Номер 7.15, страница 39 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

VII. Квантовые явления - номер 7.15, страница 39.

Условие.

7.15 Почему для хранения радиоактивных материалов используют толстостенные свинцовые контейнеры?

Решение.

Решение

Толстостенные свинцовые контейнеры используют для хранения радиоактивных материалов с целью обеспечения радиационной безопасности, то есть для защиты людей и окружающей среды от вредного воздействия ионизирующего излучения.

Радиоактивные материалы являются источником нескольких видов излучения, в основном альфа- ($\alpha$), бета- ($\beta$) и гамма-излучения ($\gamma$). Эти излучения обладают разной проникающей способностью. Альфа- и бета-излучения относительно легко задерживаются даже тонкими преградами. Однако гамма-излучение представляет собой поток высокоэнергетических фотонов (квантов) и обладает очень высокой проникающей способностью, что делает его наиболее опасным при внешнем облучении.

Для эффективной защиты от гамма-излучения требуются материалы, которые хорошо его поглощают. Эффективность поглощения зависит от двух основных параметров вещества:

1. Плотность. Чем плотнее вещество, тем больше атомов встречается на пути излучения и тем выше вероятность взаимодействия.
2. Атомный номер (Z). Вещества с большим атомным номером (тяжелые элементы) эффективнее поглощают гамма-кванты.

Свинец (Pb) является оптимальным выбором для изготовления защитных контейнеров, так как он сочетает в себе все необходимые качества:

• Он имеет очень высокую плотность ($\rho \approx 11,34 \, \text{г/см}^3$) и большой атомный номер ($Z=82$).
• Он относительно доступен по цене и прост в обработке по сравнению с другими плотными металлами, такими как вольфрам или золото.

Необходимость в толстых стенках объясняется тем, что интенсивность излучения ослабляется по мере прохождения через защитный слой. Этот процесс описывается экспоненциальным законом: $I = I_0 \cdot e^{-\mu x}$ где $I_0$ — начальная интенсивность излучения, $I$ — интенсивность после прохождения слоя толщиной $x$, а $\mu$ — линейный коэффициент ослабления, зависящий от материала и энергии излучения.

Из формулы видно, что чем больше толщина стенки $x$, тем сильнее ослабляется излучение. Толщина стенок контейнера рассчитывается таким образом, чтобы ослабить излучение от источника внутри до уровня, который является безопасным для людей и окружающей среды снаружи контейнера.

Ответ: Толстостенные свинцовые контейнеры используются для хранения радиоактивных материалов, потому что свинец, благодаря своей высокой плотности и большому атомному номеру, эффективно поглощает наиболее проникающее и опасное гамма-излучение. Толстые стенки необходимы для того, чтобы ослабить интенсивность излучения до безопасного уровня.