Номер 73.22, страница 250 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 73. Радиоактивный распад. Глава 10. Квантовые явления - номер 73.22, страница 250.

73.22 [1675] Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

Радиоактивные препараты являются источниками ионизирующего излучения, которое представляет опасность для живых организмов. В процессе радиоактивного распада атомные ядра испускают различные виды излучений, в основном альфа-частицы ($\alpha$), бета-частицы ($\beta$) и гамма-кванты ($\gamma$).

Эти излучения обладают разной проникающей способностью. Альфа- и бета-излучения относительно легко поглощаются различными материалами. Так, альфа-частицы полностью задерживаются листом бумаги, а бета-частицы — тонким слоем алюминия. Однако гамма-излучение, представляющее собой поток высокоэнергетических фотонов, обладает очень высокой проникающей способностью и может проходить через значительные толщи вещества. Именно для защиты от гамма-лучей требуется специальная защита.

Свинец (Pb) используется в качестве защитного материала по двум ключевым причинам:

1. Высокая плотность. Плотность свинца очень высока ($ \rho \approx 11,34 \text{ г/см}^3 $). Это означает, что в небольшом объеме материала содержится большое количество атомов, что увеличивает вероятность взаимодействия гамма-квантов с веществом и их последующего поглощения.

2. Большой атомный номер. Свинец имеет большой атомный номер ($Z=82$). Эффективность поглощения гамма-излучения сильно зависит от атомного номера вещества-поглотителя. Чем тяжелее ядра атомов (чем больше в них протонов и нейтронов), тем эффективнее они взаимодействуют с гамма-квантами и ослабляют их поток.

Стенки контейнеров делают толстыми, так как ослабление интенсивности гамма-излучения при прохождении через вещество описывается экспоненциальным законом: $I = I_0 e^{-\mu x}$. В этой формуле $I_0$ — начальная интенсивность излучения, $I$ — интенсивность после прохождения слоя толщиной $x$, а $\mu$ — линейный коэффициент ослабления, который зависит от свойств материала (свинца) и энергии гамма-квантов. Из формулы видно, что для существенного уменьшения интенсивности излучения (особенно от мощных источников) требуется значительная толщина защитного слоя $x$.

Таким образом, толстостенные свинцовые контейнеры представляют собой надежный барьер, снижающий уровень опасного гамма-излучения до безопасных значений.

Ответ: Радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах для защиты от проникающего ионизирующего излучения, в первую очередь от гамма-лучей. Свинец эффективно поглощает гамма-излучение благодаря своей высокой плотности и большому атомному номеру. Толстые стенки необходимы для того, чтобы ослабить интенсивность излучения до безопасного для человека и окружающей среды уровня.