On line комментарий к уроку 55

ON LINE КОММЕНТАРИЙ К УРОКУ 55

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ДЕЙСТВИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

(«жирный» шрифт - комментарии )

Вопросы, которые будут рассматриваться в уроке:

Какие излучения называют ионизирующими

В чем проявляются биологическое воздействие ионизирующих излучений на живые организмы

Некоторые характеристики радиоактивных излучений

Коэффициент качества радиоактивного излучения

Тема урока не соответствует содержанию, поскольку рассматривается не только биологическое действие радиоактивных излучений, но и дозиметрия.

На слайде дается определение естественной радиоактивности (кстати не корректный - ничего не сказано что превращение существующих в природе элементов), в то время как диктор говорит вообще о радиоактивности, что более правильно, поскольку с точки зрения воздействия излучения на вещество нет различия между естественным и искусственным излучением.

Сопутствующая картинка не совсем понятна, поскольку изображает (по-видимому) материнское ядро, и образующиеся частицы (ядро продукт распада – дочернее ядро, альфа частицу , протон или нейтрон (не ясно) и гамма- квант, но это не соответствует тексту и тому, что говорит диктор, поскольку в этом случае на картинке должен присутствовать либо дочернее ядро, электрон (позитрон), антинейтрино (нейтрино) и гамма квант, либо дочернее ядро, альфа частица и гамма-квант.

Биологические воздействия (воздействия на живые организмы) радиоактивных излучений являются частным случаем воздействия радиоактивных излучений на вещество вообще.

Поэтому этот урок должен состоять из двух частей:

Взаимодействие радиоактивных излучений (частиц и гамма-квантов) с веществом;

Биологические воздействия радиоактивных излучений.

Базовой информацией к данному уроку должна быть информация, которая должна была бы приведена в уроке 50 (Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения) и в уроке 53 (Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции. Цепная реакция деления).

Данная анимация должна изображать разделение в магнитном поле альфа, бета и гамма-частиц.

Хотя в реальности траектории частиц не должны изображаться на картинке, а только должно быть показано смещение светового пятна при включении/выключении магнитного поля, однако, в целях наглядности, с предлагаемым подходом можно согласится. Однако совершенно непонятно, зачем на картинке показаны странные синусоидальные колебания траекторий, поскольку после выхода из области магнитного поля частицы должны двигаться прямолинейно.

Это же не комикс, а урок физики!

На рисунке должны быть указаны полюса магнита, а в тексте должно быть указано, что на частицы действует сила Лоренца, направление которой определяется по правилу левой руки ( или же приведены ссылки либо на урок 50 – «Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения» - где такая информация должна быть приведена, либо на предыдущие уроки, где рассматривалось движение заряженных частиц в магнитном поле.

Беккерель про проникающую способность бета

Утверждается, что Беккерель показал, что поток электронов имеет большую приникающую способность по сравнению с альфа-частицами, однако это впервые это показал Резерфорд в своих первых экспериментах по прохождению радиоактивных излучения через вещество, когда он выделил две компоненты и дал им название альфа и бета.

Каждый из видов радиоактивного излучения отличается своими свойствами.

Необходимо отметить, что в данном уроке речь идет об альфа, бета и гамма- частицах. Но сейчас уже даже не начало XXI века и уже давно были открыты и используются и другие частицы, в частности протоны, нейтроны, мезоны, осколки деления тяжелых ядер, гипероны, античастицы и тяжелые ионы. Как источники таких частиц используются не только природные источники радиоактивного излучения, но реакторы и ускорители.

2:15 Проникая в вещество, они взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов, возбуждая их либо вызывая ядерные реакции.

2:24 Часто одна радиоактивная частица в состоянии ионизировать несколько атомов, поэтому процесс распространения такого излучения через вещество сопровождается его сильной ионизацией.

Не несколько атомов, а (в зависимости от энергии частицы и энергии ионизации среды) тысячи, десятки тысяч и более.

Вследствие этого ионизирующими называют такие излучения, взаимодействие которых с веществом приводит к ионизации его атомов и молекул.

Определение ионизирующих излучений не вполне однозначно, поскольку в одном месте говорится про возбуждение атомов и ядер и о ядерных реакциях, а в другом – только об ионизации атомов и молекул.

В уроке нет четкого описание механизма взаимодействия ионизирующего излучения с веществом и нет разделения ионизирующего излучения на

непосредственно ионизирующее излучение (заряженные частицы) и

косвенно ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма-излучение и нейтроны);

Не очень понятно, что изображено на данной анимации (атом или клетка)

Основу биологического действия ионизирующих излучений на живые ткани составляют сложные химические процессы, происходящие в клетках при поглощении излучений.

Ионизация атомов и молекул вещества приводит к повреждению клеток и изменению структуры тканей.

Тут лучше сказать, что ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ионизирующих излучений с веществом (с учетом и ядерных реакций) приводит к повреждению клеток и изменению структуры тканей.

Часть атомов и молекул переходит в возбуждённое состояние и, возвращаясь в невозбуждённое состояние, отдаёт излишек энергии в виде ультрафиолетового излучения.

Данная анимация содержит много ошибок и может формировать у учащихся неправильное представления о процессе взаимодействия квантов электромагнитного излучения (далее - квант) с атомом, в частности:

Квант должен взаимодействовать (согласно рисунку) с электроном на орбите Е1;

Но на рисунке переход на более высокую орбиту (Е3) осуществляет электрон с орбиты Е2, а квант минуя эту орбиту движется к ядру;

Возвращается электрон с орбиты Е3 на орбиту Е1 (?). Но в «реальном» случае там должен быть «свой» электрон.

Данная анимация показывает не ионизацию, а возбуждение атома с испусканием мягкого ультрафиолета с атомом с испусканием либо видимого, либо опять-таки мягкого ультрафиолета, который не приведет к серьезным изменениям в среде.

Значительно более «серьезный» эффект вызывает действительно ионизация атома за счет кулоновского взаимодействия заряженных частиц (протонов, альфа-частиц и т.п.) с атомами, либо за счет столкновения с быстрыми электронами (бета частицами) энергия которых превышает энергию ионизации атомов, либо за счет фотоэффекта при взаимодействии гамма квантов с атомом.

Также при взаимодействии протонов, альфа-частиц с ядрами углерода и кислорода (органические соединения в живом организме) образуются изотопы новых химических элементов, а также протоны и нейтроны, которые, в свою очередь будут взаимодействовать с атомами.

При взаимодействии нейтронов с ядрами живого организма также образуются изотопы новых химических элементов, а также протоны и гамма кванты, которые, в свою очередь будут взаимодействовать с атомами.

Вот какая информация должна быть приведена в данном уроке, а не какие-то истории об образовании ультрафиолетового излучения!

В результате таких процессов образуются …. Далее как в уроке 55 (см ниже).

Под его воздействием образуются новые молекулы, чуждые нормальной клетке, нарушается клеточное деление.

В свою очередь это приводит к хромосомным перестройкам и возникновению мутаций, приводящих к изменениям в генах клетки.

Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений сказывается не только на данном организме, но и на последующих поколениях.

Таким образом можно сделать вывод, в уроке нет описания взаимодействия ионизирующего излучения (заряженных частиц, гамма-квантов или нейтронов с веществом с образование далее нового химического элемента внутри клетки), что действительно приводит к хромосомным перестройкам и возникновению мутаций, приводящих к изменениям в генах клетки.

Повреждения живого организма, вызванные действием ионизирующих излучений, называются лучевой болезнью. При большой интенсивности излучения живые организмы погибают.

Этот интересный слайд не имеет отношения к теме урока!

3:50 Опасность излучений усугубляется тем, что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах.

Более правильно сказать, что в процессе облучения даже смертельной дозой (по-крайней мере в начале облучения) нет никаких болевых ощущений.

Это некорректный слайд. Таким образом формируется негативное (даже подсознательно) отношение к ядерной энергетике, в то время как о негативном воздействии от других опасных объектов (химические предприятия, тепловые станции и т.д. и т.п.) не говорится.

На этом слайде спокойно можно показать вместо АЭС ТЭС, а на продуктах питания указать наличие нитратов, нитритов, ГМП и т.д и т.п. от источников которые не имеют отношения к ядерной энергии.

Левую часть слайда можно привести в 54 уроке, если там будет приведена информация про аварии на АЭС.

Человек может подвергнуться облучению двумя способами.

Какой человек имеется ввиду?!

Необходимо рассматривать как минимум две категории:

Персонал;

Население.

Когда радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его снаружи, то говорят о внешнем облучении. Основную часть облучения, население земного шара получает от внешних естественных источников ионизирующих излучений: космических лучей, естественной радиоактивности горных пород и почвы.

В то же время радиоактивные изотопы могут попасть внутрь организма с пищей и водой, с вдыхаемым воздухом. Такой способ облучения называют внутренним.

В учебнике надо ввести понятие радиационный фон

Радиационный фон – радиоактивное излучение, присутствующее на Земле от естественных и техногенных источников, в условиях которого постоянно находится человек.

Радиационный фон Земли складывается из следующих компонентов:

космическое излучение;

излучение от находящихся в земной коре, воздухе и других объектах внешней среды природных радионуклидов;

излучение от искусственных (техногенных) радионуклидов.

Основными источниками внутреннего фонового облучения человеческого организма являются:

естественные изотопы углерода-14, которые содержатся во всех тканях человеческого организма;

естественные радиоактивные изотопы калия-40, содержащиеся в мягких тканях (в основном в мы́шцах);

долгоживущие изотопы радия-226 и его короткоживущие изотопы радия-224, откладывающиеся в костных тканях;

а также радон-222, торий-232 и их дочерние продукты распада, вдыхаемые с воздухом и откладывающиеся в дыхательных органах человека.

В последнем буллите нужно заменить торий-232 на радон-220 -торон

Отсутствует информация о происхождении перечисленных радионуклидов

Поэтому очень важно уметь определять результат действия ионизирующего излучения на вещество, мерой которого является доза. А занимается этим наука, названная дозиметрией. Под дозой мы будем понимать количество энергии, переданной организму ионизирующим излучением. Существуют различные виды доз в зависимости от вида излучения, вида органа или ткани, подвергшихся облучению. Однако универсальной мерой воздействия на вещество любого вида излучения является поглощённая доза.

В СИ за единицу поглощённой дозы излучения принят грей (Гр) в честь английского физика Стивена Грея.

УДИВИТЕЛЬНО, НО АВТОРЫ УРОКА НЕ ОБРАЩАЮТ ВНИМАНИЕ НИ НА ГОДЫ ЖИЗНИ УПОМЯНУТОГО АНГЛИЙСКОГО ФИЗИКА И НА ЕГО ОДЕЖДУ ЭПОХИ РЕСТАВРАЦИИ СТЮАРТОВ.

НЕ СТИВЕН ГРЕЙ, А ЛЬЮИС ХАРОЛЬД ГРЭЙ (1905 -1965)

Даже в Интернете (!) указано, что:

В СИ за единицу поглощённой дозы излучения принят грей (Гр) в честь английского физика Льюис Харольд Грэй (англ. Louis Harold Gray; 10 ноября 1905 — 9 июля 1965) — английский физик, работавший в области воздействия радиации на биологические организмы, один из родоначальников радиобиологии.

Одним из научных результатов являлось определение поглощённой дозы радиации, единица измерения которой в Международной системе единиц (СИ) впоследствии получила в честь него наименование «грей» (англ. «gray»)^[1].

Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад (от английских слов «radiation absorbed dose»): 1 рад = 0,01 Гр.

Термин «рад» использовали в основном за рубежом в англоязычной литературе.

В СССР использовалась величина Бэр 1 Бэр = 0,01 Гр.

Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность земной коры и окружающей среды в целом) составляет дозу излучения около двух миллигрей (2 мГр) за год на человека. А доза излучения от трёх до десяти грэй (3—10 Гр), полученная за короткий промежуток времени, смертельна.

Отсутствует информация об источниках космического излучения.

Величина поглощённой дозы зависит от вида излучения, энергии его частиц, плотности их потока и от состава облучаемого вещества.

К этому слайду есть такие замечания:

К радиоактивным излучениям, для которых необходимо рассматривать биологическое действие, относятся не только альфа-бета бета – частицы и гамма-кванты;

Знают ли учащиеся, что такое плотность потока?!

Состав облучаемого вещества – это не органы, которые облучаются!

Тут надо бы сказать из каких атомов состоит тело человека;

Из слайда можно понять, что только такие энергии и должны учитываться!

Более правильно указать диапазоны энергий для различных частиц с которыми может столкнуться человек во время работы или в обыденной жизни, хотя бы энергии частиц при альфа- и бета- распадах (дать ссылку на другие уроки, где рассматривались вопросы радиоактивного распада.

Так, при одинаковой поглощённой дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета- или гамма-лучей. Для учёта этого фактора вводится коэффициент относительной биологической активности (КОБА), или коэффициент качества.

Не коэффициент относительной биологической активности, а коэффициент относительной биологической ЭФФЕКТИВНОСТИ.

Коэффициент качества показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия гамма-излучения (при одинаковых поглощённых дозах).

ТУТ ДОЛЖЕН БЫ БЫТЬ СЛАЙД ПОСВЯЩЕННЫЙ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗЕ И ЕДИНИЦАМ ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ

В 1990 году Международная комиссия по радиологической защите при расчёте эквивалентной дозы рекомендовало вместо коэффициента качества применять взвешивающие коэффициенты излучения — безразмерные множители, на которые умножаются накопленные в органах и тканях эквивалентные дозы, чтобы оценить вклад облучения данного органа или ткани в общий вред.

Это ошибочная информация!

Но это не взвешивающие коэффициенты излучения, а тканевые весовые множители!

Вот что на самом деле рекомендовала Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) при расчёте эквивалентной дозы

На данном слайде смесь верной и не верной информации, а именно:

Формула и единица измерения для эквивалентной дозы правильные, но вот коэффициенты не те (тканевые весовые множители) и на самом деле необходимо использовать вот такие:

Согласно документа НОРМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

НРБ–99/2009 (это документ РФ)

Далее МКРЗ рекомендует:

Таким образов в соответствии с рекомендациями МКРЗ и МАГАТЭ вводится понятие

ЭФФЕКТИВНОЙ ДОЗЫ, ЕДИНИЦЕЙ ЭФФЕКТИВНОЙ ДОЗЫ ЯВЛЯЕТСЯ ДЖ/КГ СО СПЕЦИАЛЬНЫМ НАИМЕНОВАНИЕМ ЗИВЕРТ (SV).

В ДАННОМ УРОКЕ ЭТА ВЕЛИЧИНА ВООБЩЕ НЕ УПОМИНАЕТСЯ, в то время как эффективная и эквивалентная дозы используются при установлении критериев обеспечения радиационной безопасности. Например, согласно документа «Радиационная защита и безопасность источников излучения: Международные Основные Нормы Безопасности МАГАТЭ, Вена, 2015 (Приложение III - Пределы дозы в ситуациях планируемого облучения):

Для профессионального облучения работников в возрасте старше

18 лет устанавливаются следующие пределы дозы:

а) эффективная доза 20 мЗв в год, усредненная за пять последовательных

лет (100 мЗв за 5 лет), и 50 мЗв за любой отдельный год;

b) эквивалентная доза в хрусталике глаза 20 мЗв в год, усредненная

за пять последовательных лет (100 мЗв за 5 лет), и 50 мЗв за любой

отдельный год;

с) эквивалентная доза в конечностях (кистях рук и стопах ног) или в

коже 500 мЗв в год.

Первой величиной дозы, учитывающей относительную биологическую эффективность (ОБЭ) различных видов излучения, стала введенная МКРЕ величина «ОБЭ доза (бэр)», которая была взвешенной по ОБЭ суммой поглощенных доз (рад), введенной рекомендациями МКРЕ от 1956 года.

В результате совместных усилий МКРЕ и МКРЗ эта дозовая величина была заменена затем дозовым эквивалентом, который был определен, как произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения, на коэффициент распределения дозы и на прочие необходимые модифицирующие коэффициенты (ICRU, 1962).

Единица измерения «бэр» осталась единицей измерения эквивалента дозы.

Более того, в своих рекомендациях от 1962 года МКРЕ ввела понятие еще одной дозовой величины, кермы, и изменила термин «экспозиционная доза» на «экспозицию».

НЕОБХОДИМО ОТМЕТИТЬ, ЧТО ЗНАК РАДИОАКТИВНОСТИ, ПОКАЗАННЫЙ НА ДАННОМ СЛАЙДЕ УЖЕ УСТАРЕЛ»

Понятие экспозиционной дозы установлено только для фотонного излучения в диапазоне энергий фотонов от нескольких КэВ до 3 МэВ.

Экспозиционная доза также не учитывает ионизацию, обусловленную поглощением тормозного излучения, что для рассматриваемого диапазона энергий несущественно.

В качестве дозиметрической величины, используемой для установления пределов допустимого облучения человека, не используется с 1954 года, когда было введено понятие поглощенной дозы, применимое для любых типов ионизирующего излучения.

В МЕТРОЛОГИИ РФ ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПОЗИЦИОННОЙ ДОЗЫ И ВЫПУСК НОВЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ С 1990 ГОДА.

СОВЕРШЕННО НЕ ПОНЯТНО ЗАЧЕМ ЗАБИВАТЬ ГОЛОВУ УЧЕНИКАМ!

Слайд про эквивалентную дозу (как уже упоминалось) должен был бы быть приведена ранее!!!

Человек подвергается также небольшим, как правило, облучениям от искусственных источников, в основном рентгеновского излучения при медицинских обследованиях.

Прошу прощения за резкость, но это вообще глупость. Как раз дозы пациента при медицинском облучении могут существенно превышать не только фоновые значения, но даже пределы доз для персонала!

Также радиационный фон создаётся космическими лучами. Однако он даёт меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации.

При перелете Нью-Йорк – Париж пассажир реактивного самолета получает дозу около 50 мкЗв.

Рассматривается облучение только пассажиров самолетов, но для экипажей самолетов, которые осуществляют в год много полетов суммарная эффективная доза за год будет существенно больше. Более того, согласно современным нормам безопасности нужно учитывать специальные условия для беременных женщин в экипажах самолетов.

МКРЗ рекомендовала, чтобы воздействие космического излучения считалось частью профессионального облучения при эксплуатации коммерческих реактивных самолетов и при космических полетах. При этом нет необходимости рассматривать облучение часто летающих пассажиров, как профессиональное облучение. Таким образом, вопрос защиты возникает только для членов экипажей.

В уроке основное внимание уделяется естественному радиационному фону, в то время как должны быть указаны:

Техногенный фон;

Техногенный источники облучения

Для закрепления нового материала, решим с вами небольшую задачу. Средняя доза, поглощённая врачом, работающим с рентгеновской установкой 2 ч в день, равна 14 мкГр. Не заболеет ли врач, работающий 200 дней в году по 4 ч в день, если предельно допустимая доза равна 50 мГр в год?

Используются устарелые определения - предельно допустимая доза - в настоящее время это понятие не используется - и, кроме того, не 50 мЗв, а 20 мЗв.

Согласно документа «Радиационная защита и безопасность источников излучения: Международные Основные Нормы Безопасности МАГАТЭ, Вена, 2015

(Приложение III - Пределы дозы в ситуациях планируемого облучения):

Для профессионального облучения работников в возрасте старше

18 лет устанавливаются следующие пределы дозы:

а) эффективная доза 20 мЗв в год, усредненная за пять последовательных

лет (100 мЗв за 5 лет), и 50 мЗв за любой отдельный год;

b) эквивалентная доза в хрусталике глаза 20 мЗв в год, усредненная

за пять последовательных лет (100 мЗв за 5 лет), и 50 мЗв за любой

отдельный год;

с) эквивалентная доза в конечностях (кистях рук и стопах ног) или в

коже 500 мЗв в год.

В заключение отметим, что при работе с любым источником радиации необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, которые могут попасть в зону действия излучения.

Самый простой и наиболее очевидный метод защиты — это держаться от источника излучения подальше, так как интенсивность излучения от объёмного источника убывает пропорционально расстоянию, а от точечного — пропорционально квадрату расстояния.

Так же следует ограничить время пребывания в зоне воздействия ионизирующего излучения.

В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, для защиты от излучения используют преграды из поглощающих материалов и средства индивидуальной защиты, в основе которых присутствуют вещества, эффективно поглощающие ионизирующие излучения: свинец, бор или кадмий.

Рассматривается обеспечение радиационной безопасности только для персонала

Рассмотрены средства защиты только от внешнего облучения

Нет требования по использованию радиационного контроля, включая и ИДК

На рабочем месте персонала нет средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Использованы только защитные экраны, а это не СИЗ.

Предусматривается защита только от заряженных частиц и гамма-квантов.

Предлагаемая защита не годится для нейтронов.

ВЫВОДЫ:

Узнали какие излучения называют ионизирующими

Информация не вполне корректная и не полная, в частности, в уроке нет разделения ионизирующего излучения на непосредственно ионизирующее излучение (заряженные частицы) и косвенно ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма-излучение и нейтроны).

Выяснили в чем проявляются биологическое воздействие ионизирующих излучений на живые организмы

Информация о механизмах биологического воздействия некорректная и недостаточная.

Биологические воздействия (воздействия на живые организмы) радиоактивных излучений являются частным случаем воздействия радиоактивных излучений на вещество вообще.

Поэтому этот урок, в принципе, должен бы состоять из двух частей:

Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом

Биологические воздействия радиоактивных излучений

Базовой информацией к данному уроку должна быть информация, которая должна была бы приведена в уроке 50 (Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения) и в уроке 53 (Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции. Цепная реакция деления), однако фактически необходимая информация в этих уроках (за исключением информации по ядерным реакциям в уроке 53) отсутствует.

Познакомились с некоторые дозиметрическими величинами, характеризующими радиоактивные излучения

Информация недостаточная и не отвечает современным нормам радиационной безопасности, в частности ничего не говорится об эффективной дозе.

Слайды содержат ошибки.

Узнали, что такое естественный радиационный фон и какова предельная доза облучения для человека в год

Не указано для какого человека (персонал/население).

Рассматривается только естественный радиационный фон, в то время как особенно в наше время необходимо учитывать и техногенный фон.

Термин «предельная доза облучения» в настоящее время не применяется.

Отсутствует информация о космическом излучении

Современный подход по обеспечению радиационной безопасности предполагает, что должна быть обеспечена безопасность населения, персонала и окружающей среды, а также безопасность пациентов при медицинском облучении.

Рассмотрели способы защиты от вредных воздействий радиоактивных излучений и частиц.

Информация недостаточная:

Рассмотрены средства защиты только от внешнего облучения

Нет требования по использованию радиационного контроля, включая и ИДК

Ничего не сказано про средства индивидуальной защиты (СИЗ).

Предусматривается защита только от заряженных частиц и гамма-квантов.