Номер 24, страница 22, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава VI. Атомное ядро и ядерная энергетика. Параграф 25. Атомное ядро - номер 24, страница 22.

Условие.

24. Что общего и чем различаются $\beta$- и $\gamma$-излучения?

Решение.

Общее между β- и γ-излучениями:

1. Происхождение: Оба вида излучения возникают в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер при радиоактивных распадах. Они испускаются нестабильными ядрами, переходящими в более стабильное состояние.

2. Ионизирующая способность: И β-, и γ-излучения являются ионизирующими. Они обладают достаточной энергией, чтобы выбивать электроны из атомов и молекул вещества, через которое проходят, создавая ионы. Это свойство делает их опасными для живых организмов.

3. Сохранение массового числа: При β-распаде и γ-распаде массовое число ($\text{A}$) ядра не изменяется. При β-распаде один из нуклонов (нейтрон или протон) превращается в другой, а при γ-распаде ядро просто переходит из возбужденного состояния в основное.

Различия между β- и γ-излучениями:

1. Физическая природа и состав:

• β-излучение – это поток частиц: электронов (при β⁻-распаде) или позитронов (при β⁺-распаде). Эти частицы имеют массу покоя и электрический заряд.

• γ-излучение – это поток фотонов (квантов) высокочастотного электромагнитного излучения. Фотоны не имеют массы покоя и электрического заряда.

2. Электрический заряд:

• β-частицы заряжены. Электроны несут отрицательный заряд ($-e$), а позитроны – положительный ($+e$). Из-за этого они отклоняются в электрических и магнитных полях.

• γ-кванты электрически нейтральны, поэтому они не отклоняются в электрических и магнитных полях.

3. Масса покоя:

• β-частицы имеют массу покоя, равную массе электрона ($m_e \approx 9.11 \cdot 10^{-31}$ кг).

• γ-кванты (фотоны) не имеют массы покоя ($m_0 = 0$).

4. Скорость:

• Скорость β-частиц может быть очень большой, достигая 99% от скорости света в вакууме ($\text{c}$), но всегда меньше $\text{c}$.

• γ-излучение распространяется со скоростью света в вакууме ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с).

5. Проникающая способность:

• β-излучение обладает средней проникающей способностью. Его может остановить лист алюминия толщиной в несколько миллиметров.

• γ-излучение обладает очень высокой проникающей способностью. Для защиты от него требуются толстые слои плотных материалов, таких как свинец или бетон.

6. Ионизирующая способность:

• β-излучение имеет более высокую ионизирующую способность, чем γ-излучение. Заряженные частицы активнее взаимодействуют с атомами вещества.

• γ-излучение имеет относительно низкую ионизирующую способность. Фотоны взаимодействуют с веществом реже, но при взаимодействии могут передать значительную энергию.

7. Механизм возникновения:

• β-распад изменяет состав ядра: изменяется число протонов ($\text{Z}$) на единицу, а следовательно, происходит превращение одного химического элемента в другой. Например, ${}_{6}^{14}\text{C} \to {}_{7}^{14}\text{N} + e^- + \bar{\nu}_e$.

• γ-излучение сопровождает переход ядра из возбужденного энергетического состояния в более стабильное (с меньшей энергией), при этом состав ядра (число протонов и нейтронов) не меняется.

Ответ:

Общими чертами β- и γ-излучений являются их ядерное происхождение и способность ионизировать вещество. Основные различия заключаются в их физической природе: β-излучение представляет собой поток заряженных частиц (электронов или позитронов), имеющих массу, в то время как γ-излучение — это поток нейтральных безмассовых фотонов (электромагнитное излучение). Эти различия в природе определяют их разные свойства: β-частицы отклоняются в магнитных полях, имеют меньшую проникающую, но большую ионизирующую способность по сравнению с γ-квантами, которые не отклоняются в полях, обладают очень высокой проникающей и меньшей ионизирующей способностью.