Радиоактивность. Радиоактивные излучения

 
 

В ХХ1 в. вряд ли найдется взрослый человек, который хотя бы раз в жизни не сделал рентгеновский снимок. А вот в конце Х1Х в. изображение руки человека с видимой структурой костей (рис. 23.1) обошло страницы газет всего мира, а для физиков стало настоящей сенсацией. Ученые начали исследование рентгеновских лучей и поиск их источников. Одним из таких ученых был французский физик А. Беккерель (рис. 23.2). Какими неожиданными результатами завершились его исследования, вы узнаете из этого параграфа.

Узнаём об истории открытия радиоактивности

С открытия рентгеновских лучей началась история открытия радиоактивности, и помог в этом случай.

Толчком к исследованиям стало предположение, что рентгеновские лучи возникают при кратковременном свечении некоторых веществ, облученных перед этим солнечным светом*. К таким веществам относятся, например, некоторые соли Урана.

 

Рис. 23.2. Анри Антуан Беккерель (1852-1908) — французский физик, в 1896 г. открыл радиоактивное излучение солей Урана

 

Чтобы проверить указанное предположение и зная, что рентгеновские лучи, в отличие от световых, проникают сквозь плотную черную бумагу, А. Беккерель взял завернутую в такую бумагу фотопластинку , положил на нее крупинки урановой соли и на несколько часов вынес фотопластинку на яркий солнечный свет. После проявления на фотопластинке оказались темные пятна именно в тех местах, где лежала урановая соль. То есть выяснилось, что урановая соль действительно испускает

излучение, которое имеет большую проникающую способность (проходит сквозь плотную бумагу) и действует на фотопластинку.

Альберт Эйнштейн сравнивал открытие радиоактивности с открытием огня, считая, что огонь и радиоактивность — одинаковые по значению вехи в истории человечества.

Рис. 23.3. Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) — французский физик и химик (родилась в Польше), лауреат двух Нобелевских премий. Такой чести за всю историю были удостоены только три исследователя

Рис. 23.4. Пьер Кюри (18591906) — французский физик, лауреат Нобелевской премии



 

Беккерель решил продолжить исследования и подготовил опыт, который несколько отличался от предыдущего. Но ученому помешала пасмурная погода, и он с сожалением положил приготовленные для опыта фотопластинку с урановой солью и медным крестом между ними в ящик стола. Через несколько дней, так и не дождавшись солнца, ученый решил на всякий случай проявить фотопластинку. Результат оказался неожиданным: на пластинке появился контур креста. Следовательно, солнечный свет был ни при чем, и соль Урана сама, без влияния внешних факторов, испускает невидимое излучение, которому не является преградой даже слой меди!

Позже такое излучение назовут радиоактивным излучением (от лат. radio — излучаю, activus — действенный); способность веществ к радиоактивному излучению — радиоактивностью; нуклиды, ядра которых имеют такую способность, — радионуклидами.

Узнаём о радионуклидах

«Только ли Уран испускает "лучи Бек-кереля”?» — с поиска ответа на этот вопрос начала свою работу по изучению радиоактивности М. Склодовская-Кюри (рис. 23.3). Тщательно проверив на радиоактивность практически все известные к тому времени элементы, она выяснила, что радиоактивные свойства имеет также Торий. Кроме того, М. Склодовская-Кюри и ее муж П. Кюри (рис. 23.4) открыли новые радиоактивные элементы, в частности Полоний и Радий.

Подумайте, что могло подтолкнуть супругов Кюри дать элементам именно такие названия.

Указанные выше элементы были выделены из естественных минералов, поэтому их назвали естественными радиоактивными элементами.

Со временем выяснилось, что радиоактивность присуща всем без исключения нуклидам химических элементов, порядковый номер

которых больше 82 (Z > 82). Однако и другие элементы имеют радиоактивные нуклиды (естественные или полученные искусственно).

Изучаем состав радиоактивного излучения

Опыты по изучению природы радиоактивного излучения показали, что радиоактивные вещества могут испускать лучи трех видов: положительно заряженные частицы (α (альфа)-излучение), отрицательно заряженные частицы (β (бета)-излучение) и нейтральные лучи (γ (гамма)-излучение). На рис. 23.5 изображена схема одного из таких опытов: пучок радиоактивного излучения попадает в сильное магнитное поле постоянного магнита, а затем на фотопластинку. После проявления на фотопластинке четко видны три темных пятна.

Вспомните, направление движения каких частиц принято в качестве направления электрического тока, и, воспользовавшись рис. 23.5 и правилом левой руки, убедитесь, что α-частицы имеют положительный заряд.

Наибольший вклад в исследование α-излучения сделал Э. Резерфорд. Ученый одним из первых выяснил, что α-излучение — это поток ядер

Рис. 23.5. Схема опыта по исследованию природы радиоактивного излучения

атомов Гелия (Hej, движущихся со скоростью порядка 107 м/с. Заряд α-частицы равен двум элементарным зарядам:

Защищаемся от радиоактивного излучения

Виды радиоактивного излучения


У большинства людей слово «радиация» ассоциируется с опасностью. И это, безусловно, правильно. Радиоактивное излучение не фиксируется органами чувств человека, но известно, что оно может привести к губительным последствиям. От влияния радиации можно защититься, возведя на пути излучения препятствие.

Проще всего защититься от α- и β-излу-чений. Хотя α- и β-частицы летят с огромной скоростью, их поток легко останавливает даже тонкое препятствие. Как показали эксперименты, достаточно листа бумаги толщиной 0,1 мм,

чтобы остановить α-частицы; β-излучение полностью поглощается, например, алюминиевой пластинкой толщиной 1 мм (рис. 23.6).

Труднее всего защититься от γ-излучения — оно проникает сквозь достаточно толстые слои материалов. В отдельных случаях для защиты от γ-излучения необходимы бетонные стены толщиной несколько метров.

Даём определение радиоактивности

Изучение радиоактивности показало, что радиоактивное излучение — это следствие преобразований ядер атомов. Причем эти преобразования происходят самопроизвольно (без каких бы то ни было причин), их нельзя ускорить или замедлить, они не зависят от внешнего воздействия, то есть на них не влияют изменения давления, температуры, освещенности, действия магнитного и электрического полей, химические реакции и т. п.

Радиоактивность — это способность ядер радионуклидов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с излучением микрочастиц.

Излучая α- или β-частицы, исходное ядро (материнское ядро) преобразуется в ядро атома другого элемента (дочернее ядро); α- и β-распады могут сопровождаться γ-излучением. Установлено, что радиоактивные преобразования ядер подчиняются так называемым правилам смещения.

1. При α-распаде количество нуклонов в ядре уменьшается на 4, протонов — на 2, поэтому образуется ядро элемента, порядковый номер которого на 2 единицы меньше порядкового номера исходного элемента (рис. 23.7):

2. При β-распаде количество нуклонов в ядре не изменяется, при этом количество протонов увеличивается на 1, поэтому образуется ядро элемента, порядковый номер которого на единицу больше порядкового номера исходного элемента (рис. 23.8):

элемента образуется в результате α-распада Радона?

Ядро какого

Рис. 23.6. Защита от радиоактивного излучения

Рис. 23.7. При α-распаде материнское ядро спонтанно делится на две части: α-частицу и дочернее (новое) ядро

Узнаём о радиоактивных рядах

Получается, что после объяснения радиоактивности мечта алхимиков Средневековья о превращении веществ в золото сбылась? На самом деле — нет. Ученые выяснили, что исходное (материнское) ядро атома радиоактивного элемента X может претерпевать целый ряд преобразований: ядро атома элемента X превращается в ядро атома элемента Y, затем в ядро атома элемента Z и т. д., однако в этой цепочке не может быть случайных «гостей».

Совокупность всех изотопов, возникающих в результате последовательных радиоактивных преобразований данного материнского ядра, называют радиоактивным рядом. Одна из цепочек таких преобразований показана на рис. 23.9. Установлено, что существуют четыре радиоактивных ряда, объединяющих все известные в природе радиоактивные элементы: ряд Тория (начинается с Тория-232), ряд Урана — Радия (начинается с Урана-238); ряд Урана — Актиния (начинается с Урана-235); ряд Нептуния (начинается с Нептуния-237).

Подводим итоги

Радиоактивное излучение открыл в 1896 г. французский физик А. Беккерель. Большинство существующих в природе и искусственно полученных нуклидов радиоактивны: их ядра самопроизвольно распадаются, излучая микрочастицы и преобразуясь в другие ядра.

Рис. 23.8. При β-распаде один из нейтронов материнского ядра преобразуется в протон и электрон; электрон излучается, а протон остается в ядре (образуется новое ядро)

Рис. 23.9. Радиоактивный ряд Тория. Ряд начинается с Тория-232, встречающегося в природе, и заканчивается Плюмбумом-208, являющимся стабильным (не радиоактивным)

Виды радиоактивного излучения


Контрольные вопросы

1. Как было открыто явление радиоактивности? 2. Приведите примеры естественных радионуклидов. 3. Опишите опыт по исследованию природы радиоактивного излучения. 4. Какие виды радиоактивного излучения вы знаете? Какова их физическая природа? 5. Как защититься от радиоактивного излучения? 6. Приведите определение радиоактивности. 7. Что происходит с ядром атома при излучении α-частицы? β-частицы?

Упражнение № 23

1. Какие виды радиоактивного излучения воздействовали на фотопластинку в опытах А. Беккереля? Рассмотрите два случая: а) крупинки соли Урана лежат на черной бумаге, в которую завернута пластинка; б) соль Урана лежит на медном кресте, который, в свою очередь, лежит на завернутой в черную бумагу фотопластинке.

2. Длина волны γ-излучения в вакууме 0,025 нм. Определите частоту волны.

3. Воспользовавшись рис. 23.9, запишите несколько уравнений реакций распада, характерных для радиоактивного ряда Тория-232.

4. При естественном радиоактивном распаде Радия |(Raj из его ядер испускается β-частица. В ядро какого элемента преобразуется при этом ядро атома Радия? Запишите уравнение реакции.

5. Определите массу α-частицы, зная, что масса протона и масса нейтрона примерно равны 1,7 · 10-27 кг. Какова кинетическая энергия α-частицы, если она движется со скоростью 1,5 · 107 м/с?

6. «Всё яд, и всё лекарство — это зависит от дозы». Эта фраза принадлежит известному врачу эпохи Возрождения Парацельсу (настоящее имя — Филипп Авреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (1493-1541)). Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте, как «вредное» радиоактивное излучение используют для лечения больных.

7. Имеется 2 моль урана и 2 моль гелия. Сколько атомов в каждом веществе?

Физика и техника в Украине

Иван Павлович Пулюй (1845-1918) — украинский физик, электротехник, изобретатель; работал в Австро-Венгрии. За 14 лет до Вильгельма Рентгена он сконструировал трубку, ставшую прообразом современных рентгеновских аппаратов. И. П. Пулюй глубже, чем В. Рентген, проанализировал природу и механизмы возникновения Х-лучей (позже названных рентгеновскими), а также продемонстрировал их свойства. И. П. Пулюй одним из первых начал конструировать и изготовлять вакуумные устройства. Широко известна люминесцентная газоразрядная лампа, которая вошла в историю техники как «лампа Пу-люя» (Pulujlampe). Снимки в Х-лучах, выполненные Пулюем с помощью этой лампы, чаще всех воспроизводились в европейских научно-популярных изданиях как непревзойденные по качеству для иллюстрации применения Х-лучей в медицине.

Еще одна из разработок ученого — запатентованное изобретение, позволившее использовать линию передачи переменного тока для одновременной телефонной связи.

Имя И. П. Пулюя носит Тернопольский национальный технический университет; НАН Украины основала премию имени Ивана Пулюя за выдающиеся работы в области прикладной физики.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.