Jaki wpływa ma promieniowanie jonizujące na organizmy ..., Prezentacje z Fizyka

Pobierz Jaki wpływa ma promieniowanie jonizujące na organizmy ... i więcej Prezentacje w PDF z Fizyka tylko na Docsity!

Jaki wpływa ma promieniowanie jonizujące na

organizmy żywe?

Wprowadzenie Przeczytaj Audiobook Sprawdź się Dla nauczyciela

Czy to nie ciekawe?

Promieniowanie jonizujące to przede wszystkim promieniowanie alfa, beta i gamma. Źródła tego promieniowania znajdują się w naszym najbliższym otoczeniu: ścianach budynków, glebie, wodzie, także w ciele człowieka. Organizmy żywe są w stanie przyjmować pewne ilości promieniowania bez większego wpływu. Istnieją jednak pewne granice, powyżej których promieniowanie zaczyna wpływać negatywnie na organizmy żywe. Wpływ ten zależy od wielu czynników. W szczególności ilości i rodzaju pochłoniętego promieniowania (Rys. a.).

0919 Jaki wpływa ma promieniowanie jonizujące na

organizmy żywe?

Przeczytaj

Warto przeczytać

Promieniowanie jonizujące to przede wszystkim promieniowanie alfa ( ) – jądra helu , beta ( ) – strumień elektronów, strumień neutronów i gamma ( ) – promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie to jest emitowane przez jądra naturalnych izotopów promieniotwórczych znajdujące się w naszym otoczeniu: w ścianach budynków, skałach, glebie, pożywieniu, powietrzu i wodzie. Większość izotopów promieniotwórczych pochodzi z rozpadu naturalnych długożyjących izotopów zawartych w materiale, z którego powstała Ziemia. Są to na przykład uran o czasie połowicznego rozpadu 4,51 · 10 lat, tor o czasie połowicznego rozpadu 1,405 · 10 lat, potas o czasie połowicznego rozpadu 1,25 · 10 lat. Izotopy te powstały w trakcie procesów związanymi z ewolucją gwiazd. Niektóre izotopy promieniotwórcze powstają w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z jądrami atomowymi pierwiastków atmosfery Ziemi. Do nich należy na przykład węgiel i izotop wodoru, tryt.

Ilość cząstek promieniowania wytwarzanego w próbce materiału opisujemy wielkością fizyczną nazywaną aktywnością promieniotwórczą. Symbolem aktywności jest litera. Jednostką aktywności jest bekerel o symbolu Bq. Próbka ma aktywności 1 Bq, jeżeli zachodzi w niej jeden rozpad w ciągu sekundy.

Przykładowe naturalne źródła promieniowania i ich aktywności promieniotwórcze przedstawia Tab. 1.

Źródło Aktywność promieniotwórcza banan 125 Bq/kg mleko 50 Bq/l woda morska 12 Bq/l granit 7 000 Bq/kg popiół węglowy 2 000 Bq/kg 5‐letnie dziecko 600 Bq dorosła osoba (70 kg) 8 000 Bq

Tab. 1. Przykładowe aktywności naturalnych źródeł promieniowania. Głównym źródłem promieniowania w ciele człowieka są jądra potasu i węgla

Sama aktywność źródła nie określa, na ile jest groźne promieniowanie. Na zagrożenie wpływa miedzy innymi rodzaj promieniowania, jego energii, to czy źródło jest zewnętrzne,

α 42 He

238 92 U^ 9 232 90 Th^ 10 40 19 K 9

14 6 C^ 3 1 H

A

40

19 K^

14

12 C

czy atomy promieniotwórcze zostały wchłonięte do organizmu. W tym przypadku istotne jest również, na ile łatwo atomy te są wydalane z organizmu.

Energię, jaką ośrodek uzyskał od promieniowania opisuje wielkość nazywana dawką pochłoniętą. Oznacza się literą ją literą. Jednostką dawki jest grej, symbol Gy. Ośrodek pochłoną dawkę 1 Gy, jeżeli 1 kg ośrodka uzyskał od promieniowania 1 J energii.

Wpływ promieniowania na organizm zależy nie tylko od pochłoniętej energii, ale także od rozkładu dawki w czasie, rodzaju promieniowania, wielkości napromieniowanego obszaru ciała, napromieniowanych organów, a także od wrażliwości napromieniowanej osoby.

Wpływ rodzaju promieniowania uwzględnia wielkość nazwana równoważnikiem dawki i oznaczana symbolem.

gdzie:

• równoważnik dawki dla promieniowania R i tkanki T,
• współczynnik wagowy promieniowania R,
• średnia dawka pochłonięta promieniowania R przez tkankę T.

Jeżeli organizm poddany jest różnego rodzaju promieniowaniu, określa się wielkość nazywaną całkowitym równoważnikiem dawki , równy sumie równoważników poszczególnych rodzajów promieniowania, które pochłonął organizm.

Jednostką równoważnika dawki jest siwert o symbolu Sv. 1 Sv = J/kg.

Współczynniki wagowe różnych rodzajów promieniowania zawiera Tab. 2.

Rodzaj promieniowania Fotony (o dowolnej energii) 1 Elektrony i miony (o dowolnej energii) 1 Neutrony, energia <10 keV 5 Neutrony, energia 10‐100 keV 10 Neutrony, energia 100 keV‐2 MeV 20 Neutrony, energia 2‐20 MeV 10 Neutrony, energia >20 MeV 5 Protony, energia >2 MeV 5 Cząstki alfa i inne jądra atomowe 20

D

HT ,R

HT ,R = wRDT ,R

HT ,R

wR

DT ,R

HT

wR

Rys. 1. Wrażliwość zwierząt i roślin na promieniowanie. Dawka podana siwertach, określa dawkę, która pochłonięta jednorazowo spowoduje w ciągu 30 dni śmierć połowy napromieniowanych osobników. Jest to tak zwany wskaźnik. Jak widać im prostszy organizm, tym mniejszy wpływ pochłoniętego promieniowania. Źródło: hp://ncbj.edu.pl/zasoby/broszury/broszura_promieniotworczosc.pdf

Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe wynika z dużej energii niesionej przez to promieniowanie i wynikającej z tego dużej zdolności do wzbudzania i jonizacji atomów i cząsteczek, w tym także do rozrywania wiązań chemicznych. Typowa energia cząstek tego promieniowania wynosi kilka MeV (megaelektronowoltów). Dla porównania energia, jaką mają fotony światła widzialnego wynosi tylko kilka eV, a energii jonizacji cząsteczek i atomów wynosi od kilku do kilkudziesięciu elektronowoltów. Dawka pochłonięta 1 Gy powoduje zazwyczaj około 1000 jonizacji.

Pierwszy etap działania promieniowania, nazywany etapem fizycznym, trwa do około 10 s od pochłonięcia. Polega właśnie na wzbudzaniu i jonizowaniu cząsteczek, także rozrywaniu długich łańcuchach białek komórkowych i łańcuchów DNA. Promieniowanie bardziej przenikliwe, np. gamma, powoduje jonizację na dłuższej drodze niż mniej przenikliwe promieniowanie alfa. Zatem promieniowanie alfa powoduje większe zagęszczenie zjonizowanego obszaru, a przez to większe szkody w komórkach. Dlatego ma wyższy wskaźnik.

W drugim etapie, nazywanym chemicznym, wzbudzone i zjonizowane cząsteczki wchodzą w reakcje chemiczne. Dzieje się to do około 10 s od pochłonięcia promieniowania.

Przerwanie wiązań chemicznych w cząsteczkach powoduje powstanie tak zwanych wolnych rodników – czyli atomów lub cząsteczek bardzo chętnie wchodzących w reakcje chemiczne, przez co niszczą one części komórki organizmu, od błony komórkowej po białka i DNA.

LD^3050

wR

Kolejny etap, nazywany fazą biologiczną, trwa od sekund do kilku lat. Polega na rozpoznawaniu przez organizm powstałych uszkodzeń i próbie ich naprawy. Pojedyncze komórki, przy małych dawkach mogą praktycznie nie odczuć skutków promieniowania, uszkodzona komórka może również zostać naprawiona. Przy uszkodzeniu DNA komórka może ulec mutacji – zmieniają się właściwości komórki. Przy dużych dawkach promieniowania może też dojść do śmierci komórki.

Odziaływanie na pojedyncze komórki przekłada się także na reakcje zachodzące na poziomie całego organizmu. Ich efektem mogą być zmiany hormonalne, nowotworowe, a nawet śmierć organizmu.

Przewidywane skutki biologiczne jednorazowo pochłoniętej dawki promieniowania przedstawione są w Tab. 4.

Dawka [Sv] Skutek biologiczny

Objawy kliniczne nie występują. Czasami mogą wystąpić niewielkie zmiany we krwi.

0, Niewielkie zmiany we krwi obwodowej; bardzo małe prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych.

Niewielkie objawy kliniczne, u 5‐10% osób wymioty w ciągu kilku godzin od napromienienia; okresowe zmiany we krwi z opóźnioną odnową; duże prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych; większość objawów ustępuje po kilku tygodniach.

Ciężkie objawy kliniczne, wymioty u wszystkich osób w ciągu 2 h, poważne zmiany we krwi, utrata włosów po ok. 2 tygodniach; częste następstwa późne; dawka śmiertelna dla ok. 25% napromieniowanych osób.

Dawka śmiertelna dla 50% napromieniowanych (LD50/30); ciężkie objawy kliniczne z pełnym rozwojem choroby popromiennej i wyraźnym uszkodzeniem czynności krwiotwórczych szpiku.

5‐ Przeżywa 0‐20% osób. Objawy ciężkiego upośledzenia szpiku. Śmierć następuje w ciągu kilkunastu do kilkudziesięciu dni.

10‐ Uszkodzenia układu pokarmowego z objawami krwotocznymi i odwodnienie organizmu. Śmierć następuje w ciągu kilku do kilkunastu dni. 50 i więcej

Zespół ośrodkowo‐mózgowy, zaburzenia świadomości, oddychania i krążenia. Śmierć następuje w okresie od kilkunastu godzin do 3 dni.

Tab. 4. Przewidywane skutki biologiczne pochłonięcia jednorazowo dawki promieniowania w zależności od jej wielkości. Jak widać, organizmy żywe dobrze znoszą małe dawki

Audiobook

Jaki wpływ ma promieniowanie jonizujące na organizmy żywe?

Audiobook ma przedstawić w krótkiej formie sposób działania promieniowania na organizm człowieka.

Audiobook można wysłuchać pod adresem: file:///tmp/puppeteeruRzNVE.html

Jaki wpływ ma promieniowanie

jonizujące na organizmy żywe?

Ostateczne skutki, jakie spowoduje promieniowanie w organizmie człowieka, zależą od wielu czynników. Między innymi od rodzaju promieniowania, energii cząstek, ich przenikliwości, rodzaju wchłoniętych promieniotwórczych atomów (czy są metabolizowane czy od razu wydalane z organizmu), sposobu napromieniowania (z wewnątrz czy z zewnątrz). Także od rozkładu dawki w czasie, wielkości napromieniowanego obszaru ciała, napromieniowanych organów i indywidualnej wrażliwości napromieniowanej osoby.

Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe wynika z dużej energii niesionej przez to promieniowanie i wynikającej z tego dużej zdolności do wzbudzania i jonizacji atomów i cząsteczek, w tym także do rozrywania wiązań chemicznych.

Działanie promieniowania można podzielić na trzy etapy:

Pierwszy etap, nazywany etapem fizycznym, trwa około 10 s od pochłonięcia. Polega na wzbudzaniu i jonizowaniu cząsteczek, w szczególności rozrywaniu w długich łańcuchach białek komórkowych, także łańcuchów DNA.

W drugim etapie, nazywanym chemicznym, wzbudzone i zjonizowane cząsteczki wchodzą w reakcje chemiczne. Dzieje się to do około 10 s od pochłonięcia promieniowania.

Przerwanie wiązań chemicznych w cząsteczkach powoduje powstanie tak zwanych wolnych rodników - czyli atomów lub cząsteczek bardzo chętnie wchodzących w reakcje chemiczne. Przez co niszczą części komórki organizmu, od błony komórkowej po białka i DNA.

Tekst dla lektora:

Ostateczne skutki, jakie spowoduje promieniowanie w organizmie człowieka, zależą od wielu czynników. Między innymi od rodzaju promieniowania, energii cząstek, ich przenikliwości, rodzaju wchłoniętych promieniotwórczych atomów (czy są metabolizowane czy od razu wydalane z organizmu), sposobu napromieniowania (z wewnątrz czy

Trzeci etap nazywany biologicznym trwa od kilku sekund do kilku lat. Polega na rozpoznawaniu przez organizm powstałych uszkodzeń i próbie ich naprawy. Pojedyncze komórki, przy małych dawkach, mogą praktycznie nie odczuć skutków promieniowania, uszkodzona komórka może również zostać naprawiona. Przy uszkodzeniu DNA komórka może ulec mutacji - komórka nie będzie właściwie pełnić swoich funkcji. Przy dużych dawkach promieniowania może też dojść do śmierci komórki.

Oddziaływanie na pojedyncze komórki przekłada się także na reakcje zachodzące na poziomie całego organizmu. Ich efektem mogą być, zmiany hormonalne, nowotworowe, a nawet śmierć organizmu.

Jednym z ważnych naturalnych źródeł promieniowania jonizujacego jest radon - dla statystycznego mieszkańca Polski stanowi, jak się ocenia, prawie połowę otrzymywanej w ciągu życia dawki promieniowania. Radon jest bezbarwnym, bezzapachowym i pozbawionym smaku radioaktywnym gazem szlachetnym występującym naturalnie w środowisku jako produkt rozpadu radu. Radon jest naturalnie wydzielany z ziemi oraz z niektórych materiałów budowlanych na całym świecie wszędzie tam, gdzie można znaleźć uran lub tor, a zwłaszcza w regionach, gdzie występują granity lub skały łupkowe, w których występują wyższe koncentracje uranu. Nie wszystkie regiony występowania skał granitowych są regionami zwiększonej emisji radonu. Jednak migruje on swobodnie poprzez uskoki geologiczne oraz rozdrobnione gleby i może się kumulować w jaskiniach i wodzie. Ze względu na krótki okres połowicznego rozpadu jego stężenia zmniejszają się bardzo szybko w wyniku transportu z obszaru produkcji. Jego zawartość w atmosferze waha się istotnie w zależności od pory roku i pogody. Radon jest także znajdowany w ropie naftowej. Radon występujący w koncentracjach spotykanych w kopalniach został zidentyfikowany w latach 80. ubiegłego wieku jako substancja rakotwórcza na podstawie badań statystycznych dotyczących raka płuc u górników. Pomimo że wystawienie na działanie radonu i produktów jego rozpadu pociąga za sobą istotne ryzyko, rocznie tysiące ludzi celowo schodzą do kopalń skażonych radonem w celach leczniczych bez poważnych negatywnych efektów zdrowotnych.

w zależności od pory roku i pogody. Radon jest także znajdowany w ropie naftowej. Radon występujący w koncentracjach spotykanych w kopalniach został zidentyfikowany w latach

80. ubiegłego wieku jako substancja rakotwórcza na podstawie badań statystycznych dot. raka płuc u górników. Pomimo że wystawienie na działanie radonu i produktów jego rozpadu pociąga za sobą istotne ryzyko, rocznie tysiące ludzi celowo schodzą do kopalń skażonych radonem w celach leczniczych bez poważnych negatywnych efektów zdrowotnych.

Polecenie 1

Skąd radon bierze się w naszych domach?

Polecenie 2

Cały czas oddziałuje na nas promieniowanie jonizujące, które pochodzi z naturalnych źródeł na Ziemi, z kosmosu i z wnętrza człowieka. Zastanawiałeś się kiedyś, czy lecąc samolotem pochłaniasz większą dawkę promieniowania niż np.: jadąc samochodem?

Uzupełnij

Uzupełnij

Sprawdź się

Ćwiczenie 1

Dopasuj cząstkę do nazwy promieniowania

alfa, beta, gamma, protony, neutrony

Cząstka Nazwa promieniowania

alfa

beta

gamma

Ćwiczenie 2

Źródłem promieniowania może być:

banan

woda

powietrze

ściana budynku

a) ile razy maksymalne promieniowanie tła w Ramsar jest większe niż średnie promieniowanie tła w Polsce, b) ile razy średnie promieniowanie tła w Ramsar jest większe niż średnie promieniowanie tła w Polsce. Wyniki podaj z dokładnością do liczb całkowitych.

Odp. a) , b)

Ćwiczenie 4

Tabela zawiera przykładowe aktywności wybranych substancji:

Źródło Aktywność promieniotwórcza

banan 125 Bq/kg

mleko 50 Bq/l

woda morska 12 Bq/l

granit 7 000 Bq/kg

popiół węglowy 2 000 Bq/kg

5-letnie dziecko 600 Bq

dorosła osoba (70 kg) 8 000 Bq

Tabela: Aktywności promieniotwórcze wybranych ciał

Oblicz, ile rozpadów zachodzi w ciągu godziny w bananie o masie 160 g.

Ćwiczenie 7

Zaleca się, aby roczny równoważnik dawki pochłoniętej dla przeciętnego człowieka nie przekroczył 1mSv. W tabeli zestawiono przykładowe dawki otrzymywane w wyniku badań medycznych:

Ćwiczenie 8

Oblicz, ile maksymalnie zdjęć zębów i ile razy można prześwietlić zatoki w ciągu roku, aby nie przekroczyć zalecanej dawki. Pomiń promieniowanie tła.

Odp.: Zęby mogą być prześwietlone razy, zatoki razy.

Energia jonizacji atomu wodoru wynosi około 13,6 eV. Ile maksymalnie atomów wodoru mogła by zjonizować cząstka alfa o energii 6 MeV przy założeniu, że elektrony uzyskują od promieniowania energię kinetyczną równą energii jonizacji? Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

Odp.: Energia jednej cząstki alfa wystarcza na zjonizowanie około atomów wodoru.

Dla nauczyciela

Imię i nazwisko autora: Jarosław Krakowski Przedmiot: Fizyka Temat zajęć: Wpływ promieniowania na organizmy żywe

Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony