Радіоекологічний контроль.  Дозиметри.

Мета.

Навчальна. Ознайомити з поняттям та нормами радіоекологічного контролю, будовою та принципом роботи дозиметра. Навчитися проводити дозиметричні вимірювання.

Розвиваюча. Розвивати логічне та алгоритмічне мислення.

Виховна. Виховувати свідоме ставлення до збереження життя на планеті.

Тип уроку. Формування знань, умінь, навичок.

Дидактичні матеріали:

• Фізика: підруч. для 9 класу  Бар’яхтар В. Г., Довгий С. О., Божинова Ф. Я., <<Читати онлайн>>
• Прилади. Радіометр “Прип’ять”, дозиметр радіації “SOEKS”

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Радіоекологічний контроль. Дозиметри.
3. Проведення радіоекологічного контролю.
4. Запитання до уроку.
5. Домашнє завдання.
6. Перевір себе.
7. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

2. Радіоекологічний контроль. Дозиметри.

Природний радіаційний фон. Незалежно від того, у якому куточку Землі живе людина, вона постійно зазнає впливу радіації, тому що в будь-якій місцевості завжди є певний радіаційний фон.

Природний радіаційний фон - іонізуюче випромінювання земного та космічного походження.

Радіаційний фон Землі складається з:

• космічного випромінювання;
• випромінювання природних радіонуклідів, які містяться у земній корі, повітрі та інших об’єктах зовнішнього середовища;
• випромінювання штучних радіоактивних ізотопів.

Рис. Середні еквівалентні дози йонізуючого випромінювання, які отримує людина протягом року від деяких джерел радіації.

Природна радіоактивність зумовлена космічними променями і випромінюваннями природних радіоактивних речовин, які містяться в гірських породах, ґрунті, воді, повітрі, тканинах рослинних і тваринних організмів.

У результаті діяльності людини природний радіаційний фон значно збільшився - відбулося техногенне підвищення природного радіаційного фону. Приклад такої діяльності людини - видобування корисних копалин (вугілля, мінеральних добрив, сировини для будівельних матеріалів тощо), які містять підвищену кількість радіонуклідів уранового й торієвого рядів. Так, підвищений вміст природних радіоактивних ізотопів є в граніті.

Життя на землі виникло і розвивається в умовах постійної дії радіації. Тому, скоріш за все, природний радіаційний фон суттєво не впливає на життя та здоров’я людей.

Сучасні радіобіологічні дослідження показують, що радіаційний рівень, який відповідає природному фону, складає 0,1 – 0,2 мкЗв/год, і вважається нормальним. Це є еквівалентом середньої дози меншої ніж 2 мЗв/рік. Небезпечним рівнем для людини вважається поріг у 0,3 мкЗв/год, тобто опромінення дозою у 0,3 мкЗв протягом години. Але навіть невелике перевищення рівня радіації може визвати генетичні дефекти, які, можливо, проявляться у дітей та онуків людини, що була опромінена. При великих дозах радіація спричиняє серйозні ураження тканини. Наприклад, отримана протягом кількох годин еквівалентна доза йонізуючого випромінювання 1 Зв викликає небезпечні зміни в крові, а доза 3-5 Зв у 50% випадків спричиняє смерть.

Якщо радіаційний фон перевищує 0,3 мкЗв/год - потрібно шукати причину перебільшення. Якщо радіаційний фон перебільшує 1,2 мкЗв/год - перебувати в даному місці небезпечно.

Варто звертати увагу й на їжу як на можливе джерело внутрішнього опромінення.

Для захисту населення від внутрішнього опромінення радіоактивними речовинами в Україні регламентовано максимально допустиму питому активність радіонуклідів Цезію-137 і Стронцію-90, що містяться в продуктах харчування та питній воді.

Таблиця 1. Значення допустимої питомої активності радіонуклідів у харчових продуктах і питній воді

Основна маса населення найбільшу дозу отримує від природних джерел радіації та під час медичних обстежень.

Таблиця 2. Середні еквівалентні дози йонізуючого випромінювання, що отримує людина протягом року від деяких джерел радіації

Радіоекологічний контроль. Дозиметри. Вивчення складної радіаційної ситуації в Україні потребує проведення досліджень з метою організації системи радіоекологічного (дозиметричного) контролю з використанням приладів, доступних для широкого кола користувачів.

Завдання радіоекологічного контролю полягає у кількісній і якісній оцінці параметрів радіаційної ситуації, зумовленої наявністю природних і техногенних джерел радіації та в розробці оптимального способу господарювання за таких умов.

Системою сучасного радіоекологічного контролю передбачається доступність і простота вимірювання рівня гамма-фону, ступеня радіаційної чистоти та рівня індивідуальних доз зовнішнього опромінення за допомогою різноманітних дозиметричних приладів (дозиметрів, радіометрів). Вони повинні бути призначені як для наукових радіоекологічних досліджень, так і для широкого використання населенням та відзначатися портативністю, простотою в експлуатації і низькою вартістю.

Дозиметр - прилад для вимірювання потужності дози йонізуючого випромінювання,  отриманого приладом, а також тим, хто ним користується, за деякий проміжок часу.

Відношення дози йонізуючого випромінювання (D) до часу опромінення називають потужністю дози йонізуючого випромінювання:

.

        Одиниця потужності поглинутої дози йонізуючого випромінювання - Гр/с; одиниця потужності експозиційної дози йонізуючого випромінювання - Р/с; одиниця потужності еквівалентної дози йонізуючого випромінювання - Зв/с.

Сьогодні в Україні випускається понад двадцять дозиметричних приладів різного функціонального призначення. Однак найчастіше використовуються дозиметри-радіометри, які відповідають вимогам радіоекологічного контролю.

Рис. Типова блок-схема дозиметра

Основною частиною дозиметра є детектор.  Детектором (чутливим елементом дозиметра або радіометра, що слугує для перетворення явищ, викликаних іонізуючими випромінюваннями в електричний або іншій сигнал, легко доступний для вимірювання) може бути іонізаційна камера, лічильник Гейгера, сцинтилятор, напівпровідниковий діод та ін.

В йонізаційних дозиметрах детектором служить лічильник Гейгера-Мюллера, дія якого ґрунтується на властивості радіоактивного випромінюваня значно збільшувати провідність газів.

Датчик лічильника Гейгера-Мюллера являє собою скляний циліндр, який зазвичай заповнюють розрідженим газом. Стінки циліндра вкриті металевою плівкою, що є катодом. Усередині циліндра натягнуто металевий дріт (анод). Між дротом і стінками циліндра створюють сильне електричне поле.

Рис. Принципова схема лічильника Гейгера-Мюллера

Коли         радіоактивне випромінювання потрапляє всередину циліндра, відбувається йонізація атомів газу. Вільні електрони та йони, що виникають внаслідок йонізації, розганяються електричним полем і після ударів об нейтральні атоми розбивають їх на електрони та йони. У результаті в об’ємі циліндра кількість електронів та йонів лавиноподібно зростає. Під дією електричного поля електрони спрямовуються до дроту - через коло  проходить імпульс струму, який підсилюється й передається на приймач. Якщо приймачем є, наприклад, динамік, то з приладу лунає характерне клацання: чим сильніше радіоактивне випромінювання, тим частіше клацання. Зазвичай приймачем слугує цифровий вимірювальний пристрій. У такому випадку на дисплеї дозиметра з’являється числове значення дози йонізуючого випромінювання.

Відео. Що таке радіація (Час показу 2:15 хв)

3. Проведення радіоекологічного контролю.

Радіоекологічне дослідження. Проведіть радіоекологічне дослідження території школи, міста, України. Результати дослідження представте у вигляді таблиці 3.

Таблиця 3. Радіоекологічне дослідження території школи, міста, України.

Задача 55.1. Використовуючи дозиметр “SOEKS”, проведіть дозиметричні вимірювання на території школи. Результати вимірювання занесіть до  таблиці 4: “Радіоекологічний контроль території школи”. Обрахуйте середнє значення радіаційного фону на території школи, та внесіть до таблиці 3.

Задача 55.2.  Використовуючи “Карту радіаційного фону України” встановіть який радіаційний фон переважає на території вашого міста? Увага, на карті виміри представлені в нЗв/год. Результати роботи занесіть до таблиці 3.

4. Запитання до уроку.

Запитання 55.1. Що таке радіаційний фон? Які фактори спонукають виникненню природного радіаційного фону?

Запитання 55.2. Де природний радіоактивний фон вищий: поблизу гранітних кар’єрів чи на поверхні моря?

Запитання 55.3. У чому полягає завдання радіоекологічного контролю?

Запитання 55.4. Які величини вимірюють дозиметрами? Яка будова та принцип дії йонізаційного дозиметра.

Запитання 55.5. Що слугує детектором йонізаційного дозиметра? Як він працює?

Запитання 55.6. Вкажіть норми радіаційного фону?

Запитання 55.7. Назвіть причини, через які, незалежно від того, де ви живете, ви постійно зазнаєте впливу радіації?

Запитання 55.8. Що називають потужністю дози йонізуючого випромінювання?

Запитання 55.9. Чи впливає діяльність людини на формування радіаційного фону? Відповідь обґрунтуйте.

Запитання 55.10. Де природний радіоактивний фон вищий: поблизу гранітних кар’єрів чи на поверхні моря?

Запитання 55.11. У чому виявляється біологічна дія радіації на живі організми?

5. Домашнє завдання.

Підручник: §25.

Задача 55.3. Використовуючи “Карту радіаційного фону в Україні (онлайн)”, встановіть чи є на території України місця з небезпечним рівнем радіації? Вкажіть причини збільшення радіаційного фону на території нашої держави.  Увага, на карті виміри представлені в нЗв/год. Результати роботи занесіть до таблиці 3.

Тест. Радіоекологічний контроль. Дозиметри. (Відповіді учнів)

Усне опитування по запитаннях до уроку.

6. Для допитливих.

Розширюємо кругозір. Люмінесцентний хронометр. Деякі широко розповсюджені мінерали, наприклад кварц або польовий шпат, здатні накопичувати в собі енергію йонізуючого випромінювання, а потім за певних умов швидко віддвати її у вигляді світла.

Під впливом радіації деякі електрони кристала переходять у особливий збуджений стан. Доки кристал непорушно лежить у темному місці, у ньому поступово зростає число “перезбуджених” електронів. Якщо кристал піддати певній стимуляції, наприклад просто освітити, він стрімко віддає накопичену енергію у вигляді світла, збуджені електрони заспокоюються й повертаються на свої орбіти. І так званий “люмінесцентний хронометр” обнуляється. Вимірявши енергію випроміненого світла, можна визначити, як довго кристалу вдалося пролежати в темному місці після того, як він востаннє потрапляв на світло. На ньому й заснований метод оптико люмінесцентної хронометрії.

Насправді, кристал працює не як хронометр, а як дозиметр. Кількість “накопиченого” кристалом світла показує не час як такий, а сумарну дозу отриманого кристалом опромінення.