Temat

Promieniowanie jonizujące i jego wpływ na organizmy żywe

Etap edukacyjny

Trzeci

Podstawa programowa

XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:

7) wskazuje wpływ promieniowania jonizującego na materię oraz na organizmy żywe.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wskazuje wpływ promieniowania jonizującego na materię oraz na organizmy żywe.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozróżnia promieniowanie jonizujące od niejonizującego.

2. Opisuje różne źródła promieniowania jonizacyjnego.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- opisuje, w jaki sposób promieniowanie jonizujące oddziałuje z materią,

- wymienia różne źródła promieniowania jonizującego.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Analiza tekstu.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca w grupach.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Powtórzenie wiadomości. Nauczyciel rozpoczyna dyskusję stawiając pytania. Uczniowie zapisują wyniki dyskusji na tablicy.

Czym jest promieniowanie? Jakie źródła promieniowania znajdują się w naszym otoczeniu?

Realizacja lekcji

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 dodatnio naładowany). Energia potrzebna do usunięcia elektronu z orbity mieści się w zakresie 5‑20 eV. Jonizacji towarzyszy absorpcja 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:
Toron jest izotopem radonu, naturalnie występującym gazem radioaktywnym. Głównym źródłem toronu występującym w powietrzu w pomieszczeniach są materiały budowlane.

- 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,
$1 Bq=\frac{1 rozpad}{1 s}$.

- Napromieniowanie opisuje ilość promieniowania przechodzącego przez powietrze. Jednostką jest $\frac{\mathrm{kulomb}}{\mathrm{kilogram}}$ ($\frac{C}{kg}$).

- 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 $\frac{J}{kg}$.

Tradycyjną jednostką dawki pochłoniętej jest rad, 1 Gy = 100 rad.

- 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:

$A=\frac{N}{t}$

$N=A · t$

$N = 10 · 60 · 60 · 24 = 864000 jąder$

Podsumowanie lekcji

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.