Номер 2, страница 349 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 93. Изотопы. Получение и применение радиоактивных изотопов. Глава 12. Физика атомного ядра - номер 2, страница 349.

Условие.

2. Что такое радиоактивные изотопы и как их используют?

Решение.

Решение 2.

Что такое радиоактивные изотопы

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют одинаковое число протонов в ядре (и, следовательно, одинаковый заряд ядра и порядковый номер), но разное число нейтронов. Из-за этого у изотопов одинаковые химические свойства, но разная атомная масса.

Радиоактивные изотопы (или радионуклиды) — это изотопы, ядра которых являются нестабильными. Из-за избытка энергии в ядре они самопроизвольно распадаются, превращаясь в ядра других элементов. Этот процесс, называемый радиоактивным распадом, сопровождается испусканием различных видов ионизирующего излучения: альфа-частиц (ядер гелия), бета-частиц (электронов или позитронов) и/или гамма-квантов (высокоэнергетического электромагнитного излучения).

Например, у углерода есть несколько изотопов. Самый распространенный — стабильный углерод-12 ($^{12}_{6}\text{C}$). Однако существует и радиоактивный изотоп углерод-14 ($^{14}_{6}\text{C}$), ядро которого содержит на два нейтрона больше. Он нестабилен и со временем распадается. Период полураспада $^{14}\text{C}$ составляет около 5730 лет.

Ответ: Радиоактивные изотопы — это нестабильные разновидности атомов химических элементов, ядра которых самопроизвольно распадаются, испуская ионизирующее излучение и превращаясь в другие, более стабильные ядра.

Как их используют

Благодаря своим свойствам — способности испускать излучение, которое можно обнаружить, и участвовать в химических реакциях так же, как и стабильные изотопы — радионуклиды нашли широкое применение в различных областях:

• Медицина:
  • Диагностика: Радиоизотопы (например, технеций-99m, фтор-18) вводят в организм в качестве «меченых атомов» или радиофармпрепаратов. Они накапливаются в определенных органах или тканях. Излучение от них регистрируется специальными приборами (гамма-камерами, ПЭТ-сканерами), что позволяет получить изображение органа, оценить его функцию и выявить патологии (например, опухоли или нарушения кровообращения).
  • Терапия (лучевая терапия): Мощное излучение от таких изотопов, как кобальт-60 ($^{60}\text{Co}$) или иод-131 ($^{131}\text{I}$), используется для уничтожения раковых клеток и лечения онкологических заболеваний.
• Наука:
  • Радиометрическое датирование: Изотоп углерод-14 ($^{14}\text{C}$) используется для определения возраста археологических находок органического происхождения (дерево, кости, ткани) возрастом до 50-60 тысяч лет. Для датировки более древних геологических пород применяют уран-свинцовый или калий-аргоновый методы.
  • Метод меченых атомов: В биологии и химии радиоактивные изотопы (например, фосфор-32, тритий) позволяют отслеживать пути метаболизма веществ в живых организмах, изучать механизмы химических реакций и процессы в окружающей среде.
• Промышленность и техника:
  • Дефектоскопия: Гамма-излучение от изотопов иридий-192 или кобальт-60 используется для контроля качества сварных швов, литых деталей и трубопроводов на наличие внутренних дефектов (трещин, пустот).
  • Контрольно-измерительные приборы: Радиоизотопные датчики применяются для измерения толщины материалов (например, бумаги или металлического листа), плотности жидкостей и сыпучих веществ, уровня заполнения емкостей.
  • Стерилизация: Гамма-облучение (часто от $^{60}\text{Co}$) используется для стерилизации медицинских инструментов, материалов одноразового использования, а также для обработки пищевых продуктов с целью увеличения срока их хранения.
  • Датчики дыма: В ионизационных детекторах дыма используется небольшое количество америция-241 ($^{241}\text{Am}$) для ионизации воздуха в камере; попадание частиц дыма нарушает этот процесс, что приводит к срабатыванию сигнализации.
• Энергетика:
  • Атомные электростанции (АЭС): Энергия, выделяющаяся при цепной реакции деления ядер тяжелых изотопов, таких как уран-235 ($^{235}\text{U}$) или плутоний-239 ($^{239}\text{Pu}$), используется для производства электроэнергии.
  • Автономные источники энергии: В радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГах) тепловая энергия, выделяющаяся при распаде изотопов (например, плутония-238), напрямую преобразуется в электричество. РИТЭГи применяются для энергоснабжения космических аппаратов (например, «Вояджер», «Кьюриосити») и удаленных автономных объектов на Земле.

Ответ: Радиоактивные изотопы используются в медицине для диагностики и лечения заболеваний, в науке для датировки и исследований, в промышленности для контроля качества и стерилизации, а также в энергетике для производства электроэнергии на АЭС и в автономных источниках питания.