Номер 873, страница 129 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Биологическое действие радиации. Термоядерная реакция. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - номер 873, страница 129.

► 873. Используя литературу, подготовьте доклад о биологическом действии радиоактивных излучений. Какие радиоактивные элементы более опасны — с большим или меньшим периодом полураспада?

Используя литературу, подготовьте доклад о биологическом действии радиоактивных излучений.

Решение

Биологическое действие радиоактивных излучений на живые организмы заключается в передаче энергии излучения клеткам и тканям. Этот процесс приводит к сложным физико-химическим и биологическим изменениям.

Основной механизм действия — это ионизация и возбуждение атомов и молекул. Проходя через вещество, ионизирующее излучение (альфа-частицы, бета-частицы, гамма-кванты) выбивает электроны из атомов и молекул, превращая их в ионы. Ионизация молекул воды, составляющей около 70% клетки, приводит к образованию свободных радикалов (например, H• и OH•), которые являются химически высокоактивными и могут повреждать другие молекулы.

Это приводит к повреждению клеточных структур. Свободные радикалы и прямое действие ионизации повреждают важнейшие макромолекулы в клетке. Наиболее критичным является повреждение ДНК: могут возникать разрывы цепей, изменения в азотистых основаниях, что ведет к мутациям и нарушению жизненно важных процессов. Также повреждаются белки, что нарушает их ферментативную активность, и липиды клеточных мембран, что ведет к нарушению их целостности.

Последствия для организма зависят от поглощенной дозы. На клеточном уровне клетка может либо восстановить повреждения, либо погибнуть, либо выжить с мутациями. Массовая гибель клеток приводит к нарушению функций органов и тканей. Это может проявляться в виде острой лучевой болезни при больших дозах или приводить к отдаленным последствиям, таким как онкологические заболевания (рак, лейкозы) и генетические дефекты у потомства.

Разные виды излучений обладают разной проникающей и ионизирующей способностью. Альфа-излучение имеет низкую проникающую способность, но высокую ионизирующую, поэтому оно наиболее опасно при попадании внутрь организма. Бета-излучение проникает глубже. Гамма-излучение имеет самую высокую проникающую способность и опасно даже при внешнем облучении.

Ответ: Биологическое действие радиоактивных излучений основано на ионизации атомов и молекул живых тканей, что приводит к повреждению клеточных структур, в первую очередь ДНК. Это может вызывать гибель клеток, мутации, развитие лучевой болезни и онкологических заболеваний.

Какие радиоактивные элементы более опасны — с большим или меньшим периодом полураспада?

Решение

Вопрос о том, какие радиоактивные элементы опаснее, не имеет однозначного ответа и зависит от конкретной ситуации (тип облучения, время воздействия, путь попадания в организм).

Активность радиоактивного источника (число распадов в секунду) $A$ связана с периодом полураспада $T_{1/2}$ и числом радиоактивных ядер $N$ формулой: $A = \lambda N = \frac{\ln(2)}{T_{1/2}}N$. Из этой формулы видно, что при одинаковом количестве атомов элемента, чем меньше период полураспада, тем выше его активность, то есть тем интенсивнее он излучает.

С одной стороны, элементы с малым периодом полураспада (от секунд до нескольких лет) обладают высокой удельной активностью. При попадании в организм или при близком контакте они создают большую мощность дозы за короткое время, что может привести к острой лучевой болезни. Они представляют собой чрезвычайную опасность в краткосрочной перспективе, но быстро распадаются до безопасных уровней. Примером может служить йод-131 ($T_{1/2} \approx 8$ дней), который накапливается в щитовидной железе.

С другой стороны, элементы с большим периодом полураспада (тысячи и миллионы лет) имеют низкую удельную активность. Они излучают менее интенсивно, но делают это на протяжении очень длительного времени. Их главная опасность — это долгосрочное загрязнение окружающей среды. Если такой элемент попадает в организм и плохо выводится, он может вызывать хроническое облучение на протяжении всей жизни, повышая риск развития рака. Примеры: уран-238 ($T_{1/2} \approx 4.5$ млрд лет) и плутоний-239 ($T_{1/2} \approx 24110$ лет).

Таким образом, для острого облучения более опасны элементы с малым периодом полураспада. Для долгосрочного загрязнения и хронического облучения большую опасность представляют элементы с большим периодом полураспада.

Ответ: Опасность радиоактивного элемента зависит от контекста. Элементы с меньшим периодом полураспада более опасны в краткосрочной перспективе, так как обладают большей активностью и создают высокую мощность дозы. Элементы с большим периодом полураспада представляют большую опасность с точки зрения долгосрочного радиоактивного загрязнения и хронического облучения.