Определение естественной радиоактивности растений. 11-й класс

Цели урока:

• Овладение методами наблюдения регистрации ионизирующих частиц.
• Приобретение навыков проведения экспериментальных измерений и обработка полученных данных.
• Формирование знаний об основах экологического мониторинга.
• Воспитание экологической культуры и принципиально новой технологической политики рационального природопользования.

Структура урока.

• Мотивация учебной деятельности, сообщение темы, цели и задач урока.
• Осмысление содержания и последовательности применения практических знаний, действий.
• Самостоятельное выполнение учащимися задания под контролем учителя и с его помощью.
• Обобщение и систематизация учащимися результатов работы.

Оборудование:

• индикатор ионизирующих частиц ИЧД-2 (учебный);
• универсальный полупроводниковый выпрямитель ВУП-2М;
• усилитель низкой частоты УНЧ;
• пробы золы;
• секундомер;
• набор пластин из фронтального оборудования по оптике – 6 штук стеклянных и 2 штуки свинцовых.

План-конспект урока

1. Вводная беседа.

Определение наличия и степени радиоактивности – задача, которая встречается все чаще и чаще в самых различных отраслях науки и техники.

Существуют различные методы регистрации радиоактивных излучений. Одним из наиболее широко применяемых устройств для регистрации частиц является газоразрядный счетчик Гейгера.

В качестве примеров использования счетчиков Гейгера-Мюллера можно назвать такие области:

• исследование интенсивности космического излучения;
• регистрация наличия естественной и искусственной радиации;
• исследование и изучение проникающей способности частиц при прохождении через различные вещества;
• практика использования метода меченых атомов в медицине и сельском хозяйстве;
• контроль и управление технологическими процессами с помощью радиоактивных изотопов в металлургии, химии и в ряде других областей, круг которых непрерывно расширяется.

Лабораторный индикатор ионизирующих частиц допускает постановку ряда учебных работ в школе.

Индикатор прежде всего позволяет установить фон естественной радиации, т.е. гамма-излучение, входящее в состав мягкой компоненты космических лучей.

Человек и все живое на Земле в течение миллионов лет подвергались воздействию проникающей радиации: космические излучения и радиоизотопы, находящиеся в воздухе, в почве, горных породах и воде, создают постоянный природный радиационный фон. Доза ионизирующей радиации, которая “достается” живым организмам от природного фона, ничтожно мала. Природный радиационный фон оказывается постоянно действующим фактором, влияющим на эволюционный процесс.

Биологический эффект от разных видов излучения различен.

Ионизирующие излучения при действии на живые организмы прежде всего приводят к ионизации молекул воды, всегда присутствующей в живых тканях, и молекул различных белковых веществ. При этом в живых тканях образуются свободные радикалы – сильные окислители, обладающие большой токсичностью, меняющие течение жизненных процессов.

Как известно, многие растительные организмы имеют способность накапливать в себе радиоактивные элементы. К последним, в частности, относится изотоп калия ⁴⁰₁₉К. Он обладает бета- и гамма-радиоактивностью и может быть обнаружен в золе растений с помощью индикатора ионизирующих излучений.

Вам предстоит выполнить лабораторную работу по ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ. Для получения хорошего результата надо предварительно подготовить пробы золы. В различных районах города и за его пределами набрать хворост, сжечь на костре (для каждой пробы отдельно), а затем полученную золу подержать в муфельной печи 2 с. Пробу положить в коробочку из под спичек и подписать.

Содержанием лабораторной работы является следующее:

• измерение естественного радиационного фона;
• сравнение интенсивности радиоактивного излучения различных проб древесины;
• наблюдение проникающей способности радиоактивных излучений в зависимости от вида вещества и толщины поглощающего слоя.

Делю класс на группы и распределяю домашнюю работу.

• 1 группа собирает хворост на объекте № 1.
• 2 группа – на объекте № 2
• 3 группа – на объекте № 3
• 4 группа – на объекте № 4

2. Выполнение эксперимента учащимися

Перед выполнением лабораторной работы напоминаю учащимся о правилах обращения с приборами и материалами.

Каждой группе выдаю письменные инструкции-задания, которые помогут ориентироваться в характере задания и последовательности его выполнения.

З А Д А Н И Е 1

Измерение фона индикатора и сравнение интенсивности радиоактивного излучения различных источников

1. Подготовьте в тетради таблицу № 1 для записи результатов измерений и вычислений.

2. Подключите индикатор ионизирующих частиц ИЧД-2 к универсальному полупроводниковому выпрямителю ВУП-2М соединительным шнуром с колодкой.

3. Двумя контактными зажимами, расположенными справа на лицевой стороне индикатора, подключите к нему усилитель низкой частоты УНЧ.

4. При подаче на индикатор постоянного напряжения в репродукторе четко прослушиваются щелчки от разрядов. Возникающих в счетчике от действия ионизирующих частиц.

5. Кладите поочередно на индикатор исследуемые пробы золы древесины.

6. Включите секундомер и, не меняя положения индикатора подсчитайте для каждой пробы число импульсов за 10 минут.

7. Уберите со стола все, кроме индикатора. Снова подсчитайте число импульсов за 10 минут. Это будет естественный радиационный фон.

8. Результаты запишите в таблицу № 1

Таблица № 1

З А Д А Н И Е 2

Изучение поглощения бета-частиц

1. Подготовьте в тетради таблицу № 2 для записи результатов измерений и вычислений.

2. Установите источник излучений напротив индикатора и закрывайте его последовательно одной, двумя и, наконец, шестью стеклянными пластинами. В каждом случае измеряйте штангенциркулем толщину поглощающего слоя и число импульсов в 1 минуту. Результаты измерений запишите в таблицу.

3. Закройте источник излучения двумя пластинами свинца (толщиной в 1-2 мм) и определите интенсивность остаточного излучения, обусловленного действием гамма-лучей и космическим фоном. Результаты измерений запишите в таблицу.

4. Сделайте поправки на космический фон и влияние гамма-лучей, т.е. из общего числа импульсов, полученного при каждом измерении со стеклом, вычтите число импульсов, полученное при измерении со свинцом. Результаты измерений запишите в таблицу.

5. По полученным данным постройте график поглощения бета-частиц стеклом, откладывая по оси абсцисс толщину стекла в миллиметрах, а по оси ординат – число импульсов в 1 мин.

Таблица № 2

3. Обработка полученных результатов.

Для наглядности результатов работы по заданию 1, каждая группа свои измерения заносит на общую диаграмму радиоактивности различных проб древесины. Из диаграммы видно, что самая высокая естественная радиоактивность растений на объекте № 4. Чуть выше природного фона радиация зеленых насаждений на объекте № 2. Сравнив полученные результаты с допустимым уровнем, делаем вывод, что зеленые насаждения города и прилежащих территорий в пределах естественной радиоактивности растений.

Из графиков, построенных к заданию 2, очень хорошо видно, что проникающая способность бета-частиц уменьшается при увеличении толщины стекла. Для гамма-излучения препятствием являются свинцовые пластины.

Диаграмма радиоактивности различных проб древесины

4. Выводы и рефлексия.

В решении экологических проблем центральное место занимает мониторинг – система мер по наблюдению за состоянием окружающей среды и прогнозированию ее изменений под действием антропогенного и природных факторов. Основные объекты мониторинга – атмосферный воздух, природные воды, литосфера и почвы, лесные массивы. Качество окружающей среды определяется набором параметров, которые не должны при внешнем воздействии выходить за определенные пределы. Выход параметров за эти пределы может вызвать необратимые изменения в экосистемах и биосфере и их разрушение. К параметрам, определяющим состояние окружающей среды, относятся температура, давление, влажность, напряженность магнитного и электрического полей, освещенность, концентрация различных элементов и соединений в атмосфере, воде и почве. Количество химических элементов и их соединений в окружающей среде лимитировано величиной предельно допустимой концентрации.

Кроме того, объектами мониторинга могут быть отдельные экосистемы или их составляющие. Система глобального и локального мониторинга представляет сложную организационную, научную и техническую проблему. Госкомэкологии России разработана концепция создания и введения Единой государственной системы экологического мониторинга – ЕГСЭМ.

Лабораторная работа, выполненная нами, является маленьким звеном в цепи экологического мониторинга.