ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, ЭКОЛОГИИ

И СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Н. Е. Денисов, И. П. Дашкевич, Н. В. Гуторова

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ И ПРАКТИКУМУ

ПО КУРСУ «ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ»

Утверждено в качестве методического пособия

Редакционно-издательским советом МГУДТ

МГУДТ 2011

УДК 504 (076)

Д 33

Куратор РИС Морозов Р. В.

Работа рассмотрена на заседании кафедры и рекомендована к печати.

Зав. кафедрой проф. Свищёв Г. А.

Авторы: к.г.н., доцент Н. Е. Денисов

ст. препод. И. П. Дашкевич

ассистент Н. В. Гуторова

Рецензент: к.т.н., доцент Довнич И. И.

Д 33 Денисов Н. Е. Методические указания к лабораторным работам и практикуму по курсу «Основы современной экологии» // Денисов Н.Е., Дашкевич И.П., Гуторова Н.В. – М.:ИИЦ МГУДТ, 2010, стр. 50.

Практические работы нашего курса предназначены для обучения студентов всех специальностей самому необходимому и общедоступному минимуму практических навыков инструментальной оценки состояния окружающей среды.

УДК 504 (076)

© Московский государственный университет

дизайна и технологии, 2010

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях интенсивной урбанизации для каждого образованного человека умение измерять основные параметры природной среды с каждым годом становится всё более необходимой и даже рутинной процедурой. Вполне возможно, что в самое ближайшее время такой контроль станет столь же привычным ежедневным делом, как утренний туалет. Конечно, можно полагаться на администрацию и СМИ, но мировая история экологических катастроф знает массу примеров, когда даже самые честные администраторы, подсознательно избегая ответственности, скрывали горькую правду «чтобы не вызвать паники». Поэтому пусть жертвы антропогенных катастроф, особенно жертвы Чернобыля, будут нам и укором и предостережением!

Практические работы нашего курса предназначены для обучения студентов всех специальностей самому необходимому и общедоступному минимуму практических навыков инструментальной оценки состояния окружающей среды. Одновременно эти занятия дают учащимся практический опыт соблюдения требований к репрезентативности (представительности) и статистической достоверности любых измерений вообще и экологических измерений, проводимых различными службами экологического мониторинга, в частности, что совершенно необходимо участникам общественной экологической экспертизы любого ранга, а таковым может стать каждый из выпускников нашего университета. Очевидно, что чем больше граждане знают природоохранные законы и лучше умеют ориентироваться в быстро меняющейся экологической обстановке современного мира, тем больше у чиновников государственной экологической службы причин добросовестно относиться к своим обязанностям, а это и есть самый надежный путь к экологически благополучному гражданскому обществу.

СОСТАВ РАБОТ

Экологический практикум данного курса состоит из вводного занятия, пяти лабораторных работ, одного практического занятия на прилегающей к университету территории и двух семинаров, посвященных обсуждению полученных результатов лабораторных и натурных измерений.

Перечень лабораторных работ

№№	Название лабораторной работы	Примечания
1. 2. 3. 4. 5.	Определение радиационных параметров. Определение метеорологических параметров. Определение рН почвы Определение шумового загрязнения ОС. Знакомство с комплект-лабораторией «Пчёлка – Р»	Выполняется индивидуально требует домашней подготовки Выполняется бригадой, требует домашней подготовки Выполняется бригадой, требует домашней подготовки Выполняется бригадой, требует домашней подготовки Выполняется индивидуально Не требует домашней подготовки

ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Ход работ и полученные результаты заносятся в отдельную лабораторную тетрадь, представляющую собой обычную школьную тетрадь в клетку, объёмом от 12 до 24 листов. На обложке тетради обязательно указываются: фамилия и имя студента, номер группы и назначение тетради – «Для лабораторных работ по экологии».

Оформление каждой лабораторной работы начинается с новой страницы.

Порядок оформления:

1. Лабораторная работа № …*

2. Название работы

3. Цель работы

4. Последовательность выполнения измерений

5. Результаты измерений

6. Расчёты

7. Выводы

______________________________________________________

* Номера работ должны соответствовать указанным в перечне.

Каждый учащийся защищает выполненную и должным образом оформленную работу у преподавателя. На защите проверяется правильность измерений, понимание сути работы и соответствие правилам её оформления.

ПРАКТИКУМ

Практикум представляет собой работы студентов на территории, прилегающей к МГУДТ, по проведению наблюдений за состоянием окружающей среды. Практические работы включают в себя выбор точек наблюдений и проведение в этих точках измерений. При этом отрабатывается умение выбора репрезентативных точек наблюдений, и проверяются навыки работы с приборами, освоенные в лаборатории. Каждая из бригад выполняет назначенный преподавателем вид измерений. Результаты наносятся на схему местности и оформляются всей группой в виде общего отчёта. В отчёте каждое измерение оформляется аналогично соответствующей лабораторной работе. Отчёт обсуждается на семинаре и по его результатам поводится оценка практических знаний каждого студента.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

1. Цель работы – освоить технологию радиационной оценки окружающей среды и провести измерения её параметров в лаборатории и на прилежащей к МГУДТ территории.

2. Общие сведения.

Приведём некоторые общие сведения о радиоактивности, нужные для понимания необходимости знаний радиационной эколгии для каждого человека XXI века.

Радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер, приводящий к изменению их атомного номера или массового числа и сопровождающийся альфа-, бета- и гамма-излучениями.

Хотя радиобиология как наука существует с 20-ых годов ХХ столетия, но в биологическом воздействии ионизирующего (радиоактивного) излучения до сих пор остается много неясного. Особенно это относится к воздействию на человека.

«Радиация уменьшает нормальную продолжительность жизни мышей и других животных. Такое явление, вероятно, наблюдается и у человека. Степень сокращения продолжительности жизни у мышей зависит от дозы и становится незаметной при очень малых дозах» (Ш. Ауэрбах. Генетика в атомном веке. – М.: Атомиздат, 1968, стр. 10).

«При самых низких дозах облучения рентгеновскими лучами у мышей (и человека) может не быть видимых повреждений. Однако именно эти кажущиеся безвредными дозы ионизирующих излучений заставляют генетика беспокоиться о судьбе человечества в атомный век» (там же, стр. 11).

Именно низкие дозы, не дающие видимых последствий, представляют собой скрытую опасность деградации геномов любых живых организмов, в том числе и человека. Причём, чем более высокоорганизован биологический вид, тем хуже он приспособлен к усилению любого ионизирующего излучения. Это значит, что при росте радиационного фона первыми страдают люди и их домашние животные. Эффективный общественный контроль фоновых значений гамма-излучения и загрязнённости наиболее распространёнными радиоизотопами среды нашего обитания, может осуществляться только при условии, что граждане всех стран, обладающих современными ядерными технологиями, имеют индивидуальные средства контроля и умеют ими пользоваться. Тем более, что радиометры не дороже мобильных телефонов, а технология измерения не сложнее правил эксплуатации этих, уже повсеместно распространённых, средств связи.

Основные понятия и единицы измерения

Под радиационными параметрами в данной работе подразумеваются:

α-излучение – это поток α-частиц, образующийся при распаде неустойчивых ядер атомов. Альфа-частицы представляют собой блоки ядерных частиц, включающие в себя два протона и два нейтрона, аналогичные ядрам гелия. Энергия этих частиц относительно невелика, порядка нескольких МэВ. Вследствие большой массы эти частицы быстро теряют свою энергию, поэтому в воздухе их пробег составляет 8 – 9 см, а в живой ткани всего несколько десятков микрон. Однако, несмотря на небольшую проникающую способность, удельная ионизация очень велика и составляет на воздухе несколько десятков тысяч пар ионов на один см пути. Если источник этого излучения находится вне организма, то из-за незначительной проникающей способности он не представляет большой опасности, но при проникновении внутрь с воздухом или пищей, становится наиболее опасным из всех видов ионизирующего излучения. Примерно в 20 раз более опасным, чем γ-излучение.

β-излучение – это поток электронов, образующейся в ходе ядерного распада при расщеплении нейтронов на протон и электрон. Энергия этих частиц тоже порядка нескольких МэВ, но, обладая значительно меньшей массой, β-частицы имеют большую, чем α-частицы проникающую способность и пробегают в воздухе до 15 м, а в живых тканях до 2,5 см. Ионизирующая способность β-частиц много меньше, чем у α-частиц, и составляет всего несколько десятков пар на 1 см пробега.

Нейтронное излучение – это поток не имеющих электрического заряда нейтральных ядерных частиц, примерно такой же массы, как и положительно заряженные протоны. Нейтроны состоят из протона и электрона (поэтому их суммарный заряд равен нулю) и сами по себе не вызывают ионизации, но преобразуют свою энергию при соударении со встреченными на своём пути ядрами атомов. Результаты этих соударений могут быть различными. При неупругих взаимодействиях возможно возникновение вторичных излучений, которые могут иметь как заряженные частицы, так и волновую составляющую (γ-излучение). При упругих столкновениях возможна ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии.

Рентгеновское излучение – это волновое излучение не ядерного происхождения, возникающее при воздействии β-частиц на атомы окружающего вещества. Энергия фотонов рентгеновского излучения составляет примерно 1 МэВ, обладает большой проникающей и малой ионизирующей способностью, и потому широко применяется в медицине.

γ-излучение – это ядерное волновое излучение такой же электромагнитной природы, как и рентгеновское и потому тоже имеет относительно небольшую ионизирующую способность при весьма значительной проникающей. Энергия фотона γ-излучения может достигать во много раз больших значений, чем фотон рентгеновского диапазона.

Повреждения, вызванные в живом организме радиацией, и изменения в облучаемых материалах, проводимые с целью получения новых свойств, будут тем больше, чем больше энергии излучение передает тканям или материалам. Количество такой переданной облучаемому объекту энергии характеризуют физической величиной, называемой дозой.

Дозу излучения организм может получить от любого радионуклида или их смеси независимо от того, находятся ли они вне организма или попали внутрь него с пищей, водой или воздухом.

Поглощенной дозой называется количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма). Но по величине поглощенной дозы еще нельзя предсказать последствия облучения. При одинаковой поглощенной дозе α-излучение гораздо опаснее β- или γ-излучений. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой, ее измеряют в зивертах (Зв).

Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах.

В дозиметрии определено еще и понятие мощность дозы – доза облучения (поглощенная или эквивалентная) за единицу времени. Длительные исследования действия излучений на организм человека позволили установить «безопасное» значение мощности эквивалентной дозы. Международной комиссией оно установлено равным 0,02 Зв в год для профессионалов, работающих с излучениями и проходящих регулярные медицинские обследования, и в четыре раза меньшим 0,005 Зв в год для остального населения. Эти значения безопасны в том смысле, что современная медицина не может обнаружить ни немедленных, ни отдаленных последствий такого облучения.

Активность радионуклида измеряется в беккерелях (Бк, Bq): 1 Бк соответствует 1 распаду в 1 с для любого радионуклида.

Поглощенная доза равна количеству энергии, поглощенной единицей массы облучаемого тела, и измеряется в грэях (Гр, Gy): 1 Гр = 1 Дж/кг.

Эквивалентная доза определяется по поглощенной дозе умножением ее на коэффициент К, зависящий от вида излучения, и измеряется в зивертах (Зв, Zv): 1 Зв = K×1 Гр.

K = 1	Рентгеновское, γ- и β-излучение
K = 3	тепловые нейтроны
K = 7	протоны с энергией 5 МэВ
K = 10	нейтроны с энергией 0,5 МэВ
K = 20	α-частицы

Приведем некоторые широко распространенные внесистемные единицы и их связь с единицами СИ: кюри (Ки, Cu), единица активности изотопа: 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк; рад (рад, rad), единица поглощенной дозы излучения: 1 рад = 0,01 Гр; бэр (бэр, rem), единица эквивалентной дозы: 1 бэр = 0,01 Зв.

3. Порядок выполнения работы.

Работа выполняется в два этапа.

Первый этап проводится в лаборатории и включает в себя:

- знакомство с прибором РКСБ – 104;

- освоение технологии измерений и определение в лаборатории радиационных параметров гамма-поля и радиоактивного загрязнения образцов грунта, пищевых продуктов или воды.

Второй этап проводится на территории прилежащей к зданию МГУДТ и имеет целью обследование радиационной обстановки у главного входа и на набережной, где имеются локальные аномалии ионизирующей радиации несколько превышающие фон. Эти аномалии предлагается найти, нанести на схему местности и оценить их экологическую опасность.

Этап I. Цель – освоить работу с прибором РКСБ-104, провести с его помощью измерения радиационного фона в лаборатории и проверить на радиоактивную загрязнённость представленные образцы.

4. Назначение и технические возможности прибора.

Прибор РКСБ-104 предназначен для индивидуального использования населением для оценки радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях и контроля радиационной загрязненности поверхности пищевых продуктов и бытовых предметов. Он выполняет функции как радиометра, позволяющего оценить радиационный фон и загрязнённость поверхности окружающих предметов наиболее распространенными радиоизотопами, так и дозиметра, автоматически сигнализируя превышение установленного потребителем уровня ионизирующего γ-излучения.

Прибор обеспечивает последовательное измерение:

1) мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения;

2) плотности потока бета-излучения в веществах;

3) удельной активности радионуклида цезия-137 в веществах.

Последние два вида измерений обеспечивают контроль наиболее распространённых антропогенных радиоизотопов, загрязняющих биосферу в результате испытаний ядерного оружия, использования «мирного» атома в энергетике и современных технологиях.

Кроме того, в режиме дозиметра, прибор обеспечивает подачу звукового сигнала при превышении порогового значения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения, установленного потребителем.

Рабочие условия эксплуатации прибора:

Температура окружающего воздуха – от (-10) до 35 ºС.

Относительная влажность воздуха, при температуре 30 ºС – до 75%.

Атмосферное давление – 86 – 107 кПа.

При соблюдении рабочих условий и правил эксплуатации средняя наработка прибора на отказ – не менее 4000 часов.

4.1. Каткое описание прибора

Рис. 1. Прибор РКСБ-104