Номер 9, страница 359 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Лабораторные работы - номер 9, страница 359.

Условие.

Лабораторная работа № 9

Измерение естественного радиационного фона дозиметром

Цель работы: научиться пользоваться бытовым дозиметром для измерения мощности дозы радиоактивного фона.

Оборудование: дозиметр «Сосна» (рис. 203).

Дополнительные сведения

Повторите материал, изложенный в § 58 и 59.

Приходящие на нашу планету космические лучи, радионуклиды, имеющиеся в земле, в окружающем воздухе и в находящихся на поверхности предметах (в том числе и в живых организмах), являются источниками естественного радиационного излучения, способного ионизировать вещество. Интенсивность этого излучения (естественного радиационного фона) различна в разных местах и зависит от многих факторов. Например, естественный фон в закрытом подвале дома из-за наличия в нём радона (инертного радиоактивного газа, атомы которого значительно тяжелее молекул воздуха) обычно в несколько раз превышает естественный фон на улице вблизи этого дома.

Порядок выполнения

1. Положите дозиметр на стол и включите его.

2. Нажмите кнопку «Пуск». В процессе измерения на экране будут мерцать точки. Через 40 с измерение будет закончено, и на экране высветится значение мощности дозы излучения (в мкР/ч).

3. Переведите показания дозиметра в единицы СИ. Вычислите поглощённую вами энергию излучения: а) за время одного урока; б) за год, если бы вы весь год провели в классе.

4. Сравните результат, полученный в пункте 3, с предельно допустимой дозой поглощённого за год излучения для человека, не работающего с источниками радиоактивного излучения.

Вопросы

1. Почему радиоактивное излучение может представлять опасность для живых организмов?

2. Что представляет собой счётчик Гейгера?

Рис. 203

Решение.

1. Почему радиоактивное излучение может представлять опасность для живых организмов?

Радиоактивное излучение представляет опасность, поскольку оно является ионизирующим. Это означает, что его частицы или кванты обладают достаточной энергией, чтобы при прохождении через вещество выбивать электроны из атомов и молекул, превращая их в ионы. Для живых организмов, клетки которых состоят из сложных органических молекул и большого количества воды, этот процесс имеет разрушительные последствия.

Основной механизм вредного воздействия заключается в следующем. Во-первых, происходит ионизация молекул воды ($H_2O$), что приводит к образованию химически агрессивных свободных радикалов. Во-вторых, эти радикалы, а также само излучение, напрямую повреждают жизненно важные макромолекулы клетки, такие как белки, липиды и, что самое критичное, молекулы ДНК.

Повреждение ДНК может привести к трём основным исходам. Первый исход – гибель клетки. Если повреждения слишком серьёзны, системы восстановления клетки не могут их исправить, и клетка погибает. Массовая гибель клеток ведёт к нарушению функций тканей и органов, вызывая острую лучевую болезнь. Второй исход – мутация. Если клетка выживает, но повреждение ДНК исправлено неверно, возникает мутация. Такие изменения в генетическом коде могут нарушить контроль над делением клетки и привести к развитию онкологических заболеваний (рака). Третий исход – передача мутаций по наследству. Если мутации затрагивают половые клетки, они могут передаться потомству, вызывая генетические заболевания.

Таким образом, опасность излучения кроется в его способности на невидимом, молекулярном уровне вызывать повреждения, которые приводят к серьёзным заболеваниям и гибели организма.

Ответ: Радиоактивное излучение опасно для живых организмов, потому что оно является ионизирующим. Проходя через ткани, оно ионизирует атомы и молекулы (в первую очередь воды), создавая высокоактивные свободные радикалы. Эти радикалы и само излучение повреждают жизненно важные макромолекулы, особенно ДНК. В результате повреждения ДНК могут возникать мутации, приводящие к раковым заболеваниям и генетическим дефектам, либо происходит гибель клеток, что при больших дозах вызывает лучевую болезнь и отказ органов.

2. Что представляет собой счётчик Гейгера?

Счётчик Гейгера, или счётчик Гейгера-Мюллера, – это газоразрядный прибор для обнаружения и измерения интенсивности ионизирующего излучения (альфа-частиц, бета-частиц и гамма-квантов).

Основным элементом счётчика является трубка Гейгера-Мюллера. Она представляет собой герметичный резервуар (обычно цилиндрический), заполненный инертным газом (например, аргоном или неоном) под низким давлением. Внутри трубки расположены два электрода: центральный тонкий проводник (анод) и сам корпус трубки или специальное покрытие на его внутренней стенке (катод). Между анодом и катодом создаётся высокое напряжение, порядка нескольких сотен вольт, которое само по себе недостаточно для возникновения электрического разряда в газе.

Принцип действия счётчика основан на явлении ударной ионизации. Когда частица ионизирующего излучения попадает внутрь трубки, она сталкивается с атомом газа и выбивает из него электрон, создавая пару ионов (положительно заряженный ион и электрон). Под действием сильного электрического поля электрон начинает двигаться к аноду, а ион – к катоду. Разгоняясь, электрон приобретает энергию, достаточную для того, чтобы при столкновении с другими атомами газа также ионизировать их. Этот процесс нарастает лавинообразно, и возникает так называемый газовый разряд (таунсендовская лавина). В результате через трубку на очень короткое время протекает импульс электрического тока. Этот импульс регистрируется электронной схемой прибора. После каждого импульса разряд гасится (с помощью специальных добавок в газе или электронной схемы), и счётчик снова готов к регистрации следующей частицы. Электронная схема подсчитывает количество таких импульсов за определённое время, и на основе этих данных определяется мощность дозы излучения. Часто работа счётчика сопровождается характерными щелчками, где каждый щелчок соответствует регистрации одной частицы.

Ответ: Счётчик Гейгера – это прибор для обнаружения ионизирующего излучения. Его основной частью является трубка Гейгера-Мюллера – герметичный цилиндр с инертным газом и двумя электродами (анодом и катодом), между которыми приложено высокое напряжение. Когда частица излучения попадает в трубку, она ионизирует атом газа. Возникший электрон под действием электрического поля разгоняется и вызывает лавину ионизации других атомов. Эта лавина создаёт кратковременный электрический импульс, который регистрируется электронной схемой. Подсчитывая количество импульсов в единицу времени, прибор определяет интенсивность радиации.