Аналіз шкільни програми із фізики із метою встановлення рівня розгляду питань дозиметрії та дотичних до неї питань

                                                                       Зміст 

 

Вступ.

 

Швидкий  розвиток  ядерної  енергетики  та  широке  застосування  джерел  іонізуючого  випромінювання  в  різних  областях  науки,  техніки  та народного  господарства  створили потенційну  небезпеку  радіаційного впливу  на  людину  та  забруднення  навколишнього  середовища  радіоактивними  речовинами.  Тому  питання захисту від радіоактивного  випромінювання  (або так звана радіаційна  безпека)  перетворилися у наш час на одну  із  важливих  проблем.

Для  України  важливість  питання  радіоактивного  забруднення  зросла  після  1986 року, після  аварії  на Чорнобильській  АЕС. І  частина  Рівненської  області  перебуває  у  зоні  радіоактивного  забруднення.  Тому  вивчення  питання  дозиметрії  в умовах  школи має досить  велику  практичну цінність  та  може  продемонструвати  можливість  практичного застосування  досягнень фізики.  Питання дозиметрії  являються доволі  цікавими  із  точки зору  формування  пізнавального інтересу  до фізики,  вони  дозволяють  практично показати застосування  фізики  у нашому  житті.   

Завданням  роботи  буде  проаналізувати  шкільну  програму  із  фізики  із  метою  встановлення  рівня  розгляду  питань  дозиметрії  та  дотичних  до  неї питань: радіоактивних  випромінювань,  їх  видів  та  доз,  методів  вимірювання  радіоактивного  випромінювання  у  стандартній  шкільній  програмі  із фізики.  Також  завданням  роботи буде  розробити  методику  викладання  питань  дозиметрії  у  шкільному  курсі  фізики,  встановити необхідну  для  цього  кількість  навчальних годин,  теми  занять,  можливість проведення  лабораторних  робіт,  проведення демонстраційних  дослідів  із теми, тощо.

Вивчення  питань  дозиметрії  вимагає  широкого  використання  інформації  із  інших  шкільних  предметів,  потребує  формування  між предметних  зв’язків  фізики  із  біологією,  початковою військовою підготовкою, основами  безпеки  життєдіяльності,  тощо.

Слід  відмітити  також, що  мало  виявити  радіоактивне  забруднення, потрібно також  знати  і  як  від  нього позбавитися,  а  також  вірно  вибирати  та проводити  профілактичні  дії,  на  що  також  потрібно  звернути  увагу.

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 1. Аналіз програми  в випускному  класі при вивченні  ядерної фізики

 

Вивчення фізики в старшій школі на профільному  рівні спрямовано на досягнення наступних  цілей:

• освоєння знань про методи наукового пізнання природи; сучасної фізичної картини  світу, властивостей речовини й поля, просторово-часових залежностей, динамічних і статистичних законів природи, елементарних частинок і фундаментальних взаємодій, будови й еволюції Всесвіту; знайомство з основами фундаментальних фізичних теорій: класичної механіки, молекулярно-кінетичної теорії, термодинаміки, класичної електродинаміки, спеціальної теорії відносності, квантової теорії;
• оволодіння вміннями проводити спостереження, планувати й виконувати експерименти, обробляти результати вимірювань, висувати гіпотези й будувати моделі, установлювати границі їхньої застосовності;
• застосування знань по фізиці для пояснення явищ природи, властивостей речовини, принципів роботи технічних пристроїв, рішення фізичних завдань, самостійного отримання й оцінки вірогідності нової інформації фізичного змісту, використання сучасних інформаційних технологій для пошуку, переробки й використання навчальної й науково-популярної інформації з фізики;
• розвиток пізнавальних інтересів, інтелектуальних і творчих здатностей у процесі рішення фізичних завдань і самостійного придбання нових знань, виконання експериментальних досліджень, підготовки доповідей, рефератів й інших творчих робіт;
• виховання духу співробітництва в процесі спільного виконання завдань, поважного відношення до думки опонента, обґрунтованості висловлюваної позиції, готовності до морально-етичної оцінки використання наукових досягнень, поваги до творців науки й техніки, що забезпечує провідну роль фізики в створенні сучасного миру техніки;
• використання придбаних знань й умінь для рішення практичних, життєвих завдань, раціонального природокористування й захисту навколишнього середовища, забезпечення безпеки життєдіяльності людини й суспільства.

Саме  останнє  завдання  фізики  і  цікавить  нас.  Адже  завданням  роботи  буде  розгляд  питань  дозиметрії,  які  тісно  пов’язані  із  радіоактивним  забрудненням  території,  радіонуклідами  та  шкідливою  дією  радіоактивного  випромінювання. 

Вказані  питання  розглядаються  в  випускному,  11  класі  у  другому  семестрі.  На  вивчення  питань  по  темі «Атом та атомне ядро»  виділяється,  згідно  типової  програми,  20  годин та  2  години  резерву.  Згідно  типової програми  на  вивчення  теми  «Поглинута  доза випромінювання  та  її  біологічна дія. Захист  від опромінення»   виділяється одна навчальна година.  На  цьому  занятті  проводиться  вивчення  понять  доза  випромінювання,  біологічна  доза  опромінення  та  даються  рекомендації  щодо  захисту  від  опромінення.  Питання  вимірювання радіоактивних випромінювань  не  розглядається  у  шкільній  програмі  взагалі.  Тому  для  поглибленого  вивчення  теми  дозиметрія  потрібно  виділити  щонайменше  дві  навчальні  години. І  після  теми     «Поглинута  доза випромінювання  та  її  біологічна дія. Захист  від  опромінення. Техніка безпеки  при  роботі  із радіоактивними речовинами»  потрібно  повести  розгляд  теми  «Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри»,  на  занятті буде розглянуто  будову  та  використання різних  систем  дозиметрів,  проведено практичне вимірювання радіоактивного  фону приміщення. В  типовій програмі  є тема  «Експериментальні  методи  реєстрації  іонізуючих  випромінювань»,  яка  дотична до  теми  «Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри»,  але у методах реєстрації  іонізуючих  випромінювань головний  акцент  зроблено  на  будові  та  принципі  дії  лічильника  Гейгера,  а  не  на використанні  дозиметрів.  Тому  доцільним  вважається,  на  мою  думку,  залишити заняття  «Експериментальні  методи  реєстрації  іонізуючих  випромінювань»   без  змін  та  провести  із  метою поглибленого  вивчення  дозиметрії  два  заняття  із темами, які вказані у таблиці 1.

Таблиця 1. Теми  занять при  поглибленому  вивченні  дозиметрії.

№	Тема  заняття.
Заняття №1	Поглинута  доза випромінювання  та  її  біологічна дія. Захист  від  опромінення. Техніка безпеки при роботі  із радіоактивними речовинами.
Заняття №2	Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри.

 

Час  на  проведення  другого  заняття  можна  отримати  за  рахунок  резерву  часу,  який  як  було  сказано  вище,  складає  2  години. А  якщо резерв  часу  вибраний  на  проведення  контролюючих  занять  та  тематичних  атестацій,  то  потрібно провести  об’єднання  занять. Наприклад можна об’єднати такі  заняття,  як  «Термоядерні  реакції. Боротьба  за  ліквідацію загрози ядерної війни»  та  заняття «Проблема розвитку  ядерної енергетики  в Україні. Чорнобильська катастрофа  та  ліквідація  її  наслідків».  Два вказані заняття можна об'єднати  в одне  та  провести  у вигляді нетрадиційного  уроку.  Таким  чином  ми отримаємо  час  на  проведення  заняття  по  темі  «Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри».

Для  забезпечення  практичної складової  занять  по  фізиці  доцільно  при  поглибленому  вивченні  теми  дозиметрії  проводити  різноманітні  демонстраційні  та  лабораторні  досліди.  Але  при  їх  проведенні  все  впирається  у  наявність  необхідних  приладів (дозиметрів)  та  роботу  із  радіоактивними  матеріалами,  що  є  небезпечним  для  життя.  Тому  доцільним  є  запропонувати  при вивченні  теми   «Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри» провести  демонстраційний  дослід  по  вимірюванню  радіаційного  фону  приміщення  (фізичного кабінету)  та  по вимірювання  радіаційного фону  кількох  природних  зразків  мінералів, які  володіють  невеликим  радіаційним  фоном,  який  є  все  ж  більшим  за  природній фон,  це  можуть  бути  зразки  базальту,  граніту,  тощо.  Також  можна  виміряти  радіаційний  фон  еталонного  разка  радіоактивного препарату, який  міститься у верхній кришці   кожного рентгенометра  ДП – 3  у  верхній  частині  футляра  за  свинцевою перегородкою.  Його  також можна використовувати для градуювання дозиметрів,  якщо виникне така  потреба. 

Взагалі  роботу  із  радіоактивними  препаратами  у  будь-якому  вигляді  потрібно  проводити  обережно  і  перед  самим  заняття  провести  інструктаж  по  техніці  безпеки,  що  відобразити  у  шкільному  журналі.

У  курсі  фізики  для  11  класу  передбачений  також  і  лабораторний  практикум  у  складі  8  годин.  Тому  можна  запропонувати  провести  у  складі  лабораторного практикуму  лабораторну  роботу  на тему  «Вимірювання  радіаційного  фону. Складання  радіаційної  карти  місцевості».

Проведення  такої  роботи  вимагає  спеціальної підготовки до  проведення  роботи,  а також вимагає наявності необхідної техніки та  приладів.  У нашому  випадку будемо  виходити  із  того, що  в наявності є лише  один  дозиметр.  Тому  можна запропонувати на початку лабораторної  роботи  ознайомитися  із  роботою  приладу  під безпосереднім  контролем  вчителя  та визначити  радіаційний  фон  приміщення,  на  що  відвести  близько 20  хвилин  часу  заняття.  Після  засвоєння  методики  роботи  із  дозиметром  пропонується  скласти  радіаційну  карту  місцевості.  Учні  класу  на  прилеглій  до  школи  території  проводять  заміри  радіаційного  фону  та  оцінюють  відстань  до  приміщення  школи.  Згодом  по  отриманих даних радіаційного фону та  відстанях складають радіаційну  карту  місцевості,  на  якій  схематично  позначають  прилеглі  будинки,  тощо  та  проставляють  величини  фону. Складання  карти  можна  запропонувати провести  у якості  домашнього  завдання  до  роботи.  При  наявності  у  школі  кількох  дозиметрів, наприклад  побутових дозиметрів  «Бриз»  чи  інших  можна  створити  декілька  груп  учнів  та  охопити  вимірюваннями  більшу  територію.     

Проведення  вказаних  вище  занять  дозволить  більш  поглиблено  вивчити  питання  дозиметрії  у  курсі  фізики для  типових  класів.  Дозволить  отримати  практичні  навики  роботи  із  дозиметром,  визначати  радіаційний  фон  приміщень  на  відкритих  територій,  сформує  вміння  та  навики  роботи  із  радіоактивними  речовинами  та  правила  техніки  безпеки  при поводженні  із  ними.

У  класах  із  поглибленим  вивченням  фізики  дані  теми  можна  розширити,  наприклад  на  тему  «Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри»  виділити більшу  кількість  годин.

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 2. Основні  поняття  дозиметрії

 

 

Розглянемо  основні  питання  теми,  які  необхідно  висвітлити  при проведенні  занять.

2.1. Доза  випромінювання,  види  поглинутої дози випромінювання

Дозою  опромінення  називають  енергію  випромінювання,  яка  поглинута  в  одиниці  об’єму або  маси  речовини  за  весь  час  впливу  випромінювання. Енергія  поглинутого  опромінення  витрачається  на  іонізацію  речовини. Отже  доза  опромінення  характеризує  ступінь  іонізації  речовини,  чим більша  доза  тим більший ступінь іонізації.  Саме  тому  доза  опромінення являється мірою поражаючого впливу  радіоактивного опромінення.  Одна  і та  ж доза  може  накопичуватися  за різний  час,  причому біологічний ефект опромінення залежить  не  тільки  від  величини  дози,  але  і  від часу  її  накопичення. Чим  швидше  отримана  дана  доза  опромінення,  тим  більша  її  поражаюча  здатність.

Існує  три  види  доз: експозиційна,  поглинута  та  еквівалентна. Доза  опромінення,  що  характеризує  іонізаційний  ефект  рентгенівського  та  гамма – опромінення  в  повітрі  носить  назву  експозиційної  дози.  Саме  її  і вимірюють  за  допомогою  дозиметричних  приладів.  Вона  характеризує  джерело  та радіоактивне поле,  яке  він  створює. Це потенційна небезпека опромінення. Людина може ввійти в це поле й опромінитися, але може й не ввійти й, отже, не піддатися опроміненню. Але поле з певною дозою випромінювання залишається. Її вимірюють у рентгенах (Р), а в системі СІ - кулонах на кілограм (Кл/кг).

Поглинена доза опромінення - це кількість енергії  різних видів іонізуючих випромінювань, поглинена одиницею маси даного середовища. За одиницю поглинутої дози опромінення приймають джоуль на кілограм (Дж/кг) – грей  (Гр), а широко розповсюдженою є також позасистемна одиниця - рад.

Еквівалентна  доза опромінення враховує ту обставину, що різні види випромінювань створюють різний біологічний вражаючий ефект при одній і тій же дозі випромінювання. Наприклад, випромінювання наносить людині вражаючий ефект у двадцять разів більший, ніж така ж доза гамма-випромінювання. Щоб урахувати нерівномірність ураження від різних видів випромінювань уведений «коефіцієнт якості», на який необхідно помножити величину поглиненої дози від певного виду випромінювання, щоб одержати еквівалентну дозу. Всі національні й міжнародні норми встановлені саме в еквівалентній дозі опромінення.  Позасистемною одиницею цієї дози є бер, а в системі СІ - зіверт (Зв).

2.2. Біологічна дія  іонізуючого випромінювання

 Відомо, що 2/3 загальної маси тканин людини становлять вода й вуглець, вода під впливом випромінювання розщеплюється на водень Н и гідроксильну групу ОН.  Які  або безпосередньо, або через ланцюг вторинних перетворень утворюють продукти з високою хімічною активністю: гідратний оксид і перекис водню . Ці сполуки взаємодіють із молекулами органічної речовини тканини, окисляючи й руйнуючи її.

У результаті впливу іонізуючого випромінювання порушуються нормальний плин біохімічних процесів й обмін речовин в організмі. Залежно від величини поглинутої дози випромінювання й індивідуальних особливостей організму  зміни можуть бути оборотними або необоротними. При невеликих дозах уражена тканина відновить свою функціональну діяльність.

Будь-який вид іонізуючих випромінювань викликає біологічні зміни в організмі як при зовнішньому (джерело перебуває поза організмом), так і при внутрішнім опроміненні (радіоактивні речовини попадають усередину організму).