Радіоактивні перетворення коротко. Радіоактивні перетворення атомних ядер: історія відкриття, основні типи перетворень. Відкриті види випромінювань

Радіоактивні перетворення ядер

Будова речовини

Все у природі складається з простих та складних речовин. До простих речовин належать хімічні елементи, до складних – хімічні сполуки. Відомо, що речовини в навколишньому світі складаються з атомів, які є найменшою частиною хімічного елемента. Атом - це дрібна частка речовини, що визначає його хімічні властивості, він має складне внутрішня будова. У природі лише інертні гази виявляються як атомів, оскільки їх зовнішні оболонки замкнуті, решта речовини у вигляді молекул.

У 1911 р. Е. Резерфорд запропонував планетарну модель атома, яка була розвинена Н Бором (1913). За загальноприйнятою моделлю будови атома в ньому розрізняють дві області: важке, позитивно заряджене ядро, що знаходиться в центрі, в якому зосереджена майже вся маса атома, і легку електронну оболонку, що складається з негативно заряджених частинок - електронів, з величезною швидкістю, що обертаються навколо ядра.

Електрон (е –)- стійка елементарна частка з масою спокою рівною 9,1 10 -31 кг або 0,000548 а.е.м. (атомна одиниця маси – це безрозмірна величина атомної маси, яка показує, у скільки разів атом даного елемента або частка важче 1/12 частини атома ізотопу вуглецю-12; енергетичний еквівалент 1 а.е.м. становить 931 МеВ). Електрон несе один елементарний негативний заряд електрики (q=1,6·10 -19 Кл), т. е. найменше електрики, що у природі. Тому заряд електрона прийнятий за одну елементарну одиницю електричного заряду.

Залежно від енергії, що утримує електрони під час обертання навколо ядра, вони групуються на різних орбітах (рівнях або шарах). Число шарів у різних атомів неоднакове. В атомах з великою масою число орбіт сягає семи. Їх позначають цифрами, або літерами латинського алфавіту, починаючи позначення від ядра: K, L, M, N, O, P, Q. Число електронів у кожному шарі суворо визначене. Так, К-шар має трохи більше 2 електронів, L-шар – до 8, M-шар – до 18, N-шар – 32 електрона тощо.

Розміри атома визначаються розмірами його електронної оболонки, яка не має певних меж. Приблизно лінійні розміри атома становлять 10-10 м.

Ядро– центральна масивна частина атома, що складається з протонів та нейтронів, яка заряджена позитивно. У ядрі зосереджено майже всю масу атома (більше 99,95 %). Сумарна кількість електронів на орбітах завжди дорівнює сумі протонів у ядрі. Наприклад, атом кисню містить 8 протонів в ядрі і має 8 електронів на орбітах, атом свинцю – 82 протони в ядрі та 82 електрони на орбітах. Внаслідок рівності суми позитивних та негативних зарядів атом є електрично нейтральною системою. На кожен із електронів, що рухаються навколо ядра, діють дві рівні, протилежно спрямовані сили: кулонівська сила притягує електрони до ядра, а рівна їй відцентрова сила інерції прагне "вирвати" електрон з атома. Крім того, електрони, рухаючись (обертаючись) навколо ядра по орбіті, одночасно володіють власним моментом руху, який називають спином, що спрощено представляється як обертання подібне вовчку навколо власної осі. Спини окремих електронів можуть бути орієнтовані паралельно (обертання в ту саму сторону) і антипаралельно (обертання в різні сторони). У спрощеному вигляді це забезпечує стійкий рух електронів в атомі.

Відомо, що зв'язок електрона з ядром діє як кулонівська сила тяжіння і відцентрова сила інерції, а й сила відштовхування інших електронів. Цей ефект називають екрануванням. Чим далі електронна орбіта від ядра, тим сильніше екранування електронів, що знаходяться на ній, і тим слабкіший енергетичний зв'язок ядро-електрон. На зовнішніх орбітах енергія зв'язку електронів не перевищує 1-2 еВ, тоді як у електронів К-шару вона набагато більша і зростає зі збільшенням атомного номера елемента. Наприклад, у вуглецю енергія зв'язку електронів К-шару становить 0,28 кеВ, у стронцію – 16 кеВ, у цезію – 36 кеВ, у урану – 280 кеВ. Тому електрони зовнішньої орбіти більше схильні до впливу зовнішніх факторів, зокрема, випромінювань низької енергії. При повідомленні електронам ззовні додаткової енергії можуть переходити з одного енергетичного рівня на інший або навіть залишати межі даного атома. Якщо енергія зовнішнього впливу буде слабшою за енергію зв'язку електрона з ядром, то електрон може тільки перейти з одного енергетичного рівня на інший. Такий атом залишається нейтральним, проте відрізняється від інших атомів цього хімічного елемента надлишком енергії. Атоми, що мають надлишок енергії, називають збудженими, а перехід електронів з одного енергетичного рівня на інший, віддаленіший від ядра, - процесом збудження. Оскільки у природі будь-яка система прагне перейти у стійкий стан при якому енергія її буде найменшою, то й атом через деякий час переходить із збудженого стану до основного (початкового). Повернення атома до основного стану супроводжується виділенням надлишкової енергії. Перехід електронів із зовнішніх орбіт на внутрішні супроводжується випромінюванням із довжиною хвилі, характерною лише для даного переходу з одного енергетичного рівня на інший. Переходи електронів у межах найбільш віддалених від ядра орбіт дають випромінювання, що складається з ультрафіолетових, світлових та інфрачервоних променів. При сильних зовнішніх впливах, коли енергія перевищує енергію зв'язку електронів з ядром, електрони вириваються з атома і видаляються за його межі. Атом, що втратив одного чи кількох електронів, перетворюється на позитивний іон, а “приєднав” себе чи кілька електронів – на негативний іон. Отже, кожен позитивний іон утворюється один негативний іон, т. е. виникає пара іонів. Процес утворення іонів із нейтральних атомів називається іонізацією. Атом у стані іона існує у звичайних умовах надзвичайно короткий проміжок часу. Вільне місце на орбіті позитивного іона заповнюється вільним електроном (електроном, не пов'язаним з атомом), і атом стає нейтральною системою. Цей процес називається рекомбінації іонів (деіонізація) і супроводжується виділенням надлишкової енергії як випромінювання. Енергія, що виділяється при рекомбінації іонів, чисельно приблизно дорівнює енергії, витраченої іонізацію.

Протон(р) – стабільна елементарна частка з масою рівною 1,6725·10 -27 кг або 1,00758 а.е.м., яка приблизно в 1840 разів більша за масу електрона. Заряд протона позитивний і за величиною дорівнює заряду електрона. Атом водню є ядром, що містить один протон, навколо якого обертається один електрон. Якщо "зірвати" цей електрон, то частина атома, що залишилася, і буде протоном, тому протон часто визначають як ядро водню.

Кожен атом будь-якого елемента містить у ядрі певну кількість протонів, яке і визначає фізичні і хімічні властивості елемента. Наприклад, в ядрі атома срібла їх 47, в ядрі урану - 92. Число протонів в ядрі (Z) називають атомним номером або зарядовим числом, воно відповідає порядковому номеру елемента в періодичній системі Д. І. Менделєєва.

Нейтрон(n) - Електрично нейтральна елементарна частка з масою незначно перевищує масу протона і дорівнює 1,6749 10 -27 кг або 1,00898 а.е.м. Нейтрони стійкі лише у складі стабільних атомних ядер. Вільні нейтрони розпадаються на протони та електрони.

Нейтрон, внаслідок своєї електричної нейтральності, не відхиляється під дією магнітного поля, не відштовхується атомним ядром і, отже, має велику проникаючу здатність, що створює серйозну небезпеку як фактор біологічної дії випромінювання. Число нейтронів, що у ядрі, дає лише основному фізичну характеристику елемента, оскільки у різних ядрах однієї й тієї ж хімічного елемента то, можливо різне число нейтронів (від 1 до 10). У ядрах легких стійких елементів число протонів належить до нейтронів як 1:1. Зі збільшенням атомного номера елемента (починаючи з 21-го елемента – скандія) у його атомах число нейтронів перевищує число протонів. У найважчих ядрах число нейтронів у 1,6 разу більше від кількості протонів.

Протони та нейтрони – складові ядра, тому для зручності їх називають нуклонами. Нуклон(Від лат. Nucleus - ядро) - загальне найменування для протонів і нейтронів ядра. Також, коли говорять про конкретне атомне ядро, використовують термін нуклід. Нуклід– будь-яке атомне ядро з заданим числомпротонів та нейтронів.

Позначаючи нукліди чи атоми, користуються символом елемента, якому належить ядро, і зверху вказують масове число – А, внизу – атомний (порядковий) номер – Z у вигляді індексів , де Е – символ хімічного елемента. А показує число нуклонів, у тому числі складається ядро атома (A = Z + N). Z показує як заряд ядра і порядковий номер, а й число протонів в ядрі і число електронів в атомі, т.к. атом загалом нейтральний. N - Число нейтронів в ядрі, яке найчастіше не вказується. Наприклад, - радіоактивний ізотоп цезію, А = 137, отже ядро складається з 137 нуклонів; Z = 55, отже, в ядрі 55 протонів і, відповідно, 55 електронів в атомі; N = 137 - 55 = 82 – це число нейтронів у ядрі. Порядковий номер іноді опускають, оскільки символ елемента цілком визначає його місце у періодичній системі (наприклад, Cs-137, Не-4). Лінійні розміри ядра атома дорівнюють 10 -15 -10 -14 м, що становить 0,0001 діаметра всього атома.

Протони і нейтрони утримуються всередині ядра силами, які називаються ядерними. За своєю інтенсивністю вони набагато потужніші за електричні, гравітаційні та магнітних сил. Ядерні сили є короткодіючими з радіусом дії 10 -14 -10 -15 м. Вони проявляються однаково між протоном та нейтроном, протоном та протоном, нейтроном та нейтроном. Зі збільшенням відстані між нуклонами ядерні сили дуже швидко зменшуються і стають практично рівними нулю. Ядерні сили мають властивість насичення, тобто кожен нуклон взаємодіє тільки з обмеженою кількістю сусідніх нуклонів. Тому зі збільшенням числа нуклонів у ядрі ядерні сили значно слабшають. Цим пояснюється менша стійкість ядер важких елементів, які містять значну кількість протонів і нейтронів.

Щоб розділити ядро на його протони і нейтрони і видалити з поля дії ядерних сил, необхідно зробити роботу, тобто. витратити енергію. Ця енергія називається енергією зв'язку ядра. При утворенні ядра з нуклонів, навпаки, виділяється енергія зв'язку.

m я = m p N p + m n N n ,

де m я - Маса ядра; m p – маса протона; N p - Число протонів; m n – маса нейтрона; N n – число нейтронів, вона дорівнюватиме 1,0076·2 + 1,0089·2 = 4,033 а.е.м.

Разом про те фактична маса ядра гелію дорівнює 4,003 а.е.м. Таким чином, фактична маса ядра гелію виявляється меншою за розрахункову на величину 0,03 а.о.м. і в цьому випадку кажуть, що ядро має дефект маси (брак маси). Різницю між розрахунковою та фактичною масою ядра називають дефектом маси (Dm). Дефект маси показує, наскільки міцно пов'язані частинки в ядрі, і скільки енергії виділилося при утворенні ядра з окремих нуклонів. Зв'язати масу з енергією можна за допомогою рівняння, виведеного А. Ейнштейном:

де DЕ – зміна енергії; Dm – дефект маси; с – швидкість світла.

Враховуючи, що 1 а. = 1,661 10 -27 кг, а ядерної фізики за одиницю енергії прийнято электрон-Вольт (эВ), причому 1 а.е.м. еквівалентна 931 МеВ, то енергія, яка виділиться при утворенні ядра гелію дорівнюватиме 28 МеВ. Якби існував спосіб поділу ядра атома гелію на два протони і два нейтрони, то для цього потрібно витратити не менше 28 МеВ енергії.

Енергія зв'язку ядер пропорційно зростає зі збільшенням числа нуклонів, проте не суворо пропорційно їх числу. Наприклад, енергія зв'язку ядра азоту – 104,56 МеВ, а урану – 1800 МеВ.

Середня енергія зв'язку, що припадає на один нуклон, називається питомою енергією зв'язку. Для гелію вона становитиме 28:4 = 7 МеВ. Якщо не рахувати найлегших ядер (дейтерій, тритій), то енергія зв'язку на один нуклон становить для всіх ядер приблизно 8 МеВ.

Більшість хімічних елементів у природі є певними сумішами атомів з ядрами. різних мас. Різниця мас обумовлена наявністю в ядрах різного числа нейтронів.

Ізотопи(від грец. isos – однаковий і topos – місце) – різновиди атома однієї й тієї ж хімічного елемента, які мають однакове число протонів (Z) і різне число нейтронів (N). У них практично однакові фізичні та хімічні властивості, розділити їх у природній суміші дуже складно. Число ізотопів елементів варіює від 3 - у водню до 27 - у полонія. Ізотопи бувають стабільні та нестабільні. Стабільні ізотопи з часом не зазнають жодних змін, якщо немає впливу з-за. Нестабільні або радіоактивні ізотопи за рахунок процесів, що протікають усередині ядра, з часом перетворюються на ізотопи інших хімічних елементів. Стабільні ізотопи зустрічаються лише у елементів із порядковим номером Z≤83. В даний час відомо близько 300 стабільних та понад 2000 радіоактивних ізотопів. Для всіх елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва синтезовано радіоактивні ізотопи, які називаються штучними.

Явище радіоактивності

Всі хімічні елементи стабільні лише у вузькому інтервалі співвідношення числа протонів до нейтронів в ядрі. У легких ядрах має бути приблизно порівну протонів і нейтронів, тобто величина співвідношення n:p близька до 1, для важких ядер це співвідношення знижується до 0,7. Якщо в ядрі занадто багато нейтронів або протонів, то такі ядра стають нестійкими (нестабільними) і зазнають мимовільних радіоактивних перетворень, в результаті яких змінюється склад ядра і при цьому випромінюються заряджені або нейтральні частки. Явище мимовільного випромінювання було названо радіоактивністю, а речовини, що випромінюють випромінювання, – радіоактивними.

Радіоактивність(від лат. radio - випромінюваю, radius - промінь, aktivus - дієвий) - це мимовільні перетворення (розпади) атомних ядер деяких хімічних елементів на атомні ядра інших елементів з випромінюванням особливого роду випромінювання. Радіоактивність призводить до зміни атомного номера та масового числа вихідного хімічного елемента.

Відкриттю явища радіоактивності сприяли два найбільші відкриття ХIХ століття. У 1895 р. В. Рентген виявив промені, які виникали при пропусканні струму високої напруги між електродами, поміщеними в запаяну скляну трубку, з якої було відкачано повітря. Промені були названі рентгенівськими. А в 1896 р. А. Беккерель виявив, що солі урану мимовільно випромінюють невидимі промені, що мають велику проникаючу здатність, що викликають почорніння фотопластинки і свічення деяких речовин. Це випромінювання він назвав радіоактивним. У 1898 р. П'єр Кюрі та Марія Склодовська-Кюрі відкрили два нових радіоактивних елементи – полоній та радій, які випромінювали подібні випромінювання, але інтенсивність їх у багато разів перевищувала інтенсивність випромінювання урану. Крім того, було виявлено, що радіоактивні речовини безперервно виділяють енергію у вигляді теплоти.

Радіоактивні випромінювання також називають іонізуючими, оскільки вони можуть іонізувати середовище, або ядерними, наголошуючи на тому, що випромінювання випромінюється ядром, а не атомом.

Радіоактивний розпад пов'язаний із змінами в атомних ядрах та виділенням енергії, величина якої, як правило, на кілька порядків вища за енергію хімічних реакцій. Так, при повному радіоактивному розпаді 1 г атома 14 С виділяється 3 . 10 9 калорій, тоді як при згорянні цієї кількості 14 С до вуглекислого газу виділяється лише 9,4 . 10 4 калорії.

Як одиниця енергії радіоактивного розпаду приймається 1 електрон-Вольт (еВ) і похідні від нього 1 кеВ = 10 3 еВ і 1 МеВ = 10 6 еВ. 1 еВ = 1,6. 10 -19 Дж. 1 еВ відповідає енергії, що купується електроном в електричному полі при проходженні шляху, на якому різниця потенціалів становить 1 Вольт. При розпаді більшості радіоактивних ядер енергія, що вивільняється, становить від декількох кеВ до декількох МеВ.

Радіоактивні явища, які у природі, називають природною радіоактивністю; аналогічні процеси, які у штучно отриманих речовинах (через відповідні ядерні реакції), – штучної радіоактивністю. Проте обидва види радіоактивності підпорядковуються одним і тим самим законам.

Види радіоактивного розпаду

Ядра атомів стійкі, але змінюють свій стан у разі порушення певного співвідношення протонів і нейтронів. У легких ядрах має бути приблизно порівну протонів та нейтронів. Якщо в ядрі занадто багато протонів або нейтронів, то такі ядра нестійкі і зазнають мимовільних радіоактивних перетворень, в результаті яких змінюється склад ядра і, отже, ядро атома одного елемента перетворюється на ядро атома іншого елемента. У цьому процесі випромінюються ядерні випромінювання.

Існують такі основні типи ядерних перетворень або види радіоактивного розпаду: альфа-розпад та бета-розпад (електронний, позитронний та К-захоплення), внутрішня конверсія.

Альфа-розпад –це випромінювання ядром радіоактивного ізотопу альфа-частинок. Внаслідок втрати з альфа-частинкою двох протонів і двох нейтронів ядро, що розпадається, перетворюється на інше ядро, в якому число протонів (заряд ядра) зменшується на 2, а число частинок (масове число) на 4. Отже, при даному радіоактивному розпаді відповідно до правила зміщення (зсуву), сформульованим Фаянсом і Содді (1913), що утворюється (дочірній) елемент зміщений вліво щодо вихідного (материнського) на дві клітини вліво в періодичній системі Д. І. Менделєєва. Процес альфа-розпаду у загальному вигляді записується так:

де X - Символ вихідного ядра; Y – символ ядра продукту розпаду; 4 2 He – альфа-частка, Q – звільнений надлишок енергії.

Наприклад, розпад ядер радію-226 супроводжується випромінюванням альфа-часток, при цьому ядра радію-226 перетворюються на ядра радон-222:

Енергія, що виділяється при альфе-розпаді, ділиться між альфа-частинкою та ядром обернено пропорційно їх масам. Енергія альфа-часток суворо пов'язана з періодом напіврозпаду даного радіонукліду (закон Гейгера-Неттола) . Це говорить про те, що, знаючи енергію альфа-часток, можна встановити період напіврозпаду, а за періодом напіврозпаду ідентифікувати радіонуклід. Наприклад, ядро полонію-214 характеризується значеннями енергії альфа-частинок Е = 7,687 МеВ та Т 1/2 = 4,5×10 -4 с, тоді як для ядра урану-238 Е = 4,196 МеВ та Т 1/2 = 4, 5×10 9 років. Крім того, встановлено, що чим більша енергія альфа-розпаду, тим швидше він протікає.

Альфа-розпад – досить поширене ядерне перетворення важких ядер (уран, торій, полоній, плутоній та ін. з Z > 82); в даний час відомо більше 160 альфа-випромінюючих ядер.

Бета-розпад –мимовільні перетворення нейтрону в протон або протона в нейтрон всередині ядра, що супроводжуються випромінюванням електронів позитронів і антинейтрино або нейтрино n е.

Якщо в ядрі є надлишок нейтронів (“нейтронне навантаження” ядра), відбувається електронний бета-розпад, при якому один з нейтронів перетворюється на протон, випускаючи при цьому електрон і антинейтрино:

При цьому розпаді заряд ядра і, відповідно, атомний номер дочірнього ядра збільшується на 1, а масове число не змінюється, тобто дочірній елемент зрушений у періодичній системі Д. І. Менделєєва на одну клітинку праворуч від вихідного. Процес бета-розпаду у загальному вигляді записується так:

У такий спосіб розпадаються ядра з надлишком нейтронів. Наприклад, розпад ядер стронцію-90 супроводжується випромінюванням електронів і перетворенням їх на ітрій-90:

Часто ядра елементів, що утворюються при бета-розпаді, мають надмірну енергію, яка вивільняється випромінюванням одного або кількох гамма-квантів. Наприклад:

Електронний бета-розпад характерний для багатьох природних та штучно отриманих радіоактивних елементів.

Якщо несприятливе співвідношення нейтронів і протонів в ядрі обумовлено надлишком протонів, відбувається позитронний бета-розпад, при якому ядро випускає позитрон і нейтрино в результаті перетворення протона в нейтрон всередині ядра:

Заряд ядра і відповідно атомний номер дочірнього елемента зменшується на 1, масове число не змінюється. Дочірній елемент займатиме місце в періодичній системі Д. І. Менделєєва на одну клітинку вліво від материнського:

Позитронний розпад спостерігається у деяких штучно одержаних ізотопів. Наприклад, розпад ізотопу фосфору-30 з утворенням кремнію-30:

Позитрон, вилетівши з ядра, зриває з оболонки атома "зайвий" електрон (слабко пов'язаний з ядром) або взаємодіє з вільним електроном, утворюючи пару "позитрон-електрон". Внаслідок того, що частка і античастка миттєво взаємознищуються з виділенням енергії, то утворена пара перетворюється на два гамма-кванти з енергією, еквівалентною масі частинок (e + та e -). Процес перетворення пари "позитрон-електрон" у два гамма-кванти носить назву анігіляції (знищення), а електромагнітне випромінювання, що виникає, називається анігіляційним. У разі відбувається перетворення однієї форми матерії (частинок речовини) в іншу (випромінювання). Це підтверджується існуванням зворотної реакції – реакції утворення пари, коли він електромагнітне випромінювання досить високої енергії, проходячи поблизу ядра під впливом сильного електричного поля атома, перетворюється на пару “электрон-позитрон”.

Таким чином, при позитронному бета-розпаді в кінцевому результаті за межі материнського ядра вилітають не частинки, а два гамма-кванти, що володіють енергією в 0,511 МеВ кожен, що дорівнює енергетичному еквіваленту маси спокою частинок - позитрона і електрона E = 2m2 .

Перетворення ядра може бути здійснено шляхом електронного захоплення, коли один із протонів ядра мимоволі захоплює електрон з однією з внутрішніх оболонок атома (K, L і т. д.), найчастіше з К-оболонки, і перетворюється на нейтрон. Такий процес називають також К-захопленням. Протон перетворюється на нейтрон відповідно до наступної реакції:

При цьому заряд ядра зменшується на 1, а масове число не змінюється:

Наприклад,

У цьому місце, звільнене електроном, займає електрон із зовнішніх оболонок атома. Внаслідок перебудови електронних оболонок випускається квант рентгенівського випромінювання. Атом, як і раніше, зберігає електричну нейтральність, тому що кількість протонів в ядрі при електронному захопленні зменшується на одиницю. Таким чином, цей тип розпаду призводить до тих самих результатів, що і позитронний бета-розпад. Характерний він, зазвичай, для штучних радіонуклідів.

Енергія, що виділяється ядром при бета-розпаді конкретного радіонукліда, завжди постійна, але через те, що при цьому типі розпаду утворюється не дві, а три частинки: ядро віддачі (дочірнє), електрон (або позитрон) і нейтрино, то енергія по-різному у кожному акті розпаду перерозподіляється між електроном (позитроном) і нейтрино, тому що дочірнє ядро завжди забирає ту саму порцію енергії. Залежно від кута розльоту нейтрино може забирати більшу чи меншу енергію, у результаті електрон може отримати будь-яку енергію від нуля до деякого максимального значення. Отже, при бета-розпаді бета-частинки одного і того ж радіонукліду мають різну енергію,від нуля до деякого максимального значення, притаманного розпаду даного радіонукліду. За енергією бета-випромінювання практично неможливо зробити ідентифікацію радіонукліду.

Деякі радіонукліди можуть розпадатися одночасно двома або трьома способами: шляхом альфа- та бета-розпадів та через К-захоплення, поєднанням трьох типів розпадів. У разі перетворення здійснюються у суворо певному співвідношенні. Так, наприклад, природний довгоживучий радіоізотоп калій-40 (Т 1/2 =1,49×10 9 років), вміст якого в природному калії становить 0,0119 %, піддається електронному бета-розпаду та К-захоплення:

(88% – електронний розпад),

(12% - К-захоплення).

З описаних вище типів розпадів, можна дійти невтішного висновку, що гамма-распада в “чистому вигляді” немає. Гамма-випромінювання тільки може супроводжувати різні типи розпадів. При випромінюванні гамма-випромінювання в ядрі не змінюються масове число, ні його заряд. Отже, природа радіонукліду не змінюється, а змінюється лише енергія, що міститься в ядрі. Гамма-випромінювання випромінюється під час переходу ядер з збуджених рівнів більш низькі рівні, зокрема і основний. Наприклад, при розпаді цезію-137 утворюється збуджене ядро барію-137. Перехід із збудженого в стабільний стан супроводжується випромінюванням гамма-квантів:

Оскільки час життя ядер у збуджених станах дуже мало (зазвичай t<10 -19 с), то при альфа- и бета-распадах гамма-квант вылетает практически одновременно с заряженной частицей. Исходя из этого, процесс гамма-излучения не выделяют в самостоятельный вид распада. По енергії гамма-випромінювання, як і по енергії альфа-випромінювання, можна зробити ідентифікацію радіонукліду.

Внутрішня конверсія.Порушений (внаслідок того чи іншого ядерного перетворення) стан ядра атома свідчить про наявність у ньому надлишку енергії. У стан із меншою енергією (нормальний стан) збуджене ядро може переходити не лише шляхом випромінювання гамма-кванту або викиду будь-якої частинки, але й шляхом внутрішньої конверсії, або конверсії з утворенням електрон-позитронних пар.

Явище внутрішньої конверсії у тому, що ядро передає енергію збудження одному з електронів внутрішніх шарів (К-, L- або М-шар), який у результаті виривається межі атома. Такі електрони дістали назву конверсійних електронів. Отже, випромінювання електронів конверсії обумовлено безпосередньою електромагнітною взаємодією ядра з електронами оболонки. Конверсійні електрони мають лінійний спектр енергії, на відміну від електронів бета-розпаду, що дають суцільний спектр.

Якщо енергія збудження перевищує 1,022 МеВ, то перехід ядра в нормальний стан може супроводжуватися випромінюванням пари "електрон-позитрон" з подальшою їх анігіляцією. Після того як відбулася внутрішня конверсія, в електронній оболонці атома з'являється вакантне місце вирваного електрона конверсії. Один з електронів більш віддалених шарів (з вищих енергетичних рівнів) здійснює квантовий перехід на «вакантне» місце з випромінюванням характеристичного рентгенівського випромінювання.

Властивості ядерних випромінювань

Ядерні (радіоактивні) випромінювання – це випромінювання, що утворюються внаслідок радіоактивного розпаду. Випромінювання всіх природних та штучних радіонуклідів ділиться на два типи – корпускулярне та електромагнітне. Корпускулярне випромінювання є потік частинок (корпускул), які характеризуються певною масою, зарядом і швидкістю. Це електрони, позитрони, ядра атомів гелію, дейтрони (ядра ізотопу водню дейтерію), нейтрони, протони та ін. Як правило, корпускулярне випромінювання безпосередньо іонізує середовище.

Електромагнітне випромінювання – це потік квантів чи фотонів. Це випромінювання немає ні маси, ні заряду і виробляє непряму іонізацію середовища.

На освіту 1 пари іонів повітря необхідно в середньому 34 эВ. Тому до іонізуючих випромінювань відносяться випромінювання з енергією від 100 і вище еВ (не відносять видиме світло та УФ-випромінювання).

Для характеристики іонізуючих випромінювань використовують поняття пробіг та питома іонізація. Пробіг – мінімальна товщина поглинача (деякого речовини), необхідна повного поглинання іонізуючого випромінювання. Питома іонізація – кількість пар іонів, що утворюються на одиницю довжини шляху у речовині під впливом іонізуючого випромінювання. Зазначимо, що поняття пробігу та довжини пройденого шляху – це не тотожні поняття. Якщо частинки рухаються прямолінійно, ці величини збігаються, якщо траєкторія руху частинок – ламана звивиста лінія, то пробіг завжди менше, ніж довжина пройденого шляху.

Альфа-випромінюванняявляє собою потік a-частинок, які є ядрами атомів гелію, іноді називають двічі іонізовані атоми гелію). Альфа-частка складається з 2-х протонів і 2-х нейтронів, заряджена позитивно і несе з собою два елементарні позитивні заряди. Маса частинки ma =4,003 а.е.м. - Це найбільша з частинок. Швидкість руху складає (14,1-24,9)×10 6 м/с. Відхилення відбувається лише при лобовому зіткненні із ядрами.

Пробіг альфа-частинок у речовині залежить від енергії альфа-частинки та від природи речовини, в якій вона рухається. У середньому у повітрі пробіг альфа-частинки становить 2,5–9 см, максимальний – до 11 см, у біологічних тканинах – 5–100 мікронів, у склі – 4 . 10 -3 см. Енергія альфа-частинки знаходиться в межах 4-9 МеВ. Можна повністю затримати альфа-випромінювання листом паперу. На всю довжину пробігу альфа-частка може створити від 116 000 до 254 000 пар іонів.

Питома іонізація становить приблизно 40 000 пар іонів/см у повітрі, така сама питома іонізація в організмі на шляху 1-2 мікрони.

Після витрати енергії альфа-частка загальмовується, процес іонізації припиняється. В силу вступають закони, що регулюють процес утворення атомів. Ядра атомів гелію приєднують 2 електрони і утворюється повноцінний атом гелію. Цим пояснюється факт обов'язкової присутності гелію у породах, що містять радіоактивні речовини.

З усіх типів радіоактивного випромінювання альфа-випромінювання найбільш сильно флюоресціює (світиться).

Бета-випромінювання– це потік бета-частин, які є електронами чи позитронами. Несут один елементарний електричний заряд, m b = 0,000548 а.е.м. Рухають із швидкостями близькими до швидкості світла, тобто. (0,87-2,994) 10 8 м/с.

На відміну від a-частинок b-частки одного і того ж радіоактивного елемента мають різний запас енергії (від нуля до деякого максимального значення). Це тим, що з кожному бета-распаде з атомного ядра вилітають одночасно дві частки: b-частка і нейтрино (n е). Енергія, що звільняється при кожному акті розпаду, розподіляється між b-частинкою та нейтрино у різних співвідношеннях. Тому енергія бета-частинок коливається від десятих і сотих часток МеВ (м'яке b-випромінювання) до 2-3 МеВ (жорстке випромінювання).

У зв'язку з тим, що бета-частинки, що випускаються одним і тим же бета-випромінювачем, мають різний запас енергії (від мінімуму до максимуму), то і довжина пробігу, і кількість пар іонів не однакові для бета-частинок даного радіонукліду. Зазвичай пробіг у повітрі становить десятки см, іноді кілька метрів (до 34 м), у біотканинах – до 1 см (до 4 см за енергії бета-частинок 8 МеВ).

Бета-випромінювання має значно менший ефект іонізації, ніж альфа-випромінювання. Так, у повітрі по всьому своєму шляху бета-частинки утворюють від 1000 до 25 500 пар іонів. У середньому весь шлях у повітрі, або 50-100 пар іонів на 1см шляху. Ступінь іонізації залежить від швидкості частинки, що менше швидкість, то більше вписувалося іонізація. Причина цього полягає в тому, що бета-частинки великої енергії пролітають повз атоми занадто швидко і не встигають викликати такий же сильний ефект, як повільні бета-частинки.

Так як бета-частинки мають дуже малу масу, то при зіткненні з атомами і молекулами вони легко відхиляються від свого початкового напрямку. Таке явище відхилення називають розсіюванням. Тому визначити саме довжину шляху бета-часток, а не пробіг, дуже важко, тому що вона занадто звивиста.

При втраті енергії електрон захоплюється або позитивним іоном з утворенням нейтрального атома або атомом з утворенням негативного іона.

Гамма-випромінювання- Це потік фотонів (квантів) електромагнітного випромінювання. Швидкість розповсюдження їх у вакуумі дорівнює швидкості світла – 3×10 8 м/с. Так як гамма-випромінювання є хвильовим, то характеризується довжиною хвилі, частотою коливань та енергією. Енергія g-кванта пропорційна частоті коливань, а частота коливань пов'язана з довжиною їхньої хвилі. Чим більша довжина хвилі, тим менша частота коливань, і навпаки, тобто частота коливань обернено пропорційна довжині хвилі. Чим менша довжина хвилі і більше частота коливань випромінювання, тим більша його енергія і, отже, здатність, що проникає. Енергія гамма-випромінювання природних радіоактивних елементів коливається від кількох кеВ до 2-3 МеВ та рідко досягає 5-6 МеВ.

Гамма-кванти, не маючи заряду і маси спокою, викликають слабку іонізуючу дію, але мають велику проникаючу здатність. У повітрі вони можуть пройти шлях до 100-150 м. Через організм людини це випромінювання проходить без ослаблення.

Вимірювання

Поняття про дозу

Результат впливу іонізуючих випромінювань на об'єкти, що опромінюються, полягає у фізико-хімічних або біологічних змінах в цих об'єктах. Прикладами таких змін можуть бути нагрівання тіла, фотохімічна реакція рентгенівської плівки, зміна біологічних показників живого організму тощо. Радіаційний ефект залежить від фізичних величин X i, що характеризують поле випромінювання або взаємодію випромінювання з речовиною:

Величини X i, функціонально пов'язані з радіаційним ефектом η , називаються дозиметричними. Метою дозиметрії є вимірювання, дослідження та теоретичні розрахунки дозиметричних величин для передбачення або оцінки радіаційного ефекту, зокрема – радіобіологічного ефекту.

Система дозиметричних величин формується як результат розвитку радіобіології, дозиметрії та радіаційної безпеки. Критерії безпеки значною мірою визначаються суспільством, у різних країнах сформувалися різні системи дозиметричних величин. Важливу роль в уніфікації цих систем відіграє Міжнародна комісія з радіологічного захисту (МКРЗ) – незалежна організація, що об'єднує експертів у галузі біологічної дії випромінювання, дозиметрії та

Історія відкриття

Вже 1903 р. Фізиками Резерфордом і Содді було виявлено, що з радіоактивному альфа-распаде елемент радій перетворюється на інший хімічний елемент – радон. Ці два хімічні елементи мають різні властивості. Радій тверда речовина, метал, а радон – інертний газ. Атоми радію і радону відрізняються масою, числом електронів в електронній оболонці, зарядом ядра. Подальші дослідження показали, що при бета-розпаді відбувається перетворення одних хімічних елементів на інші. У 1911 р. Резерфорд запропонував ядерну модель атома. Суть моделі полягала в наступному: атом складається з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів, що рухаються навколо ядра. Логічно було припустити, що в такій моделі атома при радіоактивному альфа- або бета-розпаді саме в ядрі атома відбувається зміна, тому що якби змінювалася тільки кількість електронів, то не виходив би новий хімічний елемент, а виходив би іон того самого хімічного елемента .

Формульне зображення розпаду

Альфа-розпад радію записується наступним чином:

(226,88) Ra -> (222,86) Rn + (4,2) He.

Картинка

У формулі вище, (226,88) Ra позначає ядро атома радію, (222,86) Rn – ядро атома радону та (4,2) He – альфа-частка, або ядро атома гелію.

Зверніть увагу, що для позначення ядра атома також використовується позначення, що і для самого атома. Розберемося з індексами. Число, яке стоїть зверху, називається масове число. Масове число ядра атома показує, скільки атомних одиниць маси міститься у масі ядра даного атома. Число, яке записується знизу, називається зарядним числом. Зарядове число ядра атома показує, скільки елементарних електричних зарядів міститься у заряді ядра атома. Масове та зарядове число завжди цілі та позитивні величини. Вони не мають окремої одиниці позначення, тому що виражають, у скільки разів маса та заряд ядра даного атома більше одиничних показників.

Суть явища

Розберемо рівняння реакції, яке ми записали для альфа-розпаду ядра атома радію.

(226,88) Ra -> (222,86) Rn + (4,2) He.

Маємо, що ядро атома радію при випромінюванні альфа частки втратило 4 одиниці маси і два елементарні заряди і при цьому перетворилося на ядро атома радону. Можна простежити, що виконуються закони збереження масового числа та заряду. Складемо окремо масові числа і зарядові числа двох елементів:

Як бачите, у сумі вони дають ті ж показники, що були у ядра атома радію. З усього вищесказаного випливає, що ядро атома теж складається з якихось частинок, тобто має складний склад. І тепер ми можемо уточнити визначення радіоактивності. Радіоактивність– здатність ядер деяких атомів мимоволі перетворюватися на інші ядра, у своїй випускаючи частки.

Найменування параметру	Значення
Тема статті:	Радіоактивні перетворення
Рубрика (тематична категорія)	Радіо

До найважливіших типів радіоактивних перетворень (таблиця 2) відносяться a-розпад, b-перетворення, g-випромінювання і спонтанне поділ, причому в природі в земних умовах зустрічаються практично тільки перші три типи радіоактивних перетворень. Зазначимо, що b-розпади та g-випромінювання характерно для нуклідів з будь-якої частини періодичної системи елементів, а a-розпади властиві досить важким ядрам.

Таблиця 2

Основні радіоактивні перетворення (Наумов, 1984)

Тип перетворення	Z	A	Процес	Першовідкривачі
-розпад	-2	-4		Е. Резерфорд, 1899
-перетворення	1		-	-
- -перетворення	+1			Е. Резерфорд, 1899
+ перетворення	-1			І. Жоліо-Кюрі, Ф. Жоліо-Кюрі, 1934
До-захоплення	-1			Л. Альварес, 1937
-випромінювання				П. Віллард, 1900
спонтанне поділ				К.А. Петржак, Г.М. Флерів, 1940
протонна радіоактивність	-1	-1		Дж. Черні та ін., 1970
двопротонна радіоактивність	-2	-2		Дж. Черні та ін., 1983

a - розпад- це радіоактивне перетворення ядер з випромінюванням a-частинок (ядер гелію):. Сьогодні відомо понад 200 a-радіоактивних ядер.
Розміщено на реф.рф
Усі вони є важкими, Z>83. Вважається, що будь-яке ядро з цієї області має a-радіоактивність (навіть якщо вона поки що не виявлена). a-розпаду схильні також деякі ізотопи рідкісноземельних елементів, у яких число нейтронів N>83. Ця область a-активних ядер розташована від (Т 1/2 = 5 10 15 років) до (Т 1/2 = 0,23 с). Енергії розпадних a-частинок укладено досить жорсткі межі: 4¸9 МеВ для важких ядер і 2¸4,5 МеВ для ядер рідкоземельних елементів, проте у ізотопові вилітають a-частки з енергіями до 10,5 МеВ. Усі a-частинки, що вилітають із ядер заданого типу, мають приблизно рівні енергії. a-частинки забирають практично всю енергію, що виділяється при a-розпаді. Періоди напіврозпаду a-випромінювачів лежать у широкому діапазоні: від 1,4∙10 17 років для до 3∙10 -7 с для .

b-перетворення. Довгий час був відомий лише електронний розпад, який називався b-розпадом: . У 1934 р. Ф. Жоліо-Кюрі та І. Жоліо-Кюрі під час бомбардування деяких ядер було відкрито позитронний, або b + -розпад: . До b-перетворень також відносять електронне захоплення: . У цих процесах ядро поглинає електрон з атомної оболонки, причому зазвичай із К-оболонки, у зв'язку з цим процес називають ще К-захопленням. Нарешті, до b-перетворень відносять процеси захоплення нейтрино та антинейтріно:і. Якщо a-розпад є внутрішньоядернимпроцесом, то елементарні акти b-перетворень представляють внутрішньонуклонніпроцеси: 1); 2); 3); 4); 5).

g-випромінювання ядер. Суть явища g-випромінювання в тому, що ядро, що знаходиться в збудженому стані, переходить у нижчі енергетичні стани без зміни Z та А, але з випромінюванням фотонів, і зрештою виявляється в основному стані. Оскільки значення енергій ядра дискретні, спектр g-випромінювання також дискретний. Він простягається від 10 кеВ до 3 МеВ, тобто. довжини хвиль лежать у ділянці 0,1? 4∙10 -4 нм. Важливо помітити, що для порівняння: для червоної лінії видимого спектру l'600 нм, а Еg = 2 еВ. У ланцюжку радіоактивних перетворень ядра виявляються у збудженому стані внаслідок попередніх b-розпадів.

Правила зсуву для Z і A, наведені в таблиці, дозволяють згрупувати всі природні радіоактивні елементи в чотири великі сімейства або радіоактивні ряди (табл. 3).

Таблиця 3

Основні радіоактивні ряди (Наумов, 1984)

Ряд	А	Початковий нуклід	, років	Число перетворень	Кінцевий нуклід
Торія	4n		1.4*10 10
Нептунія	4n+1		2.2*10 6
Урана	4n+2		4.5*10 9
Актинія	4n+3		7*10 8

Ряд актинія отримав свою назву тому, що попередні три члени були відкриті пізніше за нього. Родоначальник низки нептунія відносно мало стабільний і в земній корі не зберігся. З цієї причини ряд нептунія спочатку пророкували теоретично, а потім його структуру реконструювали в лабораторії (Г. Сіборг і А. Гіорсо, 1950).

Кожен радіоактивний ряд містить члени і з більш високими значеннями заряду та масового числа, але вони мають порівняно малі часи життя та у природі практично не зустрічаються. Усі елементи Z>92 називають трансурановими, а елементи Z>100 - трансферміевыми.

Кількість будь-якого радіоактивного ізотопу з часом зменшується внаслідок радіоактивного розпаду (перетворення ядер). Швидкість розпаду визначається будовою ядра, внаслідок чого на цей процес неможливо вплинути жодними фізичними або хімічними способами, не змінивши стан атомного ядра

Радіоактивні перетворення - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Радіоактивні перетворення" 2017, 2018.

Тип уроку
Цілі уроку:

Продовжити вивчення явища радіоактивності;

Вивчити радіоактивні перетворення (правила зміщення та закон збереження зарядового та масового чисел).

Вивчити фундаментальні експериментальні дані, щоб у елементарному вигляді роз'яснити основні засади використання ядерної енергії.
Завдання:
освітня
розвиваюча
виховна

Завантажити:

Попередній перегляд:

Урок на тему «Радіоактивні перетворення атомних ядер».

Вчитель фізики І категорії Медведєва Галина Львівна

Тип уроку : урок вивчення нового матеріалу
Цілі уроку:

Продовжити вивчення явища радіоактивності;

Вивчити радіоактивні перетворення (правила зміщення та закон збереження зарядового та масового чисел).

Вивчити фундаментальні експериментальні дані, щоб у елементарному вигляді роз'яснити основні засади використання ядерної енергії.
Завдання:
освітня- ознайомлення учнів із правилом усунення; розширення уявлень учнів про фізичну картину світу;
розвиваюча – відпрацювати навички фізичної природи радіоактивності, радіоактивних перетворень, правил усунення за періодичною системою хімічних елементів; продовжити розвиток навичок роботи з таблицями та схемами; продовжити розвиток навичок роботи: виділення головного, виклад матеріалу, розвиток уважності, умінь порівнювати, аналізувати та узагальнювати факти, сприяти розвитку критичного мислення.
виховна - сприяти розвитку допитливості, формувати вміння викладати свою точку зору та відстоювати свою правоту.

Конспект уроку:

Текст до уроку.

Добрий день усі присутні на сьогоднішньому нашому уроці.

Вчитель: Отже, ми на другому етапі дослідницької роботина тему «Радіоактивність». У чому полягає? Тобто сьогодні ми вивчатимемо радіоактивні перетворення та правила зсуву. ----Це предмет нашого дослідження та відповідно тема уроку

Устаткування для дослідження: таблиця Менделєєва, робоча карта, збірник завдань, кросворд (один на двох).

Вчитель, Епіграф:«В свій час, коли явище радіоактивності було відкрито, Ейнштейн порівняв його зі здобиччю вогню в давнину, тому що він вважав, що вогонь і радіоактивність-однаково великі віхи в історії цивілізації».

Чому він так рахував?

Учні нашого класу провели теоретичні дослідження і результат:

Повідомлення учня:

П'єр Кюрі помістив ампулу з хлоридом радію у калориметр. У ньому поглиналися α-,β-,γ-промені, і за рахунок їхньої енергії нагрівався калориметр. Кюрі визначив, що 1 г радію виділяє за 1 годину близько 582 Дж енергії. І така енергія виділяється протягом кількох років.
Утворенні 4г грамів гелію супроводжується виділенням такої ж енергії, як із згорянні 1,5-2 тонн вугілля.
Енергія, що міститься в 1г урану, дорівнює енергії, що виділяється при згорянні 2,5 т нафти.

Протягом доби, місяців та років інтенсивність випромінювання помітно не змінювалася. На нього не впливали такі звичайні дії, як нагрівання або збільшення тиску. Хімічні реакції, у яких вступали радіоактивні речовини, також впливали інтенсивність випромінювання.

Кожен з нас не тільки знаходиться під наглядом радіаційної невсипущої няньки, кожен з нас трішки радіоактивний і сам по собі. Джерела радіації знаходяться не лише поза нами. Коли ми п'ємо, ми з кожним ковтком вводимо всередину організму якесь число атомів радіоактивних речовин, те саме відбувається, коли ми їмо. Більше того, коли ми дихаємо, наш організм знову отримує з повітря щось, здатне до радіоактивного розпаду - можливо радіоактивний ізотоп вуглецю С-14, може бути калію К-40 або якийсь інший ізотоп.

Вчитель: Звідки ж береться така кількість радіоактивності, яка постійно присутня навколо і всередині нас?

Повідомлення учнів:

За даними ядерної геофізики у природі чимало джерел природної радіоактивності. У породах земної кори в середньому на одну тонну порід припадає 2,5 – 3 грами урану, 10 – 13 г торію, 15 – 25 г калію. Щоправда, радіоактивного К-40 лише до 3 міліграм на тонну. Все це розмаїтість радіоактивних, нестійких ядер безперервно, мимоволі розпадається. Щохвилини в 1 кг речовини земних порід розпадається в середньому 60 000 ядер К-40, 15 000 ядер ізотопу Rb-87, 2400 ядер Th-232, 2200 ядер U-238. Повна величина природної радіоактивності – близько 200 тис. розпадів за хвилину. Чи знаєте ви, що природна радіоактивність різна у чоловіків і жінок? Пояснення цього факту очевидне - м'які та щільні тканиниу них мають різну структуру, по-різному поглинають та накопичують радіоактивні речовини.

ПРОБЛЕМА: Які ж рівняння, правила, закони описують дані реакції розпадів речовин?

Вчитель: Яку проблему ми з вами вирішуватимемо? Які шляхи вирішення проблеми ви пропонуєте?

Учні працюють та роблять свої припущення.

Відповіді учнів:

Шляхи вирішення:

Учень 1: Згадати основні визначення та властивості радіоактивного випромінювання.

Учень 2: Використовуючи запропоновані рівняння реакцій (по карті), отримати загальні рівняння для радіоактивних реакцій перетворення за допомогою таблиці Менделєєва, сформулювати загальні правилаусунення для альфа-і бета - розпадів.

Учень 3 : Закріпити отримані знання, щоб застосовувати їх для подальших досліджень.

Вчитель.

Добре. Приступимо до вирішення.

Етап 1.Працюємо з картами. Вам дано питання, на які ви повинні дати письмовівідповіді.

П'ять питань-п'ять правильних відповідей. Оцінюємо за п'ятибальною системою.

(Дати час на роботу, потім усно озвучуємо відповіді, звіряємо зі слайдами, самі собі виставляємо оцінку згідно з критеріями).

Радіоактивність – це…
α-промені – це…
β-промені – це….
γ-випромінювання – ….
Сформулювати закон збереження зарядового та масового чисел.

ВІДПОВІДІ І БАЛИ:

ЕТАП 2. Вчитель.

Працюємо самостійно і біля дошки (3 уч-ся).

А) Записуємо рівняння реакцій, що супроводжуються виділенням альфа-частинок.

2. Написати реакцію α-розпаду урану 235 92 U.

3. .Напишіть альфа-розпад ядра полонія

Вчитель:

ВИСНОВОК №1:

В результаті альфа-розпаду масове число отриманої речовини зменшується на 4 а.е.м, а зарядове число на 2 елементарні заряди.

Б) Записуємо рівняння реакцій, які супроводжуються виділенням бета-частинок (3 уч-ся біля дошки).

1. . Написати реакцію β-розпаду плутонію 239 94 Pu .

2. Напишіть бета-розпад ізотопу торію

3.Написати реакцію β-розпаду кюрію 247 96 Cm

Вчитель: Який загальний вираз ми можемо з вами записати та зробити відповідний висновок?

ВИСНОВОК №2:

В результаті бета-розпаду масове число отриманої речовини не змінюється, а число заряду збільшується на 1 елементарний заряд.

ЕТАП 3.

Вчитель: Свого часу після того, як були отримані дані висловлювання, учень Резерфорда Фредерік Содді,запропонував правила усунення для радіоактивних розпадів, за допомогою яких речовини, що утворилися, можна знайти в таблиці Менделєєва. Подивимося на отримані рівняння.

ПИТАННЯ:

1). ЯКА ЗАКОНОМІРНІСТЬ СПОСТЕРЕЖУЄТЬСЯ ПРИ АЛЬФА-РАСПАДІ?

ВІДПОВІДЬ: При альфа - розпаді речовина, що утворилася, зміщується на дві клітини до початку таблиці Менделєєва.

2). ЯКА ЗАКОНОМІРНІСТЬ СПОСТЕРЕЖУЄТЬСЯ ПРИ БЕТА-РАСПАДІ?

ВІДПОВІДЬ: При бета - розпаді речовина, що утворилася, зміщується на одну клітинку до кінця таблиці Менделєєва.

ЕТАП 4.

Вчитель. : І останній на сьогодні етап нашої діяльності:

Самостійна робота (за збірником завдань Лукашика):

Варіант 1.

Варіант 2.

ПЕРЕВІРКА: на дошці самостійно.

КРИТЕРІЇ ОЦІНКИ:

«5» - виконані з завдання

«4»- виконані 2 завдання

"3" - виконано 1 завдання.

САМООЦІНКА ЗА УРОК:

ЯКЩО ЗАЛИШЕТЬСЯ ЧАС:

Питання до класу:

Яку тему ви сьогодні вивчали на уроці? Відгадавши кросворд, ви дізнаєтесь назву процесу виходу радіоактивного випромінювання.

1. Хто з науковців відкрив явище радіоактивності?

2.Частина речовини.

3. Прізвище вченого, котрий визначив склад радіоактивного випромінювання.

4. Ядра з однаковою кількістю протонів, але з різною кількістю нейтронів – це…

5. Радіоактивний елемент, відкритий подружжям Кюрі.

6. Ізотоп полонію альфа-радіоактивний. Який елемент утворюється при цьому?

7. Ім'я жінки – вченої, яка стала Нобелівським лауреатом двічі.

8. Що у центрі атома?

На попередньому уроці ми обговорювали питання, пов'язане експериментом Резерфорда, у результаті якого тепер знаємо, що атом є планетарну модель. так і називається – планетарна модель атома. У центрі ядра знаходиться потужне позитивно заряджене ядро. А навколо ядра звертаються за своїми орбітами електрони.

Рис. 1. Планетарна модель атома Резерфорда

Разом із Резерфордом у дослідах брав участь Фредерік Содді. Содді - хімік, тому свою роботу він проводив саме в плані ототожнення отриманих елементів щодо їх хімічним властивостям. Саме Содді вдалося з'ясувати, що таке a-частинки, потік яких потрапляв на золоту платівку у дослідах Резерфорда. Коли виміряли, то з'ясувалося, що маса a-частинки - це 4 атомні одиниці маси, а заряд a-частинки становить 2 елементарні заряди. Зіставляючи ці речі, накопичивши певну кількість a-частинок, вчені з'ясували, що ці частинки перетворилися на хімічний елемент – газ гелій.

Хімічні властивості гелію були відомі, завдяки цьому Содді і стверджував, що ядра, які є a-частинками, захопили ззовні електрони і перетворилися на нейтральні атоми гелію.

Надалі основні зусилля вчених було спрямовано вивчення ядра атома. Стало зрозуміло, що всі процеси, що відбуваються при радіоактивному випромінюванні, відбуваються не з електронною оболонкою, не з електронами, що оточують ядра, а з самими ядрами. Саме в ядрах відбуваються якісь перетворення, у результаті утворюються нові хімічні елементи.

Перший такий ланцюжок вдалося отримати для перетворення елемента радію, який використовувався в дослідах з радіоактивності, інертний газ радон з випромінюванням a-частки ; реакція у разі записується так:

По-перше, a-частка - це 4 атомні одиниці маси та подвійний, подвоєний елементарний заряд, причому заряд позитивний. У радію порядковий номер 88, його масове число становить 226, а радона порядковий номер вже 86, масове число 222, і з'являється a-частка. Це ядро атома гелію. У разі ми записуємо просто гелій. Порядковий номер 2 масове число 4.

Реакції, у яких утворюються нові хімічні елементи і навіть утворюються нові випромінювання та інші хімічні елементи, отримали назву ядерних реакцій.

Коли стало зрозуміло, що радіоактивні процеси протікають усередині ядра, звернулися до інших елементів, не лише до радію. Вивчаючи різні хімічні елементи, вчені зрозуміли, що існують як реакції з випромінюванням, випромінюванням a-частки ядра атома гелію, а й інші ядерні реакції. Наприклад, реакції з випромінюванням b-частинки. Ми тепер знаємо, що це електрони. І тут теж утворюється новий хімічний елемент, відповідно, нова частка, це b-частка, вона ж - електрон. Особливий інтерес у цьому випадку представляють усі хімічні елементи, у яких порядковий номер більший за 83.

Отже, можна сформулювати т.зв. правила Содді, або правила зміщення для радіоактивних перетворень:

. При альфа-розпаді відбувається зменшення порядкового номера елемента на 2 та зменшення атомної ваги на 4.

Рис. 2. Альфа-розпад

При бета-розпаді відбувається збільшення порядкового номера на 1, причому атомний вага не змінюється.

Рис. 3. Бета-розпад

Список додаткової літератури

Бронштейн М.П. Атоми та електрони. "Бібліотечка "Квант"". Вип. 1. М: Наука, 1980
Кікоін І.К., Кікоін А.К. Фізика: Підручник для 9-го класу середньої школи. М.: «Освіта»
Китайгородський А.І. Фізика всім. Фотони та ядра. Книга 4. М: Наука
Мякішев Г.Я., Синякова А.З. фізика. Оптика Квантова фізика. 11 клас: підручник для глибокого вивчення фізики. М.: Дрофа
Резерфорд Еге. Вибрані наукові праці. Радіоактивність. М: Наука
Резерфорд Еге. Вибрані наукові праці. Будова атома та штучне перетворення елементів. М: Наука