g9f-4.2· Глава 4: Атом и атомное ядро· ~13 мин

Радиоактивность и радиоактивные превращения

α\alpha-, β\beta-, γ\gamma-излучение и закон полураспада

Радиоактивность — это самопроизвольное превращение одних ядер в другие с испусканием излучения; это явление впервые открыл Беккерель. При α\alpha-излучении ядро испускает ядро гелия (24He^{4}_{2}\text{He}), поэтому AA уменьшается на 4 единицы, а ZZ — на 2 единицы. При β\beta-излучении из ядра вылетает электрон: AA не изменяется, ZZ увеличивается на одну единицу. γ\gamma-излучение — это испускание фотонов (высокоэнергетического электромагнитного излучения), при этом не изменяются ни AA, ни ZZ. Число нераспавшихся ядер убывает по закону полураспада: N=N02t/T=N02t/TN = N_0 \cdot 2^{-t/T} = \dfrac{N_0}{2^{t/T}}, где TT — период полураспада; вычисления упрощаются, когда t/Tt/T — целое число. То же правило справедливо и для массы вещества (масса пропорциональна числу ядер).

📌Пример

Например: при начальной массе m0=80m_0 = 80 г через t=3Tt = 3T остаётся m=m02t/T=8023=808=10m = \dfrac{m_0}{2^{t/T}} = \dfrac{80}{2^3} = \dfrac{80}{8} = 10 г. При α\alpha-распаде 92238U^{238}_{92}\text{U} получаем A=2384=234A = 238 - 4 = 234, Z=922=90Z = 92 - 2 = 90.

Графики

Радиоактивное излучение: проникающая способность лучей α, β, γ (α < β < γ; бумага, алюминий, свинец)
Радиоактивное излучение: проникающая способность лучей α, β, γ (α < β < γ; бумага, алюминий, свинец)

Ключевые термины

РадиоактивностьЯвление самопроизвольного превращения одних ядер в другие с испусканием излучения; впервые открыто Беккерелем.
α\alpha-излучениеИспускание ядром ядра гелия (24He^{4}_{2}\text{He}); AA уменьшается на 4 единицы, ZZ — на 2 единицы.
β\beta-излучениеВылет из ядра электрона (10e^{0}_{-1}\text{e}); AA не изменяется, ZZ увеличивается на одну единицу.
γ\gamma-излучениеИспускание высокоэнергетических фотонов (электромагнитного излучения); не изменяются ни AA, ни ZZ.
Период полураспада (TT)Время, за которое распадается половина вещества (ядер).
Правило смещенияПри ядерном превращении массовое число AA и зарядовое число ZZ сохраняются (уравновешиваются).
Сравнение α\alpha-, β\beta-, γ\gamma-излучения
ИзлучениеИспускаемая частицаИзменение AAИзменение ZZ
α\alphaЯдро гелия (24He^{4}_{2}\text{He})A4A - 4Z2Z - 2
β\betaЭлектрон (10e^{0}_{-1}\text{e})не изменяетсяZ+1Z + 1
γ\gammaФотон (электромагнитное излучение)не изменяетсяне изменяется

α\alpha заряжена положительно, β\beta — отрицательно, и они отклоняются в поле; γ\gamma не имеет заряда и не отклоняется.

Свойства излучений
ИзлучениеЗарядПроникающая способностьПрирода
α\alphaположительныйнаименьшая (задерживается бумагой)частица (24He^{4}_{2}\text{He})
β\betaотрицательныйсредняячастица (электрон)
γ\gammaбез заряданаибольшаяэлектромагнитное излучение

Порядок проникающей способности: α<β<γ\alpha < \beta < \gamma.

Полураспад: оставшаяся масса (N=N0/2nN = N_0 / 2^n)
  1. 1Дано: m0=240m_0 = 240 г, t=3Tt = 3T, значит n=t/T=3n = t/T = 3.
  2. 2Формула: m=m02t/T=m02nm = \dfrac{m_0}{2^{t/T}} = \dfrac{m_0}{2^n}.
  3. 3Делитель: 2n=23=82^n = 2^3 = 8.
  4. 4Результат: m=2408=30m = \dfrac{240}{8} = 30 г остаётся нераспавшимся.
Ядерная реакция: сохранение AA и ZZ (α\alpha-распад)
  1. 1Дано: 92238U^{238}_{92}\text{U} претерпевает один α\alpha-распад.
  2. 2Правило: При α\alpha-распаде массовое число уменьшается на 4, зарядовое — на 2.
  3. 3Массовое число: A=2384=234A = 238 - 4 = 234.
  4. 4Зарядовое число: Z=922=90Z = 92 - 2 = 90.
  5. 5Результат: Полученное ядро: A=234A = 234, Z=90Z = 90.
🚫Частая ошибка

Для t=3Tt = 3T делить массу на 3 — ошибка; правильный делитель 23=82^3 = 8, например 240/8=30240/8 = 30 г.

⚠️Внимание

Не путай распавшуюся массу с оставшейся: оставшаяся =m0/2n= m_0/2^n, распавшаяся =m0= m_0 - оставшаяся.

⚠️Внимание

t/Tt/T (число периодов) отличается от tt (времени): если прошло 3 периода, то t=3Tt = 3 \cdot T, T=t/3T = t/3.

💡Заметка

Запомни: α\alpha «облегчает» ядро (A4A-4, Z2Z-2), β\beta только увеличивает ZZ на 1, γ\gamma не меняет ничего.

Правила

  1. 1α\alpha-излучение (24He^{4}_{2}\text{He}): AA4A \rightarrow A - 4, ZZ2Z \rightarrow Z - 2.
  2. 2β\beta-излучение (электрон): AA не изменяется, ZZ+1Z \rightarrow Z + 1; γ\gamma-излучение: AA и ZZ не изменяются.
  3. 3Закон полураспада: N=N02t/TN = \dfrac{N_0}{2^{t/T}}, TT — период полураспада.
  4. 4Правило смещения: при ядерном превращении AA и ZZ сохраняются (уравновешиваются).

Тренировка

15 лёгких · 15 средних · 15 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов