Радиоактивность и её биологическое действие

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Городской округ Сухой Лог

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 7»

Радиоактивность и её биологическое действие

реферат

                                                                               Исполнитель:

Суслов Владимир

Сергеевич

                                                                  учащийся 11-А класса

                                                                  МОУ «СОШ 7»

Руководитель:

                                                              учитель физики

                                                                1 кв. категории

2008 год

Оглавление

                                                                                  Стр.                                                   

             Введение                                                                                                    

   Глава 1. Радиоактивность                                                  

   1.1. Что такое радиоактивность                                                                 5

   1.2. История открытия радиоактивности                                                  6

  1.3. Опыт Резерфорда                                                                                 7

             1.4. Виды радиоактивных излучений                                                        8

             1.4.1.  - Излучение                                                                                     8

             1.4.2. β– излучение                                                                                      9

             1.4.3.  - излучение                                                                                       9

   1.5. Прибор, определяющий уровень излучения                                      9

           Глава 2 .Биологическое действие радиоактивности                               10         

  2.1. Действие радиоактивного излучения на организм человека          10

   2.1.1. Негативное действие                                                                        10

   2.1.2. Позитивное действие                                                                        13

   2.2.Поглощенная доза излучения                                                              14

             2.3. Другие единицы измерения дозы излучения                                   15

            2.4. Защита организмов от излучения                                                       16

             Заключение                                                                                                  18

  Список литературы                                                                                    21

             Приложения                                                                                                 22

Введение

В современном мире существует много насущных проблем. Это и социальные, экономические, политические и т.д., но, пожалуй, каждого человека  на нашей планете Земля касаются проблемы экологического характера. И одна из них связана с таким физическим явлением как радиоактивность, в этой проблеме две стороны: с одной радиоактивное излучение невидимо, и никак невозможно ощутить его проникновение, но с другой стороны мы можем наблюдать страшные последствия радиоактивного излучения. Ведь радиация - один из многих естественных факторов окружающей среды, радиоактивность – неотъемлемый элемент нашего бытия, который в условиях научно-технического прогресса, эксплуатации различных ядерных установок (АЭС) приобрёл важное значение в проблеме безопасности жизни здоровья людей.

              Поэтому, я считаю, что знания о данном явлении природы актуальны не только в наши дни, но и в будущем, так как наличие радиации, её использование человеком - есть неотъемлемый фактор нашего бытия. Ознакомившись по данному вопросу с различными источниками информации, я понял, что эта тема мне интересна и принял решение написать реферат по теме «Радиоактивность и её биологическое действие».

              Цель моей работы:

              Изучить физическое явление - радиоактивность и определить действия радиоактивного излучения на организм человека.

              Задачи:

-расширить знания о радиоактивности;

-познакомиться с историей открытия;

-установить и оценить действия радиоактивности на организм человека;

-выяснить какие существуют  способы защиты от радиоактивного        излучения. 

-используя информационные технологии: программу Microsoft Power Point подготовить презентацию для защиты реферата.

Глава 1. Радиоактивность

1.1.         Что такое радиоактивность?

         Радиоактивность (от лат. radio — испускаю лучи и activus — действенный).

         Явление излучения атомами невидимых проникающих излучений назвали радиоактивностью.

         В результате радиоактивного распада, как впервые доказали в 1902 году английские ученые Эрнест Резерфорд (1871-1937) и Фредерик Содди (1877-1956), происходит превращение атомов одного химического элемента в атомы другого химического элемента. Например, атом урана в результате радиоактивного распада превращается в два атома – атом тория и атом гелия. Открытие радиоактивного распада доказывало сложность внутренней структуры атомов, опровергало представление о неизменности, неразрушимости атомов. 

         Радиоактивность является своеобразной меткой, с помощью которой можно проследить за поведением элемента при различных химических реакциях и физических превращениях веществ.

Условное обозначение радиоактивности представлено в Приложении № 1.

1.2. История открытия радиоактивности

              Анри Беккерель в своей лаборатории прикладной физики открыл радиоактивность – 1 Марта 1896 года.

              Открытие радиоактивности – явления, доказывающего

сложный состав атомного ядра, произошло благодаря счастливой случайности. Беккерель долгое время исследовал родственное явление – свечение веществ, предварительно облучённых солнечным светом.

К таким веществам принадлежат, в частности, соли урана, с которыми экспериментировал Беккерель.

              И вот у него возник вопрос: не появляются ли после облучения солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи? Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий свет. После проявления пластинка почернела в тех местах, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое подобно рентгеновскому пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку. Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1896 года провести очередной опыт ему не удалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на неё сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких- либо внешних влияний создают какое-то излучение. Вскоре Беккерель обнаружил, что излучение солей урана ионизирует воздух. Естественно было попытаться обнаружить, не обладают ли способностью к самопроизвольному излучению другие химические элементы кроме урана. Мария Складовская-Кюри во Франции и другие ученые обнаружили излучение тория.

         В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской – Кюри и ее мужем Пьером Кюри (Приложение 2). Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый, неизвестный ранее химический элемент – полоний; названный так в честь родины Марии Склодовской – Кюри – Польши.

         Наконец, был открыт еще один элемент, дающий очень интенсивное излучение. Он был назван радием (т.е. лучистым).   

         Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

1.3. Опыт Резерфорда

       После открытия радиоактивных элементов началось исследование                           физической природы их излучения. Кроме Беккереля и супругов Кюри, этим занялся Резерфорд.

        Классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем. Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходившие из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии, индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка размещалась в вакууме. (Приложение № 2).

         В отсутствии магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно, точно напротив канала. В магнитном поле пучок распадался на три пучка. Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны. Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклоняется магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный. Третья составляющая не отклонялась магнитным полем. Положительно заряженный компонент получил название альфа – лучей, отрицательно заряженный – бета – лучей и нейтральный – гамма – лучей.

1.4. Виды радиоактивных излучений

                            Существует три вида радиоактивных излучений:

- -излучение,

- β-излучение,

- -излучение.

         Эти три вида излучения очень сильно отличаются

друг от друга по проникающей способности, т.е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.

1.4.1. -излучение

         Альфа - распад (-распад), вид радиоактивного распада атомных ядер, когда испускается альфа-частица, заряд ядра уменьшается на 2 единицы, массовое число — на 4.

         Альфа - частица (-частица), ядро атома гелия, содержащее 2 протона и 2 нейтрона.       

         Наименьшей проникающей способностью обладают  - лучи. Слой бумаги толщиной 0,1 мм для них уже непрозрачен. Если прикрыть отверстие в свинцовой пластинке листочком бумаги, то на фотопластинке не обнаружатся пятна, соответствующего  - излучению.

1.4.2. β - излучение

         Бета- распад (β - распад), самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся вылетом электрона. При электронном бета-распаде заряд ядра увеличивается на 1, массовое число не меняется. При прохождении через вещество β – лучи поглощаются гораздо меньше. Алюминиевая пластинка полностью их задерживает только при толщине в несколько миллиметров.

1.4.3.-излучение

Гамма - излучение ( -излучение), коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны меньше чем 10-8 см, возникающее при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом. Гамма лучи обладают наибольшей проникающей способностью. Интенсивность поглощения  - лучей увеличивается с ростом атомного номера вещества – поглотителя. Но и слой свинца толщиной в 1 см не является для них непреодолимой преградой. При прохождении   - лучей через такой слой свинца их интенсивность убывает лишь вдвое.  

1.5. Прибор, определяющий уровень излучения радиации

Дозиметры, приборы, предназначенные для измерения дозы излучения или величин, связанных с ней.

Глава 2 .Биологическое действие радиоактивности

2.1. Действие радиоактивного излучения на организм человека

         Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы.

2.1.1. Негативное действие

         Даже слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,0010С, нарушает жизнедеятельность клеток.

         Живая клетка -  это сложный механизм, не способный продолжать нормальную деятельность даже при малых повреждениях отдельных его участков. Между тем даже слабые излучения способны нанести клеткам существенные повреждения и вызвать опасные заболевания (лучевая болезнь). Действие радиации на организм человека можно представить в виде таблицы.

                                                                                                             Таблица

                              Действие радиации на организм человека

         Опасность излучений усугубляется тем, что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при  смертельных дозах.

        Радиация в основном поражает крупные белковые молекулы и нарушает связанные с ним механизмы биосинтеза. Наиболее высокой радиочувствительностью (радиопоражаемостью) отличаются клетки костного мозга, лимфоидной ткани, половые клетки, эпителий желудочно-кишечного тракта.

         Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах. В большинстве случаев это влияние является неблагоприятным. Может влиять на генетические свойства организма. Если какая-то часть популяции живых организмов подвержена действию мутагенного фактора и увеличивается частота мутаций генов, то в популяции могут появляться особи с признаками патологии.

         Как известно, в хромосомном наборе наличествует пары гомологичных (сходных хромосом (46 = 2* 23))

         При образовании половых клеток в нормальном процессе у человека в каждую из гамет уходит по 23 хромосомы; при нарушении – хромосомы, какой- либо пары не расходятся, так что в одной из гамет оказывается 22, а в другом 24 хромосомы. Возникает организм, клетки которого содержат 47 или 45 хромосом. Одно из наиболее распространенных хромосомных заболеваний – синдром Дауна, характеризующийся неустойчивостью детей к инфекционным заболеваниям, пониженной жизнеспособностью (доживают в основном до 16 лет) и значительной умственной отсталостью.

         Воздействие радиации способствует мутации генов, нарушает нормальный процесс образования гамет и вызывает аномалию хромосомного набора, что ведет к увеличению мертворожденных и частоты появления врожденных пороков у детей, а так же к нарушению иммунитета их организма.

2.1.2. Позитивное действие

Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу. Быстроразмножающиеся клетки в злокачественных (раковых) опухолях более чувствительны к облучению, чем нормальные. На этом основано подавление раковой опухоли  -лучами

радиоактивных препаратов, которые для этой цели более эффективны, чем рентгеновские лучи.

Радиоактивность в биологии и медицине

         Метод «меченых атомов» стал одним из наиболее действенных методов при решении многочисленных проблем биологии, физиологии, медицины и т.д. Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно малое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми.

         Радиоактивные изотопы используются в медицине как для постановки диагноза, так и для терапевтических целей.

         Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для интенсивного кровообращения.

         Интенсивное  - излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).

Радиоактивность в промышленности

         Не менее обширны применения радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров этого служит следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания.

         Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах доменных печах и т. д. Мощное  - излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

              Примером использования радиоактивности в атомной энергетике в Свердловской области является Белоярская АЭС. (Приложение № 4).

Радиоактивность в сельском хозяйстве

         Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в  сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами  - лучей  от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности.

Радиоактивность в археологии

         Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода.

         После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывают за счет радиоактивности. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических останках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50 000  даже до 100 000 лет. Таким методом, узнают возраст египетских мумий, останков доисторических костров и т. д.

2.2. Поглощенная доза излучения

         Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения. Поглощенной дозой излучения называется отношение поглощенной энергии E ионизирующего излучения к массе m облучаемого вещества.

              Поглощенную дозу излучения D можно вычислить по формуле:

D = E/m,

Где E – энергия ионизирующего излучения,

       m – масса тела

         В СИ поглощенную дозу излучения выражают в грэях (Гр.) 1 Гр. равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1  кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.

Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около 2 * 10-3 Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр. Доза излучения в 3 – 10 Гр, получения за короткое время, смертельна.

2.3. Другие единицы измерения дозы излучения

         Для оценки действия на организм разных радиоактивных веществ важно знание такой величины, как активность радиоактивного вещества. Активность определяется отношением распадающихся атомов в единицу времени, т.е. ее можно вычислить по формуле:

A = N/t,

где A – активность,

       N – число распадающихся атомов,

       t – время.

         В СИ активность измеряется в Беккерелях: 1 Бк = 1распад / 1с;

1 Бк = 2,7 * 10-11 Ки или 1 Ки  = 3,7 *1010 Бк.

         Таким образом, при радиоактивности вещества, равной 1 Ки, в нем за 1с происходит 3,7 * 1010 распадов ядер атомов. (Единица активности «Кюри » определяется как активность 1г радия, находящегося в равновесии, а продуктами его распада; согласно закону радиоактивного распада число распадающихся за 1с ядер в 1г радия равно 3,7 * 1010).

         Под действием радиации воздух ионизируется; степень его ионизации под действием излучения характеризуется экспозиционной дозой D. Эту величину можно выразить  следующей формулой:

D = Σq/m,

где Σq – суммарный заряд всех ионов одного знака, образованных в воздухе массой m.

Экспозиционная доза измеряется в рентгенах: 1р=2,58 * 10-4 Кл/кг это такая доза , когда в 1 см3 воздуха образуется столько ионов, что их суммарных зарядов равен 1 ед. Заряда СГСЕ или 3,34 * 10-10 Кл; Рентген, внесистемная единица экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений, определяемая по ионизующему действию их на воздух; назван в честь В. Рентгена; обозначается Р. Дозе в 1 Р соответствует образование 2,083·109 пар ионов в 1 см3 воздуха или 1,61·1012 пар в 1 г воздуха. 1Р = 2,57976·10-4 Кл/кг.

Зиверт, единица эквивалентной дозы излучения в СИ, обозначается Зв. Название в честь известного ученого Г.Р. Зиверта.

1 Зв = 100 бэр. 

Бэр, внесистемная единица эквивалентной дозы излучения. 1 бэр = 0,01Дж/кг. Единица бэр определялась как биологический эквивалент рентгена.

Средняя доза облучения, накапливаемая человеком за 1 год, составляет 400 мбэр, из них 100 мбэр «обеспечивает» естественный фон;

30 бэр дает местное облучение при рентгеноскопии желудка в современной поликлинике;

3 бэр – доза, получаемая пациентом при рентгенографии зубов;

370 мбэр – при флюорографии;

При ежедневном 3-х часовом просмотре телепередач человек получает 0,5 мбэр.  

2.4. Защита организмов от излучения

         Так как сейчас мы поглощаем большое количество радиоактивности – это через воду, пищу, воздух и поверхностью тела необходимо соблюдать меры предосторожности, естественно мы не сможем очистить весь воздух, но можем употреблять кипяченую воду, Очищать овощи и фрукты, хотя в их кожуре содержатся много витаминов. Также ходить в баню. Ведь там именно выводятся все радиоактивные вещества. Не зря финны так любят баню – это блаженный горячий бальзам для наших расшатанных нервов, сердечно-сосудистой, дыхательной, иммунной систем и даже лучшее снотворное при бессоннице.

При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.

         Самый простой метод защиты – это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние. Даже без учета поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками. Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.

         В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, используют для защиты от излучения преграды из поглощающих материалов.

         Наиболее сложна защита от   - лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности. Лучшим поглотителем   - лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощается бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляется с помощью графита.

         После аварии на Чернобыльской АЭС Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) по предложению нашей страны приняты рекомендации по дополнительным мерам безопасности энергетических реакторов. Эти дополнительные меры приведут к некоторому повышению расходов на получение одного киловатт – часа электроэнергии. Установлены более строгие регламенты работ персонала АЭС.

         Авария на Чернобыльской АЭС показала огромную опасность радиоактивных излучений. Все люди должны иметь представление об этой опасности и мерах защиты от нее.