Влияние радиоактивных излучений на живые организмы. Защита от опасного воздействия на организм человека радиоактивных излучений.
учебно-методический материал по физике (9 класс) по теме

Конспект урока по теме:

 «Биологическое действие радиоактивных излучений».

Цель урока:  дать понятие дозы радиоактивного излучения, естественного радиоактивного фона, ознакомить учащихся с его влиянием на живые организмы.

Образовательные задачи урока:

Ознакомить учащихся с биологическим воздействием радиационного излучения и правилами  защиты от радиации, знать естественные и искусственные источники радиации, плюсы и минусы радиации, защиту от радиоактивного излучения

Развивающие задачи урока:

Уметь самостоятельно приобретать новые знания с использованием ИКТ, составлять и делать доклады по заданной теме, анализировать полученную информацию и делать  научно обоснованные выводы; развивать коммуникативные умения

Воспитательные задачи урока:

разумно использовать достижения науки и технологии для дальнейшего развития человеческого общества, обеспечивать безопасность своей жизни.

Ход урока:

1. Организационный момент.
2. Постановка вопроса.

Крылатые слова Френсиса Бэкона «Знание – сила» в настоящее время приобрели устрашающее значение. Наука свидетельствует, что через 50-100 лет на Земле иссякнут запасы нефти и газа, а еще через несколько столетий – запасы угля, чтобы решить эту проблему мы получаем и используем энергию атомного ядра. Но вот тут- то человечество столкнулось с глобальной проблемой: при нынешних темпах загрязнения наша планета в скором будущем станет непригодной для жизни. Так вот сегодня мы с вами и поговорим об отрицательном воздействии радиоактивных излучений на человека и окружающую среду.

3.Проверка знаний учащихся.

Фронтальный опрос:

• Что такое радиоактивность?
•  Какие элементы в таблице Менделеева
•  являются радиоактивными?
• Каков состав радиоактивного излучения
•  Что такое а-лучи?
• Что такое β-лучи?
•  Что такое у-лучи?
• Какие еще электромагнитные волны оказывают
•  вредное влияние на человека?

3. Изучение нового материала.

• Радиация  -  это  явление,  происходящее  в  радиоактивных  элементах,  ядерных  реакторах,  при  ядерных  взрывах,  сопровождающееся  испусканием  частиц  и  различными  излучениями,  в  результате  чего  возникают  вредные  и  опасные  факторы,  воздействующие  на  людей.  
• Термин  «проникающая  радиация»  следует  понимать  как  поражающий  фактор  ионизирующих  излучений,  возникающих,  например,  при  взрыве  атомного  реактора.
• Ионизирующее  излучение  -  это  любое  излучение,  вызывающее  ионизацию  среды,  т.е.  протекание  электрических  токов  в  этой  среде,  в  том  числе  и  в  организме  человека,  что  часто  приводит  к  разрушению  клеток, изменению  состава  крови,  ожогам  и  другим  тяжелым  последствиям.

Степень радиоактивных поражений зависит от дозы и времени, в течение которого человек подвергался облучению. 

Основные термины и единицы измерения: 

• Период полураспада изотопа – время, за которое распадается в среднем половина первоначального числа радиоактивных ядер.
• Радиационная активность образца – число радиоактивных распадов в секунду; единица измерения – беккерель (Бк).
• Поглощенная доза– энергия излучения, поглощенная организмом, в пересчете на единицу массы; единица измерения – грэй (Гр).
• Эквивалентная доза – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, характеризующий способность данного вида излучения повреждать ткани организма; единица измерения - зиверт (Зв).

Эквивалентная доза 4-5 зиверт, полученная человеком за короткое время при полном облучении тела, может привести к смерти. Но такая же эквивалентная доза, полученная в течение всей жизни, не приводит к видимым изменениям.

 Естественный радиационный фон примерно 0,1 - 0,2мкЗв/ч. Значит, среднегодовая доза облучения человека не должна превышать 1-1,5мЗв в год. Сейчас уровень радиации в 20 километровой зоне от Фукусима превышает норму в 1600 раз. Без последствий для людей такое превышение радиации не пройдет.

Излучение может двумя способами оказывать воздействие на человека.

Существует два способа облучения:

1.внешнее, если радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его снаружи;

2.внутреннее облучение происходит при попадании веществ внутрь организма с воздухом, пищей, водой.

Первый способ — внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй — внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания. Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.

Источники  внешнего  облучения

• Космические лучи приходят на Землю от Солнца и из глубин Вселенной. Нет такого места на Земле, куда бы не падало космическое излучение. Атмосфера Земли защищает нас от вредного для здоровья космического излучения. Люди,  живущие на уровне моря, получают в среднем 0,3мЗв излучения в год. С ростом высоты над уровнем моря растет и уровень облучения.

• Земная радиация – излучение радиоактивных элементов, входящих в состав земной коры.
• Все эти радиоактивные элементы образовались вместе с образованием земной коры 3 млрд. лет назад. Со временем, вследствие распада, количество радиоактивных элементов уменьшалось, а многие практически полностью исчезли. Подсчитано, что двадцатикилометровом слое земной коры содержится 100 млн. т. Радия, 1014т. Урана и еще больше тория. А в водах мирового океана содержится около 4 млрд.т. урана.
• Все эти радиоактивные вещества, входящие в состав земной коры, при своем распаде и создают земную радиацию. Конечно, уровни земной радиации неодинаковы для различных мест земного шара. Они зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает от земных источников естественной радиации, составляет примерно 0,35мЗв в год. Как мы видим  это немногим больше средней дозы облучения, создаваемого космическими лучами на уровне моря.

Источники  внутреннего  облучения

Внутреннее облучение складывается из облучения воздуха, которым человек дышит, пищи и питья человека и его жилища, в которых присутствуют различные химические элементы, обладающие естественной радиоактивностью. Эквивалентная доза этого облучения составляет примерно 1,25 мЗв в год. Самый большой вклад в эту дозу вносит радиоактивный газ радон, являющийся продуктом распада урана и тория, содержащихся в земной коре. Содержащийся в воздухе радон, попадая  при дыхании в организм человека, дает около 60% эквивалентной дозы внутреннего облучения, то есть 0,8 мЗв в год. За счет радиоактивных элементов, содержащихся в пище, воде, организм человека получает эквивалентную дозу около 0,4мЗв в год. Из них около 23% человек получает за счет радиоактивного калия – 40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма.

• Исследования последних лет показали, что грибы и лишайники способны накапливать в себе достаточно большие дозы радиоактивных  изотопов свинца-210 и, особенно, - полония-210.
• Жители Крайнего Севера питаются в основном мясом северного оленя. А олени питаются лишайниками. Таким образом, доза внутреннего облучения жителей Крайнего Севера резко возрастает. Нуклиды свина-210 и полония-210 накапливаются в рыбе и моллюсках.  Поэтому люди, потребляющие много рыбы, могут получить дополнительные дозы внутреннего облучения.
• Свой вклад в эквивалентную дозу внутреннего облучения вносит и жилище человека, так как различные строительные материалы обладают различной радиоактивностью. Самые распространенные строительные материалы обладают различной радиоактивностью. Самые распространенные  строительные материалы – дерево, кирпич и бетон выделяют относительно немного радона. Но гораздо большей радиоактивностью обладают такие строительные материалы, как гранит и глинозем.
• Радиоактивный йод-131 через  траву попадает в мясо и молоко коров, а затем и в организм человека, питающегося этими продуктами.
• Радиация в медицине используется как в диагностических, так и в лечебных целях. Одним из самых распространенных медицинских приборов является рентгеновский аппарат, с помощью которого проводится медицинское обследование различных органов человека. Подсчитано, что на каждую 1000 жителей в развитых странах приходится от 300 до 900 рентгеновских обследований различных органов в год – и это не считая рентгенологических обследований зубов и массовой флюорографии. Средняя эквивалентная доза, получаемая человеком от этих обследований, составляет около 20% от естественного радиационного фона, т.е. примерно 0,38 мЗв в год. Многие проблемы физиологии и медицины удалось решить с помощью радиоактивных изотопов. Так, для исследования кровообращения в кровь человека вводят радиоактивный натрий. А для исследования работы щитовидной железы человека используют радиоактивный йод. Местоположение опухолей, особенно злокачественных, определяю по γ-излучению скопления радиоактивных изотопов, специально введенных в человеческий организм. А одним из способов лечения раковых заболеваний является облучение злокачественной опухоли γ-излучением кобальта.

Особенности действия радиации на живой организм:

• Не ощутимо человеком;
• Действие малых доз может суммироваться и накапливаться;
• Действует на потомство, вызывая генетический эффект;
• Разные органы имеют свою чувствительность к облучению.

Самой высокой радиопоражаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатические узлы, половые клетки. Очень восприимчив к радиации хрусталик. Его клетки погибая, становятся непрозрачными, что приводит к катаракте и полной слепоте. 

Существует два способа облучения:

1.внешнее, если радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его снаружи;

2.внутреннее облучение происходит при попадании веществ внутрь организма с воздухом, пищей, водой.

Первым ядерным взрывом явилось испытание атомной бомбы, созданной в США в 1945 году. Затем 6 и 9 августа 1945г. США сбросили атомные бомбы  на японские города Хиросима и Нагасаки. В 1949 году была создана первая атомная бомба в СССР и с тех пор до 1963г. США и СССР регулярно проводили испытания нового ядерного оружия. это привело к тому, что эквивалентная доза облучения от радиоактивного загрязнения Земли достигла 7% от естественного радиационного фона.

При ядерном взрыве часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места взрыва, а часть задерживается в тропосфере(самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу (следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км), где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. Радиоактивные осадки содержат несколько сотен различных радионуклидов. Но основную роль в длительном облучении играют углерод-14, цезий-137,цирконий-95, стронций-90.

Биологическое действие радиации:

1.лучевая болезнь

2.рождение детей с патологиями (серьезными заболеваниями)

3.онкологические заболевания (лейкемия, рак щитовидной железы)

4.стерильность

5. ухудшение зрения

6.снижение иммунитета

7. сокращение продолжительности жизни.

Физическое воздействие рентгеновского радиоактивного излучения заключается в ионизации атомов вещества. Образовавшиеся при этом свободные электроны и положительные ионы принимают участие в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, в том числе и свободные радикалы. Эти свободные радикалы через цепочку реакций, еще до конца не изученных, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.

МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ

• Защита временем.: сокращение  продолжительности  работы  в  поле  излучения; чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения.
• Защита расстоянием заключается в том, что излучение уменьшается при удалении от компактного источника. То есть если на расстоянии 1 метра от источника радиации дозиметр показывает 1000 микрорентген в час, то на расстоянии 5 метров — около 40 мкР/час, вот почему часто источники радиации так сложно обнаружить. На больших расстояниях они «не ловятся», надо чётко знать место, где искать.
• Защита веществом. Необходимо стремиться к тому, чтобы между Вами и источником радиации было как можно больше вещества. Чем оно плотнее и чем его больше, тем значительнее часть радиации, которую оно может поглотить.
• экранирование источника  излучения;
• дистанционное  управление;
• использование  манипуляторов  и  роботов;

5.ЗАКРЕПЛЕНИЕ ЗУН.

1. Чему равна эквивалентная доза естественного радиационного фона?

2. Из чего складывается естественный радиационный фон?

3. Из чего складывается внешнее облучение?

4. Из чего складывается внутреннее облучение?

5. В чем причина негативного воздействия радиации на живые организмы?

6. Какой вид радиационного излучения  наиболее опасен при облучении человека? (альфа-излучение, для которого коэффициент качества имеет максимальное значение.)?

6.ИТОГ

7.ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ