Сабақтың технологиялық картасы

Пәні: Медициналық биофизика.

Күні:

Тобы: Ф1К.

Тақырыбы: 45. Әр түрлі нуклондар түзеткіштерін медицинада қолдану.

Сабақтың мақсаты:

• Білімділік: Әр түрлі нуклондар түзеткіштерін медицинада қолдану.

• Дамытушылық: студенттердің алған білімдерін іс жүзінде ұштастыруға, логикалық ойлау қабілеттерін, ойын технологияларын арқылы дамыту, компьютерлік сауаттылықтарын арттыру.

• Тәрбиелік: өз жеріне, еліне деген сүйіспеншілікке баулуды арттыру, оның қадір-қасиетін ұғынуға, іскерлікке, ұқыптылық тәрбиелеу.

Сабақтың типі: аралас сабақ

Сабақтың қамтамасыздандырылуы:

• оқу көрнекілік құралдар: презентация

• үлестірмелі материалдар: тест, үлестірме қағаздар

• ТОҚ: компьютер

Өз бетінше жұмыс: сұрақ – жауап

Сабақтың өту барысы

Ұйымдастыру кезеңі: (5 мин)

• Оқушылардың біліктілігі мен дағдысын тексеру: (25 мин)

1. Радиоактивтілік дегеніміз не?

2. Радиоактивті сәуле шығарудың құрылымы?

3. Радиоактивті ыдырау заңының мәнісі неде?

4. Адам ағзасына сәулелердің әсері.

• Жаңа тақырыптың мазмұны мен жүйесі (конспект): (40 мин)

Нуклондар қозу жағдайында болғанда бариондық резонанс туады, яғни, басқа бөлшектермен алмасады. Бариондар соқтығысқан кезде олардың бұлттары бірін-бірі жауып қалады да жан-жаққа таралған бүлттардың бағытымен бөлшектер шығарылады. Орталық бөліктерінен әр түрлі бағытқа қарай ақырындап қалдық бөлшектер шыға бастайды. Ядролық күш бөлшектер зарядына тауелді емес күшті өз ара әрекеттесу кезінде заряд бірлігі сақталады.

Ядролық реакция – атом ядросының элементар бөлшектермен немесе басқа бір атом ядросымен әсерлесуі кезінде түрленуі. Әдетте ядролық реакцияға 4 бөлшек қатынасады: оның екеуі бастапқы бөлшек болып есептеледі де, ал қалған екеуі ядролық реакцияның нәтижесінде түзіледі. Реакция кезінде түзілген бөлшектің саны кейде 2-ден артық болуы да мүмкін. Лабораториялық жағдайда ядролық реакция нысана ретінде алынған ауыр атом в+В, мұндағы а – атқылайтын бөлшек (не ядро), А – нысана ядро, в– ұшып шыққан бөлшек (не ядро), В – реакция нәтижесінде түзілген соңғы ядро (ядро-өнім). Реакцияның толық теңдеуінде реакцияға қатысатын және реакция нәтижесінде түзілетін ядролардың ядросымен (не бөлшекпен) атқылау арқылы жүргізіледі. Ядролық реакция химиялық реакцияларға ұқсас және оның жазылуы (өрнектің сол жақ бөлшегінде реакцияға қатысатын бөлшектер, ал оң жақ бөлігінде реакция нәтижесінде түзілетін бөлшектер): а+А зарядтары мен массалық сандары да көрсетіледі. Ядролық реакцияны жазудың төмендегідей қысқа түрі де пайдаланылады: А (а, в) В, мұнда бастапқы нысана ядро мен соңғы ядро таңбасының арасындағы жақша ішінде алдымен атқылаушы бөлшектің, содан кейін оның қасына реакция кезінде ұшып шығатын бөлшектің таңбасы көрсетілген. Мысалы, лабораториялық жағдайында Э.Резерфорд жүзеге асырған алғашқы ядролық реакция (альфа-бөлшектермен атқыланған азот ядросының түрлену реакциясы) төмендегіше жазылады: немесе қысқаша: 14N(α, р)17О, мұндағы α-бөлшек (42N), ал р–протон (11Н).

Атқылайтын бөлшектен (не ядромен) (α) нысана ядроның төмендегідей құбылыстар байқалуы мүмкін:

· Серпімді шашырау [а+А>а+А немесе А (а, а)А] кезінде өзара әсерлесетін ядролардың не құрамы, не ішкі энергиясы, не олардың басқа да сипатталамалары өзгермейді, тек серпімді соққы заңына сәйкес кинетикалық энергия бөлшектер (не ядролар) арасында қайта бөлінеді.

· Серпімсіз шашырау [а+А> а‘+А* немесе А (а, а‘) А* ] кезінде өзара әсерлесетін ядролардың құрамы өзгермейді, бірақ атқылайтын бөлшектің кинетикалық энергиясының белгілі бір бөлігі нысана ядроны қоздыруға жұмсалады. Реакция теңдеуінде қозған ядро бастапқы ядро сияқты А таңбасы арқылы белгіленеді де, оның жоғары оң жақ бұрышына жұлдызша таңбасы қойылады; ал кинетикалық энергиясының белгілі бір бөлігін жоғалтқан бөлшек не ядро атқылайтын бөлшек сияқты α таңбасы арқылы белгіленіп, оның жоғары оң жақ бұрышына штрих таңбасы қойылады.

· в+В немесе А(а,в)В] кезінде өзара әсерлесетін ядролардың ішкі қасиеттері мен құрамы өзгереді немесе элементар бөлшектер бір-біріне түрленеді.®Ядролық реакция [а+А

Ядролық реакциялардың ықтималдығы эффективтік көлденең кимамен сипатталады. Көбіне ядролық реакциялардың ықтималдығы ядролық реакция шығымымен (яғни белгілі бір нысанадағы ядролық түрленулер санының осы нысанаға түскен атқылайтын бөлшектер санына қатынасы) сипатталады. Ядролық реакциялардың эффективтік көлденең қимасының атқылайтын бөлшектердің энергиясына тәуелділігін сипаттайтын функция ядролық реакциялардың қозу функциясы деп аталады. Ядролық реакция сондай-ақ жылудық эффект арқылы да сипатталады. Жылулық эффект – ядролық реакцияға қатысатын және ядролық реакция нәтижесінде түзілетін ядролардың тыныштық массаларының айырмасына тең. Ол энергетикалық. бірлікпен (көбіне МэВ) өрнектеледі. Егер жылулық эффект оң болса, онда ядролық реакция энергияны сыртқа шығара отырып жүреді. Мұнда ядролық реакция эквотермиялық ядролық реакция деп аталады. Егер жылулық эффект теріс болса, онда ядролық реакцияның жүру үшін реакцияға қатысатын ядролардың салыстырмалы қозғалысының энергиясы жылулық эффектіден кем болуға тиіс. Ядролық реакциялардың маңызды сипаттамаларның бірі – ядролық түрлену нәтижесінде пайда болған бөлшектердің шығу бұрышы мен энергиясы бойынша тарала бөлінуі. Ядролық реакциялар әдетте атқылайтын бөлшектердің (не ядролардың) табиғатына қарай жүктеледі: мысалы, нейтрондар, протондар, дейтрондар, α-бөлшектер, көп зарядты (ауыр) иондар, γ-кванттар әсерінен болатын ядролық реакциялар. Реакциялардың кейбір түрі түрлену сипатына қарай жүктеледі: мысалы, кулондық қозу (ядро энергиясының атқылайтын бөлшектерінің электрстатикалық өрісі әсерінен артуы), атом ядросының бөлшектенуі, т.б. Көп жағдайда аралық өмір сүру уақыты, атқылайтын бөлшектің нысана ядро өлшемімен (10–12 – 10–13 см) шамалас қашықтық ұшып өтуіне кететін уақытынан бірнеше есе артық болады. Сөйтіп ядролардың бірігу моменті мен ядролық реакция өнімдерінің түзілу моментерінің арасы біраз уақытқа созылатындықтан, атқылайтын бөлшектің таситын энергиясы аралық ядро нуклондарының арасында бірнеше рет қайта бөлінеді. Бұл жағдай ядролық реакцияның екінші кезеңі, ядролық реакцияның бірінші кезеңінің ерекшеліктеріне тәуелсіз екендігін және ол аралық ядроның қасиеттерімен ғана анықталатындығын көрсетеді. Атқылаушы бөлшектердің энергиясы төмен жағдайдағы ядролық реакциялардың ішінде®В) екі кезеңнен тұрады: бірінші кезеңде реакцияға қатысатын ядролардың бірігуі нәтижесінде жаңа қозған ядро (С*) пайда болады. Ол аралық немесе құранды ядро (а+А+С*) деп аталады. Екінші кезеңде қозған аралық ядро кәдімгі радиоактивті ыдырау тәрізді (бұл жағдайдағы айырмашылық: ыдырайтын негізгі күйдегі ядро емес, күшті қозған күйдегі ядро) ыдырайды (С*®в®Энергияның, импульстың, қозғалыс мөлшері моментінің сақталу заңдары ядролық реакциялардың кейбір сипаттамасы (жылулық эффект, т.б.) жөнінде болжам жасауға мүмкіндік береді. Дегенмен ядролық реакциялардың дәлірек сипаттамаларын (мысалы, әр түрлі ядролық реакциялардың эффективтік көлденең қимасы, т.б.) анықтау үшін ядролық реакциялар теориясы падаланылады. Ядролық реакциялардың қазіргі теориясының негізін 20 ғ-дың 30-жылдары Н.Бор қалаған. Оның ұсынған тұжырымына сәйкес ядролық реакция (а+А нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакциялар жиі байқалады. Атқылаушы бөлшектердің энергиясы орташа және үлкен болған жағдайда нейтрондар көбіне серпімсіз шашырайды. Ал аса жоғары энергиясы бар бөлшектердің әсерлесуі кезінде мезондар, гиперондар тәрізді элементар бөлшектер де пайда болады. Әр түрлі энергиясы бар бөлшектердің әсерінен пайда болған ядролық реакцияларды зерттеу – атом ядросының құрылысы мен қасиеттерін зерттеудегі маңызды фактор. Жеңіл ядролардың реакцияларын зерттеу жұмысы басқарылатын термоядролық реакцияларды іс жүзіне асыруға көмектеседі. Ал ядролардың бөліну процесін зерттеу ядролық энергетиканың дамуында маңызды рөл атқарады. Ядролық реакторларда алынатын ядролық реакциялар – радиоктивті изотоптардың негізгі көзі.

Түзу ядролық реакция - ұшушы бөлшек энергияны барлык ядро нысанаға емес, осы ядродағы жеке нуклонға немесе нуклондар тобына беретін ядролык реакциялар.

Ядролық физика – қазіргі физиканың атом ядросы мен элементар бөлшектерді зерттейтін саласы. Ядролық физика – атомөнеркәсібінің ғылыми негізі. Ол шартты түрде төмендегідей салалардан тұрады.

Атом ядросының жалпы қасиеттері мен құрылымы. Ядроның маңызды қасиеттеріне масса, электр заряды, массалық сан, байланыс энергиясы, магниттік және электрлік момент, ядроның эффективтік мөлшері, ядроның энергия деңгейлерінің жүйесі жатады. Ядролық күштердің заңдылығы белгісіз болғандықтан, ядрода өтетін процестерді зерттеу үшін әр түрлі ядролық модельдер пайдаланылады.

Ядролық күштер. Ядролық күштердің қасиеттері жөнінде бағалы деректер энергиясы әр түрлі протондар, нейтрондар менпротондардың шашырауын, сондай-ақ дейтрон мен күрделі ядролардың қасиеттерін зерттеу кезінде алынған.

Ядролардың өздігінен түрленуі – α, β-бөлшектері мен γ-сәулесін шығаратын табиғи және жасанды радиоактивтілік, сондай-ақ ауыр ядролардың өздігінен бөліну. Ядролық физиканың бұл саласының маңызды бөлігі ядролардан шығатын әр түрлі сәулелерді зерттеу болып есептеледі. Ядролық реакциялар – ядролардың бір-бірімен және элементар бөлшектермен әсерлесуі нәтижесінде түрленуі. Ядролық түрленулердің ішінде энергетикалық мақсат үшін баяу және шапшаң нейтрондар арқылы жүретін реакцияларды (мысалы, ауыр ядролардың бөлінуі), сондай-ақ теориялық және практикалық мақсат үшін жеңіл ядролардың арасындағы реакцияларды зерттеудің зор маңызы бар. Реакциялардың соңғы түрі термоядролық реакцияларды жасанды жолмен жүзеге асыруға мүмкіндік береді.Атомдық нөмірі (Z) 92-ден артық (Z > 92) болатын табиғатта кездеспейтін элементтерді синтездеу үшін көп зарядты иондарды (мысалы,азот және алюминий иондары, т.б.) зерттеудің ерекше маңызы бар. Элементар бөлшектер. Ядролық физиканың бұл саласынданейтрино, антинейтрино, электрон, позитрон, әр түрлі мезондар, нуклондар, антинуклондар, гиперондар мен антигиперондар тәрізді элементар бөлшектердің қасиеттері, олардың пайда болуы мен бір-біріне түрлену процестері зерттеледі. Сондай-ақ бұл салада жоғары энергия физикасының мәселелерін зерттеудің де маңызы ерекше күшті болады.

Нейтрондық физика – нейтрондардың қасиеттерін, ядролардың нейтрондарды қармауын және шашыратуын, нейтрондардың әр түрлі зат ішінде тежелеу мен диффузиясын, т.б. зерттеуге арналған ядролық физиканың ірі саласының бірі. Ол – ядролық энергетика менғарыштық ракета техникасының ғылыми негізі. Сондықтан нейтрондық физикада теориялық, сондай-ақ практикалық маңызы бар мәселелер зерттеледі. Нейтрондық физика қатты дене физикасымен, металлургиямен, т.б. физика салаларымен тығыз байланысты. Ядролық физиканың эксперименттік тәсілінде зарядты бөлшек үдеткіштері, сондай-ақ қуатты нейтрондар шоғын алуға мүмкіндік беретін зерттеу реакторлары маңызды орын алады. Қазіргі кезде элементар бөлшектерді бақылау және тіркеу үшін өте нәзік тәсілдер мен приборлар қолданылады (қ. Иондалу камерасы, Зарядты бөлшек санауыштары, Вильсон камерасы). Атом ядросының энергия деңгейлерін және одан шығатын сәулелерді зерттейтін ядролық физиканың саласы ядролық спектроскопия деп аталады. Бұл әдістің көмегімен алынған деректер ядроның құрылысы жөніндегі осы кездегі ұғымдардың негізін құрайды.

Ядролық физиканың жетістігі алғашқы кезде соғыс мақсаты үшін қолданылғанымен (1945), кейін ол бейбіт мақсат үшін де пайдаланыла бастады.

Ядролық физиканың жетістігі нәтижесінде халық шаруашылығының бейбіт салалары – ядролық энергетика және ядролық техника пайда болды. Радиоактивтік изотоптарфизикада, химияда, металлургияда, биологияда, т.б. ғылым мен техника салаларында тиімді пайдаланып келеді. Ядролық физиканың дамуы нәтижесінде табиғатта кездеспейтін элементтерді (мысалы, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, курчатовий, нильсборий, т.б.) алуға мүмкіндік жасалды. Ядролық физиканың негізінде химияның радиациялық химия және радиохимия деп аталатын жаңа салалары пайда болды. Ядролық физиканың жетістіктері астрофизикада, геологияда, геофизикада, ғарыштық ракета ғылымында және археологияда кеңінен пайдалануда. Ядролық физиканыңдамуы біздің табиғат жөніндегі көзқарасымыздың жан-жақты кеңеюіне маңызды ықпал етті.

• Жаңа материалды бекіту, біліктілік пен дағдыны қалыптастыру: (15 мин)

1. Нуклондар түзеткіштерін медицинада қолдану.

2. Нейтрондық физика

Сабақтың қортындысы: (3 мин)

• Рефлексия:

Кандай жаңа нәрселермен таныстыңдар?

Өз мақсаттарыңа жеттіңдер ме?

Қандай қиындықтармен жолықтыңдар?

Болашақ маман ретіндегі тақырыпқа көз-қарасың қандай?

• Бағалау

Сабаққа белсене қатысқан, жұмысты толық орындаған студенттерді бағалау. Бағаны оқу журналына қою.

• Үй тапсырмасы: (2 мин)

Тестпен жұмыс

БЕКІТЕМІН

Директордың оқу әдістемелік

жұмысы жөніндегі орынбасары

Жантелиева Л.О.

«____»__________2016 ж.

______________________