Анотація
Дана методична розробка спрямована на поглиблення знань учнів про радіоактивний захист людини. Це важливо для попередження негативних наслідків радіоактивності.
Використання проектора доцільно на всіх етапах вивчення нового матеріалу. Це дає більше можливостей для участі учнів в колективній діяльності та розвитку особистих навичок. В цій розробці використані методи, які дозволяють швидко та ефективно залучити до навчального процесу всіх учнів.
Дана методична розробку уроку забезпечує більшу зацікавленість учнів матеріалом теми. Для проведення даного уроку доцільно використовувати різні прийоми викладання матеріалу: бесіда, розповідь вчителя, дискусія, робота з історичними джерелами, використання фрагментів відеороликів ядерного бомбардування; використання мульти-медіа, а також впровадження оздоровчих технологій. Використання таких різноманітних прийомів забезпечують переконливість пояснення і науково обґрунтовує матеріал.
Зміст
Методичні рекомендації для підготовки та проведення уроку
Відомо, що будь-який урок — це складне педагогічне явище, витвір вчителя, на якому учні демонструють свої знання, уміння та навички.
Як донести матеріал до їх свідомості яскраво і красиво, щоб запам'яталось надовго і назавжди?
Однією з вимог організації освітніх проектів є те, що учні мають обговорювати реальні проблеми і ставити та виконувати актуальні завдання, а їхня діяльність має бути доцільною.
Однією з найважливіших ділянок - залишається розв’язування задач. Задачі різних типів можна ефективно використовувати на всіх етапах засвоєння знань: для розвитку інтересу, творчих здібностей і мотивації учнів до навчання, під час постановки проблеми, що потребує розв’язання, в процесі формування нових знань учнів, вироблення практичних умінь, з метою повторення, закріплення, систематизації та узагальнення засвоєного матеріалу, з метою контролю якості засвоєння навчального матеріалу чи діагностування навчальних досягнень учні.
Вступ
Атомна фізика — розділ фізики, що вивчає будову і властивості атомів та іонів, а також пов'язані з ними процеси. За сучасними уявленнями атом складається з важкого ядра та електронів, які оточують ядро і утворюють електронні оболонки.
Ядерна фізика — розділ фізики, який вивчає структуру і властивості атомних ядер, та механізми ядерних реакцій (в тому числі радіоактивний розпад).
Перше явище з області ядерної фізики було відкрите 1896 року Анрі Беккерелем. Це природна радіоактивність солей урану, що виявляється в спонтанному випромінюванні невидимого проміння, здатного викликати іонізацію повітря і почорніння фотоемульсій. Через два роки П'єр Кюрі і Марія Склодовска-Кюрівідкрили радіоактивність торію і виділили з солей урану полоній і радій, радіоактивність яких виявилася в мільйони раз сильнішою від радіоактивності урану і торію.
Після відкриття в 1911 році Ернестом Резерфордом, що при бомбардуванні азоту альфа-частинками, з нього вилітають позитивно заряджені частинки, маса яких майже в 2000 разів більша за масу електронів. Пізніше було показано, що позитивно заряджені частинки вилітають і з інших атомів.
Однією із важливих тем на сьогоднішній день є тема про радіоактивне випромінювання, адже науково-технічний прогрес розвивається з неймовірною швидкістю.
Доцільно нагадати, що Друга світова війна призвела до спроб знайти військове застосування величезним енергіям, що містило в собі атомне ядро. Відкриття у 1939 році ланцюгової ядерної реакції спонукало великі держави до досліджень урану як джерела такої енергії. Програма Сполучених Штатів Америки під кодовою назвою "Мангеттенський проект" під керівництвом Роберта Оппенгеймерапершою досягла успіху, створивши діючу атомну бомбу під назвою "Трініті", випробовування якої стало першим в історії. Створенні пізніше атомні бомби "Малюк" і "Товстун" були використані під час війни проти Японії, і скинуті на Хіросіму і Наґасакі. Цей епізод є, наразі, єдиним випадком використання ядерної зброї у воєнних цілях.
Застосування здоровʼязберігаючих технологій
Учитель, володіючи сучасними педагогічними знаннями, при постійній взаємодії з учнями, їхніми батьками, медичними працівниками та шкільними психологами, планує й організовує свою діяльність з урахуванням пріоритетів збереження та зміцнення здоров’я всіх суб’єктів педагогічного процесу. У своїй роботі він звертається до різноманітних педагогічних технологій.
Технологія - це, перш за все, системний метод створення, застосування знань з урахуванням технологічних і людських ресурсів та їх взаємовпливу, що має на меті оптимізацію форм освіти.
У класифікації освітніх технологій (управлінської діяльності, організації навчального процесу, виховної роботи та ін.) останнім часом виокремилася нова група - здоров’язберігаючі технології.
Оздоровчі - технології, спрямовані на зміцнення фізичного здоров'я здобувачів освіти, підвищення потенціалу (ресурсів) здоров’я.
Здоров’я - одне з основних джерел щастя, радості і повноцінного життя здобувачів освіти, батьків, вчителів, суспільства в цілому. Для України головною проблемою, яка пов’язана з майбутнім держави, є збереження і зміцнення здоров’я учнівської молоді. Турботу викликає різке погіршення стану фізичного та розумового розвитку підростаючого покоління, зниження рівня народжуваності й тривалості життя. На це все впливають різні фактори в тому числі техногенні та радіаційні.
У нашій країні захист працюючих від впливу радіаційного випромінювання забезпечується системою загальнодержавних заходів. Вони складаються з комплексу організаційних і технічних заходів. Ці заходи залежать від конкретних умов роботи з джерелами іонізуючого випромінювання та від типу джерела випромінювання.
Для захисту від зовнішнього опромінювання, яке має місце при роботі із закритими джерелами випромінювання, основні зусилля необхідно направити на попередження переопромінення персоналу шляхом:
- збільшення відстані між джерелом випромінювання і людиною (захист відстанню);
- скорочення тривалості роботи в зоні випромінювання (захист часом);
- екранування джерела випромінювання (захист екранами).
Оцінюючи вплив іонізуючого випромінювання на живий організм, враховують і те, що одні частини тіла (органи, тканини) більш чутливі, ніж інші. Наприклад, за однакової еквівалентної дози поглиненого випромінювання виникнення раку в легенях є більш імовірним, ніж у щитоподібній залозі.
Іншими словами, кожний орган і тканина мають певний коефіцієнт радіаційного ризику (для легень, наприклад, він дорівнює 0,12, а для щитоподібної залози — 0,03).
Поглинена й еквівалентна дози залежать від часу опромінення. За інших рівних умов ці дози тим більші, чим більший час опромінення.
Всі види радіоактивного випромінювання супроводжуються звільненням різної кількості енергії і високою проникною здатністю, відтак вони мають різний вплив на живі організми і екосистеми взагалі.
Альфа-випромінювання, яке являє собою потік важких частинок, затримується навіть аркушем паперу і практично не здатне проникнути через шкіру людини . Воно не є небезпечним, якщо радіоактивні речовини не потрапляють всередину організму людини через відкриту рану, з їжею або повітрям – тоді їхня дія надзвичайно шкідлива.
Бета-випромінювання має значно більшу проникність і здатне проходити в тканини організму на глибину до двох сантиметрів. Проникна здатність гамма-випромінювання, яке поширюється зі швидкістю світла, дуже велика. Частково воно затримується лише товстою металевою (свинцевою) або бетонною плитою.
Гамма-промені мають найбільшу проникність з усіх видів радіації. Відповідно, від них найважче захиститися. Взаємодія фотонів великих енергій з речовиною слабка. Поглинаючись чи розсіюючись в речовині, гамма-промені передають велику енергію зарядженим частинкам, які відповідають за народження великого числа радіаційних дефектів. Існує три види взаємодії гамма-квантів з речовиною: фотоефект, комптонівське розсіювання і народження електрон-позитронних пар.
Висновки
Одним із найбільш серйозних недоглядів сьогодні є відсутність об'єктивної інформації. Проте, уже пророблена величезна робота з оцінки радіаційного забруднення, і результати досліджень час від часу публікуються як у спеціальній літературі, так і в пресі. Але для розуміння проблеми необхідно володіти не уривчастими даними, а ясно представляти цілісну картину.
Ми не маємо права і можливості знищити основне джерело радіаційного випромінювання, а саме природу, а також не можемо і не повинні відмовлятися від тих переваг, що нам дає наше знання законів природи й уміння ними скористатися.
Людина - коваль свого щастя, і тому, якщо вона хоче жити і виживати, то вона повинна навчитися безпечно використовувати цього “джина з пляшки” за назвою радіація. Людина ще молода для усвідомлення дарунка, даного природою йому. Якщо вона навчиться керувати їм без шкоди для себе й усього навколишнього світу, то вона досягне небувалого світанку цивілізації. А поки нам необхідно прожити перші боязкі кроки, у вивченні радіації і залишитися в живих, зберегти накопичені знання для наступних поколінь.
План уроку
Тема програми: Атомна і ядерна фізика
Тема: Радіоактивний захист людини. Дозиметр та його будова. Розв’язування задач.
Мета:
Навчальна - познайомити учнів із біологічною дією радіоактивного випромінювання та способами захисту організму від випромінювання;
розвивальна - розвивати образне та критичне мислення, творчу уяву;
виховна - виховувати почуття відповідальності, працелюбність, самостійність, уважність.
Тип уроку: комбінований
Метод навчання: проблемно-пошукові (дослідження), інформаційно-рецептивні (словесний, використання таблиці), репродуктивні ( бесіда, діалог)
Обладнання: ноутбук, мультимедійний проектор, екран, презентація, дозиметр.
Міжпредметні зв’язки: хімія, біологія, математика.
Хід уроку
І. Організаційний момент
Привітання; перевірка наявності учнів у класі;
організація готовності учнів до уроку.
ІІ. Актуалізація опорних знань
1)Перевірка домашнього завдання (Додаток 1)
2) Рефлексія-гра «Детектор брехні»
ІІІ. Вивчення нового матеріалу
1. Вплив радіоактивного випромінювання на речовини
За допомогою штучної радіоактивності в останні роки проведено велику роботу з синтезу трансуранових елементів, тобто елементів з порядковим номером, більшим за порядковий номер Урану (Z = 92). На сьогодні одержано 15 трансуранових елементів, кожен з яких має кілька ізотопів.
Радіоактивні ізотопи різних хімічних елементів, одержаних штучно, широко застосовуються в різноманітних галузях народного господарства. Про використання радіоактивних ізотопів лише в одній якійсь галузі, наприклад харчовій промисловості чи медицині, написані великі книги.
Але є інша сторона медалі!
Радіоактивне випромінювання містить у собі гама- та рентгенівське випромінювання, електрони, протони, α-частинки, іони важких елементів. Його називають також іонізуючим випромінюванням, оскільки, проходячи крізь живу тканину, воно викликає іонізацію атомів.
Навіть слабке випромінювання радіоактивних речовин дуже сильно впливає на всі живі організми, порушуючи життєдіяльність клітин. За великої інтенсивності випромінювання живі організми гинуть. Небезпека випромінювання збільшується тим, що воно не викликає ніяких болючих відчуттів навіть у разі отримання смертельних доз.
Механізм уражаючої біологічні об'єкти дії ще недостатньо вивчений. Але зрозуміло, що вона зводиться до іонізації атомів і молекул, і це призводить до зміни їхньої хімічної активності. Найбільш чутливими до випромінювань є ядра клітин, особливо клітин, які швидко діляться. Тому в першу чергу випромінювання вражає кістковий мозок, у результаті чого порушується процес утворення крові. Далі настає ураження клітин травного тракту й інших органів.
Радіація – один, із нажаль, уже звичних факторів довкілля, невід’ємна складова нашого буття. За майже 28 років після аварії на ЧАЕС проблема радіаційної безпеки не втратила своєї актуальності. Оскільки людина не має рецепторів, що сприймають радіаційне випромінювання, то за відсутності елементарних знань про радіаційний ризик вона може завдати непоправної шкоди своєму здоров’ю, а також життю.
На графіку, побудованому на підставі результатів обстеження опромінених людей, показаний орієнтований час виникнення злоякісних пухлин із моменту випромінювання. З графіка випливає, що перш за все після дворічного прихованого періоду розвивається лейкоз, сягаючи максимальної частоти через 6-7 років; потім частота плавно зменшується, через 25 років стає практично рівною нулю. Значні пухлини починають розвиватися через 10 років після опромінення, але дослідники не мають достатньо інформації, щоб побудувати всю криву.
Дії радіаційного випромінювання
2. Дозиметр та його будова
Для оцінення міри радіоактивного забруднення користуються спеціальними приладами.
Дозиметр — прилад для вимірювання дози та потужності дози йонізуючого випромінювання, отриманого приладом (і тим, хто ним користується) за деякий проміжок часу, наприклад за період перебування на деякій території або протягом робочої зміни.
Радіометр — прилад для вимірювання активності радіонукліда у джерелі випромінювання або в зразку (в об'ємі рідини, газу, аерозолю, на забруднених поверхнях).
Основною складовою дозиметра (і радіометра) є детектор — пристрій, що слугує для реєстрації йонізуючого випромінювання. У разі потрапляння йонізуючого випромінювання на детектор виникають електричні сигнали (імпульси струму або напруги), які зчитуються вимірювальним пристроєм. Дані про дозу випромінювання реєструються вихідним пристроєм (електромеханічним лічильником, звуковим або світловим сигналізатором тощо). Зазвичай побутові дозиметри працюють й у режимі радіометра. Типову блок-схему дозиметра (радіометра) наведено нижче.
Маса побутових дозиметрів — від кількох десятків грамів до 400 г, а розмір дозволяє покласти їх до кишені. Деякі сучасні моделі можна носити на зап'ястку, як годинник. Час безперервної роботи від однієї батареї — від кількох діб до кількох місяців.
Діапазон вимірювання побутових дозиметрів, як правило, становить 0,1-99,99мкЗв/год
Будову сучасного дозиметра розглянемо на прикладі побутового дозиметра-радіометра МКС-05 ТЕРРА-П.
Прилад призначено для вимірювання еквівалентної дози та потужності еквівалентної дози γ-випромінювання, а також для оцінки поверхневого забруднення β-радіонуклідами.
Отже, даний прилад містить детектор реєстрації елементарних частинок. Вам домашнє завдання було заповнити таблицю. То давайте згадаємо на чому ґрунтується принцип дії лічильника Гейгера-Мюллера, камери Вільсона та бульбашкової камери. (Додаток 3).
Прилад містить детектор γ- і β-випромінювань (лічильник Ґейґера - Мюллера), друковану плату з електронними компонентами та елементи живлення.
Корпус приладу складається з верхньої (1) та нижньої (2) кришок. На верхній кришці розташовано панель індикації (3), дві клавіші управління роботою дозиметра (4), гучномовець (5). На нижній кришці приладу розміщено відсік для елементів живлення, а також вікно з позначкою «+» для реєстрації поверхневої забрудненості γ-радіонуклідами. Там же подано інформаційну таблицю.
3. Захист організму від радіоактивного випромінювання
Під час роботи з будь-яким джерелом радіації необхідно вживати заходів для радіаційного захисту.
Найпростіший метод захисту — це ізоляція персоналу від джерела випромінювання на досить велику відстань. Ампули з радіоактивними препаратами не слід брати руками. Треба користуватися спеціальними щипцями з довгою ручкою.
Для захисту від випромінювання використовують перешкоди з поглинаючих матеріалів. Наприклад, захистом від β-випромінювання може бути шар алюмінію товщиною у кілька міліметрів. Найбільш складним є захист від γ -випромінювання і нейтронів через їх велику проникну здатність. Кращим поглиначем γ-променів є свинець. Повільні нейтрони добре поглинаються бором і кадмієм. Швидкі нейтрони попередньо уповільнюються за допомогою графіту.
Рівень радіації у 30-кілометровій зоні навколо аварійної атомної станції «Фукусіма-1» в Японії високий і становить 150 мікрозівертів на годин
Розглянемо і повторимо комплекс вправ, які знижують схильність нашого організму піддаватися радіаційному впливу!
IV. Закріплення матеріалу
Задача 1
Даним дозиметром вимірюється потужність певної дози випромінювання. З’ясувати що це за доза випромінювання. Визначити, чи безпечна дана зона, чи ні, якщо найнижча потужність дози, за якої можливе виникнення ракових захворювань – 50мЗв/рік.
Задача 2
Після Чорнобильської аварії окремі ділянки електростанції мали радіоактивне забруднення з потужністю поглиненої дози 7,5 Гр/год. За який час перебування у не-безпечній зоні людина могла одержати на цих ділянках смертельну експозиційну до-зу в 5 Зв? Вважайте, що коефіцієнт якості радіаційного випромінювання дорівнює 1.
Завдання 3 (практична міні-самостійна на листочках)
Пропоную оцінити учням індивідуальну річну дозу опромінення, виходячи з даних, наведених у таблиці. Отримані результати учні можуть порівняти з найімовірнішими ефектами для різних доз опромінення. Також можна оцінити ступінь небезпеки, яку вносить у життя радіація. (Додаток 1)
V. Оголошення оцінок і домашнього завдання
Вивчити теорію за конспектом
Додаток 1
Джерело іонізуючого випромінювання |
Річна доза |
|
|
ВИПРОМІНЮВАННЯ ЗЕМЛІ |
У зоні вапняків - 0,3 мЗв |
ВАШЕ ЖИТЛО |
З дерева - 0,01 мЗв |
|
Природничі радіоізотопи, що містяться в продуктах (мінерали, м'ясо, овочі, риба і т.п.) - 0,02 мЗв |
|
|
|
При середній тривалості перегляду телевізора 1 годину в день, додайте - 0,05 мЗв |
|
Тиждень відпустки в горах на висоті 2000 м - 1 мЗв |
|
Рентгенографія легенів - 1 мЗв |
|
|
Додаток 2
10000 мЗв (10 зіверт) |
При короткочасному опроміненні заподіяли б негайну хвороба і подальшу смерть протягом декількох тижнів |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Додаток 3
1. Лічильник Гейгера-Мюллера. Це металева чи скляна труба, вкрита з середини металом, яку заповнюють аргоном для зниження тиску. У центрі трубки натягнуто металеву нитку. Між трубкою і ниткою прикладають напругу в декілька сотень вольтів. Послідовно з трубкою вмикають опір навантаження R. Коли в трубку влітає уламок ядра, він на своєму шляху іонізує газ і в трубці створює газовий розряд, внаслідок чого на опорі навантаження виникають короткочасні імпульси напруги, які реєструються приладами.
Лічильники Гейгера-Мюллера використовують переважно для реєстрації електронів, а також фотонів великих енергійg - квантів.
2. Камера Вільсона - це прозора циліндрична камера, заповнена насиченою парою води і спирту. Спочатку тиск в камері трохи підвищують, а потім різко знижують, від чого пара стає перенасиченою. Якщо в цю хвилину в камеру влітає заряджений уламок ядра, то за ним можна спостерігати видимий слід - трек. Якщо камеру Вільсона помістити в сильне магнітне поле, то трек буде вигнутим. За кривизною треку визначають відношення заряду до маси цього уламка (q/m). Ця величину строго визначено для кожного уламка, що дозволяє розпізнати його.
3. Бульбашкова камера або камера Гледзера. Це прозора камера, заповнена зрідженим газом під тиском. У разі різкого зниження тиску зріджений газ переходить в стан перегрітий. Якщо в цей час у камеру влітає уламок, то за ним утворюється шлейф бульбашок пари - трек. Бульбашкову камеру, як і камеру Вільсона, можна помістити в магнітне поле.
Основна перевага бульбашкової камери полягає у великій гальмівній здатності робочої рідини (бензолу, фреону, пропану, тощо), що дозволяє отримувати треки дуже швидких частинок.
Використана література