УРОК В 11 КЛАССЕ.
РАДИОАКТИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ.
Цель: сформировать у учащихся представление о биологическом действии радиации.
Задачи:
рассказать, что из себя представляет радиоактивное излучение, дать краткую характеристику видов излучения, ввести понятия поглощенной и эквивалентной дозах излучения, ознакомить учащихся с допустимыми дозами облучения;
выяснить пути проникновения радиоактивного излучения;
рассмотреть негативное и позитивное воздействие радиации;
рассмотреть возможные способы защиты от радиации;
развитие коммуникативной компетентности (публичное выступление);
развивать речь и мышление учащихся;
развивать умение анализировать, контролировать и корректировать собственную деятельность в рамках заданного времени;
развитие компетентности.
Ход урока:
Организационный момент.
Вступительное слово учителя.
Любопытные исследования проводились для выяснения влияния музыки на физическое состояние организма человека. Выяснилось, что музыку можно использовать как средство для улучшения самочувствия, повышения активности, улучшения настроения.
Я предлагаю прослушать
3. Новый материал.
Тема нашего урока: Радиоактивность. Биологическое действие радиации.
Явление самопроизвольного излучения, называется радиоактивностью.
Радиоактивность была открыта случайно. Беккерель исследовал свечение веществ, облученных солнечным светом. К таким веществам принадлежат соли урана, с которыми экспериментировал ученый.
Суть опыта: Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет. После проявления пластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому, пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку. Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1896 года, провести очередной опыт ему не удалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал фотопластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний, создают какое-то излучение. Начались интенсивные исследования.
Вскоре Беккерель обнаружил, что излучение урановых солей ионизирует воздух, подобно рентгеновским лучам, и разряжает электроскоп. Испробовав различные химические соединения урана, он установил очень важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какое соединения он входит. Следовательно, это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам.
Естественно было попытаться обнаружить, не обладают ли способностью к самопроизвольному излучению другие химические элементы, кроме урана. А 1898 году Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри. Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый, неизвестный ранее химический элемент – полоний, названный так в честь родины Марии Склодовской-Кюри – Польши.
Наконец, был открыт еще один элемент, дающий очень интенсивное излучение. Его назвали радием (т.е. лучистым). Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.
Радий имеет относительную атомную массу 226, и занимает в таблице Д.И.Менделеева клетку под номером 88. До открытия Кюри клетка пустовала.
Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения. Кроме Беккереля и супругов кюри, этим занялся Резерфорд.
Классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем. Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка размещалась в вакууме.
В отсутствие магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно точно напротив канала. В магнитном поле пучок распадался на три пучка. Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны. Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный. Третья составляющая не отклонялась магнитным полем. Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный – бета-лучей и нейтральный – гамма-лучей.
Работа с учебником.
Что представляют эти лучи, узнаете, прочитав учебник стр. 276-277.
Полученные знания внесем в таблицу.
Виды излучения
Альфа
Бета
Гамма
Природа излучения
Ядро атома гелия
Электрон
Электромагнитная волна
Параметры излучения
m =4а.е.м.
q =2∙1,6∙10-19Кл.
υ =3∙108м/с.
m =9∙10-31кг.
q =-1,6∙10-19Кл.
υ =3∙108м/с.
λ: от 10-8-10-11м.
Наличие заряда
Положительный
Отрицательный
Нет
Проникающая способность
Наименьшая
Средняя
Наибольшая
Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела на 0,0010С, нарушает жизнедеятельность клеток. Живая клетка – это сложный механизм, не способный продолжать нормальную деятельность даже при малых повреждениях отдельных участков. Опасность излучений усугубляется тем, что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах.
Механизм поражающего биологические объекты действия излучения еще недостаточно изучен. Но ясно, что оно сводится к ионизации атомов и молекул и это приводит к изменению их химической активности. Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, особенно клеток , которые быстро делятся. Поэтому в первую очередь излучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов.
Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах. В большинстве случаев это влияние является неблагоприятным.
Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу. Быстроразмножающиеся клетки в злокачественных (раковых) опухолях более чувствительны к облучению, чем нормальные. На этом основано подавление раковой опухоли гамма-лучами радиоактивных препаратов.
Чтобы описать количественно степень воздействия излучения на организм, вводят физические величины:
Поглощенная доза излучения – это отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе m облучаемого вещества: Д=Е/m.
За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1Гр=1Дж/1кг.
1 Гр=100 Р
Чем больше поглощенная доза излучения, тем больший вред (при прочих равных условиях) может нанести организму это излучение.
Для достоверной оценки тяжести последствий, к которым может привести действие ионизирующих излучений, необходимо учитывать также, что при одинаковой поглощенной дозе различные виды излучений вызывают различные по величине биологические эффекты. В связи с этим принято говорить о коэффициенте качества.
Коэффициент качества К показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного излучения больше, чем от воздействия гамма-излучения (при одинаковых поглощенных дозах).
Кα=20; Кβ=1.
В связи с тем, что при одной и той же поглощенной дозе разные излучения вызывают различные биологические эффекты, для оценки этих эффектов была введена величина, называемая эквивалентной дозой.
Эквивалентная доза Н определяется как произведение поглощенной дозы Д на коэффициент качества К: Н=Д∙К
За единицу эквивалентной дозы в СИ принят зиверт(Зв)
При оценке воздействия ионизирующих излучений на живой организм учитывают и то , что одни части тела (органы и ткани) более чувствительны, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновение рака легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Другими словами, каждый орган и ткань имеют определенный коэффициент радиационного риска.
Половые железы 0,25
Молочные железы 0,15
Красный костный мозг 0,12
Легкие 0,12
Щитовидная железа 0,03
Кость (поверхность) 0,03
Остальные органы (ткани) 0,3
Все тело 1,0
О защите организмов от излучения.
«Можно ли защититься от радиации, что называется, на все сто?»
- Это невозможно, ведь радиации повсюду. Природные радионуклиды ( радон, торий) содержатся в земной коре, стройматериалах, воздухе, пище, воде... Плюс космические лучи - именно от них мы получаем более 60 процентов годовой дозы облучения. Более того, каждый из нас сам является источником излучения, поскольку в организме человека есть радиоактивный изотоп калий-40 - он участвует в ряде важных метаболических процессов.
Многие панически относятся к радиации. На самом деле ионизирующее излучение в малых дозах даже способствует развитию всего живого, в том числе человека. Опыты показали: если полностью исключить внешнее облучение, растения прекращают развиваться.
Существуют два пути, посредством которых излучение достигает тканей организма и воздействует на них. Облучение организма человека от источников, находящихся вне тела, называется внешним облучением, а облучение от источников, попавших внутрь организма, называется внутренним облучением.
Внешние источники излучения могут находиться на различных поверхностях (например, почва, крыша и стены домов) и в воздухе. Внешнее излучение (гамма или рентгеновские лучи, либо бета-частицы с высокой энергией) проникает сквозь Вашу одежду, кожу и подвергает облучению внутренние органы тела. При этом Ваше тело не становится радиоактивным. Вы подвержены воздействию радиации, пока находитесь в зоне излучения.
Имеется три основных пути, по которым радиоактивные вещества могут поступить в организм: 1) через легкие при дыхании; 2) вместе с пищевыми продуктами; 3) через повреждения и разрезы на коже. Если радиоактивные вещества попадут в Ваш организм в результате миграции радионуклидов в окружающей среде и по пищевым цепочкам, ваше тело будет подвергаться внутреннему облучению.
Следует помнить, что практически невозможно принудительно вывести радионуклиды в значительном количестве из организма (распространенное заблуждение!) без ущерба для Вашего здоровья.
Для защиты от воздуха, зараженного радиоактивными частицами можно применять противогазы и респираторы. К средствам индивидуальной защиты можно отнести противорадиационный костюм с включением свинца.
Основными факторами, уменьшающими воздействие внешнего излучения, являются следующие:
Время;
Расстояние;
Экранирование (установка защиты).
Фактор времени
Один из факторов, влияющих на полученную дозу облучения - время. Зависимость простая: чем меньше время воздействия ионизирующего излучения на организм - тем меньше доза облучения. Грубый расчет может помочь Вам определить дозу, которую Вы получите в течение некоторого промежутка времени.
Формула расчета дозы облучения: ДОЗА = МОЩНОСТЬ ДОЗЫ * ВРЕМЯ
Например:
Вы проживаете в населенном пункте, на территории которого средняя мощность дозы внешнего гамма-излучения равна 1,0 мкЗв/час. Определим ожидаемую дозу внешнего облучения за 1 год: ДОЗА = МОЩНОСТЬ ДОЗЫ * ВРЕМЯ = 1,0 мкЗв/час * 8760 час/год = 8,8 мЗв/год
Фактор расстояния
Свойством всех источников ионизирующего излучения является то, что мощность дозы уменьшается с расстоянием. Источник излучения может иметь различную конфигурацию: точечный, объемный, поверхностный или линейный источник. Излучение от точечного источника уменьшается пропорционально увеличению квадрата расстояния до него.
Например:
Мощность дозы на расстоянии одного метра от источника составляет - 100 мкЗв/час. При удвоении расстояния (2 м) интенсивность облучения уменьшается в 4 раза и составит 25 мкЗв/час. Если Вы увеличиваете расстояние от источника в 3 раза, мощность дозы будет уменьшена до 1/9 первоначальной величины и т.д. Мощность дозы уменьшается пропорционально расстоянию от источника.
Простая и эффективная мера защиты от внешнего излучения - находиться настолько далеко, насколько возможно, от источника ионизирующего излучения.
Защитное экранирование
Мощность дозы может быть уменьшена посредством установки защиты (экранирования), так как любой материал поглощает ионизирующее излучение. Именно поэтому Вы подвергаетесь меньшему количеству излучения, если имеется защита между Вами и источником излучения.
Хорошими материалами экранирования, помимо свинца, являются бетон и вода. Оптимальная толщина защитного экрана зависит от энергии излучения и активности источника излучения. Вычисление толщины защиты довольно сложное, но можно воспользоваться такими данными:
1 сантиметр свинца уменьшит мощность дозы гамма-излучения (кобальт-60) в 2 раза;
5 сантиметров бетона уменьшит мощность дозы гамма-излучения (кобальт-60) в 2 раза;
10 сантиметров воды уменьшит мощность дозы гамма-излучения (кобальт-60) в 2 раза.
