Статья на тему: "Математика, как спасательный круг..."

Как математика помогает делать нашу жизнь безопасной

Математика с греческого – знание, учение, наука. Проникновение математических методов во многие сферы практической деятельности, прогресс вычислительной техники привели к появлению новых математических дисциплин, например, исследование операций,  математическая статистика, кибернетика и другие. Абстрактность и общность  понятий позволяет один и тот же математический аппарат применять в различных науках. Так возникла физика с ее теорией относительности, квантовой механикой, статистической физикой и теорией поля. Плоды любой науки могут быть как величайшим благом, так и величайшим злом. Все зависит от того, в чьи руки попадут знания. Ярким примером, являются успехи в атомной и ядерной физике. В этом случае благом является, так называемый, «мирный атом». Величайшее зло – это атомное и ядерное оружие массового уничтожения. Говоря об атомной бомбе, американский физик Роберт Оппенгеймер воскликнул: «Мы сделали работу за дьявола».

Человек рождается и живёт в условиях постоянных излучений. Возникает вопрос: что мы  знаем о среде, в которой  живем, особенно о механизмах, которые формируют и сохраняют среду?

Мои папа и дедушка много лет работают на Курской АЭС, которая находится в городе, названном в честь академика И.В. Курчатова, построившего первую в России АЭС в 1946 году.  В связи с этим я всегда беспокоилась о здоровье моей семьи. После аварий на некоторых АЭС, в частности,  в Пенсильвании (США, 1979 г.) и на Чернобыльской АЭС (1986 г.), главная проблема состоит в обеспечении полной радиационной безопасности.

Было выявлено, что в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС загрязнено 4,5% территории Курской области (1324 кв. км) радиоактивным йодом. МАГАТЭ охарактеризовало это событие как «величайшую ядерную катастрофу в истории человечества»[1]. Однако йод распался в течение первых трех месяцев. Установлено, что максимальная СГЭД не превышает 0,20 мЗв/год. Результаты исследования проб продукции не выходили за рамки гигиенических нормативов. Так же радиационный контроль проводился и за продукцией, поступающей из зон радиоактивного загрязнения Украины, Белоруссии.

Опыт анализа результатов аварийного реагирования на Чернобыльской АЭС, был использован в работе Курской АЭС, главная задача которой - обеспечить растущее индустриальное производство большим количеством энергии. На сегодняшний день АЭС считается наиболее экологически безопасным производством энергии. Это было бы невозможно без работы отдела ядерной безопасности и надежности (ОЯБиН), в котором «специалисты – математики, программисты, инженеры создают системы, контролирующие работу ядерных реакторов, поддерживающих их в стабильном состоянии, благодаря математическим алгоритмам и формулам»[2].

До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива/ Практика показывает, что «за год работы на Курской АЭС в расчёте на 1 МВт электрической мощности образуется от 0,5 до 1,5 м³ среднеактивных жидких отходов, которые перерабатываются с использованием методов дистилляции и ионного обмена»[3].

«Наука не является, и никогда не будет являться законченной книгой. Каждый важный успех приносит новые вопросы. Всякое развитие обнаруживает со временем все новые и более глубокие трудности», - утверждал Альберт Эйнштейн. Примерно сто лет назад Эйнштейн математически обосновал физическую формулу . На сегодняшний день она известна как формула энергия связи ядра. Именно она легла в основу работы АЭС.

В 1896 году сразу после открытия В.К. Рентгеном X-лучей  физик Анри Беккерель в процессе проверки гипотезы о флуоресцентной природе рентгеновского излучения обнаружил, что ураново-калиевая соль самопроизвольно испускает жесткое излучение. Позже ученый установил, что данное явление связано с присутствием урана, который стал первым радиоактивным химическим элементом. Вскоре в исследование нового явления включились другие ученые: Пьер Кюри, и Мария Кюри, получившая в Сорбонне диплом математика. Она выяснила, что нестабильное ядро самопроизвольно превращается в другие ядра с испусканием частиц и назвала это свойство радиоактивностью.

«Период полураспада — время, за которое первоначальное количество радиоактивных ядер уменьшается в два раза:

В формуле мы использовали среднее время жизни радиоактивного атома

Где T _1/2   — период полураспада; — среднее время жизни радиоактивного атома; — постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени»[4].

Период полураспада - одна из важнейших характеристик радионуклеида.

Учёные-математики вывели формулу , с помощью которой был определен наиболее безопасный уровень поглощения дозы излучения: до 20 микрорентген в час.  Для раскрытия самых общих законов природы учёным помогают математические расчёты, законы физики и знание химии. Поясним на примере.

Массовое число ядра атома данного химического элемента с точностью до целых чисел равно числу атомных единиц массы, содержащихся в массе этого ядра. Одна атомная единица массы (сокращённо 1 а. е. м.) равна 1/12 части массы атома углерода. «Закон сохранения массового числа (закон сохранения массы): сумма верхних индексов частиц, вступивших в реакцию, равна сумме верхних индексов частиц, полученных в результате реакции. Зарядовое число ядра атома данного химического элемента равно числу элементарных электрических зарядов, содержащихся в заряде этого ядра. Закон сохранения зарядового числа (закон сохранения заряда): сумма нижних индексов частиц, вступивших в ядерную реакцию, равна сумме нижних индексов частиц, полученных в результате реакции. Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная»[3]. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС,  не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что «0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля»[4].

До Чернобыльской катастрофы не  только в мире, но и в России никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. В настоящее время практически в любой отрасли промышленности и науки используются радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений. В связи с этим вопросы радиационной защиты населения и предотвращения чрезвычайных ситуаций на РОО играют важную роль для сохранения хозяйственных объектов, жизни и здоровья населения страны.

Существуют также различные альтернативные источники энергии: «энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников которые можно использовать следующим образом:  солнце как источник тепловой энергии; солнце как источник электрической энергии; использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу; ветер как источник энергии»[1].

По мнению ряда отечественных и зарубежных ученых (Н.Н. Моисеев, И.Д. Зверев, Н.А.Рыков, Г.А.Ягодин, С.О.Шмидт и др.) вопрос о выживании человечества во многом зависит от уровня образованности и экологической культуры граждан. В Госстандарте общего образования (2004 г.) среди основных направлений работы школы сказано, что «воспитание эмоционально – ценностного, позитивного отношения к себе и к окружающему миру» имеет большое значение  [5].

Для повышения уровня экологической культуры младших школьников в 4 «А»   классе мной было проведено внеклассное занятие на тему: «Сбережём наш общий дом».

И.Д. Зверев, Б.Г. Йоганзен, В.М. Минаева, Н.Н. Моисеев считают, что «экологический кризис на планете, в конце концов, «победит» не деятельность специалистов по охране окружающей среды, а специальная система экологического образования»[6].

Сейчас гуманитарные науки не могут обойтись без математического аппарата и дедуктивных рассуждений. Создание математических моделей реальных ситуаций позволяет получить компактную и легко обозримую картину известных нам свойств изучаемых понятий, дающую возможность исчерпывающе их анализировать и даже предсказывать результаты будущих наблюдений, а ведь именно оправдывающиеся впоследствии предсказания определяют  ценность каждой науки. Так математика даёт учёным формулы для ведения расчётов, помогает создавать приборы, учитывать ошибки, предвидеть возникновение проблем, а, значит,  делает нашу жизнь безопаснее.

Список литературы

1. Горелов А.А. Экология: Учеб. пособие. — М.: Центр, 1998.

2. Дугинова, А. Особая задача/А. Дугинова// За мирный атом.-2014.-№17.-с.2.

3. Фролова, Т.Н. Электроэнергетический дивизион РосАтома [Электронный ресурс] Т.Н. Фролова// Режим доступа: www.rosenergoatom.ru.

4. Мотылев, А. Уран: факты и фактики/ А. Мотылев// Химия и жизнь.-2014.-№8.-с.5-7.

5. Государственный стандарт начального общего образования по окружающему миру // Вестник образования России, № 6, 2004, с.- 51.

6. Маленкова Л.И. Теория и методика воспитания. Учебник. – М.: Педагогическое общество России, 2004.- 480 с.

Скачано с www.znanio.ru