Номер 8, страница 124, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

8. Объясните, в чем сходства и различия между естественной и искусственной радиоактивностью.

Радиоактивность — это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов ионизирующего излучения. Различают естественную и искусственную радиоактивность.

Сходства

1. Физическая природа процесса: В основе обоих явлений лежит один и тот же фундаментальный процесс — спонтанный распад нестабильного атомного ядра с целью перехода в более стабильное энергетическое состояние. Этот процесс подчиняется законам ядерной физики и квантовой механики.

2. Виды излучения: Как естественные, так и искусственные радионуклиды при распаде могут испускать альфа-частицы (ядра гелия, $ {}_{2}^{4}\text{He} $), бета-частицы (электроны $e^-$ или позитроны $e^+$), а также гамма-кванты (высокоэнергетическое электромагнитное излучение $γ$). Конкретный тип распада определяется свойствами самого ядра (соотношением протонов и нейтронов, энергией возбуждения).

3. Закон радиоактивного распада: Кинетика распада для любых радиоактивных ядер, независимо от их происхождения, описывается одним и тем же экспоненциальным законом: $ N(t) = N_0 e^{-\lambda t} $, где $N(t)$ — число нераспавшихся ядер в момент времени $\text{t}$, $N_0$ — их начальное число, а $λ$ — постоянная распада, являющаяся уникальной характеристикой для каждого изотопа. Период полураспада $T_{1/2} = \frac{\ln{2}}{\lambda}$ также является константой для данного нуклида.

4. Неуправляемость распада: После образования радиоактивного ядра (естественным или искусственным путем) процесс его дальнейшего распада является полностью спонтанным и вероятностным. На скорость распада невозможно повлиять никакими внешними факторами: ни изменением температуры, ни давлением, ни проведением химических реакций.

Различия

1. Происхождение:

• Естественная радиоактивность свойственна изотопам, которые существуют в природе. К ним относятся: а) долгоживущие радионуклиды, сохранившиеся со времен формирования Земли (например, уран-238, торий-232, калий-40); б) члены радиоактивных рядов (продукты распада долгоживущих изотопов, например, радий-226); в) космогенные радионуклиды, постоянно образующиеся в атмосфере под действием космических лучей (например, углерод-14).

• Искусственная радиоактивность — это радиоактивность изотопов, полученных человеком целенаправленно в ходе ядерных реакций. Их получают путем бомбардировки стабильных ядер различными частицами (нейтронами, протонами, альфа-частицами) в ядерных реакторах или на ускорителях заряженных частиц. Примером является получение радиоактивного фосфора-30 из стабильного алюминия-27: $ {}_{13}^{27}\text{Al} + {}_{2}^{4}\text{He} \rightarrow {}_{15}^{30}\text{P} + {}_{0}^{1}\text{n} $.

2. Виды радионуклидов:

• Естественные радионуклиды — это ограниченный набор изотопов, в основном тяжелых элементов (с атомным номером $Z > 82$) и нескольких легких.

• Искусственным путем можно получить радиоактивные изотопы практически всех известных химических элементов, многие из которых не существуют в природе и часто имеют очень короткие периоды полураспада.

3. Инициирование процесса:

• Естественная радиоактивность — это неотъемлемое свойство материи, существующее независимо от воли человека.

• Искусственная радиоактивность — это результат целенаправленной деятельности человека. Процесс их создания управляем: можно выбрать исходное вещество (мишень), бомбардирующие частицы и их энергию, чтобы получить нужный радиоактивный изотоп.

Ответ: Сходство между естественной и искусственной радиоактивностью заключается в том, что в обоих случаях происходит спонтанный распад нестабильных атомных ядер, подчиняющийся единому экспоненциальному закону и сопровождающийся испусканием альфа-, бета- или гамма-излучения. Процесс самого распада неуправляем. Различие состоит в их происхождении: естественная радиоактивность присуща изотопам, существующим в природе, в то время как искусственная возникает в изотопах, созданных человеком целенаправленно в результате ядерных реакций.