Презентация по физике 9 класс "Биологическое действие радиации. Закон радиоактивного распада"

Физика
9 класс

Биологическое
действие радиации.

Закон
радиоактивного
распада.

В своей жизни и деятельности человек сталкивается с различными видами излучения.
Это и поток фотонов (γ квантов), летящий от Солнца на Землю, потоки космических лучей (различные частицы и ядра), различные природные радиоактивные минералы.
Человек использует радиоактивные вещества не только в атомной энергетике, но и в медицинской диагностике и лечении, материаловедении и многое другое.

Каждое излучение обладает своей проникающей способностью, т.е. способностью пройти сквозь вещество. Чем большей плотностью обладает вещество, тем меньше оно пропускает излучение.

Лист бумаги

Алюминий (2 – 3 мм)

Бетон (1 м)

α - излучение обладает низкой проникающей способностью. Оно задерживается листом бумаги, одеждой, кожей человека. Но попав внутрь организма, представляет большую опасность.

β - излучение имеет большую проникающую способностью. Оно способно проникать в ткани организма. Слой алюминия в несколько миллиметров задерживает β – излучение.

γ-излучение обладает еще большей проникающей способностью.
Оно задерживается толстым слоем свинца или бетона.

Сравнение проникающей способности α, β, γ – излучений.

Радиоактивные излучения при определенных усло­виях могут представлять опасность для здоровья живых организмов.
В чем причина негативного воздействия радиации на живые существа?

Дело в том, что α, β и γ-частицы, проходя через вещество, ионизируют его, выбивая электроны из молекул и атомов.

Ионизация живой ткани нарушает жизнедеятельность клеток, из которых эта ткань состоит, что отрицательно сказывается на здоровье всего организма.

Радиоактивные излучения

Степень и характер отрицательного воздействия радиации зави­сят от нескольких факторов, в частности, от того, какая энергия пе­редана потоком ионизирующих частиц данному телу и какова масса этого тела.

Энергия, переданая потоком ионизирующих частиц данному телу

Более серьезные нарушения в организме

Чем больше энергии получает человек от действующего на него потока частиц и чем меньше при этом масса человека (т. е. чем большая энергия приходится на каждую единицу массы), тем к более серьезным нарушениям в его организме это приведет.

В СИ единицей поглощенной дозы излучения является грэй (Гр).

Из формулы D = Е/m следует 1 Гр = 1Дж/1 кг

Это означает, что поглощенная доза излучения будет равна 1 Гр, если веществу массой 1 кг передается энергия излучения в 1 Дж.

В определенных случаях (например, при облучении мягких тканей живых существ рентгеновским или γ-излучением) поглощенную дозу можно измерять в рентгенах (Р):

Энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом
(в частности, тканями организма) и рассчитанная на единицу массы, называется поглощенной дозой излучения (D).

Поглощенная доза излучения D равна отношению поглощенной телом энергии Е к его массе т:

D = Е/m

Единица масы

D

1 Гр соответствует приблизи­тельно 100 Р

Известно, что чем больше поглощенная доза излучения, тем больший вред (при прочих равных условиях) может нанести организму это излучение.

Для достоверной оценки тяжести последствий, к которым может привести действие ионизирующих излучений, необходимо учитывать также, что при одинаковой поглощенной дозе разные виды излучений вызывают разные по величине биологические эффекты.

При одной и той же поглощенной дозе биологический эффект:

α-излучения в 20 раз больше.

Быстрые нейтроны в 10 раз больше.

β-излучения как от
γ-излучения.

Биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, принято оценивать по сравнению с эффектом от рентгеновского или от γ-излучения.

При прочих равных условиях

Больший
вред

В связи с этим принято говорить, что коэффициент качества (К)
α - излучения равен 20, быстрых нейтронов - 10, коэффициент качества γ-излучения (так же, как рентгеновского и β - излучения) считается равным 1.

Коэффициент качества К показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия γ-излу­чения (при одинаковых поглощенных дозах).

При одной и той же поглощенной дозе биологический эффект:

α-излучения в 20 раз больше.

Быстрые нейтроны в 10 раз больше.

β-излучения как от
γ-излучения.

При одной и той же поглощенной дозе разные излучения вызывают различные биологические эффекты.
Для оцен­ки этих эффектов была введена величина, называемая эквивалентной дозой (H).

Радиоактивные излучения

Одна и та же
поглощенная доза излучения.

излучения вызывают различные биологические эффекты.

Эквивалентная доза Н определяется как произведение погло­щенной дозы D на коэффициент качества К:

Эквивалентная доза может измеряться в тех же единицах, что и поглощенная, однако для ее измерения существуют и специальные единицы. В Международной системе единиц (СИ) единицей эквивалентной дозы служит зиверт (Зв). Применяются также дольные единицы, такие как миллизиверт (мЗв), микрозиверт (мкЗв) и др.

Из формулы H = D · K понятно, что для рентгеновского, γ- и β-излучений (для которых К = 1) 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Гр., а для всех остальных видов излучения - дозе в 1 Гр умноженной на соответствующий данному излучению коэффициент качества.

H = D · K

Каждый орган и ткань имеют определенный коэффициент радиационного риска.

Для легких К = 0,12, а для щитовидной железы К = 0,03.

Радиоактивные излучения

Одна и та же
поглощенная доза излучения.

излучения вызывают различные биологические эффекты.

Поглощенная и эквивалентная дозы зависят от време­ни облучения (т.е. от времени взаимодействия излучения со средой). При прочих равных условиях эти дозы тем больше, чем больше время облучения, т.е. дозы накапливаются со временем.

Радиоактивные излучения

Прочие равные условия

Поглощенная и эквивалентная дозы зависят от време­ни облучения.

Для измерения мощности радиоактивного излучения есть специальные приборы - дозиметры. Как правило, в них используются счётчики Гейгера-Мюллера и процессоры, автоматически пересчитывающие результаты в усреднённые по времени эквивалентные дозы для конкретного вида излучения.

Дозиметр, измеряющий мощность γ-излучения в микрозивертах в час (мкЗв/ч). На табло видно значение 18,15 мкЗв/ч.

Энергия излучения является одним из факторов, опреде­ляющих степень отрицательного воздействия излучения на человека. Поэтому важно найти количественную зависимость (т. е. форму­лу), по которой можно было бы рассчитать, сколько радиоактивных атомов остается в веществе к любому заданному моменту времени.

Для вывода этой зависимости необходимо знать, что скорость уменьшения количества радиоактивных ядер у разных веществ различна и зависит от физической величины, называемой периодом полураспада.

Закон радиоактивного распада

Период полураспада (Т) - это промежуток времени, в течение которого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

Степень отрицательного воздействия излучения на человека.

Определяет

Т

2Т

4Т

N0/2

N0/4

N0/8

N0

t

N

Выведем зависимость числа N радиоактивных атомов от времени t и периода полураспада Т. Время будем отсчитывать от момента начала наблюдения t0 = 0, когда число радиоактивных атомов в источнике излучения было равно N0.

Через промежуток времени t 1 = T их, согласно определению периода полураспада T , останется в 2 раза меньше N1 = N0 / 2.

Через промежуток времени t2 = 2T количество радиоактивных атомов снова уменьшится в 2 раза и будет равно N2 = N1 / 2 = = N0 / 4 = N / 22;

Через промежуток времени t3 = 3T количество радиоактивных атомов снова уменьшится в 2 раза и будет равно N3 = N2 / 2 = = N0 / 8 = N / 23;

Через промежуток времени t4 = 4T количество радиоактивных атомов снова уменьшится в 2 раза и будет равно N4= N3 / 2 = N0 / 16 = N / 24 и т.д

Можно вывести общую закономерность
N = N0 / 2n, где n = t /T.

N = N0 / 2 t / T

0

Из последней формулы следует, что чем больше Т, тем меньше 2t/Т, и тем больше N (при заданных значениях N0 и t).

Чем боль­ше период полураспада элемента, тем дольше он «живет» и излуча­ет, представляя опасность для живых организмов.

N = N0 / 2 n = N0 / 2 t / T

Формула


называется законом радиоактивного распада.

В этом со всей на­глядностью убеждают представленные на рисунке 176 графики зависимости N от t, построенные для изотопов йода (131J, Tj = 8 сут.) и селена (75Se, TSe = 120 сут.).