Аналіз шкільни програми із фізики із метою встановлення рівня розгляду питань дозиметрії та дотичних до неї питань

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновки.

 

Метою  роботи було розглянути  методику  вивчення  основних понять  дозиметрії  у  випускному  класі.

В  роботі  було проведено  аналіз шкільної програми  із  фізики  як  у  типовому  класі,  так  і  у класі із  поглибленим вивченням фізики  та  дано рекомендації  щодо  формування програми,  яка передбачає  поглиблене  вивчення  питань  дозиметрії. 

У  роботі розглянуто основні питання  дозиметрії,  дано визначення  біологічної  дози  випромінювання,  поглинутої  дози  випромінювання,  вказана  різниця  між  ними,  одиниці  їх  вимірювання. Розглянуто  основні  типи  дозиметричних приладів,  які можна використати  для  проведення  як  демонстраційного експерименту  так  і  для  проведення  лабораторної роботи.  Дано методику  викладання  матеріалу  по  основних питаннях дозиметрії  в  випускному  класі.

В  зв’язку  із  широким  використанням  джерел радіоактивного  випромінювання  у  техніці  та народному  господарстві,  та  враховуючи  наслідки  радіоактивного  забруднення  територій  після  аварії  на Чорнобильській  АЕС   поглиблене вивчення питань  дозиметрії має велике  практичне  значення  для  підвищення рівня  «радіаційної освіти»  учнів  та  формування  навиків  поводження  в різних ситуаціях. 

 

 

 

 

 

 

Додаток 1. План-конспект  уроку. Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри.

 

Тема  заняття:	Вимірювання  радіоактивних  випромінювань. Дозиметри.
Тип  заняття:	Урок  вивчення  нового матеріалу.
Мета  заняття:	Розглянути  способи  та  методи  практичного  вимірювання  рівня  радіоактивного  випромінювання, Розглянути  класифікацію,  будову  та  принцип  дії  приладів  для  вимірювання  рівня  радіоактивного  випромінювання, Сформувати вміння  та  навики вимірювання  рівня  радіоактивного  випромінювання  у приміщенні  класу, Сформувати  вміння  та  навики  безпечного поводження  із  радіоактивними  речовинами.
Прилади та  матеріали:	Радіометр – рентгенометр ДП5А,  рентгенометр ДП-3 (ДП 3Б), дозиметр  побутовий  «Бриз»,  дозиметр «Белла», зразки металів  та  природних  матеріалів: дерево,  граніт,  базальт,  еталонне  джерело радіоактивного випромінювання  від радіометра – рентгенометра ДП5А.

Основні етапи  уроку.

1. Актуалізація  опорних знань.
2. Розгляд нового матеріалу.
3. Демонстраційний дослід.
4. Закріплення  нового матеріалу.
5. Висновки та результати уроку.

Основні етапи  уроку.

2. Актуалізація  опорних знань.

При  проведенні  актуалізації  опорних  знань  із  фізики потрібно  нагадати  основні  поняття  фізики  радіоактивних  випромінювань.  Для цього  можна  використати  наступні  питання:

1. Які  види  радіоактивного випромінювання  ви  знаєте.  Дати  характеристику ,  ,   та випромінюванню.
2. Яка  проникна  здатність     ,  ,   та випромінювання?
3. Яким  методом  визначали наявність  радіоактивного випромінювання  на  початку  ХХ  століття  Резерфорд  та  інші  дослідники?
4. Поглинута  доза випромінювання  та  її  біологічна дія.
5. Який  захист  від  опромінення  ви  знаєте?

 

3. Розгляд нового матеріалу.

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.

Згідно «Основних  санітарних правил роботи з радіоактивними речовинами й іншими джерелами іонізуючих випромінювань ОСП-72/78» у загальне поняття «радіаційний контроль» входить чотири види контролю при проведенні будь-яких радіаційно небезпечних робіт: дозиметричний, радіометричний, індивідуальний контроль і спектрометричні виміри.

Відповідно  до цього і всю апаратуру радіаційного контролю по своєму призначенню умовно підрозділяють на відповідні групи.

I – дозиметричні прилади, призначені для вимірювання потужності дози (рівнів радіації), що іноді називають фоном. Крім того, до цієї групи відносять також індикатори-сигналізатори – найпростіші прилади для виявлення  іонізуючих випромінювань або сигналізації про перевищення встановленого, заданого порога радіації.

II - радіометричні прилади, за допомогою яких визначають радіоактивне забруднення поверхні різних предметів, а також їхню питому активність (радіоактивність). Наприклад, радіометром можна заміряти радіоактивне забруднення устаткування, транспортних засобів,  одягу, шкірних покривів людини, тари під харчові продукти, а також радіоактивність самих продуктів, сировини, кормів для тваринних і різних об'єктів навколишнього середовища (води, ґрунту, рослинності, добрив й ін.).

III – портативні   пристрої,    мініатюрні переносні прилади, призначені для індивідуального дозиметричного контролю. Тобто це прилади або пристрої, за допомогою яких можна виміряти отриману людиною дозу в якійсь конкретній ситуації або за певний період роботи й часу.

IV – спектрометричні установки, що дозволяють  встановити  спектр (склад) радіонуклідів, ізотопів у будь-якому радіоактивно   забрудненому   об'єкті.   Це  складні  та дорогі апаратури, що потребують спеціальних   знань й умов їх  експлуатації. За допомогою цих апаратів  регулярно   визначалася    радіоізотопний  (радіонуклідний)  склад  забруднення  території.

Слід зазначити, що в останні роки з'явилося ще одне поняття: професійні й побутові прилади. Цей умовний підрозділ почався з моменту виготовлення за кордоном дозиметричних і радіометричних приладів для населення (Японія, Фінляндія, Франція).

Іонізуюче випромінювання невидиме, не має ні кольору, ні запаху чи інших ознак, які вказали б людині на їхню наявність або відсутність. Тому їхнє виявлення й вимірювання проводять непрямим методом на підставі якої-небудь властивості. Як правило, для визначення рівнів радіації, ступеня радіоактивності або дози випромінювання використають один з методів: фізичний, хімічний, фотографічний, біологічний або математичний (розрахунковий).

В основі роботи дозиметричних і радіометричних приладів використаються наступні методи індикації:

• іонізаційний, заснований на властивості, здатності цих випромінювань іонізувати будь-яке середовище, через яке вони проходять, у тому числі й через детекторний пристрій приладу. Вимірюючи іонізаційний струм, одержують відомості про інтенсивність радіоактивних випромінювань;
• сцинтиляційний, що реєструє спалахи світла, що виникають у сцинтиляторі (детекторі) під дією іонізуючих випромінювань, які фотоелектронним помножувачем (ФЕП) перетворяться в електричний струм. Виміряний   анодний струм ФЕП (струмовий режим)   і швидкість рахунку (лічильний    режим)   пропорційні  рівням радіації;
• люмінесцентний, що базується на ефектах радіофотолюмінесценції (ФЛД) і радіотермолюмінесценції (ТЛД). У першому випадку під дією  іонізуючих випромінювань у люмінофорі створюються центри  фотолюмінісценції, що містять атоми й іони  срібла,   які   при   освітленні ультрафіолетовим світлом викликають видиму   люмінесценцію,   пропорційну рівням радіації. Дозиметри ТЛД під дією теплового впливу (нагрівання) перетворять поглинуту енергію іонізуючих випромінювань у люмінесцентну, інтенсивність якої пропорційна дозі іонізуючих випромінювань;
• фотографічний – один з перших методів реєстрації іонізуючих випромінювань, що дозволив французькому вченому Е. Бекерелю відкрити в 1896 р. явище радіоактивності. Цей метод дозиметрії заснований на властивості іонізуючих випромінювань впливати на чутливий шар фотоматеріалів аналогічно видимому світлу. По ступеню почорніння (щільності  почорніння) можна судити про інтенсивність іонізуючого випромінювання з урахуванням часу цього впливу;
• хімічний, заснований на  вимірюванні виходу   радіаційно-хімічних реакцій, що протікають під дією іонізуючих випромінювань у рідкій або твердій хімічній системах. Відома значна кількість різних речовин, що змінюють свій  колір (ступінь забарвлення) або кольори в результаті окисних або відновних реакцій, що можна співставити зі ступенем або мірою   іонізації. Даний метод використають при реєстрації значних рівнів радіації;
• калориметричний, оснований на вимірюванні кількості теплоти, виділеної в детекторі при поглинанні енергії іонізуючих випромінювань. Вся енергія випромінювань, що поглинається речовиною, в загальному підсумку перетвориться в теплоту за умови, що поглинаюча речовина є хімічно інертною до випромінювання й це пропорційно інтенсивності випромінювань;
• нейтронно-активаційний, пов'язаний з виміром наведеної активності й у деяких випадках єдино можливий методом реєстрації, особливо слабких нейтронних потоків, тому що наведена ними активність виявляється занадто малою для вимірів звичайними методами. Крім того, цей метод зручний при оцінці доз в аварійних ситуаціях, коли спостерігається короткочасне опромінення потоками нейтронів.

У біологічних  методах дозиметрії використана здатність випромінювань змінювати біологічні об'єкти. Величину дози оцінюють за рівнем летальності тварин, ступеня лейкопенії, кількості хромосомних аберацій й ін. Біологічні методи не дуже точні й менш чутливі в порівнянні з фізичними.

Таким чином, принцип  роботи детектора в значній мірі визначається характером ефекту, викликаного взаємодією випромінювання з речовиною детектора, а детектування іонізуючих випромінювань пов'язане з виявленням і виміром цього ефекту. 

Як же влаштований  дозиметричний прилад?

Принципова  схема будь-якого дозиметричного  й  радіометричного   приладу однакова. Вона включає три обов'язкових блоки: детекторний пристрій (детектор),   реєструючий прилад (індикатор) і блок живлення  (акумулятори, батарейки, елементи, електромережа й ін.). Без кожного з них дозиметра або радіометра просто не може бути. Хоча сучасний прилад має безліч додаткових, допоміжних блоків, пристроїв, систем (підсилювачі, перетворювачі, формувачі імпульсів, стабілізатори, і ін.).

Типова  блок-схема  дозиметричного  пристрою  зображена  на  рисунку 1.1.

Рис 1.1. Типова  блок-схема дозиметра.

При проведенні нашого  уроку  ми  повинні  вивчити  роботу  одного  із  дозиметричних  пристроїв.  Для  вивчення  роботи  дозиметричних пристроїв  було  вибрано  дозиметр-радіометр  «Белла»,  який  являється  універсальним  пристроєм,  що  дозволяє  вимірювати  - фон (рівні радіації),  забрудненість поверхонь та продуктів. Зовнішній вигляд  приладу «Белла» наведено  на  рисунку 1.2 дозиметр-радіометр «Белла» відносять до побутових дозиметрів,  які отримали  поширення та   стали  випускатися 

Рис. 1.2. Дозиметр-радіометр           після  1986  року.  

 «Белла». 

Всього три органи  керування  роблять прилад  зручним  та  доступним  у  керування  для  людей  із  різним  рівнем  підготовки. Покази приладу  не тільки висвічуються  на табло,  але і супроводжуються звуковою  сигналізацією, що  є зручним для людей із  вадами зору  та досить  зручно  в умовах  пересування.  В умовах  лісу  прилад  попередить  про небезпеку. Живлення приладу  здійснюється  від  батареї  «Крона».  Її  вистачає  на  200 годин  роботи приладу. Прилад  реєструє  в  діапазонах  0,2 мкЗв/год (20 мкР/год) – 100  мкЗв/год (10 тисяч  мкР/год). 

Також  ми  розглянемо  такий  прилад  як  радіометр-рентгенометр ДП-5А.  зовнішній вигляд  пристрою  наведено  на рисунку 1.3.

Польовий радіометр-рентгенметр ДП-5А призначений для вимірювання рівнів -випромінювання й наявності радіоактивного забруднення місцевості й різних предметів по -випромінюванню.

Потужність дози -випромінювання визначається в мілірентгенах у годину (мР/год) або рентгенах у годину (Р/год) у тій точці простору, у якій поміщений при вимірах відповідний лічильник приладу.

Рис. 1.3. Радіометр-рентгенометр ДП-5А    Радіометр ДП-5А має   можливість вимірювати рівні випромінювання по -випромінюванню від 0,05 мР/год до 200 Р/год. 

Конструкція й призначення приладу.

Технічний опис й інструкції для експлуатації, а також принципова схема додаються до  самого приладу. Там  же  викладені основні характеристики приладу й правила експлуатації. Тому  ми приведемо лише загальний опис приладу й детально розглянемо тільки ті основні вузли, з якими доводиться зустрічатися безпосередньо при проведенні радіометричних вимірів.

Прилад складається з наступних основних частин: зонд із гнучким кабелем, вимірювальний пульт, телефон, футляр з контрольним джерелом. Крім того, у комплект приладу входить укладальний ящик, у якому розміщаються подовжувальна штанга, блок живлення, комплект запасних  деталей та комплект технічної документації.

Зонд приладу  являє собою сталевий циліндр, у якому розміщаються детектори випромінювання, підсилювач – нормалізатор й інші елементи схеми. Як детектори випромінювання використаються галогенні лічильники типів СТС-5 і СІ-3БГ.

У сталевому  корпусі циліндра є вікно-виріз для індикації -випромінювання. Вікно заклеєне етил целюлозною водостійкою плівкою. На корпусі зонда змонтований обертовий циліндричний латунний екран, що також має виріз, по розмірах співпадаючий з вікном у корпусі зонда. Екран може небагато переміщатися уздовж корпуса зонда. Для закріплення екрана в певному положенні на ньому є два фіксатори (зуба), на яких зазначені букви Б та Г. На корпусі циліндра є стопорний буртик у вигляді кільця із двома пазами для фіксаторів.

При положенні Б у пазів в опорної вилки вікно-виріз екрана сполучається з вікном корпуса. При такому положенні екрана - і -випромінювання проходять через сполучені вікна-вирізи й пластмасову плівку й попадає у лічильники.

При положенні фіксатора Г проти стопорної вилки вікно корпуса зонда перекривається циліндричним екраном і доступ -випромінювання до лічильників припиняється. Лічильники будуть видавати імпульси тільки під впливом   -випромінювання.

Для зміни положення екрана необхідно злегка підсунути його убік опорного штифта (фіксатор виходить із паза стопорного буртика) і повернути до бажаного положення.

Електрична  частина зонда кріпиться на платі. Корпус зонда з'єднується із платою за допомогою накидної гайки. Для зручності вимірів зонд має ручку. Гнучкий кабель довжиною 1,2 м з'єднує зонд із пультом приладу.