Вплив радіації на навколишнє середовище
та здоров’я людини
Методична
розробка інтегрованого уроку з біології, фізики, географії та української мови.
Мета: поглибити
знання учнів про радіацію, її природу та вплив на навколишнє середовище і організм людини; усвідомити актуальність
проблеми радіоактивного забруднення, дізнатися про практичне застосування радіоактивних властивостей деяких елементів
розвивати вміння поєднувати знання з біології, фізики, географії та української
літератури; формувати наукові погляди на природу та взаємодію
суспільства і природи;
розвивати
вміння аналізувати науковий матеріал, використовуючи додаткову літературу,
Internet,
створювати презентації в Power
Point
виховувати
особисту відповідальність за те, що відбуваються довкола, чуйність і людяність.
Поняття
і терміни: радіоактивність,
період піврозпаду, ізотоп, радіоактивний ряд, метод мічених атомів, дейтерій,
грен, бер, геліобіологія, дозиметр, реактор, територія екологічної кризи.
Тип
уроку: узагальнюючий
Форма
уроку: урок дослідження «Радіація: добро чи зло»
Епіграф:
Все, що ми бачимо
,- видимість тільки одна.
Далеко від
поверхні світу до його дна.
Вважай неважливим
явне у світі,
Бо таємниця суті
речей – невидима.
Омар Хайям
Хід уроку
1.
Мотивація
навчального процесу
Учитель
біології. Людина тисячі років боролася за
своє існування, вижила в епідеміях, голодоморах, у п'ятнадцяти тисячах воєн,
які сама ж і розв'язала. Вижила і завжди
вірила в краще життя. Заради цього людина розвивала науку, культуру, медицину, нові
соціальні системи.
І ось через
свої хибні моральні принципи, духовне зубожіння, деградацію екологічної
свідомості і совісті ми знову опинилися на порозі нового, чи не найжахливішого
етапу виживання.
Ми
проводимо урок, на якому йтиметься про радіацію, її природу та вплив на
навколишнє середовище і організм людини, згадаємо аварію на Чорнобильській
атомній електростанції.
ІІ.
Актуалізація опорних знань
(Фронтальне опитування учнів учителем
фізики).
1. Що називається радіоактивністю?
Самочинне перетворення нестійких
атомних ядер у ядра інших елементів, яке супроводжується
випусканням частинок або гамма-квантів.
2. Що
називається періодом піврозпаду?
Час, за який
розпадається половина всієї кількості наявних радіоактивних атомів.
3. Які відходи називаються
радіоактивними?
Продукти, що утворюються в
результаті роботи з радіоактивними речовинами вмістом радіоактивних речовин
вищих за норми радіаційної безпеки
4. Що таке ізотоп?
Хімічні елементи, які
відрізняються масовими числами, але мають один і той самий заряд атомних ядер і
тому займають одне і те саме місце в таблиці Д.Менделєєва.
5. Що називається радіоактивним рядом ?
Сукупність
усіх ізотопів, які виникають внаслідок ряду послідовних радіоактивних
перетворень з однієї материнської речовини.
6. Записати формулу,
що виражає основний
закон радіоактивного розпаду, і пояснити
N
= N 0∙
2 – t
/ T
де
N – кількість ядер,
що збереглися до моменту часу,
N 0
–початкова кількість ядер даного
радіоактивного ізотопу
Т
– період піврозпаду.
7.
У
яких одиницях вимірюється радіоактивність? У греях (гр).
8.
У чому полягає
суть методу мічених атомів?
Частину речовини, що вивчають,
помічають спеціальним приладом. А потім іншим приладом - лічильником - фіксують
зміни.
ІІ.
Вивчення нового матеріалу
1. Використання
джерел іонізуючого випромінювання.
У класі було виділено декілька груп, які досліджували
різні аспекти використання радіації:
Медики - вивчити
питання обміну речовин в організмі, зокрема поведінку, шляхи міграції,
нагромадження цукру, інсуліну, глюкози; процеси всмоктування і травлення
білків, жирів, вуглеводів; дослідити
механізм фотосинтезу.
Спеціалісти
сільського господарства – складання технологічних
карт для використання добрив для
підживлення рослин, встановлюються елементи в ґрунті, що краще
засвоюються тими чи іншими рослинами; мічені атоми допомагають у діагностиці
захворювань рідкісних і цінних тварин.
Спеціалісти
різних виробництв - металурги, текстильники, виробничі
дефектологи, спеціалісти вимірювальних приладів.
2. Радіація та
здоров’я людини.
Учитель біології,
В основі діагностики багатьох
захворювань лежить чудова особливість органів нагромаджувати у своїх тканинах
деякі хімічні речовини. Відомо, що
щитовидна залоза нагромаджує йод, кісткова тканина - фосфор, кальцій і
стронцій, печінка - деякі барвники. Для діагностики щитоподібної залози широко
використовується радіоізотоп Y13 після введення його в
організм він вибірково нагромаджується в щитоподібній залозі, причому швидкість
нагромадження безпосередньо залежить від стану
залози. Для виявлення інших захворювань організму застосовують також ізотопи марганцю,
міді, миш'яку, гелію.
Радіаційна терапія
повідомлення учнів
злоякісних пухлин посідає одне з
перших місць у застосуванні ізотопів з лікувальною метою Для руйнування ракових
клітин застосовують радіаційне випромінювання. Цей метод дістав назву
"безкровна хірургія"
Хвороби пов’язані з радіацією
повідомлення учнів
2.
Екологічні лиха, що пов’язані з
радіацією.
Учитель географії. Узагальнюючи
знання, одержані на уроках географії, з'ясуємо
місця екологічної кризи (учні називають території екологічної кризи у світі й показують
їх на карті. Карта готується групою учнів. На ній нанесені основні райони
екологічного лиха, країни які мають АЕС, країни, що мають атомну зброю, країни,
в яких сталися аварії на АЕС ).
Як бачимо,
екологічна криза охопила сьогодні всі континенти. Над багатьма районами планети нависла загроза руйнування
природних умов, викликана нещадною експлуатацією природних ресурсів,
варварським і безконтрольним забрудненням середовища.
4. Нові технології - екологічно
безпечні.
Повідомлення учнів
Урбоекологія,
мілітаристична екологія, екологія космосу, радіоекологія, економічний
менеджмент та маркетинг, теорія штучних екосистем, екологічна токсикологія,
основи біоіндикації, теорія заповідної справи.
5. Аномалії в
живих організмах.
Учитель біології. Могутність
і безсилля людини продемонстрував Чорнобиль. І застеріг:
не захоплюйся своєю могутністю людино, не жартун з нею. Нагромадження в природі
шкідливих радіоактивних речовин згубно впливає на біосферу. У зонах,
забруднених після аварії на ЧАЕС, уже сьогодні спостерігаються масові аномалії в живих організмах. (Учні
роблять повідомлення.)
Повідомлення І. Чорнобильська
катастрофа викликала пригнічення імунної системи
в людей і тварин, у результаті чого ускладнився перебіг таких хвороб, як грип, запалення
легенів, зросла смертність від "звичайних" хвороб.
Повідомлення 2. Спостерігаються
аномалії у рослин: гігантизм листків дерев, спотворення
деяких рослин до такого стану, що важко визначити їх вид.
Повідомлення
3. Збільшилася частота появи деяких
нежиттєздатних мутантів у тварин,
поросят без очей, лошат з вісьмома кінцівками тощо.
Повідомлення
4. За даними
гематологів, у роки максимуму і мінімуму сонячної активності
середній рівень лейкоцитів у крові неоднаковий. При цьому найбільші перепади спостерігаються в північних широтах, де
зміни сонячної активності сильніші.
Це зрозуміло, адже магнітне поле
Землі відносить основну масу заряджених частинок (під дією сили Лоренца Р = qv
В)
до полюсів.
Зростання сонячної активності
призводить до зменшення в крові лейкоцитів і збільшення
кількості лімфоцитів. Також різко збільшується кількість випадків серцево-судинних
захворювань, у тому числі інфарктів міокарду.
Запитання до класу:
чи всі органи людського організму однаково реагують
на опромінювання? (робота з таблицею)
Не всі органи однаково реагують на
опромінювання. Встановлені гранично допустимі дози для деяких груп критичних
органів і тканин.
|
група
|
Органи
людського організму
|
Допустима
доза
|
|
І
|
усе тіло, статеві залози і червоний кістковий мозок
|
0,5 бер
|
|
ІІ
|
м'язова
тканина, жирова тканина, шлунково-кишковий тракт, селезінка, печінка, нирки
|
1,5 бер
|
|
ІІІ
|
шкірні покриви,
кісткова тканина,
щитовидна залоза
|
7,5 бер
|
|
ІУ
|
передпліччя, кисть, стопа
|
8,5 бер
|
Учитель української мови та літератури. Наша
пам'ять майбутніх поколінь знову і знову повертатиметься до трагічних подій
квітня 1986 року, коли атомна смерть загрожувала усьому живому .
Колись
Павло Тичина, перебуваючи на до ядерній Чорнобильшині, писав про цю землю як
щедру на врожаї, гомінку в селянських турботах, там вирувало життя, що не
вщухало часом і вночі:
Учень.
Якісь
дві пташки обізвалися
Та її жалісно... Осокори
Із грушею перемовлялися
Й
незвично так оцій порі
Зачмихав трактор. І бабахкання
На весь Чорнобиль розляглось
Та знову спухло, кахкання
Вітерець обносив...
Це було колись. А нині?
Учень.
... І раптом
вибух як сполох.
полум'я смертоносне,
і вмить здригалася планета
на всіх полюсах Землі.
Що вже не вмиються росами,
Як перед смертю,
постиш
Батьки і діти
малі.
М. Сингаївський
Запитання до класу: чорнобильська
катастрофа стала страшним символом у суспільній свідомості? Як ви гадаєте,
чому?
Учень.
Бо це - трагедія життя
Учитель української мови та
літератури. Як вирок
безглуздю звучать рядки Ліни Костенко:
Загидили ліси і землю занедбали.
Поставили АЕС в верхів'ях трьох річок.
То хто ж ви злочинці, канібали?
Ударив чорний дзвін. І досить балачок.
В яких лісах іще ви забарложні?
Що яничари ще занапастять?
І мертві, і ненароджені
Нікого з вас до віку не простять.
Задумаймося про своє майбутнє, поки не
пізно.
Чорнобильська трагедія ввійде в історію, в усі хроніки
людства як незагойна рана на тілі України. Надто
дорого ми заплатили і ще заплатимо за Чорнобиль.
Учитель
фізики.
Чи
можемо ми відповісти на питання: - радіація: добро чи зло?
Відповіді
учнів.
Домашнє завдання:
З
фізики: підготувати тести по темі радіація
З
біології: підготувати презентацію з теми
«Забруднення навколишнього середовища»
З
української літератури : написати твір «Ми
відповідальні за планету Земля».
Вправи і задачі
Атом і атомне ядро. Дослід Резерфорда.
Ядерна модель атома.
№1
Чому на певному етапі розвитку фізики виникла невідкладна задача
створити модель атома?
(Тому що в процесі вивчення мікросвіту
виникло безліч питань, які без моделі атома пояснити було неможливо)
№2 Чому модель атома Резерфорда дістала
назву «ядерна модель»?
(Тому що згідно з нею у центрі атома
міститься ядро атома, в якому сконцентрований позитивний заряд атома і його
маса)
№3 Чому модель атома Резерфорда дістала
назву «планетарна модель»?
(Тому що згідно з нею електрони атома
обертаються навколо ядра атома, як планети навколо Сонця)
№4 Властивості протонів?
(має позитивний заряд, який чисельно
дорівнює заряду електрона 1,602*10 -19 Кл; його маса значно більша 1,6726485*10 -27 кг )
№5
Що означають цифри у ядрі атома Азота 714N ?
(7 - кількість протонів; 14 – кількість протонів
і нейтронів)
№6 Як визначити число протонів і нейтронів у
ядрі атома за допомогою таблиці Менделєєва?
Радіоактивність. Види радіоактивного
випромінювання
№1Чому відкриття радіоактивності стало
одним із найважливіших відкриттів фізики?
(Тому що це явище довело складну будову
атомного ядра)
№2 Чому явище радіоактивності стало
одним із найважливіших відкриттів фізики?
(Тому що це явище довело складну будову
атомного ядра)
№3 Чому радіоактивність – це фізична
реакція, а не хімічна?
(Тому що ця реакція не на рівні молекул,
а на рівні атомів, у яких мимовільно відбувається перетворення ядер, що
супроводжуються випусканням різних частинок і виділенням енергії)
Активність радіонуклідів. Закон
радіоактивного розпаду
№1
Скільки атомів радіоактивного ізотопу
кальцію розпадається за 1 добу в 1 г цього ізотопу, якщо період піврозпаду його
становить 164 доби?
№2
Чому мимовільний розпад ядер дістав
назву «радіоактивність»?
Тому
що ці ядерні реакції супроводжуються випромінюванням, а випромінювання
ядер і є радіоактивність.
№3
Чому є вид радіоактивності, що називають
«штучною радіоактивністю» ?
№4 Чому величина, що характеризує
інтенсивність радіоактивного розпаду, дістала назву «період піврозпаду»?
Тому що це інтервал часу, протягом якого
розпадається половина ядер радіоактивної речовини.
Основи дозиметрії. Дозиметри
№1який склад ядра мають ядра атомів Al, Au?
№2 Чим відрісняється ядро атома Урану –
238 від ядра атома Урану - 235?
Цікавинки з сторії винаходів
ü Для вивчення атома велике значення мало
відкриття французького фізика Бекереля, який у 1896 р. встановив, що солі урану
самовільно, без зовнішнього впливу, створюють невидиме для очей випромінювання.
Бекерель довів, що виявлене ним випромінювання викликає почорніння
фотопластинок, іонізує повітря і здійснює вплив на шкіру людини. Це явище
отримало назву радіоактивності.
Явище радіоактивності відразу зацікавило багатьох інших вчених. У 1897
р. Марія Складовська-Кюрі за порадою чоловіка П’єра Кюрі зайнялась вивченням
явища радіоактивності. Через деякий час цією проблемою зайнявся і П’єр Кюрі. У
1898 р. вони відкрили два нових радіоактивних елементи, які назвали полонієм і
радієм. Радіоактивне випромінювання цих елементів було значно інтенсивнішим за
випромінювання солей урану.
ü Вивчаючи
іонізуючу здатність радіоактивного випромінювання, Резерфорд у 1899 р. виявив,
що воно є неоднорідним і складається з двох частин, які він назвав α- і
β-променями. Йому вдалося довести, що α-промені є потоком ядер атомів Гелію. У
тому ж році Бекерель довів, що β-промені є потоком електронів.
ü У
1900 р. французький фізик Вілард встановив, що до складу радіоактивного
випромінювання входить третя складова, яку він назвав γ-променями. Вивчення γ-променів
показало, що вони являють собою електромагнітні хвилі, довжина яких менша за
довжину рентгенівських променів.
Резерфорд встановив, що найсильніше
іонізують повітря α-промені, меншою мірою – β-промені і зовсім погано –
γ-промені. Проникна здатність виявилась найменшою у α-променів: їх повністю
може затримати листок паперу чи шар повітря товщиною кілька сантиметрів. Дещо
більшою проникною здатністю володіють β-промені: вони можуть пройти крізь
алюмінієву пластину товщиною кілька міліметрів. Дуже велика проникна здатність
у γ-променів: вони проходять крізь алюмінієву плиту товщиною кілька десятків
сантиметрів. Мала проникна здатність α-променів пояснюється тим, що частина їх
енергії витрачається на іонізацію молекул речовини, у якому вони поширюються.
ü У
1903 р. Резерфорд і його колега Содді виявили, що радіоактивність пов’язана з
самовільним розпадом атомів радіоактивних речовин. Радіоактивне випромінювання
має величезну енергію. Виявилось, що 1 г радію кожну годину виділяє 600 Дж
енергії.
До радіоактивних елементів належать ті,
котрі мають порядковий номер більший за 83. У періодичній системі вони
розташовуються після Вісмуту. Для цих елементів характерною є відсутність
стабільних ізотопів. Крім того, природна радіоактивність була виявлена й у
деяких ізотопів інших елементів. Наприклад, винятком можна назвати Технецій
(Те, Z=43) і Прометій (Pm, Z=61).
Радіоактивний розпад – природне
радіоактивне перетворення ядер. При цьому ядро, яке зазнає розпаду, називається
материнським, а те, що утворюється, – дочірнім.
α-Розпад. Щоб пояснити, чому ядра атомів
самовільно розпадаються з випусканням α-частинок, треба звернути увагу на те,
що α-частинки випускаються лише важкими ядрами, що містять велику кількість
протонів і нейтронів (нуклонів).
Відомо, що сили притягання між нуклонами
короткодіючі, а сили електростатичного відштовхування протяжно діючі. Оскільки
густина ядерної речовини в усіх хімічних елементах приблизно однакова, то важкі
ядра мають більші розміри, ніж легкі. У зв’язку з цим міцність важких ядер, обумовлена
ядерними силами притягання нуклонів, мала. У результаті процесів, що
відбуваються всередині важкого ядра, створюються сприятливі умови для його
розпаду, який супроводжується випусканням α-частинки. Після α-розпаду ядро стає
більш стійким.
Проте чому важке ядро випускає
α-частинку, а не протони чи нейтрони? Для того, щоб залишити ядро, нуклон має
подолати ядерні сили, а для цього він повинен мати достатній запас енергії.
Джерелом такої енергії може стати об’єднання нуклонів саме в α-частинку.
Утворення α-частинок всередині ядра
відбувається вкрай рідко. Якщо взяти одне атомне ядро, то не можна буде
передбачити, коли воно розпадеться; цей процес є випадковим. Ядро може
розпастися негайно чи залишатися незмінним мільярд років. Але радіоактивна
речовина складається з величезної кількості атомів, і у ній завжди знайдуться
атоми, що розпадаються. Тому процес радіоактивного розпаду проходить
неперервно. Швидкість радіоактивного
розпаду прийнято характеризувати часом, протягом якого розпадається половина узятої
маси радіоактивної речовини. Цей час називають періодом напіврозпаду.
β-Розпад. Викликає здивування той факт,
що у процесі радіоактивного розпаду ядро випускає електрони, яких у ньому
немає. Цей дивовижний факт пояснюється досить просто. При певних умовах у ядрі
проходить розпад нейтрона на протон і електрон. Утворений електрон вилітає із
ядра. Процес перетворення ядерного нейтрона на протон і електрон
спостерігається у ядрах з великою кількістю нейтронів. Кропітке і старанне
вивчення β-розпаду показало, що у ньому нібито порушуються закони збереження
енергії та імпульсу. Але швейцарський фізик Паулі висловив припущення, що в
процесі β-розпаду утворюється ще якась частинка, котра і відбирає частину
енергії та імпульсу. На основі цієї гіпотези італійський фізик Фермі розробив
теорію β-розпаду. Розрахунки Фермі показали, що частинка, передбачена Паулі,
повинна бути нейтральною і мати дуже малу 9 навіть порівняно з електроном)
масу. Він назвав цю частинку – нейтрино. Нейтрино довгий час не могли виявити, оскільки
воно дуже слабо взаємодіє з речовиною.
У результаті β-випромінювання
утворюється нове ядро з тим самим масовим числом, але з атомним номером, на
одиницю більшим.
γ-Розпад. Експериментально встановлено,
що γ-випромінювання не є самостійним видом радіоактивності. Воно супроводжує α-
і β-розпади, виникає при ядерних реакціях, гальмуванні заряджених частинок і т.
ін.
У процесі γ-випромінювання ядро
спонтанно переходить зі збудженого стану до основного або менш збудженого. При
цьому надлишок енергії ядра звільняється у вигляді γ-кванта і у вигляді енергії
віддачі ядра.
ü Штучна
радіоактивність. У 1932 р. Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі, опромінюючи
нерадіоактивні речовини α-частинками, виявили, що деякі з них після опромінення
стають радіоактивними. Це явище отримало назву штучної радіоактивності. Так,
при бомбардуванні α-частинками ядер алюмінію утворюється радіоактивний ізотоп
фосфору.
ü Перша
жінка, яка одержала Нобелівську премію, народилася 7 листопада 1867 р. у
Варшаві. Марія росла в сім'ї, де винятково високо цінувалася освіта. Зовсім
молодою жінкою Склодовська поїхала до Парижа, маючи на меті вивчити математику,
хімію і фізику. Своє навчання розпочала у Сорбонні у 1891 р. і була першою
жінкою, що стала викладачем цього знаменитого навчального закладу. Вона
погодилася з французьким варіантом написання свого імені (Марі), а невдовзі
познайомилася з молодим викладачем фізики Паризького університету П'єром Кюрі.
Коли вони одружилися, гарна талановита полька стала Марі Склодовською-Кюрі.
Чоловік і дружина разом розпочинають
дослідження радіоактивних матеріалів. Вони помічають, що руда урану має
набагато більшу радіоактивність, ніж можна було б очікувати, базуючись тільки
на вмісті урану. Марі та П'єр наполегливо шукають джерела додаткової радіоактивності.
І виявляють два високорадіоактивні елементи, які згодом одержують назву «радій»
і «полоній». За це відкриття у 1903 р. їм присуджують Нобелівську премію з
фізики разом з іще одним французьким фізиком Антуаном Анрі Беккерелем, який
відкрив явище природної радіоактивності.
В той час люди не мали щонайменшого
уявлення про біологічну дію радіоактивного випромінювання. І в дощовий четвер
19 квітня 1906 р. перевтомлений, ослаблений внаслідок постійного впливу
радіації, 47-річний П'єр Кюрі, перетинаючи вулицю Дофіни в Парижі,
наштовхується на одного з коней важкої вантажної хури. Кінь стає на диби і
П'єр, послизнувшись на мокрій бруківці, опиняється під його копитами.
Незважаючи на зусилля візника, заднє ліве колесо шеститонної п'ятиметрової махини
розтрощує голову жертви — геніальну голову П'єра Кюрі. Трагічна безглуздість.
Коли ім'я потерпілого стало відомо, знадобилися чималі зусилля поліції, щоб
захистити від самосуду візника хури Луї Манена. Для Марі Кюрі настали
найтрагічніші години її життя. Рядки її короткого щоденника якоюсь мірою передають стан її душі. В них біль,
відчай, туга за чоловіком.
Так, Марія Кюрі була Жінкою. Жінкою, що
кохала і була коханою. Але ще вона була Великим Фізиком і Дружиною Великого
Фізика. І коли вона, призначена професором кафедри, якою колись керував її
чоловік, під грім овацій увійшла до аудиторії, то почала свою лекцію тією ж
фразою, якою закінчив останню у своєму житті лекцію П'єр Кюрі: «Коли стоїш
віч-на-віч з успіхами, досягнутими фізикою за останні десять років, мимоволі
дивуєшся тим зрушенням, які сталися у наших поняттях про електрику і про
матерію...»
Мадам Кюрі продовжувала роботу над
радіоактивними елементами і в 1911 р. одержала другу Нобелівську премію (цього
разу вже в галузі хімії) за виділення радію і вивчення його хімічних
властивостей. Можна не сумніватися, що якби П'єр Кюрі був живий, його б
нагородили разом із дружиною.
У 1914 р. вона бере активну участь у
створенні Інституту радію в Парижі і стає його першим директором. Коли
спалахнула перша світова війна, Марія Кюрі збагнула, що просвічування
рентгенівськими променями допоможе виявляти кулі у тілі поранених і тим самим
полегшить працю військових хірургів. Не будучи лікарем, вона зрозуміла, як
важливо не рухатися після поранення до проведення діагностики, і сконструювала
спеціальні пересувні фургони для медичних рентгенівських аналізів, а також
допомогла 150 медичним сестрам опанувати необхідні прийоми роботи.
4 липня 1934 р., доживши лише до 67
років, Марія Склодовська-Кюрі померла від лейкемії, спричиненої, безумовно,
високими рівнями радіації, яка супроводжувала практично всі її дослідження. На
її честь Інститут радію в Парижі був переіменований на Інститут Кюрі. Лише один
рік не дожила Марія Склодовська-Кюрі до щасливої події: у 1935р. її дочка Ірен
Жоліо-Кюрі разом зі своїм чоловіком Фредеріком Жоліо одержали Нобелівську
премію з хімії за синтез нових радіоактивних препаратів. Воістину нобелівська
династія!
Мабуть, не випадково перші жінки, які
стали Нобелівськими лауреатами, працювали разом зі своїми чоловіками. Наукове
товариство з більшою готовністю відкривало двері таким «дослідницьким парам»,
ніж тим жінкам, які працювали самостійно. Шлях у науку для Марії
Склодовської-Кюрі не був безхмарним. Після закінчення гімназії у Варшаві вона не
змогла навчатися в університеті - він був закритим для жінок. Тому дівчина
шість років працювала гувернанткою, щоб заощадити гроші на навчання в
Сорбоннському університеті. Пізніше Марія Склодовська здобула кілька стипендій
на навчання. Коли, вже будучи відомою дослідницею, Марія Кюрі заявила у 1898
році про винайдення нового хімічного елемента (йшлося про радій), багато
академіків сприйняло її повідомлення досить прохолодно, якщо не іронічно. Адже
воно звучало з вуст жінки, а в той час у Франції жіноцтво не мало виборчих
прав, їм було заборонено виступати свідками у суді й витрачати власноруч
зароблені гроші без згоди чоловіка. Проте невдовзі іронічні коментарі змінилися
словами захоплення. І 1903 року П'єр Кюрі та Марія Склодовська-Кюрі отримали
Нобелівську премію з фізики за винайдення радіоактивності. Через три роки П'єр
Кюрі трагічно загинув, а Марія Склодовська-Кюрі продовжила роботу і в 1911 році
отримала другу Нобелівську премію з хімії за праці над радієм і виділення
металічного радію у чистому вигляді. Донька Марії Ірен Жоліо-Кюрі (1897-1956)
разом із чоловіком Фредеріком у 1935 році отримала Нобелівську премію за
відкриття штучної радіоактивності. Для всієї цієї сім'ї робота в прямому
значенні коштувала життя. Марія Кюрі померла від променевої хвороби. Від
багаторічної праці з природними радіоактивними елементами і штучними
радіоактивними ізотопами померли також її донька Ірен та зять Фредерік.
ü Природа дії іонізуючого випромінювання на живу речовину
досить складна і багатопланова. Проаналізуймо послідовно всі стадії цієї дії. Перша
стадія практично миттєва.. Радикали є первинним продуктом опромінення,
утвореним на першій ("миттєвій") стадії розвитку біологічного
пошкодження. Друга стадія теж нетривала, бо утворені активні фрагменти негайно
вступають в реакції (переважно окислювальні), утворюючи вторинні продукти, що
являють собою змінені чи деформовані білки й інші важливі біомолекули.
Насичення киснем живої тканини на цій стадії посилює її пошкодження радіацією,
а відсутність його підвищує опірність тканини й організму до дії іонізуючого
випромінювання. Серед радіопротекторів (речовин, які "захищають" від
радіації будь-яким способом) є субстанції, прийом яких внутрішньо знижує вміст
кисню у тканинах людини, їх треба вводити до опромінення, а не після нього. Вторинні продукти є своєрідною отрутою. Хоч
їхня маса невелика, та вони істотно порушують ніжний і точно настроєний
механізм молекулярних реакцій всередині наших клітин. Останні особливо вразливі
до дії вторинних продуктів у критичний (заключний) момент підготовки до поділу
й утворення нової клітини. Зовнішнє втручання у цей вирішальний для продовження
життя момент особливо небажане. Боротьба клітин з вторинними продуктами є
третьою стадією розвитку шкідливої дії іонізуючого випромінювання. У межах
можливого (ресурсів і наявного часу до моменту поділу) клітина одночасно
намагається нейтралізувати шкідливі речовини і відремонтувати (здійснити
репарацію) пошкодження. Хоч "біоремонт"— процес надто складний, та
мільярди років еволюції поступово створили кілька способів такого ремонту. Один
з них передбачає навіть репарацію такої великої й унікальне важливої молекули,
як ДНК, вже за 15 хвилин ліквідовуючи половину іонізаційних пошкоджень. Третя
стадія триває від секунд до тижнів (залежно від темпу репарації і поділу
клітин). На цій стадії найбільше страждають клітини, що швидко й часто
поділяються: клітини ембріонів, червоного кісткового мозку, лімфатичних тканин,
статевих залоз тощо. Саме вони найчутливіші і першими пошкоджуються у нашому
тілі. Найбільшу опірність дії радіації виявляють ті наші клітини, які взагалі
не поділяються або роблять це надзвичайно рідко: великі нервові клітини,
кістки, хрящі тощо. Якщо іонізуюче випромінювання діє безперервно з малою
інтенсивністю (типу природного фону), то ремонтні служби клітин встигають
ліквідувати всі (або майже всі) пошкодження. Це відповідає нормальному способу
життя, стабільному стану здоров'я. Наслідки одноразового інтенсивнішого
опромінення можуть бути нейтралізовані самими клітинами без помітної шкоди для
всього організму. Якщо ж рівень іонізаційного пошкодження істотно перевищує
"ремонтну потужність" клітин, уникнути розвитку біологічного ураження
на наступному етапі вже не можна. Четверта (остання) стадія біологічного
ушкодження не має чітко виявленого закінчення. Для конкретної особини ця стадія
закінчується її прискореною чи "нормальною" смертю, а для її виду
триває і далі, бо уражена особина могла передати ушкоджені гени потомству.
Остання стадія радіаційного ураження теж характеризується боротьбою за виживання,
тільки цього разу весь організм намагається знищити пошкоджені радіацією
клітини (а вони можуть навіть зумовити появу ракової пухлини), замінивши їх
здоровими. Цим займається, як відомо, імунна система організму. Що сильніший
радіаційний удар, то менше у неї шансів перемогти і ліквідувати його наслідки.
Розглянемо співвідношення між кількістю поглинутої променевої енергії і
наслідками променевого ураження
Основи дозиметрії Кінцевий результат
поглинання організмом іонізуючого проміння залежить від багатьох чинників, але
насамперед — від кількості енергії, яка виділилася в ньому. Тому у дозиметрії
основним поняттям є "поглинута доза" D (часто його скорочують до
одного слова "доза"). Вона визначається як відношення всієї
поглинутої енергії Е до маси речовини т, у якій вона спричинила іонізацію і
радіоліз (радіаційний розклад) молекул: D = Elm (Дж/кг = Гр). (9.2) Одиницею дози є грей, названий на честь
англійського фізика С. Грея, одного із засновників радіаційної дозиметрії.
Якщо людина отримує дозу 1 Гр, то в
кожному кілограмі її тіла іонізуючі агенти виділять енергію 1 Дж. Стільки ж
енергії виділяє камінь масою 1 кг, впавши з висоти 10 см. Тому може видатися,
що це незначна енергія і шкідливі наслідки малоймовірні, адже тіло нагріється
лише на 0,00024 °С. На жаль, це не так,
і така доза негативно позначається на здоров'ї. Причиною є особлива токсичність
вторинних продуктів дії радіації, своєрідне біологічне посилення фізичної дії
іонізуючого випромінювання .
З огляду на особливості всіх видів
випромінювання можна чекати різної шкідливості однакових доз кожного з них.
Експерименти підтверджують це припущення: поглинутий тілом джоуль енергії
а-частинок майже у 10 разів шкідливіший від аналогічної енергії (3-частинок чи
у-променів. Тому вважають, що коефіцієнт якості (фактично, шкідливості)
а-частинок ka = 10, а pi-частинок і у-променів відповідно kg = 1, k = 1. Якщо врахувати цю неоднакову
"ефективність" різних іонізуючих агентів, то можна запровадити
"ближчу до суворої прози життя" так звану еквівалентну дозу, її
позначають Н і вимірюють у зіеер-тах (Зв), названих так на честь шведського
вченого Р. Зіверта. Тут використано припущення, що біодії окремих агентів лише
додаються, а не перемножуються з додатковим посиленням їх спільної дії. Експерименти
свідчать, що суттєві відхилення від формули (9.3) і припущення про
підсумовування спостерігаються рідко. Причиною відхилень може бути аномальний
стан особи, приймання нею наркотиків, інтенсивне куріння тютюну та інші
негативні впливи індивідуального характеру. Зіверт
не став загальновживаною і поширеною одиницею. Традиційно дотепер
використовується бер (біологічний еквівалент рада). Не розглядатимемо деталей
його появи і причини такої назви, а тільки зазначимо, що зіверт у сто разів
більший за бер, отже, 1 Зв = 100 бер. Окрім еквівалентної дози існує ще
"детальніша" ефективна еквівалентна доза, яка теж вимірюється у зівертах,
але додатково враховує під час повного опромінення тіла велику вразливість
статевих органів і червоного кісткового мозку та значно меншу решти тіла.
Надалі ми використовуватимемо лише зіверт і бер.
Хоч зв'язку з дозою в берах (Зв) та
рівнем пошкодження особи радіацією не встановлено так добре, як для
лабораторних тварин, та все ж за роки ближчого знайомства (як правило,
небажаного, під час аварій) з іонізуючим випромінюванням вчені поступово
нагромадили достатньо інформації Людина
належить до найчутливіших до радіації видів істот. При переході від
теплокровних до холоднокровних, а потім до простих і найпростіших істот
стійкість до дії іонізуючого випромінювання чимраз збільшується, сягаючи
максимуму в бактерій. Були випадки, коли вони розкошували в активній зоні
ядерних реакторів зі сприятливою для них температурою води. Відомо, що людина
не має органів чуттів з такою самою чутливістю до у-променів, яка притаманна
очам до фотонів видимого світла. Ми не реагуємо на іонізуюче випромінювання. Лише
тоді, коли його інтенсивність значно перевищує смертельний поріг, ніс вловлює
озон, утворений радіацією з кисню повітря. Вчені вважають, що така
"неозброєність" живих істот є наслідком непотрібності таких органів.
Мабуть, у минулому в історії Землі жодного разу не виникали надовго умови з
небезпечним для всіх (чи для більшості) видів рівнем радіаційного поля. Знання дозиметрії давалися людям дуже
дорого. Понад сто лікарів, які першими постійно використовували рентгенівські
апарати для медичної діагностики, один за одним загинули від променевої
хвороби. Лише завдяки створенню систем захисту (свинцеві екрани) і чутливих до
іонізуючого випромінювання приладів (лічильників, датчиків, дозиметрів) вдалося
порівняно безпечно застосовувати корисні ефекти радіації. Першою одиницею "старої"
дозиметрії був згаданий вище рентген, що означав таку дозу поглинутої сухим
повітрям променевої енергії, яка достатня для створення у кожному його
кубічному сантиметрі 2,08 млрд пар однозарядних іонів. Відтак, інтенсивність 1
Р/год означає, що за годину набігає доза 1 Р, за добу — 24 рентгени. Якщо знехтувати незначними деталями, то
рентген виявляється дещо меншим від бера:
1 Р = 0,877 бер.
В описах аварії на ЧАЕС та в
інших публікаціях постійно зазначається інтенсивність поля радіації у частках
Р/год. Наприклад, якщо вона дорівнювала 200 млР/год (0,2 Р/год), то за робочу
зміну людина в такому полі отримувала 8 • 0,2 • 0,877 бер =1,4 бер.
Слід зазначити, що до квітня 1986 р.
інтенсивність природного радіаційного поля у різних місцях України була в межах
10-40 мкР/год (0,00001-0,00004 Р/год).
Проблема точного визначення наслідків
впливу на людину малих доз була і залишається актуальною і не розв'язана до
кінця. На жаль, окрім наукового значення і змісту вона з самого початку була
"забарвлена" політичними та ідеологічними аспектами.
Наприклад, кілька десятиліть з
політичних міркувань у Радянському Союзі висвітлення питань біологічної дії
іонізуючих випромінювань було і неповним, і одностороннім. Аж до його розпаду
нічого не повідомлялося про нещастя, аварії і катастрофи, рівні забруднення і
ризику для населення. Мотивація була досить "оригінальною", бо
мовчання виправдовувалося гострою потребою захистити людей від радіофобії,
небезпечної панічної поведінки, неврозів, розладів психіки тощо. Водночас у пресі й науково-популярній
літературі настійно наголошувалося, що навіть одинична швидка і заряджена
частинка може спричинити непоправне пошкодження молекули ДНК і народження
нащадка з невиліковними генетичними дефектами. Ці пояснення обов'язково
закінчувалися "науково обґрунтованою" критикою
мілітаристів-американців за ядерне бомбардування Японії у 1945 році, за
випробування ядерної зброї тощо. Замовчувалися власні надвипробування і
забруднення .
ü Ядерна
енергетика в УРСР
1977-й рік - рік
народження української атомної енергетики. В промислову експлуатацію введено
перший енергоблок Чорнобильської АЕС з реактором РБМК-1000 (1000 МВт).
Зростаюча потреба в електроенергії, прагнення замінити теплові та гідроелектростанції
на потужніші - атомні, сприяли їх швидкому будівництву. На час техногенної
аварії на 4-му блоці Чорнобильської АЕС (квітень 1986) в Україні перебувало в
експлуатації 10 енергоблоків, 8 з яких потужністю 1000 МВт.
3 1986 і до 1990
- часу ухвали Верховною Радою України постанови «Про мораторій на будівництво
нових АЕС на території УРСР», введено ще 6 атомних блоків потужністю 1000 МВт
кожний: три на Запорізькій АЕС і по одному на Південно-Українській, Рівненській
та Хмельницькій АЕС. На час здобуття незалежності (серпень 1991 р.) в Україні
працювало 15 енергоблоків на 5 атомних електростанціях.
ü Ядерна
енергетика в Україні
У грудні 1991 р. підприємства атомної енергетики були об'єднані у
концерн "Укратоменергопром", який у січні 1993 було реорганізовано у
Державний комітет України з використання ядерної енергії - Держкоматом України.
21 жовтня 1993
р. Верховна Рада України скасувала дію мораторію. Було відновлено роботи на
6-му блоці Запорізької АЕС, 4-му блоці Рівненської та 2-му - Хмельницької АЕС.
У жовтні 1995 р. відбувся енергетичний пуск 6-го блоку Запорізької АЕС.
Запорізька атомна станція із встановленою потужністю 6 млн кВт стала найбільшою
в Європі. 17 жовтня 1996 р. постановою Кабінету Міністрів №1268 було створено
державне підприємство «Національна атомна енерго-генеруюча компанія
"Енергоатом". Чорнобильська АЕС — перша українська атомна
електростанція, експлуатацію якої припинено до закінчення проектного ресурсу.
Нині три блоки станції з реакторами РБМК-1000 перебувають у стадії зняття з
експлуатації, зокрема, 2-й енергоблок - з 1991 р. після пожежі у машинному
залі, 1-й енергоблок - з 1996 р. за рішенням українського уряду, 3-й блок
зупинено наприкінці 2000 р.
Постановою Уряду України від 25
квітня 2001 р. Чорнобильську АЕС виведено зі складу НАЕК
"Енергоатом". Їй надано статус державного спеціалізованого
підприємства. Для вирішення питань працевлаштування вивільненого персоналу
Чорнобильської АЕС, а також з метою підвищення ефективності управління якістю
та ефективністю ремонтних робіт, що проводяться на атомних електростанціях, у
листопаді 2000 р. створено підприємство "Атомремонтсервіс", яке
увійшло до складу Компанії.
З квітня 1999 р.
уведено в промислову експлуатацію Олександрівську ГЕС з потужністю 2,5 МВт —
частину Південноукраїнського енергетичного комплексу.
У 2003 р.
планується добудувати Ташлицьку ГАЕС, готовність двох агрегатів якої оцінюється
у 80 відсотків. На державному рівні здійснюються заходи з добудови двох
енергоблоків на Рівненській та Хмельницькій АЕС, готовність яких - 85-90
відсотків.
У липні 2001 р.
Запорізька АЕС отримала ліцензію на введення в дослідно-промислову експлуатацію
перших трьох контейнерів сухого сховища відпрацьованого ядерного палива
(ССВЯП). Нині проводиться робота з переведення сховища у промислову
експлуатацію.
У липні 2002 р.
Південно-Українська АЕС першою серед українських атомних електростанцій
отримала ліцензію Держатомрегулювання на експлуатацію ядерних установок.
Серпень - жовтень 2004 р. Завершення спорудження та енергетичний пуск другого
Хмельницького та четвертого Рівненського енергоблоків. На сьогодні в
експлуатації на АЕС перебуває 15 енергоблоків, з них 13 - з реакторами типу
ВВЕР-1000, 2 - ВВЕР-440 (нового покоління).
За кількістю реакторів та їх
сумарною потужністю Україна посідає восьме місце у світі та п'яте в Європі.
При наявності в Україні п’яти
атомних електростанцій потужністю 11800 МВт (на 01.01.2000), уран відіграє
значну роль у забезпеченні країни електроенергією. Його частка у виробництві електроенергії,
в порівнянні з іншими енергоносіями, постійно зростає. Так у 2000 р. АЕС
виробили 45,1% електроенергії і майже зрівнялись з часткою ТЕС, на яких 19 млн.
кВт потужностей із 36 вимагають ремонту чи реконструкції.
Немає коментарів:
Дописати коментар