Радиоактивность. Свойства радиоактивного излучения. Закон радиоактивного распада

1. Открытие естественной радиоактивности .

• 1895 г немецкий физик Рентген открыл Х- лучи – рентгеновское излучение.

• Беккерель (французский уч.) изучал явление люминесценции. Возник вопрос, не входит ли в состав люминесцентного излучения рентгеновские лучи? Беккерель экспериментировал с солями урана. 1896 г он обнаружил, что соли урана самопроизвольно , без влияния внешних факторов, создают излучение, по своим свойствам похожее на рентгеновское излучение. Это излучение засвечивает фотопластинки, ионизирует воздух, обладает большой проникающая способностью. Беккерель установил, что интенсивность этого излучения зависит только от концентрации урана, т.е. присуще только атомам урана.

• 1897 г Мария и Пьер Кюри (фр. уч.) обнаружили в урановой руде новые более мощные радиоактивные элементы: полоний и радий. Перерабатывая в день до 20 кг руды в течении 4-х лет изнурительного труда им удалось из 8 т руды (урановая смолка) выделить 0,1 г соли радия(RaCl₂).

• Один грамм радия выделяет за час 135 кал. Интенсивность излучения спадает в 2 раза за 1622 г. Общий выход энергии в миллионы раз превышает энергию любого равного по массе взрывчатого вещества.

• Явление самопроизвольного излучения называется радиоактивностью, а сами вещества радиоактивными.(Мария и Пьер Кюри).

• Все элементы с порядковым номером больше 83 являются радиоактивными.

2. Свойства радиоактивного излучения.

• В 1899 г англ. уч. Резерфорд обнаружил наличие двух компонентов излучения урана: - излучение и - излучение.

• В 1900 г Виллардом был открыт третий компонент радиоактивного излучения:-лучи.

• Три вида излучения сильно отличаются друг о т друга по проникающей способности

 - излучение. Задерживается слоем бумаги толщиной 0,1 мм.

 - излучение. Задерживается алюминиевой пластинкой толщиной в несколько миллиметров.

 - излучение. Наибольшая проникающая способность. Слой свинца толщиной в 1 см уменьшает интенсивность излучения в 2 раза. Интенсивность поглощения возрастает с ростом атомного номера вещества – поглотителя.

3. Радиоактивные превращения.

• Резерфорд и Содди обнаружили, что явление радиоактивности сопровождается образованием новых элементов: например торий испускает газ – радон. Превращения испытывали и другие радиоактивные элементы: уран, актиний, радий.

• Резерфордом был сделан вывод: атомы радиоактивного вещества подвержены спонтанным видоизменениям. В каждый момент времени небольшая часть общего числа атомов становится неустойчивой и взрывообразно распадается. В большинстве случаев выбрасывается с огромной скоростью  -частица( 15000-20000 км/с). В некоторых других случаях взрыв сопровождается выбрасыванием быстрого электрона и появлением лучей, обладающих большой проникающей способностью -  - излучения.

• Было обнаружено, что в результате атомного превращения образуются новое вещество, полностью отличающееся по своим физическим и химическим свойствам от первоначального вещества. Это вещество тоже неустойчиво и испытывает превращение с испусканием радиоактивного излучения.

3.1 Правила смещения(Содди). При радиоактивных превращениях изменяется атомное ядро.

 - распад: . Продукт распада смещается на две клетки к началу таблицы Менделеева, массовое число уменьшается на четыре единицы.

Например:.(кинетическая энергия -частицы 4,18 МэВ).

 -распад. . Продукт распада смещается на одну клетку к концу таблицы Менделеева. В ядре происходит распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино.

Например:

4. Закон радиоактивного распада.

• Активность – скорость радиоактивного распада, число распадов за единицу времени.

• Резерфорд: для каждого радиоактивного вещества существует определенный промежуток времени, на протяжении которого активность уменьшается в 2 раза. Этот промежуток времени называется периодом полураспада -

• Период полураспада – это время, в течении которого распадается половина наличного состава атомов.

• Например: U²³⁸(уран)- 4,5 млрд.лет; Ra(радий) –1600 лет; Rn(радон) – 3,825 суток.

• - число атомов, распадающихся за время dt пропорционально числу атомов N. - постоянная радиоактивного распада, зависящая от вида радиоактивного вещества.

• . Проинтегрируем полученное выражение от момента времени t₀=0 до произвольного момента времени t.

  - закон радиоактивного распада.

N₀- число радиоактивных атомов в момент времени t=0.

N_t –число радиоактивных атомов в произвольный момент времени t.

• При   

- связь постоянной распада и периода полураспада.

Тогда, используя свойства натурального логарифма, закон радиоактивного распада можно записать в виде:

• Активность радиоактивного распада: .

• - активность радиоактивного вещества пропорциональна числу атомных ядер и обратно пропорциональна периоду полураспада.

• Единица активности в СИ Беккерель(Бк): 1 Бк=1 с^-1

• Внесистемная единица активности Кюри(Ки): 1 Ки=3,710¹⁰ Бк.

Примеры активности :

Фоновая активность воздуха – 3,7 Бк/м³

Активность живого углерода ₆С¹⁴ - 250 Бк/кг

Активность тела человека – 3,310³ Бк

Активность каменного угля – 40 Бк/кг

Ядерный взрыв в атмосфере - 1510⁴ Ки

Чернобыльская катастрофа - 100 МКи

Некоторые выводы:

• С течением времени скорость распада не изменяется. Радиоактивные атомы не стареют.

• Вероятность распада одинакова у ядра прожившего 1 год, так и для ядра прожившего сто лет.

• Для радиоактивных атомов не существует понятия возраста. Можно только определить среднее время жизни: -среднее время жизни атома.

• Закон радиоактивного распада носит статистический характер.

• Закон радиоактивного распада применяется для определения возраста земных пород, археологических находок.

5 Изотопы.

Изучение радиоактивности привело к открытию изотопов (Содди 1911 г.)

Изотопы – элементы, занимающие одну клетку таблицы Менделеева(имеют одинаковые химические свойства), но различающиеся по атомной массе и радиоактивными свойствами.

В настоящее время установлено существование изотопов у всех элементов. У изотопов в ядре содержится одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.

Например у водорода три изотопа: ; ;