Проекты и исследования, страница 320 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Итоги главы 4. Итоги главы - страница 320.

Условие.

«Негативное воздействие радиации (ионизирующих излучений) на живые организмы и способы защиты от неё» (возможная форма: презентация, реферат, макет).

Решение.

Решение 2.

Ионизирующее излучение, также известное как радиация, представляет собой потоки частиц или электромагнитных квантов, которые при взаимодействии с веществом вызывают его ионизацию, то есть образование положительно и отрицательно заряженных ионов из нейтральных атомов и молекул. Существуют различные виды ионизирующего излучения, обладающие разной проникающей и ионизирующей способностью.

1. Виды и источники ионизирующего излучения

Виды излучения:

• Альфа-излучение (α-излучение): Поток тяжелых положительно заряженных частиц (ядер гелия). Обладает высокой ионизирующей, но низкой проникающей способностью. Задерживается листом бумаги или верхним слоем кожи.
• Бета-излучение (β-излучение): Поток электронов или позитронов. Проникающая способность выше, чем у альфа-частиц. Для защиты требуется слой алюминия толщиной в несколько миллиметров.
• Гамма-излучение (γ-излучение) и рентгеновское излучение: Потоки высокоэнергетических фотонов (квантов электромагнитного излучения). Обладают высокой проникающей способностью и требуют для защиты толстых слоев плотных материалов (свинец, бетон).
• Нейтронное излучение: Поток нейтральных частиц — нейтронов. Обладает высокой проникающей способностью и вызывает наведенную радиоактивность в материалах. Для защиты используются водородсодержащие материалы (вода, парафин, полиэтилен) и поглотители (бор, кадмий).

Источники излучения:

• Естественные (природные): космическое излучение; излучение от природных радионуклидов, содержащихся в земной коре (уран, торий, радон); излучение от радионуклидов, находящихся в организме человека (калий-40, углерод-14).
• Искусственные (техногенные): медицинские аппараты (рентген, компьютерные томографы, ускорители для лучевой терапии); атомные электростанции; промышленные установки; ядерные взрывы.

Ответ: Ионизирующее излучение — это корпускулярное или электромагнитное излучение, способное ионизировать вещество. Основные виды — альфа, бета, гамма и нейтронное. Источники делятся на природные (космос, земля, сам человек) и искусственные (медицина, промышленность, АЭС).

2. Негативное воздействие радиации на живые организмы

Биологическое действие ионизирующего излучения основано на передаче его энергии клеткам и тканям организма. Этот процесс приводит к цепи физико-химических и биологических изменений.

Механизмы воздействия на клеточном уровне:

• Прямое действие: Частица излучения непосредственно попадает в жизненно важную макромолекулу (чаще всего ДНК) и вызывает ее повреждение, например, разрыв одной или обеих цепей.
• Непрямое действие: Излучение взаимодействует с молекулами воды, которых в клетке большинство (около 80%). Это приводит к радиолизу воды и образованию высокоактивных свободных радикалов ( $H^\cdot$ , $OH^\cdot$ , $HO_2^\cdot$ ). Эти радикалы, в свою очередь, вступают в химические реакции с ДНК, белками и липидами, повреждая их структуру и нарушая функции клетки. Непрямое действие является основным механизмом повреждения при гамма- и рентгеновском облучении.

Последствия для организма:

Последствия облучения делятся на две категории:

• Детерминированные (нестохастические) эффекты: Это эффекты, для которых существует дозовый порог. Они возникают только при превышении определенного уровня дозы, и их тяжесть напрямую зависит от величины полученной дозы. К ним относятся:
  • Острая лучевая болезнь (ОЛБ)
  • Лучевые ожоги кожи
  • Лучевая катаракта
  • Снижение фертильности (бесплодие)
• Стохастические (вероятностные) эффекты: Это эффекты, для которых не существует дозового порога. Любая, даже самая малая, доза облучения может привести к их возникновению. С увеличением дозы растет не тяжесть эффекта, а вероятность его проявления. К ним относятся:
  • Злокачественные новообразования (рак, лейкозы)
  • Генетические (наследственные) эффекты — мутации в половых клетках, которые могут передаваться потомству.

Ответ: Радиация повреждает живые организмы на клеточном уровне через прямое разрушение ДНК и непрямое действие через свободные радикалы. Последствия для организма могут быть детерминированными (лучевая болезнь, ожоги), возникающими при высоких дозах, и стохастическими (рак, генетические мутации), вероятность которых растет с любой дозой облучения.

3. Способы защиты от ионизирующего излучения

Для минимизации вредного воздействия радиации существует комплекс мер, основанный на трех фундаментальных принципах радиационной безопасности.

Основные принципы защиты:

1. Защита временем: Сокращение времени пребывания вблизи источника излучения. Суммарная полученная доза прямо пропорциональна времени облучения. Чем меньше времени человек находится в поле излучения, тем меньшую дозу он получит.

2. Защита расстоянием: Увеличение расстояния до источника излучения. Интенсивность излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до него. Это означает, что при увеличении расстояния в 2 раза, мощность дозы уменьшится в 4 раза. Математически это выражается как $I \propto \frac{1}{r^2}$ , где $I$ — интенсивность излучения, а $r$ — расстояние до источника.

3. Защита экранированием: Использование защитных барьеров (экранов) из материалов, поглощающих или ослабляющих излучение. Выбор материала экрана зависит от вида излучения:

   • От альфа-излучения достаточно листа бумаги или обычной одежды.
   • От бета-излучения защитит слой плексигласа, алюминия или стекла.
   • От гамма- и рентгеновского излучения требуются толстые экраны из плотных материалов, таких как свинец, сталь, бетон или баритовая штукатурка.
   • От нейтронного излучения защищают материалы, содержащие легкие ядра (вода, полиэтилен, парафин) для замедления нейтронов и материалы с высоким сечением поглощения (бор, кадмий).

Дополнительные меры:

• Средства индивидуальной защиты (СИЗ): спецодежда, перчатки, респираторы (для защиты от попадания радиоактивных веществ внутрь организма).
• Радиопротекторы: медикаментозные препараты, повышающие устойчивость организма к облучению.
• Дозиметрический контроль: постоянное измерение полученных доз с помощью индивидуальных дозиметров.
• Санитарно-гигиенические мероприятия: дезактивация (удаление радиоактивных загрязнений с поверхностей), соблюдение правил личной гигиены при работе с радиоактивными веществами.

Ответ: Основные способы защиты от радиации — это сокращение времени воздействия («защита временем»), увеличение дистанции до источника («защита расстоянием») и использование поглощающих материалов («защита экранированием»). Дополнительно применяются средства индивидуальной защиты, радиопротекторы и дозиметрический контроль.