Виды радиационного излучения. Тема урока: «Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений» Виды радиоактивности и их свойства

1. Что такое радиоактивность и радиация?

Явление радиоактивности было открыто в 1896 году французским ученым Анри Беккерелем. В настоящее время оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Радиактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах, которые приносят производства, основным или побочным продуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом от этих производств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.

Радиоактивность - неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией

2. Какая бывает радиация?

Различают несколько видов радиации.
Альфа-частицы : относительно тяжелые, положительно заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия.
Бета-частицы - это просто электроны.
Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, однако обладает гораздо большей проникающей способностью. 2 Нейтроны - электрически нейтральные частицы, возникают главным образом непосредственно вблизи работающего атомного реактора, куда доступ, естественно, регламентирован.
Рентгеновское излучение подобно гамма-излучению, но имеет меньшую энергию. Кстати, наше Солнце - один из естественных источников рентгеновского излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту.

3. К чему может привести воздействие радиации на человека?

Воздействие радиации на человека называют облучением . Основу этого воздействия составляет передача энергии радиации клеткам организма.
Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь.
Последствия облучения сильнее сказываются на делящихся клетках, и поэтому для детей облучение гораздо опаснее, чем для взрослых

Следует помнить, что гораздо больший РЕАЛЬНЫЙ ущерб здоровью людей приносят выбросы предприятий химической и сталелитейной промышленности, не говоря уже о том, что науке пока неизвестен механизм злокачественного перерождения тканей от внешних воздействий.

4. Как радиация может попасть в организм?

6. В каких единицах измеряется радиоактивность?

Мерой радиоактивности служит активность . Измеряется в Беккерелях (Бк), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или объема (Бк/куб.м).
Также встречается еще такая единица активности, как Кюри (Ки). Это - огромная величина: 1 Ки = 37000000000 Бк.
Активность радиоактивного источника характеризует его мощность. Так, в источнике активностью 1 Кюри происходит 37000000000 распадов в секунду.
4
Как было сказано выше, при этих распадах источник испускает ионизирующее излучения. Мерой ионизационного воздействия этого излучения на вещество является экспозиционная доза . Часто измеряется в Рентгенах (Р). Поскольку 1 Рентген - довольно большая величина, на практике удобнее пользоваться миллионной (мкР) или тысячной (мР) долями Рентгена.
Действие распространенных бытовых дозиметров основано на измерении ионизации за определенное время, то есть мощности экспозиционной дозы . Единица измерения мощности экспозиционной дозы - микроРентген/час.
Мощность дозы, умноженная на время, называется дозой . Мощность дозы и доза соотносятся так же как скорость автомобиля и пройденное этим автомобилем расстояние (путь).
Для оценки воздействия на организм человека используются понятия эквивалентная доза и мощность эквивалентной дозы . Измеряются, соответственно, в Зивертах (Зв) и Зивертах/час. В быту можно считать, что 1 Зиверт = 100 Рентген. Необходимо указывать на какой орган, часть или все тело пришлась данная доза.
Можно показать, что упомянутый выше точечный источник активностью 1 Кюри (для определенности рассматриваем источник цезий-137) на расстоянии 1 метр от себя создает мощность экспозиционной дозы приблизительно 0,3 Рентгена/час, а на расстоянии 10 метров - приблизительно 0,003 Рентгена/час. Уменьшение мощности дозы с увеличением расстояния от источника происходит всегда и обусловлено законами распространения излучения.

7. Что такое изотопы?

В таблице Менделеева более 100 химических элементов. Почти каждый из них представлен смесью стабильных и радиоактивных атомов, которые называют изотопами данного элемента. Известно около 2000 изотопов, из которых около 300 - стабильные.
Например, у первого элемента таблицы Менделеева - водорода - существуют следующие изотопы:
- водород Н-1 (стабильный),
- дейтерий Н-2 (стабильный),
- тритий Н-3 (радиоактивный, период полураспада 12 лет).

Радиоактивные изотопы обычно называют радионуклидами 5

8. Что такое период полураспада?

Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду.
Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада : это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза.
Абсолютно ошибочной является следующая трактовка понятия "период полураспада": "если радиоактивное вещество имеет период полураспада 1 час, это значит, что через 1 час распадется его первая половина, а еще через 1 час - вторая половина, и это вещество полностью исчезнет (распадется)".

Для радионуклида с периодом полураспада 1 час это означает, что через 1 час его количество станет меньше первоначального в 2 раза, через 2 часа - в 4, через 3 часа - в 8 раз и т.д., но полностью не исчезнет никогда. В такой же пропорции будет уменьшается и радиация, излучаемая этим веществом. Поэтому можно прогнозировать радиационную обстановку на будущее, если знать, какие и в каком количестве радиоактивные вещества создают радиацию в данном месте в данный момент времени.

У каждого радионуклида - свой период полураспада, он может составлять как доли секунды, так и миллиарды лет. Важно, что период полураспада данного радионуклида постоянен, и изменить его невозможно.
Образующиеся при радиоактивном распаде ядра, в свою очередь, также могут быть радиоактивными. Так, например, радиоактивный радон-222 обязан своим происхождением радиоактивному урану-238.

Иногда встречаются утверждения, что радиоактивные отходы в хранилищах полностью распадутся за 300 лет. Это не так. Просто это время составит примерно 10 периодов полураспада цезия-137, одного из самых распространенных техногенных радионуклидов, и за 300 лет его радиоактивность в отходах снизится почти в 1000 раз, но, к сожалению, не исчезнет.

9. Что вокруг нас радиоактивно?
6

Воздействие на человека тех или иных источников радиации поможет оценить следующая диаграмма (по данным А.Г.Зеленкова, 1990).

Радиоактивность - самопроизвольный распад неустойчивых атомных ядер. Он сопровождается испусканием элементарных частиц или ядер гелия (α‑частиц) и превращением изотопа одного элемента в изотоп другого.

Радиоактивные семейства тория ‑232, урана‑235 и урана‑238.

Французский ученый Антуан Беккерель летом 1835 г. в Венеции наблюдал исключительную по красоте фосфоресценцию Адриатического моря. Спустя 61 год это явление послужило одной из путеводных нитей, позволивших его внуку Анри Беккерелю открыть явление радиоактивности. Лучи, обнаруженные В. Рентгеном в 1895 г., также привлекли внимание Анри Беккереля тем, что они вызывали фосфоресценцию различных веществ. Возникло предположение, что фосфоресценция, в свою очередь, сопровождается испусканием рентгеновских лучей. Желая проверить это предположение, Анри Беккерель исследовал двойной сульфат уранила и калия - сильно фосфоресцирующее соединение. Оказалось, что оно и без предварительного освещения испускает лучи ранее неизвестной природы.

Это наблюдение Анри Беккерель сделал 1 марта 1896 г. В мае он выяснил: ответственным за испускание новых лучей является элемент уран - в то время последний элемент периодической системы химических элементов.

М. Склодовская‑Кюри назвала эти лучи радиоактивными, а само явление их испускания - радиоактивностью. Она же обнаружила это явление у тория и вместе с мужем П. Кюри выделила из урановых минералов два новых радиоактивных элемента - полоний и радий. Начиная с 1899 г. различные ученые стали обнаруживать новые радиоактивные вещества всё в больших количествах, например актиний, эманации (см. Радон) и др. Как правило, эти вещества имели очень короткие периоды полураспада (время, за которое распадается половина любого радиоактивного вещества), и потому ученые даже сомневались, являются ли эти вещества химическими элементами в обычном понимании. Тем более что число свободных мест в периодической системе между висмутом и ураном было весьма ограниченно.

Огромный вклад в изучение радиоактивности внес английский ученый Э. Резерфорд. Вместе с английским радиохимиком Ф. Содди он доказал, что радиоактивность сопровождается самопроизвольной превращаемостью химических элементов. Например, радий, испуская а‑частицу, превращается в радон. К 1913 г. обилие радиоактивных веществ (около 40) было сведено в три радиоактивных семейства, представляющих собой цепочки последовательных превращаемостей родоначальников рядов (урана‑238, урана‑235 и тория‑232) в стабильный свинец (см. Радиоактивные элементы). Среди радиоактивных веществ оказалось несколько групп веществ, химически неразличимых, но разных по массе. Они были названы изотопами. Открытие радиоактивных элементов фактически было открытием отдельных естественных радиоактивных изотопов: ведь все члены радиоактивных семейств являются изотопами урана, тория, протактиния, актиния, радия, радона, полония, свинца. В то же время все стабильные элементы были первоначально открыты как природные смеси изотопов.

Существует несколько видов радиоактивных превращений. Это α‑распад (испускание α‑частицы), β − ‑распад (испускание электрона) и спонтанное деление ядер. Испускание γ‑лучей не является видом радиоактивного распада (при этом не происходит превращения элементов), а представляет собой электромагнитное излучение малых длин волн. Эти виды наблюдаются в природе.

В 1934 г. супруги И. и Ф. Жолио‑Кюри обнаружили явление искусственной радиоактивности. В результате ядерных реакций могут быть получены искусственные радиоактивные изотопы всех элементов периодической системы. Их известно теперь около 1800. Изучение искусственных радиоизотопов позволило обнаружить новые виды радиоактивных превращаемостей: испускание позитрона, или β + ‑распад, и K‑захват (поглощение ядром электрона с ближайшей электронной K‑оболочки) (см. Атом). Предсказана и доказана возможность протонной (испускание протона) и двупротонной (испускание двух протонов одновременно) радиоактивности.

В 1982 г. американские ученые экспериментально доказали, что некоторые ядра способны сразу испускать два протона. Это так называемая двупротонная радиоактивность, которая была предсказана еще в 1960 г. советским физиком В. И. Гольданским. А в конце 1983 г. английские физики Г. Роуз и Г. Джонс обнаружили совершенно удивительный вид радиоактивности - испускание ядрами изотопа 223 Ra тяжелых частиц - ядер 14 C. Это открытие вызвало огромный интерес и породило обширный цикл исследований в разных странах, в том числе и в СССР. Оказалось, что помимо «углеродной» радиоактивности существует и «неоновая»: ядра некоторых изотопов протактиния и урана, кроме обычной, присущей им α‑активности, способны испускать ядра неона. Новый вид радиоактивности именуют «фрагментарным» или кластерным. Ныне известно лишь восемь ядер, испускающих ядра углерода или неона. Это четыре изотопа радия (вылетают ядра углерода) и четыре изотопа урана и протактиния (ядра неона). Эксперименты в этой области стремительно развиваются. Теоретики пока еще не имеют единой точки зрения в объяснении этого редкого, но чрезвычайно интересного вида радиоактивного распада. Вероятно, в арсенале природы хранится еще большее число способов радиоактивных распадов, чем мы себе представляем в настоящее время.

Явление радиоактивности характеризуется тремя факторами: 1) скоростью радиоактивного распада; 2) видом испускаемых частиц и 3) их энергией. Скорость распада выражается простой математической формулой:

N t = N 0 e −λt .

В ней N t - число атомов радиоактивного элемента в момент времени t; N 0 - число атомов в начальный момент времени (t = 0), е - основание натуральных логарифмов, а λ - это так называемая постоянная радиоактивного распада. Она связана с периодом полураспада T соотношением:

Величины периодов полураспада известных радиоактивных изотопов заключаются в очень широком временном интервале - от тысячных долей секунды до миллиардов лет. Однако большинство изотопов характеризуются периодами полураспада от 30 с до 10 дней.

Самый распространенный вид радиоактивных превращений - испускание электронов, или β − ‑распад. Он свойственен 45% всех известных радиоактивных изотопов и наблюдается у ядер с избытком нейтронов, т. е. у тяжелых радиоактивных изотопов элементов. Более 15% радиоактивных ядер распадаются путем испускания α‑частиц; α‑распаду подвергаются изотопы элемментов конца периодической системы (начиная с висмута), а также некоторых элементов её середины (начиная с редкоземельных). Для более легких элементов а‑распад энергетически невозможен.

Спонтанное деление в природе встречается у изотопов 238 U и 232 Th; оно становится существенным у изотопов трансурановых элементов по мере роста Z - заряда атомного ядра.

Позитронный распад и K‑захват наблюдаются фактически лишь у искусственных радиоактивных изотопов и характерны для ядер с недостатком нейтронов. Около 10% изотопов подвержены β + ‑распаду (в основном это изотопы элементов первой половины периодической системы). На долю электронного захвата приходится примерно 25% наблюдавшихся радиоактивных превращаемостей (они в большей степени свойственны изотопам элементов второй половины таблицы Менделеева, в атомах которых внутренние электронные оболочки расположены близко к ядру).

Изучение радиоактивности сыграло огромную роль в создании современных представлений о строении и свойствах материи.

Навигация по статье:

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют - ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение , или еще проще радиация . К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация - это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация - это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа, бета и нейтронное излучение - это излучения, состоящие из различных частиц атомов.

Гамма и рентгеновское излучение - это излучение энергии.

Альфа излучение

• излучаются: два протона и два нейтрона
• проникающая способность: низкая
• облучение от источника: до 10 см
• скорость излучения: 20 000 км/с
• ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
• высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение - это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

• излучаются: нейтроны
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: километры
• скорость излучения: 40 000 км/с
• ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение - это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

• излучаются: электроны или позитроны
• проникающая способность: средняя
• облучение от источника: до 20 м
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация:
• биологическое действие радиации: низкое

Гамма (γ) излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Основная опасность гамма излучения - это его способность преодолевать значительные расстояния и оказывать воздействие на живые организмы за несколько сотен метров от источника гамма излучения.

Рентгеновское излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность:высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: низкое

Рентгеновское излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов, возникающие при переходе электрона внутри атома с одной орбиты на другую.

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Чем выше "коэффициент k" тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Видео:

конспект урока

по физике

по теме «Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений»

Ход урока.

Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.

Мотивация и актуализация знаний

Слова радиоактивности, радиоактивного излучения, радиоактивные элементы знают сегодня все. Все знают об опасности радиоактивных излучений. Но многие, наверное, знают и то, что радиоактивные излучения служат человеку: они позволяют в ряде случаев поставить правильный диагноз болезни, лечат опасные заболевания, повышают урожайность культурных растений. Создаётся проблемная ситуация

Что такое радиоактивность? Какова его физическая природа? В чём заключается его опасность? Сегодня на уроке мы это узнаем (Слайд №2)

Для того чтобы стало понятно, что такое радиоактивность нужно вспомнить некоторые вопросы, которые мы уже изучили ранее на уроках физики.

Что происходит с заряженной частицей, влетевшей в магнитное поле? (на неё действует сила Лоренца, формула силы Лоренца)

Как определить направление силы Лоренца? (по правилу левой руки) (Слайд №3)

Каково строение атомного ядра? (ядра всех химических элементов состоят из нуклонов: протонов и нейтронов)

Чему равно число протонов в ядре? (порядковый номер в таблице Менделеева)

Как условно обозначаются ядра химических элементов?

Z – зарядовое число, которое показывает число протонов в ядре (порядковый номер в таблице Менделеева)

А - массовое число, которое показывает число нуклонов в ядре A = N + Z , где N – число нейтронов в ядре (Слайд №4)

Изучение нового материала

1) История открытия радиоактивности

Изучая соли урана, французский учёный Анри Беккерель сделал вывод, что соли урана самопроизвольно, без влияния внешних факторов создают какое-то излучение.

26-27 февраля 1896 года Беккерель приготовил несколько образцов кристаллов и прикрепил их к завернутым в бумагу фотопластинкам. Однако в эти дни стояла пасмурная погода, и Беккерель решил отложить опыт. Он считал, что ему необходим яркий солнечный свет. Пластинки были спрятаны в ящик стола и пролежали там около трех дней. Лишь 1 марта, Беккерель решил их проявить, ожидая в лучшем случае, увидеть слабые изображения. Но все оказалось наоборот: изображения были очень четкими. Таким образом, какое-то излучение испускалось солями урана безо всякого освещения светом. (Слайды №5,6)

Беккерель продолжил исследования солей урана, однако он не понимал природы этого излучения. Однажды, демонстрируя своему гостю излучение урановых образцов, он задал ему вопрос в виде просьбы:«Ведь вы физик и химик одновременно. Проверьте, нет ли в этих излучающих телах примесей, которые могли бы играть особенную роль».И этот вопрос стал научной программой исследований молодой четы: Пьера Кюри (1859 – 1906) и его жены Марии Склодовской-Кюри (1867 – 1934). Двумя годами позднее, супруги Пьер и Мария Кюри, доказали, что аналогичным свойством обладает химический элемент торий Th-232 . Затем они же открыли новые, ранее неизвестные элементы – полоний Po-209 и радий Ra-226. Радий – редкий элемент; чтобы получить 1 грамм чистого радия, надо переработать не менее 5 тонн урановой руды; его радиоактивность в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана. Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Супруги Кюри, явление самопроизвольного излучения назвали радиоактивностью. (Слайд №7)

2) Физическая природа радиоактивности и виды радиоактивных излучений.

По ходу изучения нового материала учащиеся самостоятельно заполняют таблицу (слайд № 8) :

Бета-излучение – это поток электронов, летящих со скоростью близкой к скорости света (0,999с) (Слайд № 17)

Гамма-излучение - электромагнитное излучение с длиной волны менее 10 -10 м, имеющее ярко выраженные корпускулярные свойства, то есть являющееся потоком γ-квантов (Слайд № 18)

Проверка заполнения таблицы свойств радиоактивных излучений (Слайд №19)

3) Радиоактивные превращения

В чём же заключается физическая сущность явления радиоактивности?

Для ответа на этот вопрос необходимо исследовать само радиоактивное вещество.

Что же происходит с радиоактивным веществом?
Уже самые первые опыты, проделанные Резерфордом совместно с английским ученым Ф. Содди, убедили их, что при радиоактивном распаде происходит превращение одних химических элементов в другие.
Цепочки превращений испытали радиоактивные элементы: актиний, торий, уран. Общий вывод, к которому пришли ученые, сформировал Резерфорд:

радиоактивность -
Радиоактивные превращения ядер бывают различных типов: α -распад, β -распад , эти превращения под чиняются правилу смещения , сформулированному впервые английским ученым Ф. Содди. (Слайд № 20) α – распад: Ядро теряет положительный заряд 2ē и масса его убывает на 4 а.е.м. Элемент смещается на 2 клетки к началу периодической системы.

A Z Х α → A-4 Z-2 Y + 4 2 He ( Слайд № 21)

β – распад: из ядра вылетает электрон, заряд увеличивается на единицу, а масса остается почти неизменной. Элемент смещается на 1 клетку к концу периодической системы.

A Z Х β → A Z+1 Y + 0 -1e

Проблемная ситуация. Вопрос к классу: Если вы внимательно следите за моими рассуждениями, то должны мне задать вопрос. (Как же из ядра вылетают электроны, если их там нет ?!!!)

Ответ: приβ – распаде нейтрон превращается в протон с испусканием электрона
1 0 n → 1 1 p + 0 -1 e + υ (υ - антинейтрино) (Слайд № 22)

γ – излучение не сопровождается изменением заряда, масса же ядра меняется ничтожно мало, так как излучаемые фотоны не имеют заряда и их масса ничтожно мала (Слайд № 23)

Демонстрация видеофайла с компьютерной модельюальфа-распада и бета-распада(видеофайл запускается кнопкой “ Play ” в окне видеофайла) (Слайд № 24)

IV . Закрепление изученного.

Выполнение двух упражнений на применение правила смещения с использованием компьютерной модели периодической таблицыМенделеева(файл MENDEL . exe ) (Слайд № 25)

Самостоятельное решение задач с использованием таблицы Менделеева (Слайд № 26). Для проверки правильности решения отдельные учащиеся решают задачи у доски.

Задача 1: Изотоп тория 230 90 Th испускает α-частицу. Какой элемент при этом образуется?
Решение: 230 90 Th α → 226 98 Ra + 4 2 He
Задача 2: Изотоп тория 230 90 Th испускает β-радиоактивен. Какой элемент при этом образуется?
Решение: 230 90 Th β → 230 91 Рa + 0-1e
Задача 3: Протактиний 231 91 Рa α –радиоактивен. С помощью правил «сдвига» и таблицы элементов Менделеева определите, какой элемент получается с помощью этого распада.
Решение: 231 91 Рa α → 227 89 Ас + 4 2 Не
Задача 4: В какой элемент превращения уран 239 92 U после двух β – распадов и одного α – распада?
Решение: 239 92 U β → 239 93 Np β → 239 94 Pu α → 235 92 U
Задача 5: Написать цепочку ядерных превращений неона: β, β, β, α, α, β, α, α
Решение: 20 10 Ne β → 20 11 Na β → 20 12 Mg β → 20 13 Al α → 16 11 Na α → 12 9 F β → 12 10 Ne α → 8 8 O α → 4 6 C

Домашнее задание: п.98-100, упр.14(1) (Слайд № 27).

Подведение итогов урока (Слайд № 28).

Итоги:

В природе существуют радиоактивные химические элементы, которые излучают три вида излучения:

Альфа-излучение – это поток положительно заряженных α-частиц (ядер гелия), летящих со скоростью 14000-2000 км/с

Бета-излучение – это поток электронов, летящих со скоростью близкой к скорости света (0,999с)

Гамма-излучение - электромагнитное излучение с длиной волны менее 10 -10 м, имеющее ярко выраженные корпускулярные свойства, то есть являющееся потоком γ-квантов.

При радиоактивном излучении происходят превращения ядер химических элементов (альфа- и бета-распад).

Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер одних химических элементов в ядра других химических элементов, сопровождаемое испусканием различных частиц или ядер.

Ответы на вопросы учащихся.

Выставление оценок.

ИСПОЛЬЗОВАВШАЯСЯ ЛИТЕРАТУРА И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ

Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений с приложением на электронном носителе. Базовый и профильный уровни. (Классический курс) г. Москва,Издательство: «Просвещение», 2012

Сборник задач по физике для средней школы

Сайт «Класс!ная физика» /class-fizika.narod.ru/ входит в каталог , одобрено Министеством образования и науки РФ, Москва, выпуск с 2006г.

Сайт «Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов»

4. . 5. .

Радиоактивность - это испускание ядрами некоторых элементов различных частиц, сопровождающееся переходом ядра в другое состояние и изменени-ем его параметров. Явление радиоактивности было открыто опытным путем французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. для солей урана. Беккерель заметил, что соли урана засвечивают завернутую во много слоев фотобумагу невидимым проникающим излучением.

Английский физик Э. Резерфорд исследовал ра-диоактивное излучение в электрических и магнитных полях и открыл три составляющие этого излучения, которые были названы -, -, -излучением (рис. 36). -Распад представляет собой излучение -частиц (ядер гелия) высоких энергий. При этом масса ядра уменьшается на 4 единицы, а заряд - на 2 единицы.

-Распад - излучение электронов, причем заряд ядра возрастает на единицу, массовое число не изменяется.

-Излучение представляет собой испускание возбужденным ядром квантов света высокой частоты. Параметры ядра при -излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т. е. происходит цепочка последовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец - конечный продукт распада.

Приборы, применяемые для регистрации ядерных излучений, называются детекторами ядерных излучений . Наиболее широкое применение получили детекторы, обнаруживающие ядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов пещества: газоразрядный счетчик Гейгера , камера Bильсона , пузырьковая камера . Например, действие счетчика Гейгера основано на ударной ионизации. Существует также метод фотоэмульсий , основанный на способности пролетающей частицы создавать в фотоэмульсии скрытое изображение. След пролетевшей частицы виден на фотографии после проявления.

Радиоактивные излучения оказывают сильное биологическое действие на ткани живого организма, заключающееся в ионизации атомов и молекул среды. Возбужденные атомы и ионы обладают сильной химической активностью, поэтому в клетках организма появляются новые химические соединения, чуждые здоровому организму. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и элементы клеточных структур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения, приводящий к дисбалансу белых и красных кровяных телец. Человек заболевает белокровием, или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы облучения приводят к смерти.

Поглощенная доза излучения D - это отношение поглощенной энергии к массе облучаемого вещества: . Единица поглощенной дозы излучения - грей (Гр). Допустимая доза облучения составляет Распространенные ошибки

1. Рассказывая о явлении радиоактивности, некоторые абитуриенты ошибочно утверждают, то -лучи, представляющие собой поток электронов, испускаются не ядрами атомов, а электронными оболочками, така как внутри ядер электронов нет.

Напомним, что все виды радиоактивного излучения испускаются ядрами атомов. Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов. Откуда же при -распаде появляется электрон, если его в ядре нет? Жело в том, что в ядре при определенных условиях происходит превращение нейтрона в протон с одновременным образованием электрона, который при этом вылетает из ядра (покидает ядро и еше одна частица - антинейтрино).