Номер 5, страница 206 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 56. Закон радиоактивного распада. Глава 7. Физика атомного ядра - номер 5, страница 206.

5. Как используется явление радиоактивного распада?

Явление радиоактивного распада, то есть спонтанное превращение нестабильных атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц и излучений, нашло широкое применение в самых разных сферах человеческой деятельности.

Энергетика

• Атомные электростанции (АЭС): В ядерных реакторах используется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер, таких как уран-235 (${}^{235}\text{U}$) или плутоний-239 (${}^{239}\text{Pu}$). Этот процесс, являющийся видом ядерного превращения, высвобождает огромное количество тепловой энергии. Эта энергия используется для нагрева воды, получения пара и вращения турбин, которые приводят в действие электрогенераторы, вырабатывая электричество.
• Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ): Эти устройства являются автономными источниками энергии. Они используют тепло, выделяющееся при естественном радиоактивном распаде изотопов (например, плутония-238, ${}^{238}\text{Pu}$), и преобразуют его напрямую в электричество с помощью термопар (эффект Зеебека). РИТЭГи незаменимы для питания космических аппаратов, работающих вдали от Солнца (например, «Вояджер», «Новые горизонты»), а также удаленных автоматических метеостанций, маяков и другого оборудования.

Медицина

• Диагностика: В организм пациента вводят небольшое количество радиоактивных изотопов (радиофармпрепаратов), которые накапливаются в определенных органах или тканях. Специальные детекторы (гамма-камеры, ПЭТ-сканеры) улавливают испускаемое ими излучение, что позволяет получить изображение и оценить функциональное состояние органов. Широко используется, например, технеций-99m (${}^{99m}\text{Tc}$).
• Терапия (лучевая терапия): Сфокусированные пучки ионизирующего излучения (например, от источников с кобальтом-60, ${}^{60}\text{Co}$, в установках типа «гамма-нож») используются для уничтожения раковых клеток и уменьшения размеров опухолей. Также развивается таргетная терапия, при которой радиоактивные изотопы доставляются непосредственно к злокачественным клеткам.
• Стерилизация: Гамма-излучение от радиоактивных источников применяют для стерилизации медицинских инструментов, шприцев, перевязочных материалов. Этот метод позволяет уничтожить все микроорганизмы без использования высоких температур, которые могли бы повредить изделия, особенно из пластика.

Наука и техника

• Радиоуглеродный анализ: Этот метод позволяет определять возраст археологических находок и ископаемых органического происхождения. Он основан на измерении соотношения нестабильного изотопа углерода-14 (${}^{14}\text{C}$) и стабильного углерода-12 (${}^{12}\text{C}$). Поскольку ${}^{14}\text{C}$ постоянно распадается с известным периодом полураспада ($T_{1/2} \approx 5730$ лет), его остаточное количество указывает на время, прошедшее с момента гибели организма.
• Дефектоскопия: Гамма-дефектоскопия используется для контроля качества сварных швов, литых деталей и других промышленных изделий. Изделие просвечивают гамма-лучами от радиоактивного источника, а на другой стороне располагают детектор (например, фотопленку). Внутренние дефекты (трещины, пустоты) проявляются на изображении, позволяя выявить брак без разрушения детали.
• Метод меченых атомов: Радиоактивные изотопы используются в качестве индикаторов (трассеров) для изучения различных процессов: скорости химических реакций, путей метаболизма в живых организмах, процессов диффузии в твердых телах, течения жидкостей и газов в трубопроводах.
• Датчики и измерительные приборы: В бытовых детекторах дыма часто используется небольшое количество америция-241 (${}^{241}\text{Am}$). Испускаемые им альфа-частицы ионизируют воздух, создавая электрический ток. Частицы дыма нарушают этот ток, что вызывает срабатывание сигнализации. Радиоизотопные приборы также применяются для измерения толщины материалов, уровня жидкости в закрытых емкостях.

Сельское хозяйство и пищевая промышленность

• Радиационная обработка продуктов: Облучение продуктов питания (например, зерна, овощей, мяса) ионизирующим излучением позволяет уничтожить вредных насекомых, бактерии и плесень, что значительно увеличивает срок их хранения и обеспечивает безопасность.
• Стимуляция мутаций: В селекции растений облучение семян используется для искусственного вызова мутаций. Это позволяет ускорить процесс создания новых сортов с улучшенными характеристиками: повышенной урожайностью, устойчивостью к болезням или засухе.

Ответ: Явление радиоактивного распада используется в энергетике (АЭС, РИТЭГи), медицине (диагностика, терапия, стерилизация), науке и технике (радиоуглеродное датирование, дефектоскопия, датчики), а также в сельском хозяйстве и пищевой промышленности (обработка продуктов, селекция).