Слабая бытовая радиация
В данной статье я хочу поделиться своими изысканиями на тему слабых источников радиации, которые можно встретить в повседневном обиходе. Я не буду рассматривать всякую экзотику типа изделий из уранового стекла, приборов со радиолюминисцентной краской на шкале и ионизационных датчиков дыма. Речь пойдет о самой обычной посуде, стройматериалах и продуктах питания, слабую и неопасную для здоровья радиоактивность которых можно обнаружить простейшим бытовым дозиметром.
Тема радиации заинтересовала меня после прочтения статьи про брелок Гейгера. Как справедливо заметил в комментариях KbRadar, брелок является сигнализатором опасности, а не поисковым прибором для сравнения мощности фона излучения в разных местах. Поэтому мне захотелось обзавестись простейшим дозиметром-радиометром с экраном. Я написал в Даджет и заказал для обзора дозиметр Defender СОЭКС. Оказалось, что прибор уже снят с производства, и мне достался последний имевшийся в наличии экземпляр. Поэтому далее в статье не буду подробно описывать данный конкретный гаджет, а лишь приведу результаты проведенных с его помощью исследований.
Первым делом мне захотелось проверить точность показаний прибора. В комплект к бытовым дозиметрам почему-то не кладут контрольный источник (в отличие от изделий промышленного и военного назначения), поэтому я стал искать второй прибор, с которым можно сравнить показания. В соседнем переулке нашлись уличные часы с индикацией радиационного фона:
На том же месте мой дозиметр показал вот что:
Так как сто рентген соответствуют одному зиверту, то показания почти сходятся.
В моем дозиметре используется старый добрый датчик бета-излучения СБМ-20 производства «Электрохимприбор».
Данный датчик является счетчиком Гейгера-Мюллера не реагирущим на альфу и мягкую бету (эти виды излучения не проникают через его металлический корпус). Тем не менее он раз в десять чувствительнее СБМ-21 используемого в упомянутом выше брелке за счет своих размеров.
Тип счетчика |
Рабочий интервал U, В |
Наклон плато, %/В |
МЭД, max Р/ч |
Чувствительность, имп/с при 1 мкР/с |
Диаметр, D, мм; Длина, L, мм |
|---|---|---|---|---|---|
СБМ-20 |
350 — 475 |
0,1 |
0,1 (Р/с) |
60 — 75 |
D=11 L=108 |
СБМ-21 |
350 — 475 |
0,15 |
0,25 (Р/с) |
6,5 – 9,5 |
D=6 L=21 |
Из этой таблицы (взятой с сайта Электрохимприбора) видно что СБМ-20 засечет как минимум 15 импульсов в минуту при естественном фоне 15 мкР/ч а СБМ-21 — лишь 1-2 импульса. За несколько минут измерений с СБМ-20 можно набрать достаточно статистики чтобы показать более-менее надежное значение слабого радиационного фона.
Калий-40
Один из распространенных в природе изотопов калия, 40K, радиоактивен. Так как химически он неотличим от обычного стабильного калия, то наряду со стабильным калием он участвует в обмене веществ в живых организмах и входит в состав множества минералов. Каждую секунду в вашем теле происходит несколько тысяч бета-распадов 40K:
Древесная зола содержит поташ (карбонат калия, K2CO3). На фото ниже счетчик лежит в ведерке с золой, оставшейся от приготовления шашлыков. Чтобы разница с естественным фоном 0.12 мкЗв/ч была заметнее, пришлось практически закопать дозиметр в золу.
Примечание: Если целью является получение точного числового значения фона, дозиметр не следует держать в непосредственной близости от изучаемого предмета. В моем случае задача была иная — обнаружить сам факт наличия небольшого дополнительного фона.
Зола от сжигания травы содержит больше поташа чем древесная, с ней различия были бы заметнее. Дачники часто используют золу вместо калийных удобрений фабричного производства, которые тоже фонят из-за присутствия изотопа 40K.
При изготовлении хрустального стекла, в шихту могут добавлять тот же поташ или оксид калия. Поэтому можно встретить слаборадиоактивную хрустальную посуду. Я перепробовал кучу ваз и фужеров и лишь внутри этой пивной кружки заметил небольшие отклонения от фона.
Стоит отметить что измерения радиоактивности предметов имеют смысл только если также измерять естественный фон поблизости и смотреть на разницу. Тут видно что поодаль от кружки фон меньше.
Много калия содержится в бананах. Банан даже используется как шуточная единица дозы радиации (см. банановый эквивалент). Разница фона внутри ящика с бананами и в метре от него очень мала, но все же обнаруживается.
Чтобы надежно обнаруживать такие малые различия фона, приходится тратить довольно много времени на измерения, ведь погрешность СБМ-20 может достигать 30%. Дозиметр обновляет показания на дисплее каждые десять секунд. В процессе каждого измерения заполняется зеленый столбик в левой части экрана. С каждым новым измерением на экран выводится усредненное значение всех предыдущих изменений и таким образом повышается точность. Для индикации точности имеется желтый столбик, подрастающий с каждым измерением и полностью заполняющийся за две минуты — инструкция гласит что достаточная точность достигается при его полном. Чтобы реагировать на изменения фона, в логику работы прибора заложен сброс предыдущих измерений при изменении фона в три раза. В моих опытах никогда не встречалось столь существенного перепада, и я не придумал ничего лучше чем просто выключать и включать дозиметр между измерениями.
Для надежной фиксации наличия разницы фона, я повторил опыт с бананами несколько раз. В каждом подходе я измерял два значения фона — внутри коробки и в метре рядом. Естественно, цифры немного плавали, но в коробке с бананами фон всегда был немного выше.
Уран и Торий
Эти элементы в первую очереди вспоминают, когда говорят о природных источниках радиации. Природный гранит может содержать как следы урана, так и тория, хотя их количество сильно зависит от месторождения. В парке я обнаружил вот такой декоративный гранитный булыжник, фон у поверхности которого в два раза превышает фон в паре метров рядом.
Гранитная плитка, идущая на облицовку зданий и памятников тоже может фонить. Мне пришлось обойти множество кандидатов пока я не обнаружил двукратное отклонение от фона, который в тот момент составлял 0.12 мкЗв/ч:
В строительстве используется гранитный щебень который могут добавлять в бетон или посыпать дорогу. Гранитный щебень также используется в железнодорожных насыпях. На фото ниже — Новомосковская детская железная дорога (узкоколейка, использующаяся для тренировки юных железнодорожников). Здесь щебень хороший, совсем не фонит.
Также в строительстве может использоваться шлак — побочный продукт доменного сталелитейного производства. У советских дачников были популярны вот такие слабофонящие шлакоблоки:
Откуда же в шлаке уран? Он содержится в каменном угле, который сжигают в домне. Поэтому металлургические комбинаты и ТЭС не только повышают уровень углекислого газа в атмосфере, но и создают радиоактивное загрязнение. Жить рядом с ТЭС может быть вреднее чем рядом с АЭС (до тех пор пока последняя работает в штатном режиме). Некоторая часть урана остается в шлаке из которого делают вот такой дешевый щебень и посыпают им дорожки.
Дорожка слегка фонит.
Природные изотопы урана и тория излучают лишь α-частицы которые не могут проникнуть сквозь корпус счетчика. Счетчик реагирует на β-активные продукты их распада (см. Радиоактивные ряды).
Радон
Радон — это радиоактивный инертный газ, в семь раз тяжелее воздуха. Не имеет стабильных изотопов, самый долгоживущий из них, 222Rn, имеет период полураспада чуть меньше четырех суток. Природные запасы распадающегося радона непрерывно пополняются благодаря α-распаду радия в земной коре.
Из-за своей инертности, атомы радона легко покидают кристаллическую решетку минерала в котором они образовались. Через трещины и поры, газ поднимается к поверхности и попадает в атмосферу, где и рассеивается, не причиняя особого вреда. Другое дело если радон выходит не на открытое пространство, а в замкнутый объем подвала здания. Если подвал не проветривается, радон будет накапливаться. СБМ-20 не может непосредственно засечь радон так как этот газ подвержен α-распаду:
Возникающее в этом распаде ядро полония 218Po также распадается с излучением α-частицы: 218Po → 214Pb + 4He. Зато ядра свинца 214Pb перегружены нейтронами и распадаются испуская β-излучение которое «видит» СБМ-20. Есть и другие продукты распада (изотопы полония, висмута, свинца и др.) излучающие не только в α но и β-частицы.
Вообще для точного измерения активности радона в воздух нужно специальное оборудование. С бытовым дозиметром можно лишь попытаться обнаружить сам факт его присутствия. В поисках радона я спустился в подвал старого жилого дома с земляным полом и измерил фон на высоте полтора метра (он составил 0.12 мкЗв/ч). На уровне пола фон был лишь незначительно выше, и я было подумал что радона тут нет, но заметил что в полу есть большая яма глубиной около метра прикрытая досками (когда-то она использовалась для хранения картошки). Я предположил, что тяжелый газ может «стекать» туда через щели между досками и накапливаться, так как доски мешают проветриванию ямы. На дне ямы оказалось 0.3 мкЗв/ч.
Я убрал доски, проветрил подвал и повторил измерения:
Фон заметно снизился. Осталось попытаться объяснить результат. Казалось бы, после проветривания изменений быть не должно, так как дозиметр реагирует не на сам радон, а на дочерние продукты его распада — тяжелые металлы. Там не менее эксперимент показал наличие разницы фона. На диаграмме выше видно, что большая часть образующихся изотопов металлов живет минуты и секунды, и просто не успевает осесть на пол. Атомы дочерних продуктов распада конденсируются на мельчайших пылинках висящих в воздухе, делая их радиоактивными. Проветривание позволяет частично избавиться от этой пыли.
Также немного радона может попадать в наши дома с природным газом и артезианской водой. Проветривайте чаще, ведь несмотря на то что α-частицы не проникают через кожу, радон и продукты его распада попадают в легкие при дыхании. Там они уже будут не столь безобидны.
Дополнительные материалы по теме
Помимо многочисленных ссылок на статьи и википедии которые я расставил по тексту выше, могу порекомендовать следующие интересные материалы.
Update: Когда статья была уже готова, пришла новость от Даджета о том что в продаже появилась новая модель от того же производителя — Экотекстер 2 СОЭКС. Это комбинированное устройство два-в-одном: дозиметр+нитратометр. Прибор умеет измерять радиационный фон встроенным счетчиком Гейгера СБМ-20, а также может оценивать содержание нитратов в овощах и фруктах. Осенью, в пору богатого урожая это особенно актуально. Функционал нитратометра основан на измерении электрического сопротивления продуктов с помощью щупа. Компания Даджет даёт 10%-ю скидку на Экотекстер 2 СОЭКС всем читателям Гиктаймс. Промокод GEEKT-SOEX2 действует 14 дней с момента публикации.
