Урок "Естественная радиоактивность"

Естественная радиоактивность

© Богданова Ирина Викторовна, ГБОУ школа №617 Приморского района Санкт-Петербурга

Естественная радиоактивность

• Все виды самопроизвольных (спонтанных) радиоактивных превращений (и распада, и деления) - процесс случайный, статистический.
• Все виды самопроизвольного радиоактивного распада характеризуются временем жизни радионуклида и его активностью, то есть скоростью распада.
• Показателем времени жизни радионуклида, скорости его распада является период полураспада.

Период полураспада

Порядковый номер

Символ

1

6

Массовое число

T

15

C

3

Период полураспада

12,323 лет

14

P

19

5730 лет

32

K

87

Fr

14,3 сут

40

88

1,28 млрд. лет

223

Ra

92

21,8 мин

226

U

104

Rf

1600 лет

238

110

Ds

4,468

261

78 c

млрд. лет

271

56 мс

• Период полураспада – время, за которое количество радиоактивных ядер уменьшается в 2 раза.
• T – период полураспада, с

Закон радиоактивного распада

t=0, N=N 0 – первоначальное количество радиоактивных ядер

t=nT, N=N 0 /2 n – количество ядер через время, равное n периодам полураспада

t=T, N=N 0 /2 – количество ядер через время, равное периоду полураспада

N=N 0 ∙2 -t/T

n=t/T

t=2T, N=N 0 /4 – количество ядер через время, равное двум периодам полураспада

t=3T, N=N 0 /8 – количество ядер через время, равное трём периодам полураспада

Активность радиоактивного распада

• Активность – количество распадов в секунду
• A – активность радиоактивного распада, Бк
• 1 Бк = 1 распад/с
• 1 Ки = 3,7·10 10 Бк - такой активностью обладает 1 грамм радия - 226 в равновесии с дочерними продуктами распада.

Анри Беккерель

(1852-1908)

Именно с радием-226 долгие годы работали лауреаты Нобелевской премии французские учёные супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри.

Формула активности распада

τ – среднее время жизни радиоактивного изотопа

Радиоактивные серии

Каждый радиоактивный распад является отдельным звеном в целой последовательности радиоактивных превращений, конечным продуктом которой является ядро первого стабильного элемента с порядковым номером 82 - Pb

Ориентировочно можно считать, что активность небольшого количества (граммы) и/или с небольшой начальной активностью (мКи; мкКи) радионуклида уменьшается до практически безопасного уровня (иногда почти до нуля) через 10 периодов полураспада.

За это время количество радиоактивных атомов, а значит и актов распада, то есть активность, уменьшается в 2 10 = 10 24 раза.

Радиоуглеродный метод

Все растительные и животные ткани содержат углерод. Растения получают его из атмосферы, а поскольку животные поедают растения, в их организмы в опосредованной форме тоже попадает диоксид углерода. Таким образом, космические лучи являются источником радиоактивности всех живых организмов.

4

Смерть лишает живую материю способности поглощать радиоуглерод. В мертвых органических тканях происходят внутренние изменения, включая и распад атомов радиоуглерода. В ходе этого процесса за 5730 лет половина исходного числа нуклидов 14 C превращаются в атомы 14 N. Этот интервал времени называют периодом полураспада 14 С.

В итоге содержание изотопа 14 C в образце можно сопоставить с кривой радиоактивного распада и таким образом установить промежуток времени, истекший с момента гибели организма (его выключения из кругооборота углерода).

В Европе, Африке и Азии ранние следы первобытного человека выходят за пределы времени, поддающегося радиоуглеродному датированию, т.е. оказываются старше 50 000 лет. Однако в рамки радиоуглеродного датирования попадают начальные этапы организации общества и первые постоянные поселения, а также возникновение древнейших городов и государств.

Археологи нашли в Лондоне постройку на 500 лет старше Стоунхенджа

Задача.    Активность изотопа углерода  6 С 14 в древних деревянных предметах составляет 4/5 активности этого изотопа в свежевырубленных деревьях. Период полураспада этого изотопа равен 5570 годам. Определить возраст древних предметов.

  Дано А=(4/5)А 0 .

  Найти t.                       

Решение . Активностью радиоактивного вещества называется число:     А =  N/1,44T =  kN.          

По закону радиоактивного распада  N = N 0 e- tk , тогда А = kN 0 e- kt . В начальный момент А 0 = kN 0 . Следовательно А = А 0 e- kt , где k = ln2/T - постоянная распада, Т – период полураспада.

Отсюда ln (A/A 0 ) = - kt = - ln2*t/T.

Откуда t = - (T*ln(A/A 0 )/ln2 = - 5570*ln(4/5)/ln2 = - 5570*(-0,225)/0,693 = 1800 лет.

Виды радиоактивного излучения

Э. Резерфорд

Альфа - распад

Причина альфа-распада – избыток протонов в ядре атома

Бета - распад

Причина бета-распада – избыток нейтронов в ядре атома

Гамма - излучение

Причина гамма-излучения – избыточная энергия ядра атома

Проникающая способность

Ионизирующая способность

Ионизирующая способность радиоактивного излучения зависит от его типа и энергии и оценивается удельной энергией ионизации, которая измеряется количеством ионов этого вещества, создаваемых излучением на длине пути в

1 см.

Бета-излучение — поток бета-частиц, которые могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую способность: 70 пар ионов на 1 см пути!

По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитную волну с длиной менее

2x10 -8 см. Оно распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц: всего несколько пар ионов на 1 см пути.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна: 30 000 пар ионов на 1 см пути!!!

Свойства радиоактивного излучения

Заполните отсутствующие записи в таблице:

Виды излучения

Заряд

α - частицы

Масса

β - частицы

Скорость

-е

4 а.е.м.

γ - излучение

Природа излучения

Проник. способность

0,9 с

Ионизир. способность

с

10 см в воздухе

ЭМВ

70 пар ионов на 1 см пути

Сотни метров в воздухе

Свойства радиоактивного излучения

Проверка:

Виды излучения

Заряд

α - частицы

Масса

+2е

β - частицы

Скорость

-е

γ - излучение

4 а.е.м.

1/15 с

Природа излучения

≈ 0

0

0,9 с

Проник. способность

Ядра гелия

≈ 0

с

Ионизир. способность

10 см в воздухе

Электроны

20 м в воздухе

30 000 пар ионов на 1 см пути

ЭМВ

70 пар ионов на 1 см пути

Сотни метров в воздухе

Несколько пар ионов на 1 см пути

ДЗ: §83, 84, решить №2, 3 к §84

Использованные ресурсы:

• В.А. Касьянов. Физика. Углублённый уровень 11 класс
• В.А. Касьянов. Физика. 11 класс. Методическое пособие. Углублённый уровень
• Картинки из сети Интернет