ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ В подготовке материалов участвовали учащиеся 9б класса: Лукманова Наталья Дында Виталий Кретов Егор Учащиеся 9а класса Федорченко Алена Дедешко Алексей Руководители; учитель физики Рыбакова Светлана Ивановна учитель биологии Куприянова Наталья Борисовна

Цели урока Обучающая: обобщить и актуализировать знания учащихся о явлении радиоактивности и его влиянии на биологические объекты; Развивающая: расширить знания учащихся о различных сторонах проявления радиоактивности и проблемах ее использования в мирных целях; Воспитательная: сформировать правильное отношение к данной проблеме как одной из сторон взаимодействия человека и природы

ПЛАН УРОКА: - ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ РАДИАЦИИ; - ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ; - ВИДЫ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ; - ДОПУСТИМЫЕ ДОЗЫ; - РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА; - ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА ДРУГИЕ ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ; - ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РАДИАЦИОННЫЕ КАТАСТРОФЫ; - МИРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ; - ЗАКЛЮЧЕНИЕ, - ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА.

И СТОРИЯ ОТКРЫТИЯ РАДИАЦИИ В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария Кюри (автор термина «радиоактивность») и ее муж Пьер Кюри. В 1898 году они обнаружили, что в результате излучения уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полонием и радием.

РАДИАЦИЯ Радиация, или радиоактивное излучение – это излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов и молекул среды. Ионизация – это процесс отрыва электронов. В результате ионизации из нейтральных атомов или молекул образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны.

ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ РАЗЛИЧАЮТ КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, СОСТОЯЩЕЕ ИЗ ЧАСТИЦ С МАССОЙ, ОТЛИЧНОЙ ОТ НУЛЯ, И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ α -излучение β -излучение γ -излучение Корпускулярное излучение Нейтронное излучение Электромагнитное излучение Рентгеновское излучение

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Этот вид излучения обладает высокой энергией и большой проникающей способностью – задерживается слоем воздуха толщиной около 100 метров и глубоко проникает в человеческое тело. Рентгеновское излучени е также представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых электронов в веществе. Его энергия и проникающая способность зависит от того, для каких целей оно применяется (например, диагностика или лечение различных органов).

КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Альфа-излучение представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях. Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью: полностью задерживаются слоем воздуха толщиной несколько сантиметров или листом обычной бумаги. При облучении человека они проникают лишь на глубину поверхностного слоя кожи. Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, которые образуются при бета-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых. Бета- излучение способно проходить до полного ослабления несколько сантиметров в воздухе или 1 – 2 см в воде, а в человеческом теле – до двух сантиметров. Нейтронное излучение – это поток ядерных частиц, не имеющих заряда. Нейтроны образуются в ядерных реакциях.

ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ Энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом (в частности, тканями организма) и рассчитанная на единицу массы, называется поглощенной дозой излучения (D) D = E/m СИ [D] = 1Гр = 1 Дж/кг

ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА Поглощенная и эквивалентная дозы зависят от времени облучения (то есть от времени взаимодействия излучения со средой). При прочих равных условиях эти дозы тем больше, чем больше время облечения, то есть дозы накапливаются со временем !

КОЭФФИЦИЕНТ КАЧЕСТВА. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА Коэффициент качества K показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия гамма-излучения (при одинаковых поглощенных дозах). Для оценки биологических эффектов была введена Эквивалентная доза (Н) Н = D*K СИ [Н] = 1Зв (Зиверт)

Радиоактивные элементы входили в состав Земли с начала ее существования и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности было открыто всего сто лет назад. Радиоактивностью обладают почва, минеральные воды, природный газ, нефть и др.

ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Источники радиоактивного излучения весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные искусственные (техногенные). Основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной дозы) приходится на естественный фон.

ДОЛЯ РАДИОАКТИВНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ОТ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ РАДИАЦИИ

ТЕХНОГЕННАЯ РАДИАЦИЯ Нефтепромыслы на территории России показывают значительное превышение допустимых норм радиоактивности, повышение уровней радиации в районе скважин, вызванное отложением на оборудовании и прилегающем грунте солей радия-226, тория-232 и калия-40.

Обрезки отработанных труб из нержавеющей стали, применявшихся на предприятии атомной и нефтедобывающей промышленности, но каким-то образом попавшие в металлолом. Мощность дозы может быть весьма значительной.

Радиоактивные осадки после ядерных испытаний, взрывов на АЭС Медицинское рентгеновские лучи Захоронение радиационных отходов Искусственные источники радиации

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ Естественные радионуклиды делятся на четыре группы: долгоживущие (уран-238, уран-235, торий-232); короткоживущие (радий, радон); долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий-40); радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14). Разные виды излучения попадают на поверхность Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной доз, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Уровни земной радиации также распределяются неравномерно по поверхности Земли и зависят от состава и концентрации радиоактивных веществ в земной коре. По территории России зоны повышенной радиоактивности также распределены неравномерно и известны как в европейской части страны, так и в Зауралье, на Полярном Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, Северо-востоке. Среди естественных радионуклидов наибольший вклад (более 50%) в суммарную дозу облучения несет радон и его дочерние продукты распада (в т.ч. радий).

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ Космические лучи 15.5% Стройматериалы Земная кора

ПРИЧИНЫ МУТАЦИЙ При попадании элементарных частиц (γ - кванты, электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды, которые нарушают химическую структуру ДНК. В этих местах происходят разрывы ДНК, что приводит к возникновению дополнительных, индуцированных радиацией мутаций

ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА Эффекты воздействия радиации на человека делятся на две категории 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.

Р АДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА Соматические эффекты Генетические эффекты Лучевая болезнь Генные мутации Локальные лучевые поражения Хромосомные аберрации Лейкозы Опухоли разных органов

ХРОМОСОМНЫЕ АБЕРРАЦИИ Это мутация, изменяющая структуру хромосом Различают делеции, инверсии, дупликации, транслокации Хромосомные аберрации носят как правило патологический характер, нередко приводя к летальности организма с аберрацией

МУТАЦИИ И ХРОМОСОМНЫЕ АБЕРРАЦИИ Хромосомные аберрации Генные мутации

Источники радиационного воздействия на человека

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К РАДИАЦИИ РАЗНЫХ СИСТЕМ И ОРГАНОВ ЧЕЛОВЕКА

ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ Причина и результат воздействия Доза, Гр Доза от естественных источников в год 0,05 Предельно допустимая доза профессионального облучения в год 0,1 Уровень удвоения вероятности генных мутаций 0,25 Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах 1 Доза возникновения острой лучевой болезни Доза нарушения деятельности клеток костного мозга Доза поражений желудочно-кишечного тракта 100

ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ - заболевание, возникающее от различных видов ионизирующих излучений, действующих на значительные области тела и вызывающих гибель преимущественно делящихся клеток организма

Категории облучаем-ых Смертель-ные случаи рака Несмертельн ые случаи рака Тяжелые Наследуемые эффекты Сум-марный эффект: Работа-ющий персонал 40,8 5,6 Все население 513,19.1 ЧИСЛО СЛУЧАЕВ НА ЧЕЛОВЕК ПРИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ДОЗЕ ОБЛУЧЕНИЯ 10 МЗВ

ОСТОРОЖНО! РАДИАЦИЯ! Воздействие разнообразных факторов окружающей среды, включая радиацию и ряд химических соединений, приводит к увеличению частоты мутаций не только у человека, но и у всех живых организмов

После аварии на ЧАЭС вокруг нее была выделена 30-км зона, в которой встречаются мутировавшие животные и растения.

ПРИМЕРЫ МУТИРОВАВШИХ ЖИВОТНЫХ

ОПУХОЛЬ - процесс аномального разрастания ткани, в которой изменения генетического аппарата клеток приводят к нарушению регуляции их роста и дифференцировки

ЛЕЙКОЗ (Рак крови) - это быстро развивающееся заболевание костного мозга, при котором происходит бесконтрольное накопление незрелых белых клеток крови в костном мозге, периферической крови и различных внутренних органах.

ОБРАЗОВАНИЕ РАКОВЫХ КЛЕТОК И РАК ЛЕГКОГО

ГЕННАЯ МУТАЦИЯ - процесс изменения последовательности нуклеотидов какого-либо гена и, как следствие, всего генотипа организма или изменения в процессах развития

ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ.

ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АЭС Чернобыльская АЭС расположена на Украине вблизи города Припять, в 18 километрах от города Чернобыль, в 16 километрах от границы с Белоруссией и в 110 километрах от Киева. Ко времени аварии на ЧАЭС использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность 3200 МВт) каждый. Ещё два аналогичных реактора строились. ЧАЭС производила примерно десятую долю электроэнергии Украины.

ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АВАРИЯ- крупнейшая техногенная катастрофа XX века Примерно в 1:24 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. Здание энергоблока частично обрушилось. В различных помещениях и на крыше начался пожар. Впоследствии остатки активной зоны расплавились. Смесь из расплавленного металла, песка, бетона и частичек топлива растеклась по подреакторным помещениям. В результате аварии произошёл выброс радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, йода-131, цезия-134, цезия- 137, стронция-90.

СХЕМА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС

ПРИЧИНЫ АВАРИИ: В современном изложении, причины аварии следующие: реактор был неправильно спроектирован и опасен; персонал не был проинформирован об опасностях; персонал допустил ряд ошибок и неумышленно нарушил существующие инструкции, частично из- за отсутствия информации об опасностях реактора; отключение защит либо не повлияло на развитие аварии, либо не противоречило нормативным документам Среди специалистов существует консенсус по вопросу о главных причинах аварии, некоторые детали до сих пор остаются неясными.

КАРТИНА ВЗРЫВА

КАРТА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ПОСЛЕ АВАРИИ НА ЧАЭС

ПОКИНУТЫЕ ДОМА В ПРИЛЕГАЮЩИХ СЕЛЕНИЯХ Г.ПРИПЯТЬ

ЗОНЫ ОТЧУЖДЕНИЯ ЧАЭС

ЭТОТ МАЛЬЧИК, ИЗ ПРИЛЕГАЮЩЕЙ К ЧЕРНОБЫЛЮ ДЕРЕВНИ, САМ ИЗЛУЧАЕТ РАДИАЦИЮ Израильские и украинские ученые обнаружили новые доказательства того, что катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к генетическим мутациям у детей, родители которых подверглись облучению.

ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИИ В результате аварии из сельскохозяйственного оборота было выведено около 5 млн га земель, вокруг АЭС создана 30- километровая зона отчуждения, уничтожены и захоронены (закопаны тяжёлой техникой) сотни мелких населённых пунктов. Загрязнению подверглось более км², примерно 70 % на территории Белоруссии, России и Украины. Радиоактивные вещества распространялись в виде аэрозолей, которые постепенно осаждались на поверхность земли. Значительному загрязнению подверглись леса. Из-за того, что в лесной экосистеме цезий постоянно рециркулирует, а не выводится из неё, уровни загрязнения лесных продуктов, таких как грибы, ягоды и дичь, остаются опасными.

БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО РАДИОЦЕЗИЯ ОБНАРУЖИВАЛОСЬ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ Под воздействием радиации яблоки выросли невероятных размеров

Другие источники потенциальной опасности 1. Норвежское море, глубина 1685 м АПЛ «Комсомолец» 2. Советский подводный ракетоносец "К-219" с 50 ЯБП на борту, затонувший в октябре 1986-го возле Бермуд на глубине 5500 м 3. Советская АПЛ "К-8", потерпевшая крушение в 1971 г. в Бискайском заливе. 4. Советская дизельная подлодка "К-129", затонувшая в 1968 г. на глубине 6000 м у Гавайских островов. 5. Российская АПЛ "Курск " - "К-141", затонувшая 12 августа 2000 г. в Баренцевом море.

Список заметно расширится, если включить в него также иностранные подлодки с ЯБП, лежащие на дне Мирового океана. "К-219" раскололся - и в Атлантический океан потекли радиоактивные вещества. А этот ракетоносец выделяет их в более высокой концентрации, нежели остальные затонувшие АПЛ. "К-8" заражает флору и фауну Бискайского залива. Вялотекущая катастрофа планетарного масштаба уже стартовала. Чем это закончится?

Приборы для обнаружения и регистрации радиации Дозиметр устройство для измерения дозы или мощности дозы ионизирующего излучения

Виды измеряемых излучений: - рентгеновское излучение, - гамма излучение, - бета излучение.

ЗАЩИТА ОТ РАДИАЦИИ удаление работающих от источника излучения на достаточно большое расстояние Если же удаление людей от источника радиации на требуемое расстояние невозможно, то для защиты от излучений используют различные преграды, изготовленные из материалов, погло­ щающих излучение. Толщина этих преград зависит от проникающей способности данного вида излучения и его интенсивности,

МИРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В МЕДИЦИНЕ диагностика заболеваний; лечение онкологических больных; стерилизация медицинских инструментов и материалов.

В АРХЕОЛОГИИ определение возраста геологических пород – уран- свинцовым методом оценен возраст Земли (около 4,5 млрд. лет); радиоуглеродный метод позволяет установить возраст предметов, имеющих биологическую природу, с точностью 50 лет в диапазоне 1000 – лет: например, на основе измерения содержания углерода в веревочных сандалиях, найденных в пещере в штате Орегон, был подтвержден факт существования 9000 лет назад доисторических людей на территории США;

В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ в сельском хозяйстве: предпосевная обработка семян, повышающая урожайность; обеззараживание стоков животноводческих ферм;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ После катастрофы Хиросимы и Нагасаки, аварии на Чернобыльской АЭС и прочих ЧС, связанных с распространением радиоактивных веществ в атмосфере, человек в полной мере ощутил на себе все ужасные последствия, вызванные взаимодействием радиационного излучения с окружающей средой и с живыми организмами, последствие которых до сих пор не изучено в полной мере. Дальнейшие исследования в этой области помогут человечеству сократить количество подобных катастроф и научиться использовать радиацию только на благо себе.

Вопросы для повторения: Что представляет собой радиоактивность? Какие виды радиоактивности существуют? Каково значение допустимых доз радиации? В каких единицах измеряют дозы излучения? Какие существуют для этого приборы? Каковы причины необратимых изменений в живых организмах? Какие последствия вызывает радиоактивное облучение? Как можно защититься от облучения? Всегда ли это возможно?