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 ^[1], приборов со радиолюминисцентной краской ^[2] на шкале и ионизационных датчиков дыма ^[3]. 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 ^[4]. Как справедливо заметил в комментариях KbRadar ^[5], 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 ^[6] для обзора дозиметр Defender СОЭКС ^[7]. Оказалось, что прибор уже снят с производства ^[8], 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 ^[9] соответствуют одному зиверту ^[10], то показания почти сходятся.

В моем дозиметре используется старый добрый датчик бета-излучения СБМ-20 производства «Электрохимприбор».

Данный датчик является счетчиком Гейгера-Мюллера ^[11] 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.

Из этой таблицы (взятой с сайта Электрохимприбора ^[12]) 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 ^[13], 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 ^[14] (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 ^[15]). 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 ^[16] (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 ^[17]).

Радон

Радон — это радиоактивный инертный газ, в семь раз тяжелее воздуха. Не имеет стабильных изотопов, самый долгоживущий из них, ²²²Rn ^[18], 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 ^[19]. 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.

• Статья egigd ^[20] — Немножко про радиацию ^[21]
• Радиация ^[22] на Луркморье
• Тест дозиметров ^[23] от Популярной механики
• Статья в журнале «Химия» — Радиоактивность у нас дома: проблема радона ^[24]
• Польза и вред радона ^[25]
• Radiation Dose Chart ^[26] на xkcd.com (также есть русский перевод ^[27])

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 ^[28]. 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.

Автор: Даджет

Источник ^[29]