для создания стройматериалов. Можно использовать перегоревший отвал так же как подложку под асфальт, при строительстве дорог. Стоит сказать, что при разборе террикона, высока степень запыления территории. Переработка с извлечением сопутствующих химических элементов, требует специализированных методов и оборудования, которых на территории города Гуково и близлежащих территориях нет. А это условие в свою очередь накладывает дополнительные финансовые расходы.

Наиболее рациональное озеленение террикона по принципу садов Семирамиды. Ведь основная проблема для растений, это отсутствие пригодного для их жизнедеятельности грунта. Почву можно взять с соседних территорий, вырывая техникой траншеи в них засыпать взятую с террикона породу, сверху часть извлеченной из траншей почвы. Лишний грунт использовать на озеленение отвала. Сделав по периметру террикона нарезку, типа площадок, в них засыпать почву, а содержимое террикона разровнять по территории, с которой была взята последняя. В получившуюся клумбу высадить изначально ползущие травянистые растения, а затем кустарники и деревья.

Схематически это может выглядеть так:

Рис. 1. Террикон до рекультивации Рис. 2.Террикон после рекультивации

Озеленение терриконов на территории нашего города приведет к сокращению радиоактивной пыли, попадающей в нижние слои атмосферы, и исключит вторичное загрязнение территории, поднятым с поверхности отвала ионизирующим веществом.

Высокая крутизна терриконов способствует тому, что природные осадки вымывают опасные вещества с поверхности отвалов. Далее загрязненная вода распространяется к подножию террикона и переносит радионуклиды дальше по территории. Чтобы ликвидировать действие поверхностных вод, предлагается вокруг насыпей расположить зеленую изгородь, состоящую из кустарников и деревьев, создав лесополосу, которая будет задерживать поток радионуклидов.

Вопрос терриконов на территории города остается открытым, а они опасны для населения.

На западе терриконов нет, потому что они производят выемку с полной закладкой. И решать вопрос, куда девать породу, образующуюся в процессе добычи угля, необходимо еще на этапе разработки плана строительства шахты.

Заключение

В результате выполнения поставленных в проекте задач было выяснено, что такое террикон, изучен с помощью дополнительной литературы его химический состав, описано влияние породного отвала на окружающую среду и человека.

Выбран экономически наиболее приемлемый способ обнаружения изменения естественного радиационного фона вблизи террикона. Изучен принцип работы датчика радиоактивности электронной лаборатории SensorLab, счетчика Гейгера-Мюллера. С помощью последнего доказано, что террикон испускает ионизирующее излучение. Было обнаружено присутствие этого излучения и на прилегающей территории, вблизи жилых домов, а так же в сточных водах рядом с отвалами.

Активация ионизирующего излучения отмечена и в строительных материалах, изготавливаемых на основе породы террикона. Последние широко распространены среди построек местного населения. В целях понижения уровня радиации жителям частного сектора было предложено произвести штукатурку строений цементом, не держать птицу и скот в шлакоблочных сараях.

С обучающимися была произведена разъяснительная беседа по поводу опасности исходящей от терриконов нашего города. Введен неофициальный запрет на нахождении вблизи шахтных отвалов.

Предложена стратегия биоэкологической рекультивации террикона.

В городе Гуково существует радиоэкологическая проблема, влияние остаточных факторов угольной промышленности на здоровье населения.

Литература.

Интернет ресурсы:

1. https://doza.pro/art/dosimeter

2. http://www.rostov.aif.ru/society/persona/glubinka_melchaet_pochemu_naselenie_rostovskoy_oblasti_sokrashchaetsya

3. https://pandia.ru/text/80/079/28900.php

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(элемент)

5. http://terra.donrise.ru/handsmade/terricons/tabid/402/Default.aspx

6. https://yandex.ru/search/?text=датчик%20радиоактивности%20Sensorlab&clid=2261451&banerid=0899050323%3ASW-d810bea6aa09&win=354&lr=11037

7. (http://www.oblcit.ru/services/expo/hall/detail/?ELEMENT_ID=2396)

1. Козлов В. Ф. Справочник по радиационной безопасности. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1991.— 352 с.

2. Леонов П.А., Сурначев Б. А. Породные отвалы угольных шахт.- М.: Недра, 1970.- 110 с.

3. Кучерявый В.А. Зеленая зона города,- Кдумка, 1981,- 247 с.

Приложение №1

Рис.1. Показания датчика радиоактивности террикон №1. Зеленый цвет, радиоактивный фон за пределами города. Красный рядом с терриконом №2.

Отзыв

на индивидуальный проект Купцова Сергея Сергеевича по теме: «Радиационный фон, создаваемый терриконами г. Гуково»

1. Актуальность

Экологическая обстановка в городе способствует развитию большого числа заболеваний, в том числе ведущих к летальному исходу. В дополнении к основным источникам загрязнения среды на территории города находятся отвалы породы угля, которые угрожают жизни населения, нанося вред окружающей среде. Вследствие химических реакций, терриконы горят, превращаясь в рукотворный вулкан, который может взорваться в любую минуту. Терриконы опасны не только выбросом ядовитых веществ, образующихся в результате химических реакций, но и присутствием ионизирующего излучения. Было решено измерить уровень ионизирующего излучения на территории города Гуково и в непосредственной близости от терриконов, сделать вывод о том, каким образом идет изменение естественного радиационного фона за счет данного излучения, предложить способы рекультивации терриконов.

2. Характеристика содержания работы.

Работа начинается с введения, в котором указаны цели и задачи, актуальность. В первой главе дается понятие террикона, химический состав,

влияние ионизирующего излучения на организм человека.

Во второй главе рассмотрено радиационное излучение от терриконов, проанализированы ответы опроса обучающихся.

В третьей главе предложены способы рекультивации терриконов.

3. Положительные стороны проекта.

Связь с родной местностью.

4. Практическая значимость работы.

Данную работу можно использовать на внеклассных занятиях.

5. Рекомендуемая оценка проекта 5(отлично)

Вывод: Проектная работа Купцова Сергея Сергеевича по теме: «Радиационный фон, создаваемый терриконами г. Гуково»

отвечает требованиям, предъявляемым к индивидуальному учебному проекту, и рекомендуется к защите.

Руководитель: __________ /Пингина Т.П./