Номер 5, страница 26, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

*5. Расскажите об основных видах излучений.

Решение

Излучение (также называемое радиацией) — это энергия, передаваемая в виде частиц или волн. Основные виды излучений, особенно в контексте ядерной физики и их воздействия на вещество, принято разделять на две большие группы: корпускулярное и электромагнитное.

Корпускулярное излучение

Это поток элементарных частиц или более крупных частиц, таких как ядра атомов. Основные виды корпускулярного излучения:

Альфа-излучение ($\alpha$-излучение)

Представляет собой поток тяжелых, положительно заряженных альфа-частиц. Каждая альфа-частица является ядром атома гелия, состоящим из двух протонов и двух нейтронов ($_{2}^{4}He^{2+}$).

Свойства:

• Заряд: $+2e$ (где $\text{e}$ — элементарный заряд).

• Скорость: относительно невысокая, около 5–7% от скорости света ($15 000 - 20 000$ км/с).

• Проникающая способность: очень низкая. Альфа-частицы полностью задерживаются листом бумаги, а в воздухе проходят лишь несколько сантиметров. Не могут проникнуть через наружный слой кожи человека.

• Ионизирующая способность: очень высокая. Из-за большой массы и заряда альфа-частицы активно взаимодействуют с атомами вещества, вызывая их интенсивную ионизацию и быстро теряя свою энергию.

Происхождение: Возникает при альфа-распаде ядер тяжелых элементов, таких как уран, торий, радий.

Бета-излучение ($\beta$-излучение)

Это поток легких заряженных частиц, испускаемых при бета-распаде атомных ядер. Различают два вида бета-распада:

• $\beta^{-}$-излучение: поток электронов ($e^{-}$).

• $\beta^{+}$-излучение: поток позитронов ($e^{+}$), которые являются античастицами для электронов.

Свойства:

• Заряд: $-e$ для электрона и $+e$ для позитрона.

• Скорость: может быть очень высокой, вплоть до 99% от скорости света.

• Проникающая способность: средняя, значительно выше, чем у альфа-частиц. Бета-частицы могут проходить в воздухе несколько метров, а в биологических тканях проникать на глубину до нескольких сантиметров. Для их остановки требуется слой алюминия толщиной в несколько миллиметров.

• Ионизирующая способность: ниже, чем у альфа-частиц, но все же значительная.

Происхождение: $\beta^{-}$-распад происходит при превращении нейтрона в протон внутри ядра, а $\beta^{+}$-распад — при превращении протона в нейтрон.

Нейтронное излучение

Представляет собой поток нейтронов ($n^0$) — частиц, не имеющих электрического заряда.

Свойства:

• Заряд: 0.

• Проникающая способность: очень высокая. Поскольку нейтроны электрически нейтральны, они слабо взаимодействуют с электронными оболочками атомов и проникают глубоко в вещество, взаимодействуя непосредственно с атомными ядрами. Эффективно поглощаются материалами, содержащими легкие ядра, особенно водород (например, вода, парафин, полиэтилен).

• Ионизирующая способность: нейтронное излучение является непрямо ионизирующим. Сами нейтроны не ионизируют атомы, но при столкновении с ядрами выбивают из них заряженные частицы (например, протоны) или вызывают ядерные реакции, продукты которых уже производят ионизацию.

Происхождение: Ядерные реакторы, ядерные взрывы, некоторые лабораторные источники.

Электромагнитное излучение

Это поток фотонов — безмассовых частиц, распространяющихся со скоростью света. К ионизирующим видам электромагнитного излучения относят гамма- и рентгеновское излучение.

Гамма-излучение ($\gamma$-излучение)

Это электромагнитное излучение с чрезвычайно короткой длиной волны и высокой энергией.

Свойства:

• Заряд: 0, масса покоя: 0.

• Проникающая способность: самая высокая среди всех видов радиоактивных излучений. Гамма-кванты могут проходить через значительные толщи материалов. Для защиты от них используют толстые слои тяжелых материалов, таких как свинец или бетон.

• Ионизирующая способность: сравнительно низкая (ниже, чем у альфа- и бета-частиц).

Происхождение: Испускается возбужденными атомными ядрами при их переходе в состояние с меньшей энергией, что часто происходит после альфа- или бета-распада. Также может возникать в результате других ядерных процессов, например, аннигиляции.

Рентгеновское излучение

По своей физической природе идентично гамма-излучению (поток фотонов), но отличается от него происхождением.

Свойства: Свойства аналогичны гамма-излучению, но, как правило, фотоны рентгеновского излучения обладают меньшей энергией.

Происхождение: Возникает не в результате ядерных процессов, а при процессах, связанных с электронными оболочками атомов. Это может быть тормозное излучение (когда быстрые электроны замедляются в веществе) или характеристическое излучение (когда электроны в атоме переходят с более высоких энергетических уровней на более низкие).

Ответ: Основные виды излучений делятся на корпускулярные (потоки частиц) и электромагнитные (потоки фотонов). К главным видам корпускулярного излучения относятся: альфа-излучение (ядра гелия $ _{2}^{4}He^{2+} $ с низкой проникающей, но высокой ионизирующей способностью), бета-излучение (электроны $ e^{-} $ или позитроны $ e^{+} $ со средней проникающей способностью) и нейтронное излучение (нейтроны $ n^0 $ с высокой проникающей способностью и непрямым ионизирующим действием). К основным ионизирующим электромагнитным излучениям относятся гамма-излучение и рентгеновское излучение, которые представляют собой потоки фотонов с высокой проникающей, но относительно низкой ионизирующей способностью и различаются по своему происхождению (ядерные и атомные процессы соответственно).