Ответьте на вопросы, страница 225 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Является ли $\beta$-излучение потоком орбитальных электронов?

2. Что происходит с ядром радиоактивного элемента при $\alpha$-, и $\beta$-распадах?

3. Почему частицы с малой проникающей способностью обладают высокой ионизирующей способностью?

1. Является ли β-излучение потоком орбитальных электронов?

Нет, β-излучение не является потоком орбитальных электронов. Орбитальные электроны — это электроны, которые находятся на электронных оболочках вокруг атомного ядра. β-излучение, или поток β-частиц (электронов или позитронов), возникает непосредственно в процессе радиоактивного распада самого ядра.
При β⁻-распаде один из нейтронов в ядре самопроизвольно превращается в протон, электрон и электронное антинейтрино. Схематически этот процесс можно записать так:
$n \rightarrow p + e^{-} + \bar{\nu}_{e}$
Именно этот новорожденный электрон, а не один из орбитальных, с огромной скоростью выбрасывается из ядра и представляет собой β-частицу. Таким образом, β-частицы рождаются внутри ядра, в то время как орбитальные электроны являются частью атома, но не его ядра.

Ответ: Нет, β-излучение — это поток электронов (или позитронов), которые рождаются внутри атомного ядра в результате превращения одних нуклонов в другие, а не поток электронов с атомных оболочек.

2. Что происходит с ядром радиоактивного элемента при α- и β-распадах?

При α- и β-распадах происходит превращение (трансмутация) ядра одного химического элемента в ядро другого элемента, что сопровождается изменением его состава и испусканием соответствующих частиц.
При α-распаде:
Ядро испускает α-частицу, которая является ядром атома гелия ($_{2}^{4}\text{He}$), состоящим из двух протонов и двух нейтронов. В результате этого массовое число ядра (A) уменьшается на 4 единицы, а зарядовое число (Z), равное числу протонов, уменьшается на 2 единицы. Таким образом, исходный элемент превращается в новый элемент, который в таблице Менделеева смещается на две клетки влево. Общая схема α-распада:
$_{Z}^{A}\text{X} \rightarrow _{Z-2}^{A-4}\text{Y} + _{2}^{4}\text{He}$
При β⁻-распаде:
Один из нейтронов в ядре превращается в протон с одновременным испусканием электрона ($_{-1}^{0}\text{e}$) и электронного антинейтрино. В результате этого массовое число ядра (A) не изменяется, так как общее число нуклонов (протонов и нейтронов) остается прежним, а зарядовое число (Z) увеличивается на 1 единицу. Исходный элемент превращается в новый элемент, который в таблице Менделеева смещается на одну клетку вправо. Общая схема β⁻-распада:
$_{Z}^{A}\text{X} \rightarrow _{Z+1}^{A}\text{Y} + _{-1}^{0}\text{e} + \bar{\nu}_{e}$

Ответ: При α- и β-распадах ядро радиоактивного элемента изменяет свой зарядовый номер (а при α-распаде и массовый), превращаясь в ядро другого химического элемента.

3. Почему частицы с малой проникающей способностью обладают высокой ионизирующей способностью?

Ионизирующая и проникающая способности обратно связаны друг с другом. Это объясняется характером взаимодействия заряженных частиц с веществом.
Ионизирующая способность — это способность частицы при движении в среде создавать ионы, выбивая электроны из атомов и молекул. Эта способность тем выше, чем сильнее частица взаимодействует с электронами вещества.
Проникающая способность — это расстояние, которое частица может пройти в веществе, прежде чем потеряет всю свою энергию и остановится.
Частица с высокой ионизирующей способностью (например, α-частица, обладающая большим зарядом $+2$ и значительной массой) очень интенсивно взаимодействует с атомами среды. При каждом таком взаимодействии она отрывает электрон от атома (ионизирует его), но при этом сама теряет часть своей кинетической энергии. Поскольку таких взаимодействий происходит очень много на коротком участке пути, частица быстро расходует всю свою энергию и останавливается. Таким образом, ее пробег в веществе, то есть проникающая способность, оказывается малым.
И наоборот, частицы, которые слабо взаимодействуют с веществом (например, гамма-кванты или нейтрино), вызывают мало ионизаций на единицу пути. Они теряют свою энергию медленно и поэтому могут проходить большие расстояния в веществе, обладая высокой проникающей способностью, но низкой ионизирующей.

Ответ: Частицы с малой проникающей способностью интенсивно взаимодействуют с веществом, вызывая множество актов ионизации на коротком отрезке пути. Из-за этой интенсивной потери энергии на ионизацию они быстро останавливаются, что и обуславливает их малую проникающую способность.