УСІ УРОКИ ФІЗИКИ
11 КЛАС

АТОМНА І ЯДЕРНА ФІЗИКА

УРОК 7/56

Тема. Радіоактивні перетворення

Мета уроку: розкрити природу радіоактивних перетворень; ознайомити учнів з радіоактивними сімействами.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. α-розпад

Ø  Альфа-розпад — вид радіоактивного розпаду ядра, у результаті якого відбувається випускання альфа-частинки.

Альфа-розпад спостерігається тільки у важких ядер (атомний номер повинен бути більше 82, масове число повинне бути більше 200).

Швидкість вильоту альфа-частинки 14000-20000 км/с. У загальному вигляді формула альфа-розпаду виглядає так:

Альфа-розпад зменшує масове число на 4, а зарядове число на 2, тобто переміщає елемент на дві клітинки до початку періодичної системи. Наприклад,

2. β-розпад

Ø  Бета-розпад — радіоактивний розпад атомного ядра, що супроводжується вилітанням з ядра електрона або позитрона.

Цей процес обумовлений мимовільним перетворенням одного з нуклонів ядра в нуклон іншого роду, а саме: перетворенням або нейтрона в протон, або протона в нейтрон.

Може виникнути питання: як із ядра може вилетіти електрон, якщо воно складається із протонів і нейтронів? Справа в тому, що один з нейтронів ядра, випустивши електрон, перетворюється в протон. При цьому загальне число нуклонів у ядрі залишається тим самим.

Під час β-розпаду:

Ø  Бета-розпад не змінює масового числа, а зарядове число збільшує на 1, тобто зміщує елемент на одну клітинку ближче до кінця періодичної системи.

Наприклад,

α-розпад і β-розпад є наслідками двох законів збереження, що виконуються під час радіоактивних перетворень, — збереження електричного заряду й масового числа: сума зарядів (масових чисел) продуктів розпаду дорівнює заряду (масовому числу) вихідного ядра.

Під час γ-випромінювання з ядра вилітає фотон, що не має електричного заряду. Число нуклонів при цьому не змінюється. Отже, під час γ-випромінювання зарядове число ядра не змінюється, тобто ядро залишається ядром того самого хімічного елемента з тим самим масовим числом.

Необхідно відзначити, що під час β-розпаду, крім електрона, вилітає ще одна частинка — електронне антинейтрино 00e, властивості якого ми розглянемо пізніше.

3. Радіоактивні сімейства

Ядра, які виникли в результаті радіоактивного розпаду, у свою чергу, також радіоактивні. Так виникає ланцюжок радіоактивних перетворень, і ядра, пов’язані із цим ланцюжком, утворюють радіоактивний ряд, або радіоактивне сімейство. Радіоактивні сімейства (ряди) — генетично зв’язані послідовним радіоактивним розпадом ланцюжка (ряди) ядер природного походження.

Ø  Елементи, які становлять ланцюжок перетворень, називають радіоактивним рядом.

Перетворення тривають доти, поки не виникає стабільне ядро (це може відбутися після 10-15 радіоактивних перетворень).

У природі існують три радіоактивних сімейства: сімейство Урану 23892U; сімейство Торію 23290Th й сімейство Актинію 23589Ac. Сімейство Урану закінчується Свинцем 20682Рb; Торію — 20882Рb; Актинію — 20782Рb. Вимірявши кількість свинцю в урановій руді, можна визначити вік цієї руди.

4. Закон радіоактивного розпаду

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 меншим від початкового, тому

Після закінчення кожного наступного проміжку часу Т число атомів зменшується вдвічі, тому

і так далі. Через час  = Nt залишиться атомів. Оскільки n = t/T, одержуємо закон радіоактивного розпаду:

За цією формулою знаходять число атомів, що не розпалися, у будь-який момент часу. Період напіврозпаду — постійна 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 рідію-С — 1,5·10-4 с.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Які з відомих вам законів збереження виконуються при радіоактивному розпаді?

2. Чи можна стверджувати, що під час β-розпаду з ядра вилітає електрон? Чому?

3. Чому радіоактивність урану за кілька років помітно не змінюється?

Другий рівень

1. Чому не визначають час повного розпаду всіх ядер?

2. Чи справедливо те, що чим довше існує атом, тим більше ймовірність його розпаду?

3. Для ядра якого нукліда (з великим чи малим періодом напіврозпаду) імовірність розпаду протягом найближчої години більша?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Чи можна під час радіоактивного розпаду ядра спостерігати:

а)    збільшення заряду й маси ядра;

б)    збільшення заряду й зменшення маси;

в)    зменшення заряду й збільшення маси;

г)    зменшення заряду й маси?

2. Чи можуть вплинути на швидкість радіоактивного розпаду зовнішні впливи: нагрівання, електричне або магнітне поля, механічні впливи?

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. Визначте ядро якого хімічного елемента X утвориться в результаті такої реакції β-розпаду:

2. Ядро ізотопу 21183Bi вийшло з іншого ядра після послідовних α- і β-розпадів. Що це за ядро?

3. Скільки α- і β-розпадів відбувається в результаті перетворення радію-226 у свинець-206?

4. Кількість атомів радіоактивного нукліда зменшилося в 4 рази протягом 50 хвилин. Визначте період напіврозпаду цього нукліда.

5. Період напіврозпаду радіоактивного нукліда дорівнює 1 годині. Скільки відсотків початкової кількості атомів залишилося через 10 годин?

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

·       Перетворення атомних ядер, які супроводжуються випущенням α-частинок, називаються α-розпадом:

·       Перетворення атомних ядер, які супроводжуються випущенням β-частинок, називаються β-розпадом:

·       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».

Домашнє завдання

1. Підр.: § 30.

2. 3б.:

Рів1 № 17.10; 17.13; 17.14; 17.27.

Рів2 № 17.29; 17.30; 17.38; 17.39.

Рів3 № 17.50, 17.51; 17.52; 17.53.

3. Д: підготуватися до самостійної роботи № 13.