Номер 2, страница 326 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 55. Закон радиоактивного распада. Вопросы - номер 2, страница 326.

Условие.

2. В чём причина радиоактивности?

Решение.

Радиоактивность — это явление самопроизвольного (спонтанного) превращения неустойчивых атомных ядер в другие, более стабильные ядра, которое сопровождается испусканием различных частиц или электромагнитного излучения. Фундаментальная причина этого явления — внутренняя нестабильность атомного ядра.

Стабильность ядра определяется балансом двух основных сил, действующих между нуклонами (протонами и нейтронами), из которых состоит ядро:

1. Сильное ядерное взаимодействие. Это чрезвычайно мощная, но короткодействующая сила притяжения, которая связывает все нуклоны вместе, преодолевая электростатическое отталкивание между протонами.

2. Электромагнитное (кулоновское) взаимодействие. Это сила отталкивания, действующая между одноименно заряженными протонами. В отличие от сильного взаимодействия, она является дальнодействующей и её влияние растёт с увеличением числа протонов.

Нестабильность ядра, которая и приводит к радиоактивности, возникает, когда баланс этих сил нарушается. Это может произойти по нескольким причинам:

Неоптимальное соотношение нейтронов и протонов. Для лёгких ядер наиболее стабильными являются те, у которых число протонов ($\text{Z}$) примерно равно числу нейтронов ($\text{N}$), то есть $N/Z \approx 1$. С ростом атомного номера сила кулоновского отталкивания между протонами возрастает. Чтобы компенсировать это отталкивание и сохранить стабильность, тяжёлым ядрам требуется больше нейтронов, чем протонов ($N > Z$). Если соотношение нейтронов и протонов в ядре сильно отличается от стабильного (избыток или недостаток нейтронов), ядро обладает избыточной энергией, становится нестабильным и стремится перейти в более устойчивое состояние путём радиоактивного распада (например, бета-распада).

Большой размер ядра. В очень тяжёлых ядрах (как правило, с зарядовым числом $Z > 83$, то есть после висмута) суммарная сила отталкивания между многочисленными протонами становится настолько велика, что даже большое количество нейтронов не может обеспечить их стабильность. Короткодействующие ядерные силы уже не могут эффективно удержать вместе все нуклоны. Такие ядра являются изначально нестабильными и распадаются (чаще всего через альфа-распад), превращаясь в более лёгкие и, следовательно, более стабильные ядра.

Таким образом, любое нестабильное ядро стремится перейти в состояние с минимально возможной энергией, то есть в более стабильное состояние. Этот переход и осуществляется через радиоактивный распад.

Ответ: Причиной радиоактивности является нестабильность атомных ядер, которая вызвана нарушением баланса между силами притяжения (сильное ядерное взаимодействие) и силами отталкивания (электромагнитное взаимодействие) между нуклонами. Нестабильное ядро самопроизвольно распадается для перехода в более стабильное, низкоэнергетическое состояние.