Тема: Радіоактивність. Основний закон радіоактивного розпаду
1. Відкриття радіоактивності
Перші реальні свідчення того, що можна перетворювати один елемент в інший, з’явилися у фізиків під час дослідження радіоактивності. Наприкінці XIX ст. з’явилися факти, які свідчили, що атом має складну будову. Особливо це стало очевидно після того, як французький учений Анрі Беккерель 1896 р. виявив, що солі урану є джерелом невідомого в той час випромінювання. 1898 р. учені П’єр Кюрі й Марія Кюрі-Склодовська відкрили два нових хімічних елементи (радій і полоній), у яких випромінювання, аналогічне випромінюванню урану, було значно більше сильним.
ØРадіоактивність — здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання.
ØХімічні елементи, що володіють радіоактивністю, називаються радіоактивними елементами.
2. Види радіоактивного випромінювання
1899 р. Резерфорд, вивчаючи іонізуючу здатність радіоактивного випромінювання, виявив, що воно неоднорідне й складається із двох частин, які він назвав альфа - і бета - променями.
Йому вдалося довести, що 
- промені є потоком ядер атомів Гелію. Того ж року А. Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів.
- промені є потоком ядер атомів Гелію. Того ж року А. Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів.
1900 р. французький фізик П. Віллард установив, що до складу радіоактивного випромінювання входить і третя складова, яку він назвав у -променями. Вивчення γ-променів показало, що вони являють собою електромагнітні хвилі, довжина яких менше, ніж у рентгенівських променів. Таким чином, було встановлено, що радіоактивне випромінювання складається з -, β- і γ-променів.
-, β- і γ-променів.
1903 р. Е. Резерфорд і його співробітник Ф. Содді вказали на те, що явище радіоактивності супроводжується перетворенням одного хімічного елемента в іншій, наприклад радію в радон.
3. Радіоактивність як свідчення складної будови атомів
Явище радіоактивності завжди супроводжується виділенням енергії. Виявилося, що 1 г радію виділяє 600 Дж енергії, яку відносить -, β- і γ-випромінювання.
-, β- і γ-випромінювання.
Експериментальні дослідження показали, що на явище радіоактивності не чинять впливу такі зовнішні дії, які могли б вплинути на електронну оболонку атома (нагрівання, електричні й магнітні поля, хімічні сполуки, агрегатний стан і т. ін.). Отже, радіоактивність обумовлена лише структурою атома. З’ясувалося, що радіоактивність — це властивість деяких атомних ядер мимовільно перетворюватися в інші ядра з випусканням частинок.
Таким чином, мимовільне випромінювання речовиною -, β- і γ-частинок, поряд з іншими експериментальними фактами, послужило підставою для припущення, що атоми речовини є складними за структурою.
-, β- і γ-частинок, поряд з іншими експериментальними фактами, послужило підставою для припущення, що атоми речовини є складними за структурою.
Чим же пояснюється радіоактивність? Яке походження радіоактивних променів? І нарешті, що ж відбувається з речовиною під час радіоактивного розпаду? У 1902-1903 рр. Ернест Резерфорд і його співпрацівник, англійський хімік Фредерик Содді припустили, що радіоактивність пов’язана з перетвореннями атомів радіоактивної речовини в інші атоми. Розрахунки показували, що радіоактивні речовини безупинно протягом тисячоріч випромінюють невеликі кількості енергії, практично не змінюючись. Так, 1903 р. П’єр Кюрі визначив, що 1 г радію виділяє за 1 год близько 582 Дж енергії.
Звідки ж береться енергія, на виділення якої не мають жодного впливу всі відомі впливи? Очевидно, за радіоактивності речовина зазнає якихось глибоких змін, цілком відмінних від звичайних хімічних перетворень. Було зроблене припущення, що перетворень зазнають самі атоми.
Після того як 1911 р. Резерфордом була запропонована ядерна модель атома, стало очевидним, що власне ядро зазнає зміни під час радіоактивних перетворень.
Таким чином, було виявлено, що в результаті атомного перетворення утворюється цілком нова речовина, що повністю відрізняється за своїми фізичними і хімічними властивостях від первісної речовини. Ця нова речовина, однак, сама також нестійка й зазнає перетворень з випусканням характерного радіоактивного випромінювання.
Радіоактивність являє собою мимовільне перетворення одних атомних ядер в інші, що супроводжується випусканням різних частинок.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Перший рівень
1. Перелічите факти і явища, що підтверджують складну будову атома.
2. Як стали називати здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання?
3. Яке із трьох , β і γ-випромінювань не відхиляють магнітне й електричне поля?
, β і γ-випромінювань не відхиляють магнітне й електричне поля?
4. Про що свідчить явище радіоактивності?
Другий рівень
1. Яка частина атома — ядро чи електронна оболонка — зазнає зміни під час радіоактивного розпаду? Чому ви так вважаєте?
2. Чому встановити природу - променів виявилося набагато складніше, ніж β-променів?
- променів виявилося набагато складніше, ніж β-променів?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Вузький пучок β-випромінювання в однорідному магнітному полі помітно розширюється. Про що це свідчить?
2. Чи належить радіоактивність до рідкісного явища? Наведіть факти, що підтверджують вашу відповідь.
1. Визначте за рисунком напрямок індукції магнітного поля й напрямку сил Лоренца, які діють на -, і β-частинки. Перевірте, чи виконується правило лівої руки.
-, і β-частинки. Перевірте, чи виконується правило лівої руки.
Період напіврозпаду
Якщо взяти закриту скляну колбу, що містить певну кількість радону, то виявиться, що приблизно за 57 с кількість радону в колбі зменшиться вдвічі. Ще через 57 с із кількості радону, що залишилася, залишиться теж половина, і т. ін. Досвід показує, що
Øдля кожного виду радіоактивних ізотопів існує період напіврозпаду — проміжок часу, упродовж якого розпадається половина початкового числа атомів.
Будемо позначати період напіврозпаду T.
Source: https://fizmat.7mile.net/atomna-ta-yaderna-fizika-11-klas/zakon-radioaktivnogo-rozpadu.html
Наприклад, період напіврозпаду ізотопу Урану 23892U дорівнює 4,5 млрд. років, а ізотопу 23592U — «усього» 700 млн. років, тобто приблизно в шість із половиною разів менше. Це розходження в періоді напіврозпаду пояснює, чому ізотопу в земній корі в 140 разів менше, ніж 23892U: «повернувшись» у часі, можна сподіватися, що цих ізотопів Урану було нарівно приблизно 6 млрд. років тому (приблизно такий вік Сонячної системи).
Період же напіврозпаду радію 22628Ra , за геологічними мірками дуже малий: усього лише 1600 років, тобто приблизно в 3 млн. разів менше, ніж період напіврозпаду 23892U. Радій існує на Землі тільки тому, що він під час радіоактивного розпаду урану постійно утворюється в невеликих кількостях.
Для характеристики радіоактивного розпаду часто використовують величину, яку називають сталою радіоактивного розпаду радіонукліда й позначають символом λ. Стала радіоактивного розпаду пов’язана з періодом напіврозпаду співвідношенням:
.
Знайдемо, за яким законом зменшується з часом число атомів N певного ізотопу внаслідок радіоактивного розпаду — інакше кажучи, визначимо залежність N(t).
Позначимо число атомів у початковий момент (t = 0) як N0, тобто N(0) = N0. Через час t =T, що дорівнює періоду напіврозпаду, число атомів буде вдвічі менше від початкового: N(T) = N0/2.
Після закінчення кожного наступного проміжку часу T число атомів зменшується вдвічі, тому N(2T) = N0/22 , N(3T) = N0/23 і так далі. Через час 
= Ntзалишиться N(nT) = N0 · 2 - nатомів. Оскільки n = t/T, одержуємо закон радіоактивного розпаду:
= Ntзалишиться N(nT) = N0 · 2 - nатомів. Оскільки n = t/T, одержуємо закон радіоактивного розпаду:
.
Графік залежності N(t) наведений на рисунку:
Період напіврозпаду — стала величина, що не може бути змінена такими доступними впливами, як охолодження, нагрівання, тиск і т. ін. Для урану період напіврозпаду дорівнює 4,5 млрд. років, для радію — 1590 років, для радону — 3,825 доби, для радію-С — 1,5 · 10-4 с.
Закон розпаду атомів не є законом, що управляє розпадом одного атома, тому що не можна вгадати, коли відбудеться цей розпад.
Розпад атома не залежить від його віку, тобто атоми «не старіють». Передбачити, коли відбудеться розпад даного атома, неможливо. Закон радіоактивного розпаду визначає середнє число атомів, що розпадаються за певний інтервал часу. Закон радіоактивного розпаду є статистичним законом.
Із практичної точки зору важливою характеристикою процесу радіоактивного розпаду є швидкість, з якою розпадається той або інший радіонуклід.
Фізичну величину, що чисельно дорівнює кількості розпадів, які відбуваються в певному радіонуклідному зразку в одиницю часу, називають активністю радіонуклідного зразка.
Активність радіонуклідного зразка позначають символом A. Одиниця активності в СІ —бекерель (Бк).
1 Бк — це активність такого зразка, у якому за 1 с відбувається 1 акт розпаду.
Але 1 Бк — це дуже маленька активність, тому використовують позасистемну одиниці активності — кюрі (Кі):
1 Кі = 3,7· 1010 Бк.
Якщо в цей момент часу в зразку міститься деяка кількість N атомів радіонукліда, то активність Aцього радіонуклідного зразка можна обчислити за формулою:
A = λN.
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
• Радіоактивність — здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання.
• Радіоактивне випромінювання складається з -, β- і γ-променів.
-, β- і γ-променів.
• Для кожного виду радіоактивних ізотопів існує період напіврозпаду — проміжок часу, за який розпадається половина початкового числа атомів.
• Закон радіоактивного розпаду:
• Розпад атома не залежить від його віку, тобто атоми «не старіють».
Source: https://fizmat.7mile.net/atomna-ta-yaderna-fizika-11-klas/zakon-radioaktivnogo-rozpadu.html
Source: https://fizmat.7mile.net/atomna-ta-yaderna-fizika-11-klas/radioaktivnist.html
Немає коментарів:
Дописати коментар