Номер 2, страница 315 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 66. Биологическое действие радиации. Ответь на вопросы - номер 2, страница 315.

Условие.

2. Что называют поглощённой дозой излучения? При большей или меньшей дозе излучение наносит организму человека больший вред, если все остальные условия одинаковы?

Решение.

Решение 2.

Негативное воздействие ионизирующей радиации на живые существа проявляется на разных уровнях, начиная с молекулярного и заканчивая организменным.

Основной механизм повреждения — ионизация. Проходя через ткани живого организма, частицы или кванты излучения выбивают электроны из атомов и молекул, превращая их в ионы. Эти ионы, а также образующиеся свободные радикалы (особенно из молекул воды, составляющей основу клетки), обладают высокой химической активностью и вступают в реакции с важнейшими биологическими молекулами.

На молекулярном уровне происходит повреждение:

• ДНК: разрывы одной или обеих цепей, повреждение азотистых оснований, образование сшивок. Повреждение ДНК является наиболее критичным, так как может привести к мутациям.
• Белков и ферментов: нарушение их структуры и функции, что сбивает обмен веществ в клетке.
• Липидов: повреждение клеточных мембран, нарушение их проницаемости.

На клеточном уровне последствия зависят от степени повреждения и способности клетки к восстановлению. Возможны следующие исходы:

• Клетка полностью восстанавливает повреждения и продолжает нормально функционировать.
• Повреждения приводят к гибели клетки (апоптоз или некроз).
• Клетка выживает, но с измененным генетическим кодом (мутация). Если мутация затрагивает гены, контролирующие клеточное деление, это может привести к неконтролируемому росту — развитию злокачественной опухоли (рака).

На уровне организма различают два типа эффектов:

• Соматические эффекты: проявляются у самого облученного индивида. При высоких дозах, полученных за короткое время, развивается острая лучевая болезнь. При длительном воздействии малых доз возрастает риск развития отдаленных последствий, таких как раковые заболевания (лейкемия, рак щитовидной железы и др.), лучевые катаракты, снижение иммунитета и сокращение продолжительности жизни.
• Генетические (наследственные) эффекты: возникают в результате мутаций в половых клетках (сперматозоидах или яйцеклетках) и проявляются у потомства облученного человека в виде наследственных заболеваний и врожденных аномалий.

Ответ: Негативное воздействие радиации проявляется в ионизации атомов и молекул живой ткани, что приводит к повреждению клеточных структур (в первую очередь ДНК). Это может вызвать гибель клеток, мутации, развитие рака, острую лучевую болезнь и генетические дефекты у потомства.

2. Поглощённой дозой излучения ($D$) называют физическую величину, равную отношению средней энергии ($E$), переданной ионизирующим излучением веществу, к массе этого вещества ($m$). Она характеризует количество энергии излучения, поглощенной единицей массы облучаемого объекта.

Формула для расчета поглощенной дозы: $D = \frac{E}{m}$

Единицей измерения поглощенной дозы в Международной системе единиц (СИ) является грей (Гр). 1 Гр равен поглощению одного джоуля энергии веществом массой один килограмм (1 Гр = 1 Дж/кг).

При ответе на вторую часть вопроса, если все остальные условия (тип излучения, продолжительность облучения, тип ткани и т.д.) одинаковы, то биологический вред, наносимый организму, прямо зависит от величины поглощенной дозы. Следовательно, при большей дозе излучение наносит организму человека больший вред. Это фундаментальный принцип радиобиологии: чем больше энергии поглощено тканями, тем сильнее выражены повреждения на всех уровнях организации живой материи.

Ответ: Поглощенная доза излучения — это энергия излучения, поглощенная единицей массы вещества ($D=E/m$), измеряется в греях (Гр). При прочих равных условиях, излучение наносит организму больший вред при большей поглощенной дозе.

3. Разные виды излучения (например, альфа-, бета-, гамма- и нейтронное) вызывают разный биологический эффект при одной и той же поглощенной дозе. Это связано с различной способностью излучений ионизировать вещество на единице длины своего пути.

Эффективность повреждения характеризуется величиной, называемой линейной передачей энергии (ЛПЭ).

• Гамма-кванты и бета-частицы (электроны) имеют низкую ЛПЭ. Они создают ионы редко и на большом расстоянии друг от друга. Такие единичные повреждения клетка способна относительно легко восстановить.
• Альфа-частицы и нейтроны имеют высокую ЛПЭ. Они создают очень высокую плотность ионизации на коротком участке своего пробега, вызывая множественные и сложные повреждения (например, двойные разрывы ДНК), которые клетке восстановить гораздо труднее или невозможно.

Для учета этой разницы в биологической эффективности введена специальная величина — эквивалентная доза ($H$). Она получается умножением поглощенной дозы ($D$) на специальный безразмерный коэффициент — взвешивающий коэффициент излучения ($w_R$), который отражает относительную биологическую опасность данного вида излучения.

Формула для расчета эквивалентной дозы: $H = w_R \cdot D$

Единица измерения эквивалентной дозы — зиверт (Зв). Например:

• Для гамма- и бета-излучения $w_R = 1$.
• Для альфа-излучения $w_R = 20$.

Это означает, что поглощенная доза в 1 Гр от альфа-частиц биологически в 20 раз опаснее, чем такая же поглощенная доза от гамма-излучения. Их эквивалентные дозы будут равны 20 Зв и 1 Зв соответственно.

Ответ: Разные виды излучения при одинаковой поглощенной дозе вызывают разный по степени тяжести биологический эффект. Наиболее опасны излучения с высокой плотностью ионизации, такие как альфа-излучение и нейтроны.