Приветствую Вас, Гость
БИЛЕ Г №25
1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Влияние ионизирующей радиации на живые орга¬низмы
Процесс распада ядер атомов на другие ядра и частицы называют ра¬диоактивностью. Радиоактивность — явление самопроизвольного превра¬щения одних ядер в другие с испусканием различных частиц. Различают естественную и искусственную радиоактивность.
Естественная радиоактивность — радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе.
Искусстве*inая радиоактивность — радиоактивность изотопов, по¬лученных искусственно при ядерных реакциях. Нестабильными радио¬активными являются тяжелые ядра с зарядовым числом Z > 83 или массовым числом А > 209, которые могут спонтанно распадаться.
Радиоактивный распад — радиоактивное (самопроизвольное) пре¬вращение исходного (материнского) ядра в новые (дочерние) ядра.
Причиной радиоактивного распада является нарушение в ядре ба¬ланса между числом Z протонов и числом N нейтронов. Во всех ста¬бильных ядрах (за исключением 'Н) Z<N(Z/N< 1) поле ядерного
притяжения нейтронов компенсирует кулоновское отталкивание прото¬нов. Прл нарушении требуемого баланса ядро обладает избыточной энергией, избавиться от которой оно может в результате перехода в со¬стояние с меньшей энергией. Ядра, содержащие избыточное число про¬тонов, освобождаются от этого избытка в результате а -распада а - распад — спонтанное превраи{ение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием а-частицы; Р -распад — спонтанное превращение радио¬активного ядра в новое ядро с испусканием электрона и антинейтрино.
При а -распаде радиоакшвное (материнское) ядро X превращается в
новое (дочернее) ядро У, испуская при этом а -частицу (ядро атома -Не ).
С учетом законов сохранения электрического заряда и числа ну¬клонов запишем уравнение а -распада:
В результате а -распада порядковый номер элемента в Периодиче¬ской таблице химических элементов Д. И. Менделеева уменьшается на две единицы, а массовое число на четыре единицы. Широко применяе¬мым источником а -частиц является радий. При распаде он превраща¬ется в радон:
^Яа-ТбКп + ^Не.
Энергия распада — суммарная кинетическая энергия продуктов распада. Кинетическая энергия продуктов распада определяется раз¬ностью масс материнского ядра и продуктов распада реакции
Ek ~ (mRa ~ mRn ~та )°2 •
При р -распаде радиоактивное (материнское) ядро X превращается в но¬вое (дочернее) ядро Y с испусканием электрона В результате бета-распада порядковый номер элемента в Периодической таблице химических элементов Д И. Менделеева увеличивается на единицу:
ix-*t*г+_;«+?
Электрон не содержит нуклонов, поэтому его массовое число равно ну¬лю. Появление вопросительного знака в уравнении реакции не случайно. В процессе распада один из нейтронов превращается в протон. При этом вслед¬ствие закона сохранения электрического заряда образуется электрон. В ре¬зультате процесса —> ,'р-Ь _\е (выделяется энергия распада):
Ek=imn-тр-те)с2.
Гамма-излучение — электромагнитное излучение, возникающее при пе¬реходе ядра из возбужденного в более низкое энергетическое состояние.
Радиоактивный распад — статистический процесс. Нельзя сказать, ка¬кие именно атомы в радиоактивном образце, состоящем в начальный момент времени из N0 атомов, распадутся за определенное время. По можно практиче¬ски с полной достоверностью предсказать, сколько атомов независимо друг от друга распадется зл этот промежуток времени. Например, половина атомов рацона распадется за 3,82 дня. Чем больше N0, тем точнее будет выполняться
это вероятностное предсказание.
Период полураспада — промежуток времени, за который распадется половина первоначального числа атомов. Предположим, что в начальный момент времени (t = 0) их было NQ . Тогда по истечении периода полураспада
Тщ нераспавшимися останутся N(/2 атомов Атомы распадаются независимо друг от друта Сутцествует вероятность распада каждого атома в отдельности, поэтому период полураспада не зависит от начального числа частиц. Спустя еще один полупериод (в момент времени t2 = Т) число иераспавшихся (радио-
, К * К u
активных) атомов —= —у . Через п периодов полураспада в момент вре-
N
мсни t = пТХ!2 таких атомов останется N — — . Учитывая, что Г ~ пТ 2,
получаем закон радиоактивного распада — закон убывания числа радиоак¬тивных атомов со временем
j
N = N02~Tui .
Период полураспада для разных изотопов меняется в широких пределах, например от 10~16 с до 3,7-101 лет .
Зависимость числа радиоактивных атомов от времени для изотопов с разным периодом полураспада Т приведена на рис. 25.1 а, б. График этой зависимости — экспонента.
Зная число N иераспавшихся атомов и их начальное число, можно найти число атомов Л^о», распавшихся к моменту времени с N = N . 

 

Рис. 25.1
Скорость радиоактивного распада определяется производпой N' =А,
называемой активностью радиоактивного вещества. Активность радио¬активного вещества — число распадов радиоактивных ядер за I с.
Единица активности — беккерель. 1 беккерель — активность радиоактив¬ного вещества, в котором за 1 с происходит 1 распад:
1.44Т1/г ■
Чем быстрее распадаются ядра, тем меньше период полураспада, а значит, тем больше активность вещества Активность пропорциональна числу нсрас- павшихся атомов, которое убывает с течением времени. Следовательно, актив¬ность радиоактивного вещества убывает с течением времени. Активность одного грамма радия равна 3,7 * Ю10Бк. Эту величину часто используют на практике в качестве единицы активности — кюри (I Ки); 1 Ки - З,7 • 10 fe Промежуток времени t - 1,44 TJ/2 характеризует среднее время жизни радиоак¬тивного изотопа.
Один из первых методов регистрации излучений — метод сцинтилля¬ций. Наблюдение производится в спинтарископе Крукса. Это трубка, дно которой покрыто люминофором — веществом, светящимся под ударами а -частиц, число которых можно сосчитать.
 
В настоящее рремя основной счетчик элементарных частиц — счетчик Гейгера — Мюллера. Главная его часть — газоразрядный промежуток меж¬ду цилиндром и нитью, к которым приложено высокое напряжение. Из-за отсутствия достаточного количества свободных зарядов в трубке не-возни¬кает самостоятельный разряд. Пролетающая частица па своем п)ти ионизи¬рует газ, цепочка ионов медленно стекает к катоду и нейтрализуется, а це¬почка электронов, разогнанных электрическим полем, создает односторон¬нюю электронную лавину — искровой разряд, который регистрируется специальным устройством. Такой счетчик обладает одним недостатком: если частицы следуют друг за другом очень часто, то счетчик не успсвает их регистрировать. Счетчики соединяют в группы, которые включают по различным схемам совпадения, что позволяет не просто сосчитать число частиц, но и определить, по какому направлению и с какой энергией приле¬тели зарегистрированные частицы. 

Камера Вильсона — один из старых и надежных приборов для регист¬рации частиц, создающих ионы иа своем пути. В камере находится насы¬щенный водяной пар. В момент исследования резко увеличивают объем, температура скачком падает, пар становится пересыщенным, но еще не конденсируется, так как нет центров конденсации. Если в такую атмосферу пересыщенного пара влетает ионизирующая частица, на пути ее следования образуется цепочка ионов, которые становятся центрами конденсации; во¬дяной пар конденсируется, и образуется туманный след пролетевшей час¬тицы — трек. По длине и толщине трека можно судить о массе частицы и ее энергии. Советские физики П.Л. Капица и В.В Скобельцын предложили накладывать на камеру магнитное поле — тогда можно судить о заряде частицы.
Пузырьковая камера работает аналогично камере Вильсона, только в ней используют перегретую жидкость. Регистрируемая частица создает на своем пути цепочку ионов, которые являются центрами парообразования, — цепочка пузырьков закипевшей жидкости образует трек частицы. Камеру заполняют сжиженным газом. В такой среде трек короче, чем в газе, поэто¬му удается проследить частицу даже с большей энергией до ее остановки, что позволяет рассчитать важнейшие ее характеристики. Такие камеры ь настоящее время используют для регистрации частиц, полученных на мощ¬ных ускорителях.
Метод толстослойных фотоэмульсий позволяет судить об энергий час¬тицы и ее судьбе по фотослсду, оставленному в толстом фоточувствитель¬ном слое.
Излучения радиоактивных веществ оказывают сильное воздействие на живые организмы. Даже при слабом излучении клетки существенно повре¬ждаются, что может привести к серьезным заболеваниям (лучевым болез¬ням). При большом облучении живые клетки погибают, видимо, ионизация атомов и молекул приводит к изменению химической их активности. Кост¬ный мозг особенно чувствителен к излучению радиоактивных веществ, поэтому сразу нарушается процесс образования крови, клеток пищевари¬тельного тракта и других органов. Поражая гены в хромосомах, облучение пагубно сказывается на наследственности. Однако излучение подавляет быстро размножающиеся клетки. (Для лечения раковых опухолей приме¬няют у -лучи.)
Действие излучения на живые организмы характеризуется его дозой. Поглощенной дозой излучения D называют отношение поглощенной энер¬гии Е ионизирующего излучения к массе т облучаемого вещества:
т
Излучение измеряют в грэях (Гр). 1 Гр равен поглощенной дозе излуче¬ния, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующегося излучения 1 Дж. Предельно допустимая доза облучения за год для лиц, работающих с излучением, составляет 0,05 Гр. Доза, полу¬ченная за короткое время в 3-10 Гр, смертельна.
2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»: по¬строение графика зависимости силы тока от напряжения
В вашем распоряжении для выполнения задания имеется оборудо¬вание: 4 источника постоянного тока, разъединительный ключ, реостат, амперметр, вольтметр, соединительные провода.
1. Соберите электрическую цепь согласно рис. 25.2.
I Ч - И—'—I
 
Рис. 25.2.

2. Меняя реостатом сопротивления цепи, пронаблюдайте, меняется ли сила тока и напряжение на реостате.
3. Включите сначала один источник тока.
4. Снимите показания амперметра и вольтметра.
5 Включите два источника тока, потом три и четыре источника тока, каждый раз при этом снимая показания амперметра и вольтметра и не ме¬няя сопротивление.
6. Постройте график зависимости силы тока от напряжения на данном сопротивлении.
7. Выполняется ли закон Ома для участка цепи?
3. Текст по разделу «Механика»» содержащий описаиие опыта* Задание на формулировку гипотезы опыта, условий его проведения и выводов
Нет веса?
Проведем наблюдения за несколькими опытами.
Опыт № 1. Возьмем литровую пластиковую бутылку, проделаем в ней по вертикали несколько отверстий. Набьем в нее воды. Из отверстий будут бить под разными углами струи воды. В силу того, что давление на разных высотах разное, поэтому и углы разные.
Сбросим наполненную водой бутылку с некоторой высоты, например, можно встать на стул и сбросить бутылку с высоты вытянутой руки Поче¬му-то струи воды не хотят больше выливаться.
Опыт № 2. Нальем в бутылку с отверстиями снова воду. Подбросим бу¬тылку вверх.
Увы! Вода при движении бутылки вверх снова не выливается.
Опыт № 3. Бутылку с отверстиями наполним водой и бросим ее под ут¬лом к горизонту, в заранее приготовленное ведро (можно вместо бутылки в этом опьгге взять наполненный водой теннисный шарик). Вода снова не хочет выливаться через отверстия, (Во всех опытах бутылка, наполненная водой, не закрывается пробкой.) 

Во всех трех опытах стало отсутствовать давление верхних слоев воды на нижние. Проверим эти наблюдения на следующем опыте.
Опыт № К дощечке прикрепим пружину от школьного динамометра, а к ней гирю порядка 300 г. Отметим фломастером насколько растянулась пружина. Снова встанем на стул и с-высоты вытянутой вверх руки сбросим дощечку вниз. Предварительно попросим товарища последить за поведени¬ем пружины. А ведет она себя «странно». Она во время своего падения не растягивается. Значит, грузы не оказывают действия на пружину во время свободного падения.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Что объединяло все эти опыты?
2. Почему при свободном падении отсутствовало давление внутри па¬дающей системы?
3. Как называется состояние свободного падения?
4. Где встречается состояние невесомости? Имеет ли оно полезное при¬менение?