Темы докладов, страница 249 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 60. Радиоактивность. Вопросы - страница 249.

Условие.

Естественная радиоактивность.

Решение.

Естественная радиоактивность — это самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивых атомных ядер, существующих в природе, в другие ядра, которое сопровождается испусканием ионизирующего излучения: частиц (например, альфа-частиц, бета-частиц) и/или электромагнитного излучения (гамма-квантов). Это явление отличает естественную радиоактивность от искусственной, которая вызывается целенаправленным воздействием на стабильные ядра в лабораторных условиях.

Явление радиоактивности было открыто в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем. Он случайно обнаружил, что соли урана самопроизвольно испускают невидимое излучение, способное засвечивать фотопластинку, завернутую в черную бумагу. Позже исследования были продолжены Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри, которые открыли новые, гораздо более радиоактивные элементы — полоний и радий — и ввели сам термин «радиоактивность».

Существует несколько основных видов естественного радиоактивного распада:

Альфа-распад (α-распад). При этом распаде ядро испускает альфа-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия ($^{4}_{2}\text{He}$). В результате этого процесса массовое число исходного ядра уменьшается на 4, а его зарядовое число (порядковый номер) уменьшается на 2.
Общая схема реакции: $ ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^{4}_{2}\text{He} $.
Пример: распад урана-238 в торий-234: $ ^{238}_{92}\text{U} \rightarrow ^{234}_{90}\text{Th} + ^{4}_{2}\text{He} $.

Бета-распад (β-распад). Этот тип распада связан с превращением одного из нуклонов (протона или нейтрона) в ядре. Наиболее распространенным в природе является электронный бета-распад ($β^−$-распад), при котором нейтрон в ядре превращается в протон, при этом испускаются электрон ($e^−$) и электронное антинейтрино ($\bar{\nu}_e$). Массовое число ядра не меняется, а зарядовое число увеличивается на 1.
Схема реакции: $ ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A}_{Z+1}\text{Y} + e^− + \bar{\nu}_e $.
Пример: распад углерода-14 в азот-14: $ ^{14}_{6}\text{C} \rightarrow ^{14}_{7}\text{N} + e^− + \bar{\nu}_e $.

Гамма-распад (γ-распад). Этот процесс представляет собой испускание ядром высокоэнергетического фотона (гамма-кванта). Он, как правило, сопровождает альфа- и бета-распады. После основного акта распада дочернее ядро может оказаться в возбужденном состоянии и, переходя в основное, более стабильное состояние, излучает избыток энергии в виде гамма-кванта. Ни массовое, ни зарядовое число ядра при этом не изменяются.
Схема реакции: $ ^{A}_{Z}\text{X}^* \rightarrow ^{A}_{Z}\text{X} + \gamma $ (звездочка означает возбужденное состояние ядра).

Источниками естественной радиоактивности являются радионуклиды, которые можно разделить на три основные группы:
1. Первичные (изначальные) радионуклиды. Они существуют со времен образования Земли и имеют очень большие периоды полураспада, сопоставимые с возрастом Солнечной системы. К ним относятся, например, уран-238, уран-235, торий-232 и калий-40.
2. Вторичные (дочерние) радионуклиды. Это продукты распада первичных радионуклидов. Они образуют так называемые радиоактивные ряды (семейства), которые начинаются с долгоживущего изотопа и через цепочку распадов приходят к стабильному изотопу (обычно свинца). Примерами являются радий-226 и радон-222 из ряда урана-238.
3. Космогенные радионуклиды. Они непрерывно образуются в земной атмосфере в результате взаимодействия космических лучей с ядрами атомов газов (азота, кислорода, аргона). Наиболее известные примеры — углерод-14 (используется в радиоуглеродном анализе) и тритий ($^{3}\text{H}$).

Естественная радиоактивность является основной причиной существования естественного радиационного фона — ионизирующего излучения, которому постоянно подвергаются все живые организмы и объекты на Земле.

Ответ: Естественная радиоактивность — это спонтанный распад нестабильных атомных ядер, встречающихся в природе, который сопровождается испусканием ионизирующего излучения (альфа-, бета-частиц, гамма-квантов). Она была открыта Анри Беккерелем в 1896 году. Основными источниками являются первичные радионуклиды, сохранившиеся со времен образования Земли (например, уран, торий, калий-40), их дочерние продукты (радий, радон) и космогенные радионуклиды, образующиеся под действием космических лучей (углерод-14). Это явление создает естественный радиационный фон планеты.