Радиация и жизнь

Попова Г.О., учитель биологии и химии 1

Категории.

Кривогуз Т.А., учитель физики 1 категории

Тема: Радиация и жизнь.

Цели урока:

1.Закрепить понятия, связанные с радиоактивностью, использованием ядерной энергии, механизмом воздействия радиоактивного излучения на ткани организма, окружающую среду, со способами защиты от радиоактивного излучения, оценивать положительные и отрицательные стороны использования ядерной энергии в современном обществе, расширить кругозор учащихся.

2.Воспитывать чувство ответственности за все происходящее в мире, умение работать в группе, выслушивать оппонента, уважать точку зрения своих товарищей.

3.Развивать умения выделять главное, работать с дополнительной научно-популярной литературой, отстаивать свою точку зрения, приводить нужные аргументы, коротко, четко и быстро излагать свои мысли, а также эмоции и интеллект.

Тип урока: урок обобщения и систематизации.

Вид урока: интегрированный, физико-биолого-экологическая конференция.

Оснащение урока, ТСО: компьютер, таблицы: «Биологическое действие радиоактивного излучения», плакаты «Дозы облучения», «Опасные уровни радиации», «Источники радиации», учебники, дополнительная литература, дозиметр, кодоскоп.

Дидактический материал: презентация урока (слайды), фрагмент документального фильма «Чернобыль», конференц-листы, карточки с ключевыми словами.

Межпредметные связи: экология ( «Актуальные проблемы современной экологии»), биология ( «Последствия экологических катастроф и пути их предотвращения»), валеология («Окружающая среда и здоровье»), физика («Применение ядерной энергии»), НВП («Приборы радиоактивного контроля»).

Структура урока.

1. Знакомство.

Учащиеся заранее объединились в группы по проблемам, которые их наиболее заинтересовали. Учащиеся - «специалисты» рассаживаются по группам. На столах находятся таблички с надписями: физики-ядерщики, историки-физики, биологи, экологи.

Презентация урока (слайды, на которых представлены генетические последствия воздействия радиации на человеческий организм, радиационные катастрофы, потрясшие мир).

Уважаемые дамы и господа! Мы с вами присутствуем на конференции «Радиация и жизнь». Цель нашей конференции - составить подлинное представление о таком важном вопросе, как радиация и жизнь, собрать информацию об источниках радиации, ее воздействии на организм и окружающую среду проанализировать ее и сделать выводы. У нас на конференции присутствуют группы ученых: физики-ядерщики, историки физики, биологи и экологи.

2.Принятие «соглашения» (правила работы в группах).

Соглашение вывешивается на видном месте до начала конференции.

- Все мы ответственны за свое обучение.

- Мы, слушаем , друг друга, не перебиваем.

- Говорит кто-то один.

- Говорим по существу.

- Всякое мнение заслуживает внимания.

- Соблюдаем временные границы.

Вступительное слово учителя: Радиоактивность и сопутствующее ей ионизирующее излучение существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой земли. Ионизированное излучение сопровождало и большой взрыв, с которого и. как полагают ученые, началось существование нашей Вселенной около 20 млрд. лет назад. С того времени, радиация постоянно наполняет космическое пространство. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Среди вопросов, представляющих научный интерес, постоянное внимание общественности приковано к вопросу действия радиации на человека и окружающую среду.

Началось все с того, что в феврале 1896 года было открыто явление радиоактивности. Давайте вспомним историю открытия радиоактивности.

Историки физики.

Первый. В 1896 году французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, молодой химик, полька по происхождению, которая и ввела в обиход слово «радиоактивность». В 1898 году и ее муж Пьер Кюри обнаружил, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов, супруги назвали полонием в память о Родине Марии Кюри, а еще один - радием, поскольку по латыни это слово означает «испускающий лучи».

Второй. Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц. Разработал теорию радиоактивного распада Фредерик Содди вместе с Эрнестом Резерфордом. Можно сказать, что сбылась мечта алхимиков: стало возможным превращение одного элемента в другой.

Учитель. Прав ли был Прометей, давший людям огонь.

Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин.

Из прекрасного лебедя вырос дракон,

Из запретной бутылки выпущен джин.

Тренин. Источники радиации.

Все существующие источники радиации принято делить на …………..

Учащиеся обсуждают в группах.

Варианты ответов записываются на доске, затем на плакате - правильный ответ.

Физики-ядерщики.

Первый. (Космическое излучение, земная радиация).

Космические лучи проходят на Землю от Солнца из глубин Вселенной. Нет такого места на Земле, куда не падал бы этот невидимый «космический душ». Атмосфера земли защищает нас от вредного для здоровья космического излучения, Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей дозу поглощенного излучения 0,3 мЗв в год. (консультант записывает это число в таблицу на доске).

Земная радиация - это 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 уменьшилось, а многие практически полностью исчезли, «Дожили» до наших дней лишь торий-232, уран-238, и уран-235.

«Дожили» до наших дней

²³²Th Т - 14млрд лет

²³⁸U Т - 4,5млрд лет

²³⁵U Т - 0,7млрд лет

и продукты их распада: радиоактивный калий, рубидий, радий, радон, висмут, полоний, свинец и т.д.

По подсчетам Научного Комитета по действию атомной радиации ООН, средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает от земных источников радиации, составляет примерно 0,35мЗв в год.

Второй (Внутренне облучение).

Внутренне облучение человека обусловлено тем, что с пищей, водой и воздухом человек поглощает различные химические элементы, обладающие различной радиоактивностью. Эквивалентная доза этого облучения составляет 1,25мЗв в год. ( консультант записывает это число в таблицу). 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, т.е. 0,8мЗв в год. ( консультант записывает это число в таблицу). За счет радиоактивных элементов, содержащихся в пище и воде, организм человека получает эквивалентную дозу около 0,4мЗв в год. (консультант записывает это число в таблицу).

Радиоактивный йод-131, через траву, попадает в мясо и молоко коров, а затем, в организм человека, питающегося этими продуктами. Свой вклад в эквивалентную дозу внутреннего облучения вносит и жилище человека, так как различные строительные материалы обладают различной радиоактивностью. Дерево, кирпич, и бетон выделяют относительно немного радона. Их вклад в эквивалентную дозу облучения составляет 0,05мЗв в год. (консультант записывает это число в таблицу). Но гораздо большей радиоактивностью обладают такие строительные материалы, как гранит и глинозем.

Учитель. Давайте подведем итоги, того, что мы услышали о естественном радиационном фоне. (обсуждается информация, записанная на доске в виде таблицы).

Источники радиации.

Естественные Искусственно полученные

1,9мЗв

Внешнее Внутреннее Источники Ядерные Атомная

облучение облучение используемые взрывы энергетика

0,65мЗв 1,25мЗв в медицине 0,018мЗв 0,0019мЗв

0,38мЗв

Космическое Дыхание 0,8мЗв

излучение

0,3мЗв Пища и питье 0,4мЗв

Земная

радиация Жилье 0,05мЗв

0,35мЗв

Третий. (Искусственно полученные источники, используемые в медицине).

В 20 веке, когда человек открыл тайны атомного ядра и радиоактивного излучения, появились искусственные источники радиации. В настоящее время основной вклад в дозу, получаемую человеком от искусственных источников радиации, вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивных препаратов. Одним из самых распространенных медицинских приборов является рентгеновский аппарат. Подсчитано, что на каждую тысячу жителей в развитых странах приходится от 300 до 900 рентгенологических обследований различных органов в год. Средняя эквивалентная доза, получаемая от этих обследований составляет 0,38мЗв в год. ( консультант записывает это число в таблицу).

Историки физики.(ядерные взрывы).

Первым ядерным взрывом явилось испытание атомной бомбы, созданной в США в 1945 году. Затем 6 и 9 августа 1945 года США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. Мир содрогнулся от ужаса. Такого разрушительного оружия человечество еще не знало. В 1949 году была создана первая атомная бомба в СССР и с тех пор до 1963 года США и СССР регулярно проводили испытания нового ядерного оружия. При ядерном взрыве часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места взрыва, а часть задерживается в тропосфере, подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния. Однако большая часть р/а материала выбрасывается в стратосферу, где остается на многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. В 1963 году был подписан Договор об ограничении испытаний ядерного оружия в атмосфере, под водой и в Космосе. В настоящее время среднегодовая эквивалентная от р/а загрязнений, вызванных ядерными взрывами, составляет 0,018 мЗв в год.(консультант записывает это число в таблицу).

Физики-ядерщики. (Атомная энергия).

Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции, хотя в настоящее время они вносят весьма незначительный вклад в суммарное облучение населения, Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а половина шахтным. Добытую руду везут на обогатительную фабрику, где в процессе переработки руды образуется огромное количество р/а отходов с периодом полураспада- миллионы лет. Урановый концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработке и очистке на специальных заводах, после чего превращается в ядерное топливо, готовое к использованию в ядерном реакторе. В одном реакторе современной АЭС за сутки работы осуществляется деление 3 кг ядер урана, что примерно в 3 раза больше, чем при взрыве атомной бомбы в Хиросиме. Специальные очистки позволяют собрать большинство р/а частиц. Поэтому воздух, выходящий через трубу АЭС в атмосферу, и вода, сбрасываемая после очистки в реку, при нормальной работе АЭС имеют очень низкую р/а и не могут вызвать заметного р/а загрязнения окрестной станции. Эквивалентная доза облучения, даваемая атомной энергетикой, составляет не более 0,0019 мЗв в год. (консультант записывает это число в таблицу). Прямые измерения показывают, что р/а загрязнение вблизи нормально работающей станции АЭС оказывается меньшим, чем около обычных ТЭЦ, работающих на каменном угле. Дело в том, что в угле имеются примеси минералов, содержащие р/а элементы. И эти р/а элементы выносятся с продуктами сгорания в атмосферу и на поверхность земли в окрестностях ТЭЦ.

Учитель. Давайте рассчитаем суммарную дозу облучения, которую получает человек за счет искусственных источников радиации. Это 0,3999 или 0,4 мЗв в год. Общая доза облучения составляет 1,9+0,4-2,3мЗв в год.

А сейчас я хочу напомнить о самой страшной техногенной аварии 20 века, об аварии, происшедшей на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года. 200 тысяч человек со всего Советского союза участвовали в ликвидации последствий этой аварии. Молодые ребята пожарные, 18-20 лет, стоя над разрушенным реактором, гасили пламя разбушевавшегося атома, получая при этом немыслимые дозы облучения. Вертолетчики зависали над реактором, чтобы измерить уровни радиации и помочь ученым остановить цепную реакцию. Они шли на верную гибель, спасая жизни других. И им удалось предотвратить всемирную катастрофу и соорудить бетонный саркофаг над 4-ым блоком Чернобыльской АЭС.

Историки- физики. (Чернобыльская трагедия).

При взрыве четвертого блока АЭС в атмосферу было выброшено почти 7 тонн ядерного топлива. Еще более значительными были выбросы р/а йода и цезия. Из 1,5 млн человек, проживающих в зоне р/а загрязнения, примерно 1,2млн взрослого населения получили дозу внутреннего облучения щитовидной железы до 3 Зв. А у детей дозы внутреннего облучения были еще выше. В результате взрыва большое количество долгоживущих радионуклидов попало в верхние слои атмосферы и распределились равномерно над всей поверхностью Земли. Поэтому все дожди в ближайшие 100 лет будут р/а. А по зараженности долгоживущими радионуклидами

Атмосферы Чернобыльская катастрофа приравнивается к взрыву 200-30

бомб, сброшенных на Хиросиму.

Экологи.

Первый.

По оси перемещения взрывного облака уже через несколько дней после взрыва стала появляться 5-км полоса умирающего леса. На площади 38 квадратных километров погибли все растения, все мелкие млекопитающие. С осадками в виде сухих отложений вдоль «чернобыльского следа» произошло заражение водоемов и почвы. Главную опасность представляли сухие частицы ядерного топлива на поверхности земли, т.к. они могли легко подниматься ветром и попадать в легкие.

Второй.

Даже в 1990 году в легких диких млекопитающих (кабанов, лосей и др.), обитавших в зоне отчуждения, экологи обнаружили от 9000 до 26000 таких частиц на 1кг ткани легкого. В конце 1989 года в печати появились сообщения об изменениях в живых организмах на генетическом уровне, которые произошли в результате облучения во время и после Чернобыльской аварии. По официальным данным, на весну 1992 года число погибших вследствие Чернобыльской аварии составило 80 тысяч человек.

Биологи. (Воздействие ионизирующего излучения на ткани организма). Первый.

Физическое воздействие рентгеновского и р/а 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 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. (таблица воздействие р/а излучения на ткани организма). На стадии развития эмбриона облучение не убивает зародыша, но является причиной рождения уродов. Причем даже доза облучения, безопасная для организма матери, способна вызвать у эмбриона поражение мозга. Средней допустимой и безопасной считается доза поглощенного излучения до 5мЗв в год. А допустимым разовым облучением считается доза аварийного облучения 100мЗв в год. А разовое облучение 4,5мЗв вызывает тяжелую степень лучевой болезни, при которой погибает 50% облученных.

Второй. (Проникающая способность излучения и способы защиты от радиации).

Различные виды излучения имеют различную проникающую способность и ,по- разному, действуют на человека. Наименьшей проникающей способностью обладают альфа лучи. Лист бумаги толщиной 0,1мм полностью поглощает альфа лучи. А от бета лучей защищает лист алюминия толщиной 5мм. Труднее всего защищаться от гамма лучей, так как даже см слой свинца в состоянии только в два раза уменьшить интенсивность этих электромагнитных волн. Используя закономерности прохождения заряженных частиц через вещество, рассчитываются специальные защитные устройства: щиты, вытяжные шкафы, спецодежда, фартуки, перчатки и т.д. Защитные действия от ионизирующего излучения имеют сооружения (таблица «Защитные действия от ионизирующего излучения сооружений»).

Спецубежище

Каменный дом

Деревянный дом

Погреба и подвалы деревянных домов

Землянки (слой земли 60-90 см)

Кирпичная кладка 80 см

Стальная кладка 16 см

Свинцовая плита 8,5 см

Практически полностью

10-15 раз

4-10 раз

50-100 раз

200-300 раз

100 раз

100 раз

100 раз

Люди, находящиеся в момент взрыва в защитных сооружениях, получают меньшие дозы облучения, чем люди, находящиеся на том же расстоянии вне укрытий. Р/а вещества, выпавшие на местности, не имеют внешних признаков, их можно обнаружить только дозиметрическими приборами. (показывается дозиметр).

Третий. ( Дозы облучения).

Перед вами средние значения доз облучения, которые в течение года получает человек от различных источников р/а излучения. (таблица на плакате). Из таблицы видно, что самый большой вклад в дополнительное облучение человека вносят искусственные источники радиации,

Применяемые в медицине. А еще настораживает большое значение облучения, даваемое экранами компьютера и телевизора. Бросаются в глаза неоправданно высокие допустимые дозы облучения, принятые за норму для специалистов, работающих с р/а веществами.

А теперь перед вами таблица опасных уровней радиации. Это уровни радиации, при которых 50% облученных погибает в течение 30 дней. Значок, стоящий рядом с названием таблицы, обозначает опасность р/а заражения. Уровни радиации в таблице указаны в рентгенах. Один рентген - это доза облучения, при которой в 1 кубическом сантиметре воздуха при нормальных условиях образуется 2*10 пар ионов. Как видно из таблицы, самыми приспособленными к повышенным уровням радиации являются растения, амебы, змеи и насекомые.

Учитель.

Вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду вызывает много споров. А катастрофа в Чернобыле обнаружила дилемму, перед которой оказалось человечество в условиях экологического кризиса: либо оно сделает все возможное для сохранения биосферы, либо безвременно исчезнет.

Тренинг «За» и «Против» атомной энергетики.

Обсуждение вопроса в группах. Каждая группа высказывает свое мнение, ответы кратко записываются на доске.

Примерные ответы.

«За» «Против»

-Ядерные реакторы потребляют не кислород, а органическое топливо.

-Не загрязняют окружающую среду.

-При нормальном режиме эксплуатации биосфера надежно защищена.

-Методы диагностики и медицины показали свою эффективность. При облучении раковых клеток гамма-лучами они прекращают свое деление. И если раковое заболевание находится на начальной стадии, то лечение считается успешным.

-При рентгеноскопии желудка используется р/а барий.

-Успешно применяются р/а изотопы при исследовании йодного обмена щитовидной железы.

-Если при строительстве АЭС учтены прочность грунта, на котором станция будет построена, возможность землетрясения, наличие водных источников, достаточных для охлаждения реакторов и многие другие факторы, то это обеспечит максимальную безопасность станции.

-Захоронение р/а отходов и демонтаж отслуживших срок реакторов нужно организовать.

-Всегда существует аварийная опасность р/а загрязнения.

-Радиоактивное облучение персонала.

-Возможность аварий с разгоном реактора. Если в реакторе имеется вода, то в случае такой аварии она будет разлагаться на водород и кислород, что приведет к взрыву гремучего газа в реакторе и достаточно серьезному разрушению всего энергоблока с р/а заражением местности.

Учитель. Пришла пора делать выводы, что же приносит ядерная энергия людям зло или благо?

Биологи.

Что касается медицины, то методы лечения, показавшие высокую эффективность, должны развиваться.

Историки физики.

Наверное, будут и новые открытия в области использования ядерной энергии.

Экологи.

Надо разумно использовать все научные открытия.

Физики ядерщики.

Будущее ядерной энергии проблема. На четвертой международной конференции «Ядерная физика и ее применение», которая состоялась в Алматы, одним из основных приоритетов казахстанской физической науки была названа урановая промышленность и атомная энергетика. Учитывая, что на смену углеводородному сырью неотвратимо идет энергия атома, ученые разрабатывают новую концепцию стратегии по радиационной защите.

Заполнение конференц - листа (индивидуально).

Правильные ответы проецируются на экран, учащиеся обмериваются листами, проверяют работу товарища (взаимопроверка).

Глоссарий (ключевые слова).

Каждой группе дается три ключевых слова Задание - дать им определение. (Устно).

1.Радиоактивность - самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.

2.Экология - (от греч. «ойкос» - жилище и логос - наука.) это наука о взаимоотношениях живых организмов и среды обитания.

3.Погложенная доза - энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом (тканями организма), в пересчете на единицу массы. Выражают в Греях.

4.Эквивалентная доза - поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма.

5.Зиверт - единица эквивалентной дозы облучения в системе СИ. 6.Альфа лучи - ядра атома гелия, обладают наименьшей проникающей способностью.

7.Бетта лучи - электроны, движущие со скоростями, близкими к скорости света. Алюминиевая пластинка толщиной в несколько мм полностью задерживает эти лучи.

8.Гамма лучи - коротковолновое электромагнитное излучение. Обладает наибольшей проникающей способностью. Слой свинца в 1см не является для них непреодолимой преградой.

9.Биосфера - геологическая оболочка, населенная живыми организмами.

10.Дозиметр - прибор радиационного контроля.

11.Период полураспада - время, в течение которого распадается половина наличного числа р/а атомов.

12.Изотопы - элементы с одинаковыми химическими свойствами, но различающиеся своей радиоактивностью.

Учитель.

Радиация действительно очень опасна. При больших дозах она вызывает серьезнейшие поражения тканей, а при малых может вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно, проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных предков. Но для основной массы населения самые опасные источники радиации - это вовсе не те, о которых больше всего говорят. Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации. Радиация, связанная с атомной энергетикой, составляет лишь малую дозу радиации, порождаемой деятельностью человека. Значительно, большие дозы мы получаем от других, вызывающих гораздо меньше нареканий, форм этой деятельности, например, от применения рентгеновских лучей в медицине. Кроме того, такие формы повседневной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянное пребывание в хорошо герметизированных помещениях, могут привести к значительному увеличению уровня облучения за счет естественной радиации.

Ребята, я надеюсь, что благодаря тому, что мы сегодня узнали о радиации, и ее влиянии на биологические объекты, у вас выработается стойкий иммунитет к модному сейчас заболеванию «Радиофобия». «Радиофобия» это неоправданная болезненная боязнь любого р/а излучения, базирующееся на элементарной безграмотности, Разумное отношение к радиации и ее дозам должно базироваться на современных научных данных. И тогда вы сможете избежать не только радиофобии, но и пагубных последствий неоправданно пренебрежительного отношения к «невидимому врагу».

Рефлексия урока.