Урок физики "Роль радиации в жизни человека"

Урок физики в 9 классе «Роль радиации в жизни человека»

Автор: Титова Елена Вячеславовна, учитель физики МБОУ «Гимназия 11» г.о. Балашиха.

Цель урока:

Расширение представления о радиации, ее положительной роли и отрицательном

воздействии на человека и окружающий мир.

Задачи:

1. Исследовать влияние радиации на жизнь человека.

2. Изучить, какие источники радиации существуют в окружающем мире.

3. Изучить, какую пользу принесло открытие радиации в жизнь человека.

4. Узнать допустимые дозы радиации, биологическое действие радиации на организм человека и способы защиты от радиации.

5. Проанализировать, какую роль играет радиация в жизни человека.

6. Развить аналитическое мышление, навыки дискуссии, умение анализировать и выделять главное в используемой для исследования информации.

1 этап. Домашнее исследование. Учащимся было задано провести исследование влияния радиации на жизнь человека и окружающую среду. Учащиеся были разделены на группы, каждой из которых была дана одна из тем исследования:

1. Отрицательное воздействие радиации на человека и окружающую среду.

2. Какая польза была извлечена человеком из открытия явления радиации?

3. Защита от радиоактивного излучения.

2 этап. Организационный этап урока.

3 этап. Актуализация знаний.

1. Кем и когда было открыто явление радиоактивности?

1896 год. Анри Беккерель.

1. Какие учёные исследовали это явление?

М. Склодовская-Кюри исследовала, нет ли других веществ, обладающих свойством, аналогичным урану. Она нашла, что «торий и его соединения имеют то же свойство». Пьер Кюри включился в работу жены. В заброшенном сарае Школы промышленной физики и химии, превращенном супругами в лабораторию, началась титаническая работа с отбросами урановой руды. В своей книге «Пьер Кюри» Мария Кюри описывает, в каких условиях велась эта работа: «Мне доводилось обрабатывать зараз до двадцати килограммов первичного материала и в результате уставлять сарай большими сосудами с химическими осадками и жидкостями.

Это был изнурительный труд—переносить мешки в сосуды, переливать жидкости из одного сосуда в другой, несколько часов подряд мешать кипящий материал в чугунном сосуде».

Это был не только изнурительный, но и опасный труд: исследователи еще не знали вредного действия радиоактивных излучений.

1. Какие виды радиоактивности вы знаете?

Альфа-излучение — это поток положительно заряженных частиц – ядер гелия.

Бета-излучение — это поток движущихся с огромной скоростью отрицательно заряженных электронов.

Гамма-излучение, подобно рентгеновским лучам, представляет собой электромагнитное излучение сверхвысоких энергий. Это излучение очень малых длин волн и очень высоких частот.

4 этап. Применение радиоактивности.

1. Атомная энергетика. Рассказать, как применяются радиоактивные вещества в атомной энергетике.

Реакция деления ядер урана. Цепная реакция.

1. Медицина.

1. Радий и другие естественные радиоизотопы широко применяются для диагностики и лучевой терапии раковых заболеваний. 

2. Радиоактивный йод, введенный в организм в виде раствора иодида натрия, селективно накапливается в щитовидной железе и поэтому применяется в клинической практике для определения нарушений функции щитовидной железы и при лечении базедовой болезни.

3. С помощью меченого по натрию физиологического раствора измеряется скорость кровообращения и определяется проходимость кровеносных сосудов конечностей. Радиоактивный фосфор применяется для измерения объема крови и лечения эритремии.

4. Брахитерапия — не радикальная, а практически амбулаторная операция, в ходе которой в пораженный орган вводят титановые зерна, содержащие изотоп. Этот радиоактивный нуклид убивает опухоль насмерть.

1. Сельское хозяйство.

Исследования в области - радиационной генетики и радиационной селекции дали около сотни новых разновидностей высокоурожайных культурных растений, устойчивых к различным заболеваниям.

Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков.

Гамма-излучения радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов.

1. Промышленность.

Контроль износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца.

Мощное гамма-излучение препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Радиоактивные материалы позволяют судить о диффузии материалов, процессах в доменных печах и т.д.

1. Археология.

Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода. В растениях всегда имеется -радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада Т = 5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов. Последние же возникают за счет ядерных реакций, вызванных быстрыми частицами, которые поступают в атмосферу из космоса (космические лучи).

После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет радиоактивности. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50000 и даже до 100000 лет. Таким образом, узнают возраст египетских мумий.

5 этап. Какой вред наносит радиоактивное излучение организму человека?

1. Облучение.

Процесс воздействия радиации на организм называется облучением. Это крайне разрушительная сила, которая трансформирует клетки, деформирует их ДНК, приводит к мутациям и генетическим повреждениям. Из-за повреждения ДНК и мутации генов клетка не может нормально делиться. Это самое опасное последствие радиационного облучения. При получении большой дозы количество пострадавших клеток настолько велико, что могут отказывать органы и системы. Тяжелее всего воспринимают радиацию ткани, в которых происходит активное деление клеток:

• костный мозг;

• легкие,

• слизистая желудка,

• кишечник,

• половые органы.

Причем даже слаборадиоактивный предмет при длительном контакте наносит вред организму человека. 

В зависимости от степени и характера облучения его результатом становятся:

• острая лучевая болезнь;

• нарушения работы ЦНС;

• местные лучевые поражения (ожоги);

• злокачественные новообразования;

• лейкозы;

• иммунные заболевания;

• бесплодие;

• мутации.

1. Какой из видов радиации наиболее опасен для человеческого организма?

Альфа-излучение. Проникающая способность этого вида излучения невелика. Оно задерживается несколькими сантиметрами воздуха, несколькими листами бумаги, обычной одеждой. Альфа-излучение может быть опасно для глаз. Оно практически не способно проникнуть через наружный слой кожи и не представляет опасности до тех пор, пока радионуклиды, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом — тогда они могут стать чрезвычайно опасными. В результате облучения относительно тяжелыми положительно заряженными альфа-частицами через определенное время могут возникнуть серьезные повреждения клеток и тканей живых организмов.

Бета-излучение. Это излучение обладает большей проникающей способностью по сравнению с альфа-излучением. От него можно защититься тонким листом металла типа алюминия или слоем дерева толщиной 1.25 см. Если на человеке нет плотной одежды, бета-частицы могут проникнуть через кожу на глубину несколько миллиметров. Если тело не прикрыто одеждой, бета-излучение может повредить кожу, оно проходит в ткани организма на глубину 1‑2 сантиметра.

Гамма-излучение. Подобно рентгеновским лучам, представляет собой электромагнитное излучение очень высоких частот. С рентгеновскими лучами знаком каждый, кто проходил медицинское обследование. Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью, защититься от него можно лишь толстым слоем свинца или бетона. Рентгеновские и гамма-лучи не несут электрического заряда. Они могут повредить любые органы.

1. Источники радиации.

Все виды радиоактивного излучения нельзя увидеть, почувствовать или услышать. Радиация не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.

Всю радиоактивность на Земле можно поделить на два основных вида: естественную и искусственную. К первой относятся излучения из космоса, почвы, газов. Искусственная же появилась благодаря человеку при использовании атомных электростанций, различного оборудования в медицине, ядерных предприятий.

Разновидности источников естественного происхождения

1. Космическое излучение и солнечная радиация — мощнейшие источники, способные ликвидировать все живое на Земле. К счастью, планета защищена от этого воздействия атмосферой. Однако люди постарались исправить это положение, развивая деятельность, приводящую к образованию озоновых дыр. Не стоит надолго попадать под прямые солнечные лучи.

2. Излучение земной коры опасно вблизи месторождений различных минералов. Сжигая уголь или используя фосфорные удобрения, радионуклиды активно просачиваются внутрь человека с вдыхаемым воздухом и употребляемой им едой.

3. Радон – это радиоактивный химический элемент, присутствующий в строительных материалах. Представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса. Этот элемент активно накапливается в почвах и выходит наружу вместе с добычей полезных ископаемых. В квартиры он попадает вместе с бытовым газом, а также с водопроводной водой. К счастью, его концентрацию легко уменьшить, постоянно проветривая помещения.

Искусственные источники

Данный вид появился благодаря людям. Его действие увеличивается и распространяется с их помощью. Во время начала ядерной войны не так страшна сила и мощность оружия, как последствия радиоактивного излучения после взрывов. Даже если вас не зацепит взрывная волна или физические факторы — вас добьет радиация.

К искусственным источникам относятся:

• Ядерное оружие;

• АЭС;

• Медицинское оборудование;

• Отходы с предприятий;

• Определенные драгоценные камни;

• Некоторые старинные предметы, вывезенные из опасных зон. В том числе из Чернобыля.

Чем больше энергии передаст излучение тканям, тем больше повреждений вызовет оно в организме.

Количество переданной организму энергии называется дозой. Дозу облучения организм может получить от любого вида излучения, в том числе и радиоактивного. При этом радионуклиды могут находиться вне организма или внутри его. Количество энергии излучения, которое поглощается единицей массы облучаемого тела, называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в грэях (Гр).

Единицей измерения эквивалентной дозы есть соотношение Джоуля к килограммам, которое получило название – зиверт (Зв). С её использованием была создана шкала, позволяющая понять о конкретной опасности излучения для человечества:

• 100 Зв. Моментальная смерть. У пострадавшего есть несколько часов, максимум пару дней.

• От 10 до 50 Зв. Получивший повреждения такого характера погибнет через несколько недель от сильного внутреннего кровотечения.

• 4-5 Зв. При попадании данного количества, организм справляется в 50% случаев. В остальном печальные последствия приводят к смерти спустя пару месяцев из-за повреждений костного мозга и нарушения кровообращения.

• 1 Зв. При поглощении такой дозы лучевая болезнь неизбежна.

• 0,75 Зв. Изменения в системе кровообращения на небольшой промежуток времени.

• 0,5 Зв. Данного количества достаточно, чтобы у больного развились онкологические заболевания. Остальные симптомы отсутствуют.

• 0,3 Зв. Такое значение присуще аппарату для проведения рентгена желудка.

• 0,2 Зв. Допустимый уровень для работы с радиоактивными материалами.

• 0,1 Зв. При таком количестве происходит добыча урана.

• 0,05 Зв. Данное значение – норма облучения медицинских аппаратов.

• 0,0005 Зв. Допустимое количество уровня радиации около АЭС. Также это значение годового облучения населения, которое приравнивается к норме.

К безопасной дозе радиации для человека относится значения до 0,0003-0,0005 Зв в час. Предельно допустимым считается облучение в 0,01 Зв в час, если такое воздействие непродолжительно.

5 этап. Защита от радиации.

Как защитить себя от радиации?

Практически любой источник радиации несёт высокую опасность для окружающей среды и всего живого. Но существуют методы и средства для защиты от облучения. Способы защиты от радиационного облучения можно условно разделить на три вида: время, расстояние, специальные средства.

1. Время защитит от радиации

Это скорее не защита, а фактическое уменьшение времени пребывания у источника радиации. Чем меньше времени человек находится вблизи источника радиации, тем меньше вреда здоровью он причинит. Данный метод защиты использовался, к примеру, при ликвидации аварии на АЭС в Чернобыле. Ликвидаторам последствий взрыва на атомной электростанции отводилось всего несколько минут на то, чтобы сделать свою работу в пораженной зоне и вернуться на безопасную территорию. Превышение времени приводило к повышению уровня облучения и могло стать началом развития лучевой болезни и других последствий, которые может вызывать радиация.

1. Защита от радиации расстоянием

Самый надёжный способ защититься от радиоактивного излучения это как можно скорее удалиться на большое расстояние от источника излучения. Расстояние зависит от интенсивности излучения, климатических условий и рельефа местности. Например, в горах распространение излучения заметно меньше чем на равнине, так как горы являются естественным барьером для излучения и существенно уменьшают его. А при ветре нужно уходить против ветра, так как большая часть радиоактивной пыли распространяется именно при помощи ветра. А если есть возможность, то можно вывести источник радиации в безопасную зону или для захоронения.

1. Средства защиты от излучения

Радиация классифицируется на несколько видов в зависимости от характера и заряда частиц излучения. Чтобы противостоять тем или иным видам радиационного излучения средства защиты от него изготавливаются с использованием различных материалов.

1. Защита от альфа-излучения

Обезопасить человека от излучения альфа, помогают резиновые перчатки и обычный респиратор, хлопчатобумажная одежда, полиэтиленовый плащ, бумага, оргстекло.

1. Защита от бета-излучения

Защититься от бета излучения сложнее, чем от альфа. Если в зараженной зоне преобладает бета-излучение, то для того защиты организма от его вредного воздействия потребуется экран из стекла, алюминиевого листа или плексигласа. Для защиты от бета-излучения органов дыхания обычный респиратор уже не подойдет. Для этого необходим противогаз.

Находясь в кирпичном или бетонном здании, с плотно закрытыми окнами и дверьми, Вы будете в относительной безопасности от этих двух видов излучения. Сложнее дело будет обстоять с гамма-излучением.

1. Защита от гамма-излучения

Сложнее всего защитить себя от гамма-излучения. Обмундирование, которое обладает экранирующим действием от такого рода радиации, изготавливают из свинца, чугуна, стали, вольфрама и других металлов с высокой массой. Именно одежда из свинца использовалась при проведении работ на Чернобыльской АЭС после аварии.

Всевозможные барьеры из полимеров, полиэтилена и даже воды эффективно предохраняют от вредного воздействия нейтронных частиц. Для лучшей эффективности, особенно когда не известно на 100% от какого именно излучения нужно в данный момент защищаться, лучше использовать комбинированные средства защиты. Например, кирпичные стены обшитые полиэтиленом и листами из металлов с тяжелой массой дадут хорошую защиту от всех видов излучений.

Необходимая толщина материалов для уменьшения гамма излучения в 1000 раз:

Свинец - 100 см,

сталь 250 см,

бетон 600 см,

грунт 900 см,

вода 1800 см,

древесина 2900 см

1. Пищевые добавки для защиты от радиации

Совместно со спецодеждой и экранами для обеспечения защиты от радиации используются пищевые добавки. Они принимаются внутрь до или после попадания в зону с повышенным уровнем радиации и во многих случаях позволяют снизить токсическое воздействие радионуклидов на организм. Кроме того, снизить вредное воздействие ионизирующего излучения позволяют некоторые продукты питания.

1) Продукты питания, естественно снижающие действие радиации. Орехи, белый хлеб, пшеница, редиска способны в небольшой степени снижать последствия радиационного воздействия на человека. Содержание в этих продуктах селена, препятствует образованию опухолей, которые могут быть вызваны радиационным облучением. Очень хороши в борьбе с радиацией и биодобавки на основе водорослей (ламинарии, хлорелле). Частично избавить организм от проникших в него радиоактивных нуклидов позволяет даже лук и чеснок.

2) Фармацевтические растительные препараты против радиации. Против радиации эффективное действие оказывает препарат "Корень женьшеня", который можно купить в любой аптеке. Его применяют в два приема перед едой в количестве 40-50 капель за один раз. Также для снижения концентрации радионуклидов в организме рекомендуется употреблять экстракт элеутерококк в объеме от четверти до половины чайной ложки в день вместе с выпиваемым утром и в обеденное время чаем. Левзея, заманиха, медуница также относятся к категории радиопротекционных препаратов.

Но никакой препарат не может полностью противостоять воздействию радиации.

1. Приборы для измерения радиационного фона.

1. Бытовые. Таким устройством можно измерить радиации в бытовых условиях, но они имеют высокий уровень погрешности. Они помогают измерить общий радиационный фон в здании или в продуктах питания, но приборы улавливают лишь гамма-волны. Некоторые модели оснащены дополнительными датчиками для регистрации альфа- и бета-излучений.

2. Профессиональные. Дозиметры оказывают широкий спектр действия, измеряя облучение как внутри помещения, так и снаружи. Устройства могут обнаружить активные радионуклиды, которые находятся в разных веществах, предметах и даже живых тканях. Встроенный датчик регистрирует излучение нейтронов, протонов.

3. Индивидуальные. Дозиметр регистрирует накопленный уровень радиоактивного облучения. Часто выполняется в виде наручных часов.

4. Промышленные. Такие приборы размещаются непосредственно возле источников радиации, чтобы регулярно контролировать и следить за уровнем облучения.

5. Военные. Агрегат используется в период военных действий, включая эксплуатацию в центре ядерного взрыва.

Счётчик Гейгера. Счетчик издает щелчки при нахождении радиоактивных частиц. Уровень излучения можно измерить и иными способами. Помимо датчика, применяются сцинтилляционные кристаллы, которые позволяют найти определенные вещества по характерному излучению.

6 этап. Подведение итогов проведённого исследования.

Выполнение индивидуального практического задания. Составить план мероприятий, направленных на защиту населения от радиации.

7 этап. Домашнее задание. П. 61, вопросы 1 – 5, стр. 260

9