Биологическое действие радиоактивного излучения
методическая разработка по физике (11 класс) по теме

Тема : Биологическое влияние радиоактивных излучений.

Учитель: Савина Т.А.

Раздел: Преподавание физики.

Цель урока: Повторить виды радиоактивных излучений. Выяснить, как влияют радиоактивные излучения на организм человека, от чего зависит степень поражения радиоактивным  излучением. Как вычислить поглощенную дозу облучения и как защититься от радиации.

Оборудование: ПК, мультимедийный проектор, презентации учащихся, дозиметр.

Ход урока.

1.Организационная часть.

2.Вступительное слово учителя: Живая клетка-это сложный организм не способный продолжить нормальную жизнедеятельность даже при малых повреждениях различных его участков. Даже слабые излучения способны нанести   клеткам существенные повреждения и вызывать опасные заболевания. При большой         интенсивности излучения живые организмы погибают. Механизм поражающего действия излучений еще недостаточно изучен, но ясно, что оно сводится к ионизации атомов и это приводит к изменению их химической активности. Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, которые быстро делятся. Поэтому, в первую очередь, излучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Неблагоприятное влияние оказывает облучение на наследственность. Облучение живых организмов может оказывать и пользу. Быстро размножающиеся раковые клетки гибнут под воздействием -излучения. Давайте более подробно поговорим об этом. Прежде всего определим понятия радиоактивность и  радиация. (Приложение 1.).

Вопрос учителя. Какие виды радиоактивных излучений вы знаете?

Ответ ученика1. Мы знаем α,β, - излучение. Самопроизвольно излучают химические элементы начиная с №83 таблицы  Менделеева.

Вопрос учителя. Что представляет собой α,β,-излучение?

Ответ ученика 2. α-излучение представляет собой поток положительно  заряженных частиц – ядер атомов гелия.β- излучение представляет собой поток электронов, двигающихся со скоростями близкими к скорости света. - излучение это электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света.

Вопрос учителя. Какой вид излучений наиболее опасен для человека?

Ответ ученика 3: большой проникающей способностью обладает -излучение..

Учитель. Воздействие на организм человека радиоактивных излучений зависит от следующих факторов : вида излучения, времени, частоты и массы тела. У любого излучения есть источник. (Презентация №2).

Вопрос учителя. Что такое доза излучения? (Презентация №3)

Ответ ученика 4. Доза излучений характеризует воздействие излучений на живые организмы. Поглощенной дозой излучения Д называется отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе           облучаемого вещества.         СИ : Грей (Гр.)Естественные источники 0,002 Гр. на человека. Для людей работающих с излучениями – 0,005 Гр. Доза 3-10 Гр. полученная за короткое время  смертельна. На практике широкое распространение получила  другая поглощенной дозы излучения -  Рентген. Можно считать : 1Р= 0,001 Гр.

Учитель. Рассмотрим влияние радиации на организм человека.

Ученик. (Презентация №4 ,  сообщение №1).

Вопрос учителя. Мы много времени проводим у компьютера. Является ли компьютер источником радиоактивного излучения? (Презентация №5).

Учитель. Какие меры защиты от радиации существуют?

Ученик 5      Сообщение №2.

Учитель. Для закрепления полученных знаний давайте ответим на несколько вопросов.

        Тест

1. Радиоактивные изотопы получают в результате:

1. Химических реакций.
2.  Облучения α-частицами, -излучение, нейтронного облучения.

2. Предельно допустимая доза излучения для лиц, работающих с облучением длительное время:

1.  0,05 Гр в год.
2. Б. 0,5 Гр в год.

3. Для защиты от жесткого рентгеновского и -излучений применяются вещества, состоящие из элементов:

1.  С высоким атомным номером и имеющих большую плотность.
2.  С малым атомным номером и имеющих малую плотность.

4. Какое из перечисленных веществ при равной толщине дает наилучшую защиту от -излучения.

1.  Чугун.
2.  Свинец.

5. Если тело человека массой 60 кг поглотило в течение короткого времени радиационную энергию 180 Дж, какую дозу облучения получил человек.

1.  0,3 Гр.
2.  3 Гр.

6. Каким прибором измеряют уровень радиации.

1.  Дозиметр.
2.  Электрометр.

Подведение итогов урока, выставление оценок.

Виды защиты от ионизирующих излучений.

1. Химическая  - современная технология. В основе которой лежит ослабление воздействия излучения при условии введения в него химических веществ, которые называются радиопротекторами.
2. Физическая – применение различных  экранов, ослабляющих материалов. Наилучшим экраном для - излучения является свинец.
3. Биологическая – применение специальных энзимов.

Основными способами защиты являются:

1. Защита расстоянием.
2. Защита экранированием.
3. Защита от α- излучения: лист бумаги, респиратор, перчатки.
4. От β – излучения защищает тонкий слой алюминия, стекло. Противогаз.
5. От - излучения  защитой являются тяжелые металлы:  вольфрам, Свинец, чугун.
6.  От нейтронов – вода, полиэтилен.
7. Защита временем.

Воздействие радиации на человека

Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся

на две категории (рис. 10):

1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению.

2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.

Рис. 10. Радиационные эффекты облучения человека.

Различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают когда число клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов. Зависимость тяжести нарушения от величины дозы облучения показана в таблице 30.

Таблица 30.

Хроническое облучение слабее действует на живой организм по сравнению с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими процессами восстановления радиационных повреждений. Считается, что примерно 90% радиационных повреждений восстанавливается.

Стохастические (вероятностные) эффекты, такие как злокачественные новообразования, генетические нарушения, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления. Для количественной оценки частоты возможных стохастических эффектов принята консервативная гипотеза о линейной беспороговой зависимости вероятности отдаленных последствий от дозы облучения с коэффициентом риска около 7 *10'2 /Зв. (Таблица 31).

Таблица 31.

• Все население включает не только как правило здоровый работающий персонал, но и критические группы (дети, пожилые

люди и т.д.)

Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей.

В таблице 32 приведены сведения о накоплении некоторых радиоактивных элементов в организме человека. Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности,

облучению.

Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях. По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд:

щитовидная железа > печень > скелет > мышцы.

Так, в щитовидной железе накапливается до 30% всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода.

По концентрации радионуклидов на втором месте после щитовидной железы находится печень. Доза облучения, полученная этим органом, преимущественно обусловлена радионуклидами Мо, Те, I, I, Ва, La.

Таблица 32.

Органы максимального накопления радионуклидов.

• Относящаяся к данному органу доля полной дозы, полученной

всем телом человека.

Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода. Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек (рис. 11). Основным начальным звеном многих пищевых цепей является загрязнение поверхности почвы и растений. Продукты питания животного происхождения - один из основных источников попадания радионуклидов к человеку.

Исследования, охватившие примерно 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показывают, что рак - наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население, стоят лейкозы (рис. 12).

Рис.11. Пути воздействия радиоактивных отходов АЗС на человека.

Данные по генетическим последствиям облучения весьма неопределенны. Ионизирующее излучение может порождать жизнеспособные клетки, которые будут передавать то или иное изменение из поколения в поколение. Однако анализ этот затруднен, так как примерно 10% всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты и трудно выделить случаи, обусловленные действием радиации. Экспертные оценки показывают, что хроническое облучение при дозе 1 Грей, полученной в течение 30 лет, приводит к появлению около 2000 случаев генетических заболеваний на каждый миллион новорожденных среди детей тех, кто подвергался облучению.

В последние десятилетия процессы взаимодействия ионизирующих излучений с тканями человеческого организма были детально исследованы. В результате выработаны нормы радиационной безопасности, отражающие действительную роль ионизирующих излучений с точки зрения их вреда для здоровья человека. При этом необходимо помнить, что норматив всегда является результатом компромисса между риском и выгодой.