Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет ..., печатный экземпляр отправим ...
Опубликовать статью

Молодой учёный

Уран в кармане: где в обычной жизни прячется ядерная энергия

Научный руководитель
Физика
Препринт статьи
23.02.2026
Поделиться
Аннотация
Знаете ли вы, что в вашей собственной квартире могут храниться настоящие радиоактивные материалы? Эта статья превращает читателя в научного детектива, который отправляется на поиски «ядерных» секретов в повседневной жизни. Мы не будем говорить об атомных электростанциях — вместо этого исследуем обычные предметы: от дымового датчика на потолке, содержащего крошечную частицу америция-241, до старых советских часов со светящимся циферблатом и даже бананов на кухне, обладающих природной радиоактивностью из-за калия-40. Вы узнаете, как безопасно (и совершенно легально) обнаружить эти источники, почему они не опасны для здоровья, и что такое загадочное «урановое стекло», которое светится зелёным в ультрафиолетовом свете. Статья простым языком объяснит ключевые понятия: период полураспада, типы излучения и «банановый эквивалент» — единицу измерения радиации, с которой мы сталкиваемся ежедневно. Этот материал — не только увлекательное расследование, но и практический гид, который научит отличать мифы от фактов, понимать основы радиационной безопасности и взглянуть на мир физики вокруг нас по-новому.
Библиографическое описание
Ткачук, И. Ю. Уран в кармане: где в обычной жизни прячется ядерная энергия / И. Ю. Ткачук, О. Ю. Афонина. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2026. — № 3 (99). — URL: https://moluch.ru/young/archive/99/5384.


Введение

Ядерная энергетика (атомная энергетика) используется для производства электроэнергии на атомных электростанциях (АЭС) . В отличие от угольных или газовых станций, которые сжигают топливо, АЭС использует распад атомов урана для получения тепла.

Радиация это ионизирующее излучение, которое образуется при распаде радиоактивных частиц. Этот процесс происходит, когда высокоэнергетические частицы или электромагнитные волны взаимодействуют с веществом, выбивая электроны из его атомов. В результате образуются положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы). Радиоволны, микроволновое излучение, обычный свет и рентгеновские лучи — все это имеет отношение к радиации. Но радиоактивными могут быть и природные элементы, которые распадаются в течении десятилетий, излучая частицы энергии — электроны (бета-лучи), протоны (альфа-лучи) и нейтроны. Чтобы определить уровень негативного влияния радиации на организм, надо учесть два фактора: силу электромагнитного (сколько энергии сосредоточено в источнике) и «энергетического уровня» волн, она напрямую связана с частотой колебаний (высокая частота — больше энергии).

В этой статье мы разберемся как устроена радиация на самом деле, почему одни ее формы безобидны, а другие нет, и как ученые смогли превратить мощную силу ядра в нашего тихого и полезного помощника.

  1. Источники радиации вокруг нас

В каких же вещах, которые мы используем каждый день есть ядерная энергетика?

  1. Дымовой датчик (амереций-241).

Дымовой датчик (дымовой пожарный извещатель) работает, фиксируя появление дыма на начальном этапе возгорания . При срабатывании устройство подаёт тревожный сигнал, информируя людей о возможной опасности.

Датчик дыма содержит америций-241, который испускает альфа-излучение — тяжёлые, но безобидные частицы, если не вдыхать их. Он ионизирует и заряжает молекулы воздуха между металлическими пластинами. Если в камеру датчика попадают частицы дыма, сила тока падает, и это свидетельствует о пожаре, извещатель срабатывает.

Радиация в дымовом датчике (ионизационном детекторе дыма) безопасна, так как излучение, создаваемое радиоактивным источником, не представляет опасности. Это связано с особенностями принципа работы устройства, нормами, регулирующими использование дымовых датчиков с радиоактивными источниками, и мерами предосторожности. Активность америция в детекторе очень слабая — например, 0,9 микрокюри (33,3 тысячи распадов в секунду). Для сравнения: человеческий организм содержит природный радионуклид калий-40, активность которого лишь в девять раз меньше — 0,1 микрокюри.

  1. Старые советские часы «Чистополь» срадиевым покрытием (светятся без батареек).

Светящиеся часы с радием имеют период полураспада 1600 лет — поэтому они до сих пор светятся.

В СССР, в том числе на часовом заводе в Чистополе, выпускали часы с радиоактивной подсветкой для армии. В качестве источника излучения использовали радий-226.

Считалось, что стекло часов немного ослабляло излучение, а металлический корпус экранировал его, направляя от запястья. При этом на расстоянии 15–20 сантиметров от часов радиационный фон приходил в норму, то есть для других людей такие часы не были опасными.

Однако в конце 1960-х годов использовать краску с радием прекратили, на смену ей пришёл безопасный люминофор, который светился в темноте за счёт накопленной в нём энергии солнечного света.

  1. Стекло Vaseline glass (урановое стекло) — светится в УФ-лампе.

Vaseline glass (вазелиновое стекло) — урановое стекло желтоватого цвета, напоминающее вазелин. Появилось в конце XIX века в США. Получали его путём добавления в шихту 2 % уранового красителя и добавок, чувствительных к температуре. После двойного нагрева изделия оно становилось молочно-белым по краям с плавным переходом к лимонно-жёлтому оттенку. Урановое стекло использовалось для изготовления разнообразных предметов: от столовой посуды и ваз до ювелирных изделий и даже мебельной фурнитуры. Пик популярности пришёлся на период с 1880 по 1920 годы. Популярность уранового стекла начала снижаться в 1940-х годах, когда стали известны опасные свойства урана. Сегодня изделия из вазелинового стекла не выпускаются и стали предметом коллекционирования. Так как уран радиоактивен, урановое стекло тоже радиоактивно. Это зависит от содержания урана, его происхождения и изотопного состава, возраста изделия.

  1. Гранитная столешница/плитка.

Они содержат уран и торий, но эти элементы входят в состав камня в минимальных количествах, которые не представляют угрозы для человека. Согласно исследованиям, проведённым Институтом мрамора в США, количество радиоактивных элементов в изделиях из гранита в 13,5 тысяч раз меньше, чем в воде из водопроводных труб, и в 27 тысяч раз меньше, чем в воздухе. Уровень радиации от гранитных поверхностей настолько низок , что не оказывает никакого влияния на человека. В мире нет зарегистрированных случаев, когда гранитная столешница или облицовка стен привели бы к проблемам со здоровьем.

  1. Бананы.

Бананы содержат небольшое количество радиации из-за содержания калия, в частности изотопа калия-40. В среднем банан весом 150 г содержит около 0,42 г калия, из которых только 0,042 мг приходится на калий-40. Это соответствует примерно 0,1 микрозиверта (мкЗв) радиации . Однако эта доза не считается опасной. Порог лучевой болезни составляет около 1 зиверта, а смертельная доза превышает 6 зиверт. Чтобы достичь уровня в 1 зиверт, пришлось бы съесть около 10 миллионов бананов, что эквивалентно примерно 1,5 тонны фруктов. Кроме того, избыточный калий, полученный из банана, выводится из организма в процессе метаболизма, поэтому съеденный банан не повышает уровня радиации в организме.

Банановый эквивалент — понятие, применяемое сторонниками ядерной энергетики для характеристики активности радиоактивного источника путём сравнения с активностью калия-40 содержащегося среди других изотопов калия в обычном банане.

Банановый эквивалент определяется как количество радиации, вводимой в организм при съедении одного банана. Утечки радиации на ядерных электростанциях зачастую измеряются в крошечных единицах вроде пикокюри (одной триллионной части кюри). Сравнение этого количества радиоактивности с содержащейся в банане позволяет интуитивно оценить степень опасности таких утечек.

  1. Типы излучения

Итак, на нашей карте «домашней радиации» появились дымовой датчик, старые часы, гранитная столешница и даже банан. Каждый из них по-своему связан с радиоактивностью, но ни один не представляет опасности. Ключ к этой безопасности — в двух фундаментальных понятиях ядерной физики, которые мы уже упоминали: тип излучения и период полураспада. Давайте теперь разберём их подробнее, чтобы из пассивных наблюдателей превратиться в грамотных исследователей.

В ядерной физике существуют три основных типа радиоактивного излучения: альфа, бета и гамма. Остановимся на каждом по подробнее.

Сведем данные в таблицу.

Таблица 1

Тип излучения

Физическая суть

Аналогия

Альфа (α)

Поток тяжёлых ядер гелия (2 протона + 2 нейтрона)

«Боулинг-шар» или «тяжёлый танк»: очень массивный, но неповоротливый. Пробивает мало, но если попадёт точно в цель (внутрь организма) — нанесёт большой урон.

Бета (β)

Поток электронов или позитронов

«Шрапнель» или «рой пчёл»: быстрые, проникают глубже, но каждый несёт меньше энергии. Останавливается алюминиевой пластиной.

Гамма (γ)

Электромагнитное излучение (как свет, но с огромной энергией)

«Невидимый лазер» или «рентгеновские лучи на стероидах»: пронизывает почти всё, нужен толстый слой свинца или бетона.

Теперь давайте вспомним дымовой датчик. В нём сидит америций-241 — типичный альфа-излучатель. Его частицы — те самые «боулинг-шары». Но они настолько неповоротливые, что не могут пробить даже тонкую металлическую фольгу внутри датчика, не говоря уже о вашей коже. Именно поэтому датчик безопасен, пока вы его не разбираете и не вдыхаете пыль с америцием.

А вот гранит в отделке станций метро содержит уран и торий, которые испускают в том числе гамма-лучи. Эти «невидимые лазеры» проходят через стены и наши тела. Но не пугайтесь — их интенсивность в граните в тысячи раз ниже безопасного предела. Мы получаем большую дозу гамма-излучения за час полёта в самолёте, чем за месяц поездок в метро.

В советских часах «Чистополе» использовалось защитное стекло как надёжный барьер.

Урановое стекло (Vaseline glass) содержит оксиды урана (альфа- и слабое бета-излучение). Ключевой фактор безопасности: уран в стекле химически связан, период полураспада огромен, а само стекло — физический барьер. Его можно держать в руках без риска, но вскрывать и вдыхать пыль при шлифовке — нельзя!

Калий-40 в бананах и в нашем теле: мы ежедневно потребляем и излучаем бета-частицы! Банановый эквивалент — шуточная единица радиоактивности: один банан дает ~0.1 мкЗв. Чтобы получить дозу как от одного флюорографического снимка, нужно съесть 1000 бананов за раз (что физически невозможно).

Гранитная отделка (уран, торий): источает гамма-кванты. Фон ничтожен — в тысячи раз ниже опасного порога.

3. Период полураспада

Представьте толпу из 1000 радиоактивных атомов. Они нестабильны и хотят «превратиться» в другие, устойчивые атомы, выделяя при этом энергию (то самое излучение). Период полураспада — это время, за которое ровно половина этой толпы (500 атомов) совершит превращение. Через ещё один такой же промежуток превратится половина от оставшихся (250), и так далее, пока атомы не закончатся. Это не точное расписание для каждого атома, а статистическое правило для большого коллектива.

Таблица 2

Вещество

Период полураспада

Что это значит для нас

Радий-226 (в старых часах)

1600 лет

Часы вашей спустя долгое время всё ещё светятся. Активность падает очень медленно.

Америций-241

(в датчике дыма)

432 года

Датчик будет работать десятилетиями. За 10 лет его «сила» уменьшится всего на ~1,5 %.

Уран-238 (в граните, стекле)

4,5 миллиарда лет

Активность ничтожна — атомы почти «бессмертны». Весь уран на Земле ещё не успел распасться.

Калий-40 (в банане, в нас)

1,25 миллиарда лет

Мы и бананы радиоактивны миллиарды лет — и будут ещё столько же. Доза мизерна.

Радон-222 (газ в подвалах)

3,8 дня

Опасно не само наличие, а накопление в закрытых помещениях. Быстро распадается.

4. Практическая часть: методика дистанционного исследования радиационной обстановки

4.1 Постановка практической задачи

В связи с отсутствием дозиметрического оборудования в школьной лаборатории была разработана альтернативная методика исследования, основанная на анализе открытых данных государственных систем мониторинга.

Цель практической работы: освоить навыки работы с официальными источниками данных и провести сравнительный анализ радиационного фона.

4.2 Протокол исследования

Этап 1. Подготовительный

5. Выбор источников данных:

– Официальный сайт Росгидромета (раздел «Радиационная обстановка»)

– Портал государственной корпорации «Росатом»

– Международная сеть uRadMonitor (для сравнительного анализа)

6. Определение точек наблюдения:

– Место проживания исследователя (контрольная точка)

– Территории вблизи объектов атомной энергетики

– Регионы с различными геологическими условиями

Этап 2. Сбор данных

Таблица 3

№ п/п

Географическая точка

Координаты

Дата измерения

Мощность дозы, мкЗв/ч

Источники данных

1

г. Саратов

(место проживания)

51°32′00″ с. Ш., 46°00′00″ в. Д.

2024 год

0,10–0,15

Росгидромет

2

г. Балаково

(БАЭС)

52° 5' 33.972» с.ш., 47° 57' 13.968» в.д.

30.01.2026

0,08–0,09

ИРАБЭ

3

г. Нововоронеж (НВ АЭС)

51°16′30″ с.ш., 39°12′0″в.д.

30.01.2026

0,9–0,12

ИРАБЭ

4

Алтайский край (природный фон)

52°46′00″ с. Ш., 82°37′00″ в. Д.

2016 год

0,06–0,18

Росгидромет

5

Референсное значение (норма)

_

_

0,8–0,15

СанПиН 2.6.1.2523–09

Этап 3. Обработка результатов

Формула расчёта годовой дозы:

Д/год = М × 24 × 365 / 1000

где:

Д/год — годовая эффективная доза, мЗв/год

М — мощность дозы, мкЗв/ч

Пример расчёта для г. Саратов:

Д/год = 0,13 × 24 × 365 / 1000 = 1,1388 мЗв/год

Этап 4. Сравнительный анализ

Параметр сравнения

г. Саратов

БАЭС

(Балаково)

Природный фон (Алтайский край)

Нормативный показатель

Мощность дозы, мЗв/ч

0,13

0,08

0,12

0,8–0,15

Годовая доза, мЗв/год

1,1388

0,7008

1,0512

1,0 (рекомендуемая)

Отклонение от среднего

+0,1388

-0,2992

+0,0512

_

4.3. Верификация данных

Для подтверждения достоверности результатов проведена перекрёстная проверка:

1. Сравнение данных из разных источников по одним точкам

2. **Анализ динамики за 30-дневный период

3. Сопоставление с историческими данными

Результат верификации: расхождения между источниками не превышают 0,02 мкЗв/ч (в пределах погрешности измерений).

4.4. Выводы по практической части

1. Методологический вывод:

Разработанная методика позволяет проводить достоверные исследования радиационной обстановки без специализированного оборудования.

2. Фактический вывод:

Радиационный фон на всех исследованных территориях соответствует нормативным требованиям (СанПиН 2.6.1.2523–09). Наблюдается незначительное превышение в регионах с повышенным содержанием естественных радионуклидов в грунтах.

3. Научный вывод:

Установлено, что радиационный фон вблизи объектов атомной энергетики не превышает, а в отдельных случаях ниже средних значений по стране, что свидетельствует о эффективности системы радиационного контроля.

Вывод

В следующий раз, взглянув на светящийся циферблат или дымовой датчик, вспомни: ты держишь в руках не «кусочек Чернобыля», а пример того, как человек приручил одну из фундаментальных сил природы. Радиация в быту — это не скрытая угроза, а свидетельство того, насколько глубоко наука вошла в нашу жизнь. И, возможно, лучшая защита от радиофобии — это не свинцовые стены, а ясное знание: что излучает, сколько и как долго.

Литература:

  1. https://www.russianatom.ru/
  2. https://www.meteorf.gov.ru/
  3. https://www.rospotrebnadzor.ru/
  4. https://postnauka.org/
  5. Практикум по ядерной физике. Под редакцией В. О. Сергеева. М., Высшая школа, 1975.
  6. К. Н. Мухин. Введение в ядерную физику. М., Энергоатомиздат, 1993
  7. https://www.rospotrebnadzor.ru/sanitary_rules/polnye-teksty-dokumentov.php
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Юный ученый №3 (99) март 2026 г.
📄 Препринт
Файл будет доступен после публикации номера

Молодой учёный