The teacher introduces the basic concepts of ionising and non‑ionising radiation.
Ionisation: When a sufficient amount of energy is delivered to an atom, an electron can be removed from its orbit, leaving the atom ionized (atom is positively charged). Energy required to remove an electron from its orbit is in the range of 5‑20 eV. Ionisation is associated with the absorption of radiation. If the incident energy is low, then the atom absorbs it and gets excited. When the atom comes back to the ground state, nonionizing radiation is emitted. Nonionizing radiation comes in the form of light, radio waves, microwaves and radar waves. These forms of radiation usually are not dangerous for human tissues, quite opposite to the ionizing radiation.
[Interactive graphics]
In living organisms exposed to radiationradiationradiation which energy is sufficient to induce ionisationionisationionisation the chemical bonds can be affected. Living organisms are able to correct damages caused by small amounts of radiation. But in case, when the radiation amount is large, the damages are huge and can lead to genetic defects, cancer or, in the worst case, to radiation sickness.
Sources of ionising radiation:
The origin of ionising radiation can be natural or artificial, caused through human activity. The effects of both kinds of ionisation are the same.
Natural sources of ionizing radiation:
- Radon: Radon is a naturally occurring radioactive gas which is colorless and odorless. It is produced from the uranium that is present in rocks and soils, well water and building materials. Exposure to radon radiation increases the risk of lung cancer.
- Natural radioactivity in soils: Radionuclides of uranium, thorium and potassium are relatively abundant in rocks and soils. The gamma radiationradiationradiation emitted from these radionuclides gives us all a radiation dosedosedose.
- Thoron: Thoron is a radon isotope, which is a naturally occurring radioactive gas. The main source of thoron in indoor air is building materials.
- Natural radioactivity in food: All foods contain natural radioactivity, which is transferred from the soil to the plants on land, to animals eating these plants and from water to fish in rivers, lakes, seas and oceans.
[Illustration 1]
Artificial sources of ionizing radiation:
- Medical uses of radiation: Many procedures in medical diagnosis involve exposure to radiation. The procedures that involve the use of radiation are: radiology, angiocardiograms, CT scans and nuclearnuclearnuclear medicine. All exposures to radiation used in medicine should be clinically justified.
- Radiation in the workplace: People working with radioactive materials may receive a radiation dose. Such doses are usually very low.
- Radioactivity in the environmentenvironmentenvironment: Radioactivity is also present in our environmentenvironmentenvironment due to nuclear weapons testing, accidents at nuclear facilities and radioactive wastes from nuclearnuclearnuclear and other facilities.
The students work in small groups and complete the tasks.
Task 1
Review the following sources of radiation and indicate where you might encounter them. Indicate whether the sourcesourcesource is non‑ionising radiation or ionising radiation.
[Table 1]
Answer:
[Table 2]
The students get familiar with units and quantities describing radiation.
RadiationradiationRadiation quantities and units: There are different units and quantities for measuring radioactivity and its effects:
- Radioactivity (A) refers to the amount of ionizing radiation released by a radioactive material. This represents how many atoms in the material decay in a given time period. The SI unit is becquerel (Bq).
where: N - a number of decays, t - time, .
- Exposure describes the amount of radiation travelling through the air. The unit is ().
- Absorbed dosedosedose (D) refers to the amount of radiation absorbed by an object or person. The SI unit is gray (Gy):
where: E - energy of radiation absorbed by the body, m - mass of the body, 1 Gy = 1 .
Historical unit of absorbed dose is rad, 1 Gy = 100 rad.
- Effective dose describes the amount of radiationradiationradiation absorbed by human tissues and organs. It takes into account the type and energy of radiation and its impact on particular organs. The SI unit is sievert (Sv).
[Illustration 3]
Task 2
One litre of seawater has an activity of 10 Bq. Approximately how many nuclei decay every day in this quantity of seawater?
There are two types of radiation: ionising and non‑ionising. Non‑ionising radiation is usually harmless to living organisms while an exposure to ionising radiation can lead to severe damages in tissues.
Selected words and expressions used in the lesson plan
Jeśli atomowi dostarczona zostanie wystarczająca ilość energii, wówczas elektron może zostać wybity ze swojej orbity i atom ulega jonizacji (atom jest pozytywnie naładowany). Energia potrzebna do usunięcia elektronu z orbity mieści się w zakresie 5‑20 eV. Jonizacji towarzyszy emisja promieniowania. Jeśli dostarczona energia jest mała, atom ją absorbuje i przechodzi do stanu wzbudzonego. Wracając do stanu podstawowego emituje promieniowanie niejonizujące. Promieniowanie niejonizujące występuje w postaci światła, fal radiowych, mikrofal i fal radarowych. Te formy promieniowania, w przeciwieństwie do promieniowania jonizacyjnego, zwykle nie stanowią zagrożenia dla ludzkich tkanek.
Wysokoenergetyczne promieniowanie pochodzące ze Słońca (promieniowanie słoneczne) lub spoza Układu Słonecznego (promieniowanie galaktyczne) nieustannie przechodzi przez Ziemię. To promieniowanie nazywane jest promieniowaniem kosmicznym. Dawki promieniowania pochodzące z promieniowania kosmicznego są większe na dużych wysokościach. Ludzie, którzy często latają samolotami, otrzymują większe dawki tego promieniowania.
mb7a6c3cb06af667e_1528449000663_0
Promieniowanie jonizujące i jego wpływ na organizmy żywe
mb7a6c3cb06af667e_1528449084556_0
Drugi
mb7a6c3cb06af667e_1528449076687_0
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
7) wskazuje wpływ promieniowania jonizującego na materię oraz na organizmy żywe.
mb7a6c3cb06af667e_1528449068082_0
45 minut
mb7a6c3cb06af667e_1528449523725_0
Wskazuje wpływ promieniowania jonizującego na materię oraz na organizmy żywe.
mb7a6c3cb06af667e_1528449552113_0
1. Rozróżnia promieniowanie jonizujące od niejonizującego.
2. Opisuje różne źródła promieniowania jonizacyjnego.
mb7a6c3cb06af667e_1528450430307_0
Uczeń:
- opisuje, w jaki sposób promieniowanie jonizujące oddziałuje z materią,
- wymienia różne źródła promieniowania jonizującego.
mb7a6c3cb06af667e_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Analiza tekstu.
mb7a6c3cb06af667e_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca w grupach.
mb7a6c3cb06af667e_1528450127855_0
Powtórzenie wiadomości. Nauczyciel rozpoczyna dyskusję stawiając pytania. Uczniowie zapisują wyniki dyskusji na tablicy.
Czym jest promieniowanie? Jakie źródła promieniowania znajdują się w naszym otoczeniu?
mb7a6c3cb06af667e_1528446435040_0
Nauczyciel wprowadza podstawowe pojęcia dotyczące promieniowania jonizującego I niejonizującego.
Jonizacja: Jeśli atomowi dostarczona zostanie wystarczająca ilość energii, wówczas elektron może zostać wybity ze swojej orbity i atom ulega jonizacji (atom jest pozytywnie naładowany). Energia potrzebna do usunięcia elektronu z orbity mieści się w zakresie 5‑20 eV. Jonizacji towarzyszy emisja promieniowania. Jeśli dostarczona energia jest mała, atom ją absorbuje i przechodzi do stanu wzbudzonego. Wracając do stanu podstawowego emituje promieniowanie niejonizujące. Promieniowanie niejonizujące występuje w postaci światła, fal radiowych, mikrofal i fal radarowych. Te formy promieniowania, w przeciwieństwie do promieniowania jonizacyjnego, zwykle nie stanowią zagrożenia dla ludzkich tkanek.
[Grafika interaktywna]
W organizmach żywych wystawionych na działanie promieniowania, którego energia jest wystarczająca do wywołania jonizacji, może dojść do uszkodzenia wiązań chemicznych. Organizmy żywe są zdolne do naprawy uszkodzeń spowodowanych przez niewielkie dawki promieniowania. Jednak w sytuacji, gdy dawka promieniowania jest duża, uszkodzenia są poważne i prowadzą do defektów genetycznych, nowotworu, lub w najgorszym przypadku, do choroby popromiennej.
Źródła promieniowania jonizacyjnego:
Źródło promieniowania radiacyjnego może być pochodzenia naturalnego lub sztucznego, będącego wynikiem działalności ludzkiej. Efekty jonizacji są takie same, bez względu na pochodzenie źródła promieniowania.
Naturalne źródła promieniowania jonizacyjnego:
- Radon: Radon jest występującym naturalnie radioaktywnym gazem, który jest bezbarwny i bezzapachowy. Powstaje z uranu, który jest obecny w skałach i glebach, wodach podziemnych czy materiałach budowlanych. Ekspozycja na promieniowanie radonu może prowadzić do ryzyka powstania nowotworu płuc.
- Promieniowanie kosmiczne: Wysokoenergetyczne promieniowanie pochodzące ze Słońca (promieniowanie słoneczne) lub spoza Układu Słonecznego (promieniowanie galaktyczne) nieustannie przechodzi przez Ziemię. To promieniowanie nazywane jest promieniowaniem kosmicznym. Dawki promieniowania pochodzące z promieniowania kosmicznego są większe na dużych wysokościach. Ludzie, którzy często latają samolotami, otrzymują większe dawki tego promieniowania.
- Naturalna promieniotwórczość gleby: Radionuklidy uranu, toru i potasu są stosunkowo powszechnie obecne w skałach i glebach. Emitowane przez nie promieniowanie gamma dostarcza nam wszystkim dawkę promieniowania.
- Toron: Podobnie jak radon, toron jest naturalnie występującym gazem radioaktywnym. Głównym źródłem toronu występującym w powietrzu w pomieszczeniach są materiały budowlane. Dawki promieniowania pochodzące od toronu są znacznie niższe niż od radonu.
- Promieniotwórczość naturalna w żywności: Promieniotwórczość naturalna występuje w żywności. Radioaktywność przechodzi z gleby do roślin, do zwierząt odżywiających się tymi roślinami oraz przenika z wody do ryb znajdujących się w rzekach, jeziorach, morzach i oceanach.
[Ilustracja 1]
Sztuczne źródła promieniowania radioaktywnego:
- Użycie promieniowania w medycynie: Wiele zabiegów medycznych wymaga ekspozycji na promieniowanie. Obszary związane z zastosowaniem promieniowania to: radiologia, angiokardiografia, tomografia komputerowa i medycyna nuklearna. Wszystkie ekspozycje na promieniowanie stosowane w medycynie powinny być uzasadnione klinicznie.
- Promieniowanie w miejscu pracy: Ludzie pracujący z materiałami radioaktywnymi są narażeni na promieniowanie. Dawki, które otrzymują, są zazwyczaj bardzo niskie.
- Radioaktywność w środowisku: Radioaktywność w otaczającym nas środowisku pochodzi także z testów broni jądrowej, wypadków związanych z obiektami jądrowymi oraz z odpadów radioaktywnych pochodzących z obiektów jądrowych oraz innych źródeł.
Uczniowie pracują w małych grupach i wykonują zadania.
Polecenie 1
Przejrzyj poniższe źródła promieniowania i wskaż, gdzie możesz je napotkać. Wskaż, czy źródłem jest promieniowanie niejonizujące czy promieniowanie jonizujące.
[Tabela 1]
Odpowiedź:
[Tabela 2]
Uczniowie zapoznają się z jednostkami i wielkościami opisującymi promieniowanie.
Wielkość i jednostki promieniowania: Istnieją różne wilekości i jednostki używane do pomiaru radioaktywności i jej skutków:
- Aktywność promieniotwórcza (A) odnosi się do ilości promieniowania jonizującego uwalnianego przez materiał radioaktywny. Opisuje ona liczbę atomów ulegających rozpadowi w danym okresie czasu. Jednostką w układzie SI jest bekerel (Bq):
gdzie: N - liczba rozpadów, t - jednostka czasu, .
- Napromieniowanie opisuje ilość promieniowania przechodzącego przez powietrze. Jednostką jest ().
- Dawka pochłonięta (D) odnosi się do ilości promieniowania pochłoniętego przez obiekt lub osobę. Jednostką w układzie SI jest graj (Gy):
gdzie: E – energia promieniowania pochłoniętego przez ciało, m – masa ciała, 1 Gy = 1 .
- Dawka równoważna opisuje ilość promieniowania pochłoniętego przez tkanki i narządy człowieka. Uwzględnia ona rodzaj i energię promieniowania oraz jego wpływ na poszczególne narządy. Jednostką w układzie SI jest siwert (Sv).
[Ilustracja 3]
Polecenie 2
Jeden litr wody morskiej ma aktywność promieniotwórczą równą 10 Bq. Jak wiele jąder w tej ilości wody ulega rozpadowi każdego dnia?
Odpowiedź:
mb7a6c3cb06af667e_1528450119332_0
Istnieją dwa rodzaje promieniowania: jonizujące i niejonizujące. Promieniowanie niejonizujące jest zazwyczaj nieszkodliwe dla organizmów żywych, a narażenie na promieniowanie jonizujące może prowadzić do poważnych uszkodzeń tkanek.