Интегрированный урок (физика+биология) "Радиоактивность. Атом - благо или зло?"

Тема: «Радиоактивность. Атом - благо или зло?» Тип: Интегрированный урок.  

Форма проведения: Устный журнал.

Цель: интеграция знаний о природе, расширить кругозор учащихся за счѐт показа взаимосвязи физики с другими предметами (в частности, биологией, химией, экологией, историей) с нашей повседневной жизнью.

 Задачи:

1.        Обобщить, проанализировать и расширить знания учащихся об ионизирующих излучениях, показать связь науки с жизнью.

2.        Способствовать развитию познавательного интереса учащихся, творческой активности; вырабатывать навыки и умения анализировать проблему, выявлять причины явлений, оценивать последствия, самостоятельно работать с дополнительной литературой, лаконично излагать свои мысли.

3.        Воспитание чувства гуманизма. Активной жизненной позиции; формирование целостного отношения к природе; пробуждение чувства тревоги и гражданской ответственности за будущее Земли.

Структура урока:

1.  Организационный момент, постановка и мотивация цели.

2.  Вступительное слово учителя.

3.  Сообщение по страницам «Устного журнала». I. Почему ядерные излучения опасны?

II.        Земля – наш общий дом.

III.     Как можно получить повышенную дозу облучения.

IV.    Современный естественный радиационный фон. V. Облучение в повседневной жизни.

VI. Применение радиоактивных изотопов.

4. Заключение. Итог урока. Рефлексия.

Оформление. 

Эпиграф: 

«Пусть будет атом рабочим, А не солдатом». «Величие и достоинство науки состоит исключительно в той пользе, которую она приносит людям». Ф.Жолио-Кюри.

Оборудование. Таблицы:№1. Биологическое действие ионизирующего излучения на человека; №2. Полулетальная поглощѐнная доза для некоторых живых организмов; №3. Уровень радиационного облучения.

Учитель физики:

Человек 21 века живѐт в сложном и весьма небезопасном мире.

Ядерная энергетика и техника до недавнего времени находилась в условиях строжайшей секретности. Она пугала нас своими угрожающими последствиями: Хиросима и Нагасаки, Чернобыль и Семипалатинск.

Вопросы безопасности жизни приковывают к себе внимание людей всего мира. Но, к сожалению достоверная, научная информация часто не доходит до населения. И люди находятся в плену слухов и предрассудков.

 Приходилось ли вам слышать о вреде радиации? В чѐм он проявляется?

А вот несколько примеров проявления абсолютно антинаучных высказываний, которые принадлежат людям, к которым мы привыкли прислушиваться и считаться с их мнением:

«При растворении радиоактивности в воде она увеличивается в 1000 раз» (Журналист) 

«Граждане нашей страны должны получать дозу излучений, равную нулю»

(Политик) 

«От лучевой болезни вследствие Чернобыльской аварии погибли 300 тыс. человек» (Телеведущая)

Сегодня мы попытаемся развеять мифы об этой области человеческих знаний, чтобы она представлялась нам такой, какая она есть – полезной и спасающей в умелых и добрых руках и беспощадной и жестокой в руках невежд, а самое главное – понятной и прогнозируемой.

 Так что такое атом - благо или зло?

 В чѐм опасность радиации и других ионизирующих излучений?

 Может ли атом служить людям или нам суждено толь бояться его?

На эти и другие вопросы сегодня на уроке мы попытаемся ответить, листая «Устный журнал» страница за страницей.

Страница 1 .Почему ядерные излучения опасны?

Учитель биологии.

Все вы давно знаете, что вещества состоят из молекул, а те, в свою очередь из атомов. Атомы, «кирпичики» всей материи, в том числе и биологической. При нормальных условиях атомы нейтральны, поскольку число электронов в каждом из них в точности соответствует числу протонов в ядре. Воздействие ядерного излучения приводит «к поломке» атомов, образуются положительные и отрицательные ионы. Происходит ионизация. Нарушается молекулярная структура вещества. В этом и заключается негативное биологическое воздействие радиации.

При облучении большими дозами последствия могут быть очень серьѐзными. Это изменения в составе крови, в результате чего возникает острая лучевая болезнь, и даже гибель пострадавших.

Опасность излучения усугубляется тем, что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах. Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, которые быстро делятся, поэтому в первую очередь поражается костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Затем наступает поражение пищеварительного тракта. Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах. Если человек подвергается систематическому воздействию, даже малой дозы излучения может возникнуть хроническая лучевая болезнь. В случаях нарушения техники безопасности она может возникнуть у врачей рентгенологов, у исследователей радиоактивных веществ, у рабочих, имеющих дело с урановой радиевой рудами. (Таблица 1,2).

Учитель физики.

 Кем были первые пострадавшие от радиации?

В 1896 г. Беккерель открыл явление радиоактивности, и очень скоро пришлось столкнуться с его сильным физиологическим действием.

Беккерель положил в жилетный карман трубочку с радиоактивным порошком и продержал еѐ там, в течение нескольких часов. В результате чего он получил болезненную язву, залечить которую удалось лишь через несколько месяцев.

Мария Складовская – Кюри – первая исследовательница ядер превращений радия и первая жертва его смертоносных лучей. Она умерла в 1934 году от белокровия.

Здесь уместно вспомнить слова Пьера Кюри при вручении ему и Марии Кюри Нобелевской премии в 1903 году: «...действительно ли полезно для человека знать секреты природы, действительно ли оно достаточно зрело для того, чтобы их правильно использовать, или это знание принесѐт ему только вред? Я принадлежу к числу тех, кто верит, что новые открытия приносят человечеству больше пользы, чем вреда...»

Обращение с препаратами радия требует чрезвычайной осторожности:

толстые свинцовые экраны должны защищать работающего. У Марии и Пьера Кюри таких условий для работы конечно не было.

К счастью для человечества, концентрация радия в земной коре крайне ничтожна.

Масса добытого во всѐм мире радия до сих пор ещѐ меньше 1 кг (1995г.)

Страница 2. Земля - наш общий дом. 

(Сообщение 1)  Чернобыль.

26 апреля 1986 года (22 года назад) слово Чернобыль стало синонимом чегото страшного, связанного со словами Хиросима, атомная бомба, радиация, белокровия, мутации и т.п.

Авария заставила город Чернобыль медленно и мучительно умирать. Вот как его описывают: «Выглядит город как некое полусонное царство блеклых домов и улиц. Всѐ по-осеннему тусклое и серое, как будто смотришь чѐрно-белый фильм. Ни одного светофора, еле ползают грузовики и автокраны.

Работают в Зоне примерно 8 тыс. человек. Из них 4 - на самой станции, 3 - по линии МЧС и милиционеры. Основная форма одежды - защитный комбинезон и тяжѐлые башмаки.

Работают железнодорожная касса, аптека, поликлиника, телеграф, сберегательная касса, несколько продовольственных магазинов. В каждой точке общепита установлены радиоприѐмники и телефон экстренной связи. Ни одного такси, ни одной весѐлой компании, ни реклам, ни афиш. Такое впечатление, что город заснул. Да и тишина здесь какая-то особая. Давит так, словно давно находишься в замкнутом пространстве. Потом понимаешь, откуда возникает такое настроение. Во всѐм городе - ни одного ребѐнка. Чернобыль - город напуганных взрослых, которые пришли сюда добровольно. Ради чего - понятно. Здесь есть работа. За риск и вредность хорошо платят, деньги не задерживают, АЭС хоть и закрыли, но ещѐ надо успокоить еѐ плоть, окончательно вывести из эксплуатации сотни тонн ядерного топлива».

Учитель физики.

Знаете ли вы, что в годы Второй мировой войны в Германии, Англии (в странах Европы, занятых фашистами) активно велась работа по созданию атомной бомбы. В США была организована специальная акция по вербовке видных учѐных-атомщиков. Итогом этой акции стало создание в Америке атомных бомб, которые были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки. А если бы эти учѐные Нильс Бор, Альберт Эйнштейн, Отто Фриш остались в Германии, исход войны мог быть совсем другим.

(Сообщение 2) 

Семипалатинск.

Сразу после Великой Отечественной войны в Казахстане началось сооружение военно – промышленного комплекса.

29 августа 1949 было произведено первое испытание ядерного заряда на Семипалатинском полигоне.

За время существования полигона было произведено 27 взрывов в открытой атмосфере, 113 - на земле и более трѐхсот - под землѐй. Испытано 470 атомных и водородных бомб.

Всего на территории Казахстана действовало 28 ядерных полигонов. В районах полигонов почва, воздух, вода загрязнены радионуклидами, и через атмосферу и подземные воды они распространяются на тысячи километров вокруг.

Многие представители флоры и фауны этих районов оказались на грани исчезновения.

В феврале 1989 года по инициативе известного поэта Олжаса Сулейменова, возглавлявшего тогда Союз писателе республики, было организовано антиядерное движения «Невада - Семипалатинск», которое потребовало от военных ведомств снятия покрова «секретности» с ядерных испытаний, возмещение убытком населению. Они организовывали пикеты, демонстрации, республиканские и международные научные конференции.

28 августа 1991 года Президент нашей республики Н.А.Назарбаев подписал

Указ о закрытии Семипалатинского полигона (испытания были прекращены с 1989 года).

Деятельность этого движения повлияла и на внешнюю политику Казахстана,

т.к. после закрытия Семипалатинского полигона был объявлен мораторий на российском, американском и французском полигонах.

Учитель биологии.

В настоящее время в Казахстане на учѐте состоят более двух с половиной млн.

человек, у которых наблюдается мутагенез – процесс возникновения в организме наследственных изменений.

Остро стоит проблема ликвидации последствий ядерных испытаний. В связи с этим приняты документы «Об обязательном медицинском обследовании и реабилитации жителей, пострадавших вследствие испытаний на Семипалатинском ядерном полигоне» (1992, 1995).

Учитель физики.

Хочется закончить эту страницу журнала таким четверостишьем:

И твердит Природы голос,

 В вашей власти, в вашей власти.

 Чтобы всѐ не раскололось На бессмысленные части!

Л.Мартынов.

Страница 3. Как можно получить повышенную дозу облучения? 

Учитель физики.

Двумя способами: внешнее облучение и внутреннее. Внешнее облучение - если источник находится вне организма.

 - излучение вполне безопасно, т.к. поглощается уже тонким слоем воздуха и наружным слоем кожи;

- излучение при неблагоприятных условиях приводит к лучевому ожогу кожи, а если оно воздействовало на хрусталик глаза, последствием может стать лучевая катаракта;

 - излучение представляет реальную опасность. Внутреннее облучение - попадание радионуклидов в усвояемой форме внутрь организма с воздухом, пищей и водой. Накапливаясь в критических органах радионуклиды, начинают облучать организм изнутри, превращаясь в радиотоксины.

 - излучение - самое опасное, т.к. частицы блуждают и повышают  частей тела до величин, при которых часть организма сжигается.

Защита от внутреннего облучения только одна – не допускать попадания радионуклидов в организм.

Учитель биологии.

Что такое критические органы?

Химические элементы при попадании в организм извне распределяются в нѐм неравномерно, а сосредотачиваются в нѐм в отдельных органах.

 Например:

К сожалению, организм «не отличает» стабильные нуклиды от радиоактивных, «запуская» их по «привычным» биохимическим цепочкам, но и «путает» химически сходные элементы.

Например, в костной ткани осаждается не только необходимый для жизни стабильный кальций, но и крайне радиотоксичные изотопы стронций – 90, радий – 226 и плутоний – 239, что ведѐт к переоблучению красного костного мозга.

Учитель физики.

В 1911 году. Ф.Содци предложил, что ядра с одинаковым числом протонов, но с различным числом нейтронов являются ядрами одного и того же химического элемента. Такие ядра назвали изотопами.

Изотопы имеют одинаковые химические свойства, что обусловлено одинаковым эл. зарядом ядра, но разные физические свойства, обусловленные массой. Например:

Изотопы урана водорода

углерода ) = 5700 лет кислорода

Атомы радиоактивных элементов отличаются от стабильных тем, что они являются источником излучения в окружающую среду. Поэтому их называют мечеными. 

Учитель биологии.

Газ радон вообще не имеет стабильных изотопов. Это инертный газ без цвета и запаха, который есть везде, где есть естественный уран, а значит там, где гранит и продукты его разрушения – кирпич, цемент, бетон.

Немалое количество радона скапливается в замкнутом пространстве – в пещере, в шахте, в подвале, комнате.

Продукты распада радона прочно удерживаются организмом и воздействуют на живые ткани опаснейшим внутренним а - излучением. Таким образом, радон играет скромную, но зловредную роль «переносчика», как грызун при распространении чумы. Человеку это грозит в первую очередь – раком.

В растворѐнном виде радон всегда содержится в воде и выделяется из неѐ. Он и в природном газе, откуда при сжигании переходит в воздух помещений. Он и в осадочных породах (мел, мрамор, известняка) и в сухих органических материалах (дерево, смола).

Учитель физики. 

Какие меры можно принять для защиты?

В первую очередь: не паниковать.

Простой и эффективной мерой защиты от радоновой опасности является вентиляция, которая уменьшает концентрацию радона в десятки раз. Именно вентиляция забоев спасла жизнь многим шахтѐрам.

В 5-20 раз снижает выделение радона стенками помещений такие простейшие вещи, как побелка, покраска или оклеивание обоями.

Значительно улучшает ситуацию продуваемая воздушная подушка между полом и фундаментом и вентиляция подвальных помещений.

Большую роль играет экологическая оценка качества стройматериалов.

Самыми радоно - опасными являются стройматериалы на основе зол и шлаков.

Страница 4. Современный радиационный естественный фон.

 (Сообщение 3).

Человечество жило в условиях воздействия практически неизменного радиационного фона со времени своего возникновения на Земле. Источники естественной радиации делятся на два вида: Земного и космического происхождения.

I.          группа - рассеянные в земной поверхности долгоживущие радиоизотопы и продукты их распада. В частности долгоживущий радионуклид калий - 40 полностью определяет собственную радиоактивность человеческого тела, а также естественную радиоактивность Мирового океана.

II.       группа - космическое облучение, обусловленное воздействием частиц очень больших энергий, в основном это протоны (92%) и  - частицы (6%).

Человек не может повлиять каким-либо образом на естественный радиационный фон. Но влияние естественных источников ионизирующей радиации на организм всѐ-таки очень сильно зависит от выбора, решения и действий человека.

На земле имеется множество регионов, где уровень естественной радиации во много раз превышает среднемировой. Тем не менее, медико-статистические исследования жителей этих регионов не обнаружили каких-либо отклонений от среднемирового уровня ни по раковым заболевания, ни по генетическим отклонениям.

Не подтверждаются «страшные прогнозы» и медицинской статистикой, ведущейся в радоновых водолечебниц и грязелечебницах, изучением условий жизни долгожителей (!) высокогорных районов (в частности, Кавказе), где естественный радиационный фон в несколько раз превышает общемировой за счѐт меньшего ослабления атмосферой.

Современный уровень понимания биофизических и биохимических процессов в живых организмах не даѐт возможности «обвинить» радиацию в развитии онкологических заболеваний у людей.

Дело в том, что радиация является лишь одним из примерно двухсот одновременно действующих факторов, причѐм не самый значимый.

По приближѐнным оценкам, общее воздействие ионизирующих излучений обуславливает лишь около 1% раковых заболеваний у людей, при этом около 80 % годовой дозы обусловлено естественным радиационным фоном.

Французский гигиенист Пошен так оценивает относительную значимость некоторых факторов канцерогена: одинаковый дополнительный риск возникает

 при выкуривании одной сигареты;  двухчасовом пребывании в комнате, где курят другие;  употребление двух с половиной бутылок вина;  проживании вблизи крупного хим. комбината в течение одной недели;  проживании вблизи АЭС в течение трѐх лет.

Исследования учѐных разных стран свидетельствуют о наличии радиационного гермезиса.

Гермезисными называют эффекты, оказывающие положительное влияние на организм лишь при низких уровнях воздействия.

Известно очень много веществ и воздействий, благоприятно влияющих на организм в малых количествах, и не благоприятно, вплоть до нанесения поражений, больших. Например, совершенно необходимый для жизни в малых количествах витамин А в больших количествах является сильным ядом. В результате пребывания на солнце в коже человека синтезируется витамин Д, также необходимый для жизни, но солнечные ожоги могут вызвать рак.

Страница 5. Облучение в повседневной жизни. 

(Сообщение 4).

Мы уже знаем, что 80 % годовой дозы облучения человек получает от естественных источников радиации. Кроме естественных, свой «вклад» в облучение вносят источники ионизирующих излучений, созданные и применяемые человеком.

Вот некоторые примеры.

При однократном рентгеновском обследовании зубов поглощенная доза больше в 15 раз годовой дозы от естественного радиационного фона. Можно ли сделать однозначный вывод об опасности профилактических рентгеновских исследований? Конечно, нет! Так как своевременное обнаружение злокачественной опухоли или туберкулѐза на ранней стадии даѐт возможность жить. А перед этой возможность риск получения дозы облучения намного меньше.

Доза однократного облучения при рентгеноскопии желудка в 6 раз больше допустимого облучения на АЭС за год. За год человек, живущий неподалѐку от АЭС, получает дополнительно ничуть не большую дозу облучения, чем та, что достаѐтся ему каждый день, когда он смотрит телевизор (всего 4 часа в день). Если сравнить тепловую (на угле) и атомную электростанции одинаковой мощности, то излученная доза тепловой окажется больше в 60 раз! Почти такую же дозу облучения получит человек при полѐте на самолете на расстояние 2000 км.

Одна выкуренная сигарета сокращает жизнь на 15 минут. Кроме того, если человек выкуривает каждый день 20 сигарет, то он получает такую же дозу облучения, как при ежедневном рентгеновском облучении лѐгких. Многие объекты внешней среды обладают способностью накапливать радионуклиды. Это грибы, мхи, лишайники, некоторые виды рыб. Но потребление грибов (если 10 кг на человека) реальной опасности не представляет. Вымачивание и кратковременное отваривание снижает концентрацию радионуклидов в 5-7 раз.

Страница 6. Применение радиоактивных изотопов. 

(Сообщение 5).

В биологии:

Метод меченых атомов позволяет:

 проследить пути миграции и расселения животных;  исследовать обмен веществ у животных и растений;

 определить скорость передвижения отдельных компонентов (установлено,

что скорость передвижения воды из корня по стволу и ветвям растения равна

4 миллиметров в секунду);  наблюдать за накопление различных элементов в тканях;  исследовать биологические жидкости.

В медицине:  радиоактивный фосфор-32, распадаясь, облучает костный мозг и

нормализует нарушенное кроветворение;

  радиоактивный кобальт-60 используется в качестве источника у - лучей для лечения злокачественных опухолей.

Радиационной обработке разрешено подвергать некоторые продукты:

 картофель и лук - для подавления прорастания;

 зерно, сушѐные фрукты и сухие пищевые концентраты - с целью поврежде-

ния вредителей;

  свежие плоды и ягоды, сырые мясные полуфабрикаты из говядины, свинины, птицы, упакованные в плѐнки - для подавления микроорганизмов и удлинения сроков хранения.

Изотопы урана и углерода позволяют определить возраст археологических находок. С их помощью можно определять возраст, соизмеримый с возрастом нашей планеты.

Заключение:

Физика – наука о природе – показывает нам, как велик мир, в котором мы живѐм, но этот мир познаваем, а значит, физика дарит человеку необыкновенную силу.

Судите сами: из мысли о мельчайших частицах вещества, в конце концов, появились все блага, которыми мы сегодня пользуемся: материалы, обладающие различными свойствами, телевизоры, лазеры, компьютеры, электрические приборы, лекарства. Наверно, можно сказать, что человеку удаѐтся использовать достижения науки себе во благо.

Если после этого урока каждый из вас при знакомстве с очередным «около ядерным вредом» не будет испытывать чувство страха, значит, цель достигнута.

Мы можем реально оценивать окружающий нас мир.

 Итог урока:

Всѐ, что сделано сегодня на уроке – это результат вашего труда. Любой труд должен оцениваться.

Если вы поняли материал урока, можете его рассказать, то поставьте себе «5». Если поняли, но сомневаетесь в том, что сможете правильно его воспроизвести, то «4». Если материал усвоен слабо, то «3».

 Кто поставил себе «5» за урок? («4» и «3»)

 Что бы вы хотели ещѐ узнать по этой теме? (Можно дописать, сделать пометки.)

Закончим наш урок словами Д.И.Менделеева: «Границ научному познанью и предсказанию предвидеть невозможно».

Таблица №1

Биологическое действие ионизирующего излучения на человека.

Таблица №2

Полулетальная поглощѐнная доза радиации для некоторых живых организмов.

Таблица №3

Уровень радиационного облучения.