Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Февраля 2013 в 16:14, курсовая работа
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.
Вступ. 2
Розділ 1. Аналіз програми в випускному класі при вивченні ядерної фізики 4
Розділ 2. Основні поняття дозиметрії 9
2.1. Доза випромінювання, види поглинутої дози випромінювання 9
2.2. Біологічна дія іонізуючого випромінювання 10
2.3. Методи виявлення та вимірювання радіоактивного випромінювання 13
Розділ 3. Методика вивчення основних понять дозиметрії 15
3.1. Методика вивчення поняття «доза випромінювання» 15
3.2. Методика вивчення біологічної дії іонізуючого випромінювання 16
3.3. Методика вивчення методів практичного виявлення та вимірювання радіоактивного випромінювання 16
Розділ 4. Формування міжпредметних зв’язків під час поглибленого вивчення основних понять дозиметрії в 11 класі 17
4.1. Формування міжпредметних зв’язків із біологією 18
4.2. Формування міжпредметних зв’язків із основами безпеки життєдіяльності. 18
Висновки. 20
Додаток 1. План-конспект уроку. Вимірювання радіоактивних випромінювань. Дозиметри. 21
Додаток 2. Лабораторна робота. Вимірювання природного радіаційного фону. Складання радіаційної карти місцевості. 32
Список використаної літератури. 38
Біологічний ефект іонізуючого випромінювання залежить від сумарної дози й часу впливу випромінювання, виду випромінювання, розмірів опроміненої поверхні, індивідуальних особливостей організму.
При однократному опроміненні всього тіла людини можливі біологічні порушення залежно від сумарної поглиненої дози випромінювання. При опроміненні дозами, в 100 - 1000 разів перевищуючу смертельну дозу, людина може загинути під час опромінення.
Міра чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо розглядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до дії випромінювання, то одержимо наступну послідовність: лімфатична тканина, лімфатичні вузли, селезінка, щитовидна залоза, кістковий мозок, зародкові клітки. Більша чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення характеру променевої хвороби. При однократному опроміненні всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр через добу після опромінення може різко скоротитися число лімфоцитів.
Зменшиться
також і кількість еритроцитів
Важливим фактором при впливі іонізуючого випромінювання на організм є час опромінення. Зі збільшенням потужності дози вражаюча дія випромінювання зростає. Чим більше дробне випромінювання за часом, тим менша його вражаюча дія.
Зовнішнє опромінення а-, а також -частками менш небезпечне. Вони мають невеликий пробіг у тканині й не досягають кровотворних й інших внутрішніх органів. При зовнішньому опроміненні необхідно враховувати - і нейтронне опромінення, які проникають у тканину на більшу глибину й руйнують її.
Подивимося, які ж процеси відбуваються в результаті іонізації.
При іонізації складних молекул відбувається їхня дисоціація в результаті розриву хімічних зв'язків. Це так називана пряма дія іонізуючого випромінювання. Більше істотну роль у формуванні біологічних наслідків грає механізм непрямої дії іонізуючого випромінювання. Під непрямою дією випромінювання розуміють радіаційно-хімічні зміни в даній речовині, обумовлені продуктами радіолізу води.
Відомо, що в біологічній тканині 70 % по масі становить вода. У результаті іонізації молекули води утворяться вільні радикали й за наступною схемою:
У присутності кисню утворяться також вільний радикал гідро перекису і перекис водню, що є сильними окислювачами.
Вільні радикали й окислювачі, маючи високу хімічну активність, вступають в хімічні реакції з молекулами білка, ферментів й інших структурних елементів біологічної тканини, що приводить до зміни біохімічних процесів в організмі. У результаті порушуються обмінні процеси, придушується активність ферментних систем, сповільнюється й припиняється ріст тканин, виникають нові хімічні сполуки, не властиві організму, токсини. Це приводить до порушення життєдіяльності окремих функцій або систем й організму в цілому.
Індуковані вільними радикалами хімічні реакції розвиваються з більшим виходом і втягують у цей процес багато сотень і тисячі молекул, не порушених випромінюванням. У цьому складається специфіка дії іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти, що полягає в тім, що створений ними ефект обумовлений не стільки кількістю поглиненої енергії, скільки тією формою, у якій ця енергія передається. Ніякий інший вид енергії (теплова, електрична й ін.), поглинені біологічним об'єктом у тій же кількості, не приводять до таких змін, які викликає іонізуюче випромінювання.
Наприклад, смертельна доза іонізуючого випромінювання для ссавців дорівнює 5 Гр (500 рад), відповідає поглиненій енергії випромінювання 5 Дж/кг. Якщо цю енергію підвести у вигляді тепла, то вона нагріла б тіло лише на 0,001°С. Саме іонізація атомів і молекул середовища обумовлюють специфіку дії іонізуючого випромінювання.
Для вимірювання рівня радіоактивного випромінювання використовують прилади, які отримали загальну назву дозиметри. Дозиметричні прилади можна класифікувати за призначенням, типу датчика, вимірюванню типу випромінювання, характеру електричних сигналів, тощо.
Дозиметри розділяють на декілька груп:
Для визначення рівнів радіації, ступеня радіоактивності або дози випромінювання використають один з методів: фізичний, хімічний, фотографічний, біологічний або математичний (розрахунковий).
В основі роботи дозиметричних приладів використаються наступні методи індикації:
Як же влаштований дозиметричний прилад?
Принципова
схема будь-якого
Типова блок-схема дозиметричного пристрою зображена на рисунку 1.1.
Рис 1.1. Типова блок-схема дозиметра.
Розглянемо методику вивчення основних понять дозиметрії, які вводять при розгляді теми.
При введенні понять доза випромінювання потрібно зупинитися на встановленні особливостей кожного із типів доз опромінення. Дати характеристику експозиційної, поглинутої, біологічної дози. Дані дози відрізняються одна від одної по характеристиках тому, для кращого засвоєння матеріалу можна запропонувати, наприклад, викладений матеріал систематизувати за допомогою таблиці, де відобразити назву дози випромінювання, системні на позасистемні одиниці її вимірювання, прехід між одиницями вимірювання, тощо. Створена таблиця міститиме всі основні характеристики випромінювання і сприятиме закріпленню матеріалу.
Вивчення біологічного впливу радіоактивного випромінювання повинно враховувати те, що схожі питання учні вже розглядали під час вивчення курсів біології, органічної хімії. Основ безпеки життєдіяльності. Тому потрібно лише нагадати їм про біологічну дію радіоактивного випромінювання. Також при розгляді даного питання потрібно зробити наголос на практичній цінності цього питання та на формування вмінь та навичок безпечного поводження із радіоактивними речовинами.
Вивчення методів практичного виявлення та вимірювання радіоактивного випромінювання передбачає користування дозиметричними приладами. Але головним у цій темі буде забезпеченість школи та кабінету фізики дозиметричними приладами. Потрібно перевірити на наявність дозиметрів шкільний кабінет військової підготовки, заводські лабораторії, формування цивільної оборони, де повинен бути радіометр-рентгенметр ДП-5А. якщо його не буде виявлено то можна скористатися будь-яким побутовим дозиметром. При викладанні даної теми доцільно розглянути класифікацію дозиметричних приладів за характером вимірювання радіоактивних випромінювань, узагальнену схему дозиметра на основі лічильника Гейгера, а далі розглянути практичну роботу із одним із виявлених дозиметричних пристроїв. При проведенні даного уроку потрібно роботи наголос на практичній складовій отриманих учнями знань. Показати їх практичну цінність для вимірювання рівня радіоактивного забруднення, визначення радіоактивного фону територій. Для цього слугує і запропонована лабораторна робота в складі лабораторного практикуму із фізики.
Вивчення основних питань дозиметрії являється метою ще кількох інших шкільних предметів, які їх вивчають із ціллю не визначення рівня радіоактивного випромінювання, а для встановлення способів та методів захисту від нього, що є метою основ безпеки життєдіяльності, а також біології, де вивчають вплив іонізуючого випромінювання на живу клітину та її генетичні структури.
При вивченні питань дозиметрії вчитель фізики повинен використовувати інформацію про радіоактивні випромінювання, яку учні отримали із інших навчальних предметів, що дозволить поглибити їх знання із предмету, сформувати між предметні зв’язки, тощо.
Радіоактивні випромінювання вивчаються також і біологією, особливо їх шкідлива дія на живі організми. В біології не виділено окремого заняття по вивченню радіоактивних випромінювань, це є завданням більше основ безпеки життєдіяльності, але в курсі біології вивчається вплив різних факторів на спадковий апарат ДНК та денатурація білків. Під час вивчення вказаних вище тем дається оцінка впливу радіації, радіоактивного забруднення на спадковий апарат ДНК. Вказується, що радіоактивні випромінювання шкідливо впливають на редуплікацію ДНК, особливо при формування та рості живого організму. При редуплікації ДНК можуть відбуватися збої, що приведе до розвитку мутацій та пошкодження генетичного коду. Особливо це небезпечно при формування зародка людини та для новонароджених. Для сформованого організму шкідливий вплив радіації має вже інші механізми (променева хвороба). Вимірювання рівня радіоактивного випромінювання в біології не вивчається.
При вивченні фізики потрібно звертатися до цього матеріалу, формувати між предметні зв’язки із біологією.
Питання радіаційної безпеки розглядаються також і таким предметом як основи безпеки життєдіяльності. В його курсі виділено 2 години на вивчення видів радіоактивного опромінення, їх небезпеки для життєдіяльності, також розглядається ядерні зброя в контексті вивчення зброї масового знищення.
В курсі основ безпеки життєдіяльності велику увагу приділяють, в основному, не питанням дозиметрії як таким, а питанням дій населення при небезпеці радіоактивного опромінення, профілактики та лікування радіоактивних уражень, променевої хвороби, тощо. Питання дозиметрії там розглянуті побічно, коли вказуються зони радіоактивного забруднення вводиться поняття дози радіоактивного забруднення – рентгена, тощо.
В курсі основ безпеки життєдіяльності значну увагу приділено такому питанню як радіаційна безпека, розглядаються питання безпечного поводження із радіоактивними матеріалами, охорони довкілля від радіоактивних опромінень та забруднення.
Значно більшу увагу питанням дозиметрії приділено в курсі початкової військової підготовки, але зважаючи на малу кількість годин по даному предмету та досить часто на відсутність підготованих викладачів викладання початкової військової підготовки у школах ведеться досить погано і розгляд таких питань як ядерна зброя, ядерних вибух у курсі початкової військової підготовки ведеться досить поверхнево. Але при вивченні питань дозиметрії вчителю фізики важливо отримати від вчителя початкової військової підготовки деякі прилади та матеріали, які перебувають у його віданні. Ще із часів СРСР у шкільному кабінеті військової підготовки були такі прилади як набори індивідуальних дозиметрів ИД – 1, хімічний дозиметр ДП – 70 та ДП – 70М (модернізований), індикатор – сигналізатор ДП – 64, рентгенометр ДП – 03, тощо. Не всі із вказаних у даному переліку приладів ще залишилися у шкільних кабінетах, але враховуючи те що за часів СРСР забезпечення кабінетів початкової військової підготовки було на досить високому рівні, то можливість знайти дані прилади є досить високою. На їх основі можна побудувати проведення як лабораторної роботи так і провести деякі демонстраційні досліди та експерименти. Якщо ж ці прилади і несправні і можливості їх відремонтувати немає (потрібно враховувати, що ми маємо справу із військовою технікою та технікою, яка розроблялася для формувань цивільної оборони, тому якщо ці прилади зберігалися в більш – менш нормальних умовах, то вони будуть у робочому стані) то можна використати для демонстраційного досліду джерело радіоактивного випромінювання, яке міститься у футлярі кожного рентгенометра ДП – 3 у верхній частині футляра за свинцевою перегородкою.