Конспект по физике на тему: "Биологическое действие радиации на живые организмы"

План - конспект урока по физике в 11 классе (ЕМН)

     Тема урока: Биологическое действие радиации на живые организмы.

                            Защита от радиации.

     Тип урока: Интегрированный урок физики и НВП. 

     Цель урока: Ознакомить учащихся с биологическим действием радиоактивных лучей на живые организмы. Дать понятие о дозах облучения. Научить пользоваться методом регистрации и замера уровня γ и β излучений и способам защиты от радиации.

     Оборудование: компьютер, проектор с экраном, планшет, презентация, дозиметр ДП-5В, источник питания на 12В.

Ход урока

     I. Мотивация

     Естественная радиоактивность всегда сопровождается α, β и γ излучением, а ядерные реакции ещё и выбросом потоков нейтронов. Радиоактивные лучи и  потоки нейтронов обладают большой кинетической и электромагнитной энергией. Иногда эти лучи называют ионизирующими лучами или радиацией. Эти лучи оказывают вредное действие на окружающую среду, особенно на живые организмы.

     II. Актуализация знаний

     (Информацию об этом воздействии Вам предоставят Земляных Полина и Москвина Татьяна.)

     III. Работа по теме

     Биологическое действие радиации:

     1. Ионизируются молекулы и атомы тел.

     2. Изменяются физико-химические свойства живой клетки.

     3. Клетки подвергаются мутациям

     4. Повреждаются гены в хромосомах.

     5. Вызываются различные физиологические отклонения.

     Наиболее чувствительны органы человека:

1.     Кроветворные органы (костный мозг, селезенка).

2.     Лимфатические узлы.

3.     Половые железы.

4.     Слизистая оболочка кишечника.

5.     Нервная система человека.

     Степень поражения организма зависит от полученной дозы излучения:

     При очень больших дозах: поражение кишечника.

     Большие дозы: разрушение клеток костного мозга, клеток производящие

                                кровь (лейкемия).

     Дозы меньше смертельной:

а) раннее старение организма;

б) падение сопротивления к инфекционным заболеваниям;

в) появление раковых опухолей. 

     Любое незначительное облучение:

          а) необратимые генетические изменения хромосом (уродство);

          б) малокровие;

          в) лучевой ожог;

          г) труднозаживающие раны;

          д) выпадение волос;

          е) тяжелые поражения глаз, десен, горла и т. д.

     Биологические действия ионизирующих лучей зависит от:

     1. Поглощённой дозой испускаемых лучей – это отношение поглощённой энергии Е к массе тела m:      

,

[D] = 1 Грей (Гр)         

     2. Экспозиционной дозы излучения (на практике) – это отношение суммарного заряда Q, образовавшихся ионов к массе тела m.

,

     На практике используется внесистемная единица – рентген

1 р = 2,58 ∙ 10^-4 Кл/кг

     В дозиметрах радиация считается 1 р ≈ 0,01 Гр

     3. Мощность дозы излучения - отношение поглощенной дозы ко времени облучения.

     Измеряется в  или .          

     4.  Эквивалентная доза поглощения излучения - называется произведение поглощенной дозы на коэффициент биологической эффективности.

D _Экв = К ∙ D

     Единицей измерения является  1 Зиверт (Зв). На практике используют внесистемную единицу бэр (биологический эквивалент рентгена).

1 Зв = 100 бэр

     При облучении живых организмов поражающее действие облучения при одной и той же поглощенной дозе зависит от вида излучения. Поэтому принято сравнивать биологическое действие всех видов излучения с биологическим действием рентгеновского и γ - излучений.

     Коэффициент, показывающий во сколько раз поражающее действие данного вида излучения выше, чем рентгеновского при одинаковой дозе поглощенного излучения называется относительной биологической эффективностью или коэффициентом качества излучения. Находится опытным путем.

Коэффициент биологической эффективности

Виды излучения	К
Рентген и  γ - лучи	1
β - лучи	1
Тепловые нейтроны	2,3
Быстрые нейтроны	10
Протоны	10
α - лучи	20

     Для измерения уровня радиации на местности применяют приборы, которые называются дозиметры. (С устройством и работой дозиметра ДП-5В Вас ознакомит учитель НВП Алексей Радикович и измерения уровня радиации произведут ученики     11 класса Саргизов Ернар и Хевролин Влад.)

     Прибор ДП-5В  предназначен для измерения уровней гамма-радиации и радиоактивной зараженности различных предметов по гамма-излучению. Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения определяется в миллирентгенах или рентгенах в час для той точки пространства, в которой помещен при измерениях блок детектирования прибора. Кроме того, имеется возможность обнаружения бета-излучения.

     Основные технические данные ДП-5В:    

     Прибор ДП-5В обеспечивает требуемые

характеристики после 1 минуты самопрогрева.    Диапазон измерения по гамма-излучению от 0,05 мР/ч до 200 Р/ч в диапазоне энергий от 0,084 МэВ до 1,25 МэВ.

     Прибор ДП-5В имеет шесть поддиапазонов измерений.    Отсчет показаний производится по шкале с последующим умножением на соответствующий коэффициент поддиапазона. Участки шкалы от нуля до первой значащей цифры являются нерабочими.

     Прибор ДП-5В имеет звуковую индикацию на всех поддиапазонах, кроме первого.    Время установления показаний на разных поддиапазонах - неодинаково, что оказывает влияние на мощность измерений. Чем ниже уровни радиации, тем больше время измерения.

Поддиапазоны	Положение ручки переключателя	Шкала	Единица измерения	Пределы измерений
1	200	0 - 200	Р/ч	5 - 200
2	х1000	0 - 5	мР/ч	500 - 5000
3	х100	0 - 5	мР/ч	50 - 500
4	х10	0 - 5	мР/ч	5 - 50
5	х1	0 - 5	мР/ч	0,5 - 5
6	х0,1	0 - 5	мР/ч	0,05 - 0,5

     Звуковая индикация прослушивается с помощью головных телефонов, которые подсоединяют к измерителю мощности дозы. При обнаружении радиоактивного заражения в телефонах прослушиваются щелчки, причем их частота увеличивается с увеличением мощности гамма - излучений. Прибор работает в интервале температур от - 50 до 50 ^оС при относительной влажности 65 - 15%. При температуре около + 200 С допустима более высокая относительная влажность - до 98%. Прибор не имеет “обратного хода” стрелки микроамперметра при перегрузочных облучениях до 300 р/ч на 1 - 111 поддиапазонах и до 50 р/ч на IV - VI поддиапазонах. Питание осуществляется от двух элементов А - 336 “СВЕТ” (третий элемент используется для питания лампочек освещения шкалы прибора), обеспечивающих непрерывную работу прибора в течение 40 часов. При необходимости для питания прибора можно использовать внешние источники постоянного тока напряжением 12 В и 24 В. Для подключения их к приборам в комплекте имеется делитель напряжения. Масса прибора с элементами питания около 3,2 кг, а полного комплекта в укладочном ящике - 8,2 кг.    Прибор состоит из следующих основных частей: измерительный пульт, зонд с гибким кабелем, головные телефоны, удлинительная штанга, делитель напряжения, комплект запасного имущества и укладочный ящик. На измерительном пульте размещены:

     - измерительный прибор (микроамперметр);

     - переключатель диапазонов (8 положений);

     - выключатель освещения шкалы;

     - кнопка сброса показаний;

     - розетка для подключения головных телефонов;

     - отсек питания.

     Зонд прибора представляет собой стальной цилиндр, в котором размещены детекторы излучений, в качестве которых используются галогенные счетчики типов СТС - 5 и СИ - ЗБГ. На корпусе зонда смонтирован вращающийся цилиндрический экран, имеющий 3 положения: “К”, “Б” и “Г”.

     Подготовка прибора ДП - 5В к работе

     Извлечь прибор из укладочного ящика, открыть крышку футляра, произвести внешний осмотр прибора и пристегнуть к футляру ремни и подключить источники питания, соблюдая полярность. Поставить ручку переключателя поддиапазонов против черного треугольника (контроль режима).    Стрелка должна установиться в режимном секторе, если этого не произойдет, проверить годность источников питания.    Работоспособность прибора проверяется на всех поддиапазонах, исключая поддиапазон 200, с помощью контрольного источника Б - 8, укрепленного в углублении на экране зонда. Для этого ставят поворотный экран зонда детектора в положение “К”, подключают головные телефоны, ручку переключателя поддиапазонов последовательно переводят во все положения от х 1000 до х 0.1. Если прибор работоспособен, в телефоне будут слышны щелчки. При этом на пятом и шестом поддиапазона (положение переключателя х 1, х 0,1) стрелка прибора должна зашкаливать, а на четвертом - отклоняться вправо. Показания прибора на поддиапазоне х 10 сверяют с формулярными данными при последней проверке градуировки прибора. Если показания совпадают, прибор можно использовать. Поставить экран зонда в положение “Г”, нажать кнопку “СБРОС” (при этом стрелка прибора устанавливается на нулевую отметку шкалы), ручку переключателя поддиапазонов установить против черного треугольника.

     Порядок измерения уровней радиации на местности

     Экран зонда ставится в положение “Г”. Зонд на вытянутой в сторону руке упорами вниз удерживается на высоте 0,7 - 1 м от земли, переключатель поддиапазонов последовательно ставится в положение 200, х 1000, х 100 и далее, пока стрелка микроамперметра не отклонится и не остановится в пределах шкалы. Показания стрелки умножается на соответствующий коэффициент поддиапазона.    Зонд прибора при измерениях уровней радиации может находиться и в чехле прибора, но тогда показания надо умножить на коэффициент экранизации тела, равный 1,2.

     Порядок измерения степени радиоактивной зараженности объектов

     Измерение, как правило, производится на незараженной местности или в местах, где внешний гамма - фон не превышает предельно допустимого заражения объекта более чем в три раза.    Гамма - фон измеряется на расстоянии 15 - 20 м от зараженных объектов аналогично измерению уровней радиации на местности.    Степень радиоактивной зараженности поверхности тела человека, а также сельскохозяйственных животных, техники, транспорта, продовольствия и воды определяют путем измерения мощности дозы гамма излучения на расстоянии 1 - 1,5 см от этих объектов. Экран зонда при этом находится в положении “Г”. Зонд подносят к объекту стороной, на которой расположены два упора. Медленно перемещая зонд над поверхностью объекта, определяют место максимального заражения по наибольшей частоте щелчков в головных телефонах или по максимальному показанию микроамперметра. Затем зонд устанавливают упорами к поверхности на высоте 1 - 1,5 см, и после остановки стрелки снимают показания прибора. Полученные данные сравнивают с величиной гамма - фона. Если они более гамма - фона, определяется величина радиоактивного заражения объекта: из значения измеренной мощности вычитается величина гамма - фона, которая предварительно делится на коэффициент, учитывающий экранирующее действие контролируемого объекта. Эти коэффициенты равны:

     - для человека  - 1,2;

     - для бронированной техники - 2;

     - для автотранспорта  - 1,5.

     Для обнаружения бета - зараженности объекта экран зонда прибора устанавливается в положение “Б”. Увеличение показаний прибора на одном и том же поддиапазон по сравнению с показаниями по гамма - излучению свидетельствует о наличии бета - излучения, а следовательно, о заражении обследуемого объекта бета -, гамма - радиоактивными веществами. При измерении зараженности жидких и сыпучих веществ на зонд прибора надевается чехол из полиэтиленовой пленки для предохранения его от загрязнения радиоактивными веществами.

     Измеритель мощности ДП-5В снят с производства 1987 году. Аналогом является  Дозиметр-радиометр ДРБП-03.

     Радиационное излучение идет от космических тел, недр Земли, гранита, железобетона, рентгеновских аппаратов, телевидение от которых в течение года человек получает в среднем 400 - 500 мбэр.

     Космос – 150 мбэр, рентген – 140 мбэр, телевизор – 100 мбэр, прочее 50 мбэр. Так как человек привык к ним, то они на здоровье не влияют, но больше 35 бэр в год опасно.    

     По результатам измерений мощности экспозиционной дозы излучения в кабинете физики оказалось, что мощности дозы равна 0,1 мР/час. Учащимся предлагается определить время безопасного нахождения в данном месте, если предельно допустимая доза равна 0,6 р.

     Действие излучения зависит и от времени, в течение которого доза получена:

Доза (р)	Действие на человека
0 - 25	Отсутствие явных признаков.
25 - 50	Возможно изменение состава крови.
50 - 100	Изменение состава крови.
100 - 200	Возможна потеря трудоспособности.
200 - 400	Нетрудоспособность. Возможна смерть.
400 - 600	Смертельность 50%.
Свыше 600	Смертельная доза.

Меры предосторожности:

     Опасность: не воспринимается органами чувств.

     Строго следовать инструкциям:

1. Ни при каких обстоятельствах не брать в руки

радиоактивные препараты;

2. Не вынимать препараты из свинцовых контейнеров;

3. Не направлять на человека открытый контейнер. Учесть, что лучи

могут отражаться от потолка, стен, оборудования;

4. Не смывать препараты в канализацию;

5. Не сдувать радиоактивную пыль.

Защита от радиоактивных лучей:

     α - частицы - задерживаются воздухом  несколько сантиметров, но если попадут внутрь человека с воздухом, едой, через рану, то чрезвычайно опасны.

     β - излучение - в воздухе проходит до 5 м, в организм человека проходят     до 2 см. Защищаться алюминиевой пластиной несколько мм.

     γ - излучение - проходит через метровый слой воды. Защита – свинец толщиной 6 см.

     Нейтроны. Защита - элементы с невысокими атомными номерами, вода, бетон, земля.

     IV. Закрепление пройденной темы

     Для контроля знаний по теме раздаются карточки-задания с вопросами.

Вариант №1

1. Что называют радиацией?
2. Какой энергией обладают альфа – лучи?
3. Какие поражения происходят в живом организме, если доза меньше смертельной?
4. Что называют поглощённой дозой?
5. В каких единицах измеряется экспозиционная доза в СИ и на практике?
6. Что называют коэффициентом биологической эффективности?

      7.   Меры предосторожности при работе с радиоактивными препаратами?

     Вариант №2

1. Какие лучи называют ионизирующими?
2. Какой энергией обладает гамма – излучение?
3. Какие поражения происходят в живом организме, если доза незначительная?
4. Что называют экспозиционной дозой?
5. В каких единицах измеряют поглощённую дозу?
6. Что называют эквивалентной дозой? В каких единицах измеряется?

7. Защита от радиации.

     V. Рефлексия

     Домашнее задание: Параграф 8.12 и краткие выводы главы 8.