О чем свидетельствует явление радиоактивности
Вопросы § 52
Физика А.В. Перышкин
1.В чём заключалось открытие, сделанное Беккерелем в 1896 г.?
Беккерель в 1896 г. обнаружил, что химический элемент уран U самопроизвольно испускает невидимые лучи.
2. Расскажите, как проводился опыт, схема которого изображена на рисунке 156. Что выяснилось в результате этого опыта?
В опыте на рис. 156 крупицу радия Ra поместили в толстостенный сосуд. Из него, через через щель, выходит пучок радиоактивного излучения, засвечивающего фотопластинку. Затем на пучок подействовали магнитным полем, в результате чего пучок расщеплялся на три потока: положительно заряженный, отрицательно заряженный и нейтральный, что фиксировалось по образованию на фотопластинке трех пятен.
Было установлено, что радиоактивное излучение состоит из трех видов частиц: ∝-частиц — ионизированных атомов гелия Не, ß-частиц — электронов и γ-частиц — фотоны.
3. О чём свидетельствовало явление радиоактивности?
Явление радиоактивности свидетельствовало о том, что атомы вещества имеют сложный состав.
4. Что представлял собой атом согласно модели, предложенной Томсоном?
Томсон предложил модель согласно которой атом представляет собой электрически нейтральный шар, внутри которого равномерно распределен положительный заряд и, находятся отрицательно заряженные длектроны, совершавшие колебательные движения около положения равновесия.
5. Используя рисунок 157, расскажите, как проводился опыт по рассеянию α-частиц.
Радиоактивный элемент, излучающий a-частицы, помещали в свинцовый сосуд. Вылетающие узким пучком a-частицы регистрировали с помощью экрана покрытого специальным веществом, реагирующем на попадание a-частицы вспышкой. При помещении на пути потока a-частиц экрана из тонкой металлической фольги было обнаружено, что некоторые a-частицы отскакивают назад, на углы порядка 180°.
6. Какой вывод был сделан Резерфордом на основании того, что некоторые α-частицы при взаимодействии с фольгой рассеялись на большие углы?
Резерфорд сделал вывод, что внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле (которое и отталкивает a-частицы) и, что такое поле может быть создано зарядом, сконцентрированном в очень малом объеме.
7. Что представляет собой атом согласно ядерной модели, выдвинутой Резерфордом?
Согласно модели Резерфорда в центре атома атом находится положительно заряженное ядро, в котором сконцентрирована практически вся масса атома, вокруг которого движутся электроны.
Что такое радиоактивность?
Реакция нашего мозга на слово «радиоактивность» часто сводится к миру супергероев, которые кружат по городу, превращаются в человеческий огненный шар или сокрушают негодяев. Или, возможно, ваш мозг вызывает очень темный пост-апокалиптический мир после ядерных осадков.
Итак, что случилось? Как такое, казалось бы, чудесное открытие превратилось в монстра под нашей кроватью, который пугает людей по всему миру?
Почему некоторые элементы радиоактивны?
Подобно тому, как ваше тело посредством серии расширений и сокращений вытесняет раздражающее вещество во время чихания, нестабильные изотопы элементов выбрасывают различные частицы или формы энергии, чтобы восстановить баланс между силами в их ядрах. В процессе достижения стабильности они превращаются в новое ядро.
Как ядро подвергается радиоактивному распаду?
Ядро может подвергнуться ядерному или радиоактивному распаду из-за испускания альфа-, бета- или гамма-излучения (а иногда и комбинации всех трех).
Альфа-частицы относительно тяжелые. Они могут перемещаться по воздуху всего на несколько сантиметров и их легко остановить листом бумаги или пластика.
Бета-частицы обладают большей энергией и проникающей способностью, чем альфа-частицы, но обладают меньшей ионизацией по своей природе. Они могут путешествовать по воздуху, но их можно остановить с помощью тонкого листа металла или даже защитной одежды.
Это форма высокоэнергетического света, излучаемого ядром, которое остается в более высоком энергетическом состоянии после того, как произошел процесс альфа- и бета-распада, но все же должно вернуться в более стабильное более низкое энергетическое состояние.
Ядро может подвергнуться всем этим распадам спонтанно и превратиться в стабильную форму за секунды, а может потребоваться дни, годы или даже столетия. Эта скорость определяется периодом полураспада радиоактивного вещества, то есть количеством времени, которое требуется радиоактивному веществу для распада до половины своего первоначального значения.
Нельзя говорить о радиоактивности без упоминания Марии Кюри. Ее запечатанная свинцом и сильно радиоактивная лаборатория, записные книжки, кулинарные книги и мебель были заражены радием и будут заражены в течение следующих 12 000 лет или около того. Тем не менее они являются свидетельством ее вклада в эту область и причиной двух Нобелевских премий.
Лабораторная тетрадь Марии Кюри.
Открытие радиоактивности и радиоактивных элементов Марией и Пьером Кюри вместе с Анри Беккерелем в начале 1900-х годов открыло дверь в совершенно новую область атомной физики. Этот шаг вперед в конечном итоге привел к открытию различных компонентов атомов и ядерной энергии.
Радиоактивные элементы, такие как уран-235 и плутоний-239, бомбардируются нейтронами, которые выделяют огромное количество энергии. При правильном манипулировании внутри ядерного реактора это топливо может действовать как длительный источник энергии. Килограмм урана-235 может произвести почти 24 миллиона киловатт-часов энергии путем ядерного деления, тогда как 1 кг угля может произвести только 8 киловатт-часов энергии. Правильное использование этого источника энергии может решить глобальную проблему увеличения выбросов углекислого газа.
Однако «ахиллесовой пятой» здесь является безопасная утилизация использованного радиоактивного топлива и широко распространенный страх перед ядерными авариями.
То, что произошло на Чернобыльском реакторе несколько десятилетий назад, по сей день потрясает человечество. Один инцидент, связанный с расплавлением реактора, и целые акры земли стали непригодными для проживания в течение нескольких поколений, не говоря уже о тысячах жизней, подвергшихся неизгладимым последствиям радиационного отравления.
Власти построили вокруг реактора саркофаг из бетона, чтобы предотвратить утечку радиации в атмосферу. Кроме того, остатки реактора находятся внутри защитной оболочки с толстыми стальными стенками.
Реактор Фукусима, пострадавший от цунами в 2011 году, вынудил эвакуировать тысячи людей в радиусе 20 км от места происшествия. Власти все еще очищают прилегающую территорию, а также убирают и утилизируют верхний слой почвы в пострадавшем регионе.
Эффекты радиоактивности
Вредное воздействие радиоактивных веществ может повлиять на наш организм косвенно через радиационное облучение или напрямую через контакт или проглатывание.
Радиационное воздействие
Радиоактивный материал в процессе распада испускает ионизирующее излучение, которое может легко превратить нейтральные атомы в положительно заряженные ионы, сбивая их электроны. Когда живое существо подвергается такому высокоэнергетическому излучению, оно не делает человека радиоактивным или сверхмощным, но делает его склонным к радиационному отравлению.
Радиационное отравление ядерным излучением может легко повредить молекулярную структуру ДНК и нанести вред живым клеткам. Тяжелая или продолжительная доза может оказаться смертельной, поскольку эти лучи являются канцерогенными.
Радиоактивное загрязнение
Поскольку радиоактивное вещество находится в непосредственном контакте с внутренней или внешней частью тела, такая форма проникновения увеличивает опасность в два раза. Оно не только подвергает организм воздействию радиационного отравления, но и вызывает внутренние повреждения, воздействуя на определенные части тела.
Наше тело принимает радиоактивный радий за кальций при приеме внутрь. Затем он продолжает заменять кальций в нашем организме радием, что приводит к некрозу костей и зубов. При попадании внутрь уран в основном поражает почки.
Всегда ли радиоактивность вредна?
В токсикологии есть поговорка, что «доза делает любую вещь не ядовитой». Хотя воздействие нерегулируемых количеств радиоактивного материала может вызвать серьезные генетические мутации и рак, при регулировании они также могут вылечить рак. Радиоактивный йод используется в лучевой терапии для лечения рака и для визуализации щитовидной железы. Радиоактивный технеций используется для обнаружения пороков сердца, костей и других органов.
Человечество и радиоактивность мирно сосуществовали на протяжении веков. Воздух, которым мы дышим, бананы в наших коктейлях и указатели выхода содержат радиоактивные элементы… но в безопасных количествах! Технически, мы тоже радиоактивны, так как в нашем организме есть очень незначительные количества радиоактивных изотопов калия и углерода. Радиоактивность есть повсюду, и жизнь навсегда остается в долгу перед ней за то, что она держит наше земное ядро поджаренным и обеспечивает нам защиту под уютным магнитным пузырьком.
Однако гипотетически, если вы в конечном итоге отправляетесь в поход в неизвестную страну, и счетчик Гейгера в вашей сумке начинает издавать громкий треск, вам, вероятно, следует просто начать бежать!
Радиоактивность
теория по физике 🧲 квантовая физика
Радиоактивность — некоторых атомных ядер превращаться в другие ядра, испуская при этом различные частицы и электромагнитное излучение.
Как была открыта радиоактивность
Радиоактивность была открыта в 1896 году французским физиком А. Беккерелем. Он изучал урановые соли, когда впервые столкнулся с необычным явлением. В феврале 1896 года Беккерель подготовил несколько кристаллов урановой соли и закрепил их на фотопластинки, завернутые в бумагу. Но затем он заметил, что погода слишком пасмурная, и решил провести опыт в другое время. По его мнению, для его проведения нужен был более яркий солнечный свет.
Фоточувствительные пластины ученый спрятал в темный ящик стола. Там они пролежали несколько суток. Когда погода прояснилась, Беккерель захотел проявить эти пластинки. Он рассчитывал увидеть на них слабые изображения. Но каким было его удивление, когда он увидел очень четкие изображения. Так ученый обнаружил, что соли урана могут излучать без всякого светового воздействия извне.
Продолжив изучение урановых солей, Беккерелю так и не удалось понять природу необычного излучения. Однажды ученый задал вопрос Пьеру Кюри, которому продемонстрирован опыт с урановой солью: «Ведь вы физик и химик одновременно. Проверьте, нет ли в этих излучающих телах примесей, которые могли бы играть особенную роль». Далее это явление стали изучать Пьер Кюри и его жена Мария Склодовская-Кюри. Спустя 2 года супругам удалось обнаружить еще два химических элемента, которые обладали похожими свойствами. Ими оказались полоний и радий.
Радий — элемент, который на Земле встречается очень редкою. Чтобы получить 1 грамм чистого радия, нужно переработать не менее 5 тонн урановой руды. Причем радиоактивность этого вещества в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана. Лишь несколько лет спустя было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Изучая самопроизвольное излучение этих элементов, супруги Кюри дали ему название — радиоактивность.
Физическая природа радиоактивности и виды радиоактивных излучений
Изучением радиоактивного излучения также занимался английский физик Эрнест Резерфорд. Он первый поставил эксперимент, который позволил обнаружить сложный состав этого излучения. Ученый собрал установку, изображенную на рисунке ниже.
Резерфорд поместил препарат радия на дно узкого канала в куске свинца. Напротив открытого конца канала он расположил фоточувствительную пластинку. В результате излучение от радия исходила из канала и попадало на эту пластинку. Но ученый расположил магнит так, что излучающимся частицам приходилось проходить сквозь созданное им магнитное поле. Для чистоты эксперимента вся установка помещалась в сосуд с откачанным воздухом (в вакуум).
Если магнит убрать, то на фотопластинке обнаруживалось лишь одно темное пятно напротив канала. Но если вернуть магнит на место, то пучок распадается на 3 части. Причем одна часть первичного потока сохранила свое направление (пятно получилось напротив пластинки), а две другие его составляющие отклонялись в противоположные стороны.
Как это можно объяснить? Известно, что в магнитом поле меняют свое направление движения только заряженные частицы. Следовательно, опыт продемонстрировал наличие электрических зарядом у двух пучков (у одного из них заряд оказался нейтральным, так как направление изменено не было). Узнать знак этих пучков можно, применив правило левой руки. Так, один из них оказался положительно заряженным, а второй — отрицательно заряженным.
Дальнейшие исследования радиоактивного излучения позволили выяснить природу этих видов излучения. Их разделили на 3 вида и дали им следующие названия:
В чем же заключается физическая сущность явления радиоактивности? Чтобы ответить на вопрос, нужно провести исследование самого радиоактивного вещества.
Опыты по изучению радиоактивности, проводимые Резерфордом вместе с английским ученым Ф. Содди, дали понять, что во время радиоактивного излучения исходный химический элемент превращается в другое химический элемент. Такое превращение ученые назвали радиоактивным распадом.
Радиоактивный распад — превращение радиоактивного вещества в другой химический элемент, сопровождающееся радиоактивным излучением.
Радиоактивность — самопроизвольное превращение ядер одних химических элементов в ядра других химических элементов, сопровождаемое испусканием различных частиц или ядер.
Символически α-распад можно записать так:
Внимание! Фактически при β-распаде один нейтрон превращается в протон с испусканием электрона.
Для записи формулы используем формулу:
Зарядовое число уменьшится на 2: 92–2 = 90. Этому порядковому номеру соответствует вещество торий.
Массовое число уменьшится на 4: 238–4 = 234.
Закон радиоактивного распада
Радиоактивный распад отдельного ядра является совершенно случайным событием. Однако для каждого радиоактивного вещества существует характерный интервал времени, называемый периодом полураспада.
Период полураспада — промежуток времени, за который распадается ровно половина всех ядер.
К примеру, если в некоторый момент времени вещество состоит из N ядер, то через время T, равное периоду полураспада ядер, останется N/2 ядер. В таком случае, через время, равное 2T останется еще вдвое меньше ядер — N/2. И т.д.
Эту закономерность можно записать в виде формулы, которая получила название закона радиоактивного распада:
N — число ядер в момент времени t, N0— исходное число ядер, T — период полураспада.
Пример №2. Период полураспада радия составляет 1600 лет. Через какое время число атомов уменьшится в 4 раза?
Для вычислений применим формулу:
По условию задачи период полураспада равен 1600. Следовательно:
t = 2 · 1600 = 3200 ( л е т )
Дан график зависимости числа нераспавшихся ядер висмута 203 83Bi от времени. Каков период полураспада этого изотопа?
Алгоритм решения
Решение
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Пациенту ввели внутривенно дозу раствора, содержащего изотоп 11 24 Na. Активность 1 см 3 этого раствора а0 = 2000 распадов в секунду. Период полураспада изотопа 11 24 Na равен T = 15,3 ч. Через t = 3 ч 50 мин активность 1 см 3 крови пациента стала а = 0,28 распадов в секунду. Каков объём введённого раствора, если общий объём крови пациента V = 6 л? Переходом ядер изотопа 11 24 Na из крови в другие ткани организма пренебречь. Ответ записать в куб. см.
Хело! Кто в курсе?
О чём свидетельствовало явление радиоактивности?
Явление радиоактивности свидетельствовало о том, что атомы вещества имеют сложный состав.
Привет. Выручайте с ответом по физике…
Поплавок со свинцовым грузилом внизу опускают
сначала в воду, потом в масло. В обоих ( Подробнее. )
Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…
Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. ( Подробнее. )
Среди предложений 21-29:
(21) И Митрофанов услышал в этом смехе и прощение себе, и даже какое-то ( Подробнее. )
Презентация по физике на тему «Радиоактивность»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Радиоактивность Фирсова Н.Е.
Содержание Введение Открытие радиоактивности Опыт Резерфорда по изучению радиоактивности Правила смещения α-излучение β-излучение γ-излучение Проникающая способность р/а излучений Радиационный фон Земли, его составляющие Какие элементы являются радиоактивными? Вредное воздействие радиоактивных излучений Защита от радиации О чём же всё-таки свидетельствует открытие радиоактивности?
Введение Еще примерно 2500 лет назад древнегреческим философом Демокритом(460 до н. э., ок. 370 до н. э.) было введено предположение, что все вещества состоят из так называемых атомов, что в переводе означало «неделимый». Но уже с середины XIX века, вследствие проведения множества экспериментов, начали появляться данные, которые ставили под сомнение это предположение и говорили о наличии сложного строения атома. Толчком к активному исследованию в области устройства атома стало открытие рентгеновских лучей, после чего множество ученых заинтересовались этой темой. После проведения большого количества экпериментов некоторые ученые пришли к выводу, что рентгеновские лучи могут возникать во время кратковременного свечения некоторых веществ после освещения солнечным светом. К таким веществам относятся, например, некоторые соли урана. Одной из них воспользовался французский физик Беккерель для проверки описанного явления.
Открытие радиоактивности Антуан Анри Беккерель (15.12.1852-25.08.1908) Французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике и один из первооткрывателей радиоактивности. 1 марта 1896 года Беккерель исследовал люминесценцию солей урана. Закончив работу, он завернул узорчатую металлическую пластинку, покрытую солями урана, в светонепроницаемую чёрную крафт-бумагу, которая используется в фотографии для упаковки светочувствительных материалов. Эту пластинку, лабораторный образец, он положил вместе с коробкой фотопластинок в ящик письменного стола и плотно его закрыл.
Прошло немного времени, и учёный обнаружил эту коробку с фотопластинками. Что это за материалы? Он… забыл. И, подчиняясь воспитанной отцом и дедом научной скрупулёзности и педантичности, решил проявить пластинки, даже если на них ничего не было снято – чтобы случайно не уничтожить результаты опытов. Уже проявляя фотоматериалы, он вспомнил – пластинки были девственно чисты. На них ничего не должно было быть. Но, проявив их, Беккерель с изумлением увидел на них узор урановой пластинки. На всех фотопластинках до единой! То есть в полной темноте, через непроницаемую крафт-бумагу соли урана засветили фотоматериалы неведомыми пока лучами. И это был определённо не свет.
«Лучами Беккереля» заинтересовались крупнейшие ученые того времени – Анри Пуанкаре, Дмитрий Иванович Менделеев и особенно супружеская пара ученых-физиков Пьер Кюри(15.05.1859-19.04.1906) и Мария Склодовская-Кюри (07.11.1867-04.07.1934). Супруги Кюри подключились к исследованиям и вскоре обнаружили, что излучение характерно не только для урана, но и для еще целого ряда химических элементов. В 1898 году они объявили об открытии двух новых элементов, радия и полония, названного в честь родины Марии Склодовской-Кюри Польши.
Открытые Беккерелем лучи Мария Кюри предложила назвать радиоактивными, а само явление – радиоактивностью. В 1903 году Антуану Беккерелю, Пьеру и Марии Кюри за открытие радиоактивности была присуждена Нобелевская премия по физике. К сведению, Мария Кюри удостоилась второй Нобелевской премии — по химии, в 1911 году, за исследование свойств металлического радия.
Опыт Резерфорда по изучению радиоактивности Вслед за супругами Кюри изучением радиоактивности стал заниматься английский ученый Эрнест Резерфорд. И в 1899 году он провел эксперимент по изучению состава радиоактивного излучения. В чем заключался опыт Резерфорда?
Резерфорд поместил радиоактивное излучение в магнитное поле, в результате чего излучение разделилось на 3 части. Резерфорд установил, что две части излучения являются корпускулярными и назвал их α и β-лучами. β-лучи являются потоком быстро летящих электронов, а α-лучи – поток положительно заряженных частиц, представляющих собой дважды ионизированные атомы гелия. γ-лучи — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2·10−10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. А что собственно говоря происходит при этом с радиоактивным атомом?