Первый урок: Биологическое действие радиации. Закон радиоактивного распада
Биологическое действие ионизирующих излучений.
В состав ионизирующих излучений входят α-, β-, γ – лучи, нейтроны и т.д. Проходя через вещество, эти излучения вызывают его ионизацию. При этом происходит и обратный процесс – объединение ионов, т.е. их рекомбинация.
Биологический эффект от разных видов излучений различен. По сравнению с рентгеновскими лучами или электронами биологическое действие α-лучей в 10 раз сильнее, тепловых нейтронов – в 5 раз, а быстрых нейтронов в 10-20 раз.
Ионизирующие излучения при действии на живые организмы прежде всего приводят к ионизации молекул воды, всегда присутствующих в живых тканях, и молекул различных белковых веществ. При этом в живых тканях образуются свободные радикалы – сильные окислители, обладающие большой токсичностью, меняющие течение жизненных процессов.
В организме человека и животных радиоактивные излучения вызывают функциональные изменения. Если человек подвергается систематическому воздействию даже очень малой дозы излучений или в его организме откладываются радиоактивные вещества, то может развиться хроническая лучевая болезнь. Она может возникнуть у врачей-рентгенологов, у исследователей радиоактивных веществ, у рабочих, имеющих дело с урановой и радиевой рудой и т.п. ( конечно лишь при нарушении техники безопасности).
Изучая влияние радиоактивности на растения, ученые применяли следующие способы воздействия: предпосевное облучение семян, предпосевное замачивание семян в радиоактивных растворах, внесение в почву радиоактивных веществ в качестве микроудобрений, непрерывное облучение растущих растений. Для ряда растений предпосевное облучение дало положительный эффект. Для некоторых семян положительный эффект получался при замачивании их в радиоактивных растворах; были получены также интересные данные при изучении действия радиоактивных веществ в качестве микроудобрений. Ионизирующее излучение может стать также мощным средством полезного преобразования наследственных свойств организма.
При оценке степени опасности радиоактивных веществ надо учитывать, что число радиоактивных атомов в веществе уменьшается с течением времени. Закон радиоактивного распада дает количественную зависимость, по которой можно рассчитать, сколько радиоактивных атомов (N) остаётся в веществе к любому заданному моменту времени (t). где No - первоначальное число радиоактивных атомов в источнике излучения.
N= N02 –t/T
Скорость уменьшения количества радиоактивных ядер у разных веществ различна и зависит от физической величины, называемой периодом полураспада (T). Период полураспада Т - это промежуток времени, в течение которого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Чем больше период полураспада элемента, тем дольше он «живёт» и излучает, представляя опасность для живых организмов.
ДЗ: ответить на вопросы
1. Какой из трех типов излучения — альфа, бета или гамма — обладает наибольшей проникающей способностью?
1) Альфа-излучение
2) Бета-излучение
3) Гамма-излучение
4) Проникающая способность у всех трех излучений одинакова
2. Детектор радиоактивных излучений помещен в картонную коробку, толщина стенок ≈ 1 мм. Какие излучения он зарегистрирует?
1) только γ
2) α и β
3) β и γ
4) α, β и γ
3. Период полураспада ядер атомов некоторого вещества составляет 17 с. Это означает, что
1) за 17 с атомный номер каждого атома уменьшится вдвое
2) один атом распадается каждые 17 с
3) половина изначально имевшихся атомов распадается за 17 с
4) все изначально имевшиеся атомы распадутся через 34 с
Второй урок: Термоядерная реакция. Источники энергии Солнца и звезд.
Анализ зависимости удельной энергии связи атомных ядер от массового числа показал, что выделение большого количества энергии возможно при слиянии лёгких ядер. Для того чтобы произошло слияние (синтез) ядер, они должны приблизиться друг к другу на расстояние действия ядерных сил — меньше 10–14 м. Основная проблема — преодолеть силы кулоновского отталкивания и сблизить ядра на такие малые расстояния. Для этого необходимо сообщить ядрам очень большую кинетическую энергию, а это означает, что реакции синтеза атомных ядер могут происходить только при очень высоких температурах (температура — мера кинетической энергии).
Термоядерные реакции (реакции термоядерного синтеза) — это реакции слияния лёгких ядер, происходящие при очень высоких температурах. При этом выделяется энергия 17,6 Мэв/нуклон. При реакциях деления тяжёлых ядер выделяется энергия порядка 0,8 Мэв/нуклон.
Первая термоядерная реакция была реализована в термоядерной бомбе и носила неуправляемый (взрывной) характер.
В результате термоядерных реакций, протекающих на Солнце, выделяется энергия, необходимая для жизни на Земле.
В соответствии с формулой Е = mс2 с уменьшением внутренней энергии тела уменьшается и его масса. Масса Солнца ежесекундно уменьшается на несколько миллионов тонн. Но, несмотря на потери, запасов водорода на Солнце должно хватить ещё на 5-6 миллиардов лет.
ДЗ: готовиться к контрольной работе по разделу ядерная физика.