Zegarek i licznik Geigera-Müllera

Poprawna odpowiedź

1. Nie,

2. Tak,

3. Nie,

4. Tak

Wymaganie ogólne

2 Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.

Wymaganie szczegółowe

3.6 Fizyka jądrowa. Uczeń opisuje wybrany sposób wykrywania promieniowania jonizującego
3.7 Fizyka jądrowa. Uczeń wyjaśnia wpływ promieniowania jądrowego na materię oraz na organizmy

Komentarz

Licznik Geigera-Müllera jest urządzeniem służącym do detekcji promieniowania jądrowego: zarówno cząstek a, b jak i promieniowania g. Wyżej wymienione rodzaje promieniowania wywołują jonizację gazu, wypełniającego licznik. Powstające w trakcie procesu jonizacji elektrony są następnie zbierane przez anodę i przetwarzane na impuls elektryczny. Taka konstrukcja urządzenia powoduje, że reaguje ono na każdy czynnik, który prowadzi do bezpośredniej jonizacji gazu, jak na przykład promieniowanie rentgenowskie czy promieniowanie UV.

Licznik Geigera-Müllera rejestruje zazwyczaj pewien minimalny poziom  promieniowania, ze względu na fakt istnienia promieniotwórczości naturalnej oraz z powodu jego czułości na wysokoenergetyczne kwanty, pochodzące na przykład ze świetlówek czy innych urządzeń elektrycznych. Dlatego zawsze przed przystąpieniem do pomiarów określa się poziom wskazań licznika w danym pomieszczeniu, czyli tak zwane tło promieniowania. Badany przedmiot możemy uznać za promieniotwórczy jedynie wtedy, gdy powoduje on wzrost wskazań licznika powyżej ustalonego dla danego pomieszczenia tła.

Prezentowane zadanie sprawdza umiejętność wyciągania wniosków z przeprowadzonego doświadczenia. Znając wyniki pomiarów dokonanych przy pomocy licznika Geigera-Müllera, uczeń ma rozstrzygnąć o prawdziwości stwierdzeń zestawionych w tabeli. Zgodnie z podanymi we wstępie informacjami, Michał zarejestrował pewien poziom promieniowania w pomieszczeniu oraz przy zbliżaniu sondy do różnych przedmiotów i kolegi. Jedynie w przypadku świecącego w ciemności zegarka wskazanie licznika było wyraźnie wyższe niż w przypadku pozostałych badanych przedmiotów. I tylko w tym przypadku można uznać sytuację za nietypową i będącą podstawą do jakichkolwiek obaw.

Zadanie było badane na grupie 226 uczniów ze szkół ponadgimnazjalnych. Pierwsze stwierdzenie prawidłowo oceniło 83,6% uczniów, odpowiadając przecząco na postawione pytanie. Fakt, że przedmioty wokół nas promieniują wcale nie oznacza, że doszło do skażenia środowiska na skutek awarii elektrowni jądrowej. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest wyjątkowo niskie, zwłaszcza, że w Polsce nie posiadamy elektrowni jądrowych. Promieniowanie rejestrowane przez Michała powstaje w wyniku rozpadu naturalnych izotopów niestabilnych, znajdujących się w środowisku. Zatem z punktu widzenia fizyki wcale nie musiało dojść do awarii – rejestrowane promieniowanie mogło być po prostu promieniowaniem tła.

Stwierdzenie drugie prawidłowo oceniło aż 86,7 % uczniów, udzielając odpowiedzi twierdzącej. Nie wydaje się zatem, aby uczniowie mieli problemy ze zrozumieniem faktu, że otaczające nas przedmioty mogą być potencjalnym źródłem naturalnej promieniotwórczości. Większość uczniów nie wiąże również tego typu aktywności promieniotwórczej ze skażeniem środowiska na skutek awarii elektrowni jądrowych.

Nieco więcej trudności przysporzyły uczniom dwa kolejne stwierdzenia. W przypadku stwierdzenia trzeciego, prawidłowej odpowiedzi udzieliło 69% uczniów. Z pewnością znalezienie właściwej odpowiedzi na pytanie, czy żywność może emitować jakieś promieniowanie okazało się zadaniem niebagatelnym. Przywykliśmy bowiem sądzić, że w produktach spożywczych nie zachodzą procesy prowadzące do emisji promieniowania jądrowego. Należy jednak uświadomić sobie, że produkty te są substancjami organicznymi.

Wszystkie substancje organiczne zawierają w swoim składzie węgiel, który oprócz dwóch izotopów stabilnych posiada również izotop niestabilny, pobierany ze środowiska i asymilowany w tkankach w trakcie życia organizmu. Również niektóre mikroelementy niezbędne do prawidłowego funkcjonowania żywych organizmów posiadają niestabilne izotopy, nierozróżnialne pod względem właściwości chemicznych od izotopów stabilnych. Zarówno w trakcie życia jak i po śmierci organizmu, izotopy te rozpadają się, emitując promieniowanie jądrowe, co nie jest żadnym powodem do niepokoju.

Podobne wyniki jak w przypadku stwierdzenia trzeciego uzyskano dla ostatniego ze stwierdzeń. Prawidłowo oceniło je 70,8%. Zapewne problem z oceną prawdziwości czwartego stwierdzenia wynikał z faktu, że dotyczyło on „zegarka świecącego w ciemności”, a więc emitującego światło widzialne.  Takie światło samo w sobie nie stanowi żadnego zagrożenia dla człowieka, jednak w treści zadania jest podana informacja, że wskazanie licznika bardzo wzrosło po zbliżeniu sondy do zegarka.

Trudno przypisać nagły wzrost sygnału jedynie emisji światła widzialnego, do tego niezbyt intensywnego w porównaniu ze światłem słonecznym lub pochodzącym ze źródeł sztucznych. Raczej należy się spodziewać, że fosforescencji zegarka towarzyszy jeszcze jakieś inne zjawisko, prowadzące do wzrostu wskazań licznika. Bez dodatkowych informacji trudno wnioskować o naturze tego zjawiska i dlatego warto zbadać zegarek dokładniej, aby się upewnić, czy nie stanowi zagrożenia dla osoby, która go używa.

Całość zadania poprawnie rozwiązało 44,7% osób biorących udział w badaniu, co wskazuje na problemy uczniów z prawidłową interpretacją pomiarów wykonanych przy pomocy licznika Geigera-Müllera. Źródłem tych problemów może być brak zrozumienia elementarnych zjawisk z dziedziny promieniotwórczości, dlatego warto wykorzystać to zadanie jako wprowadzenie do lekcji poświęconej promieniowaniu jądrowemu oraz jego właściwościom. Można również poświęcić mu nieco czasu przy okazji omawiania budowy i działania detektorów promieniowania jonizującego.

Słowa kluczowe