Номер 3, страница 262 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 63. Деление и синтез ядер. Темы докладов - номер 3, страница 262.

Условие.

3. Радиоактивные элементы.

Решение.

3. Радиоактивные элементы.

Радиоактивные элементы — это химические элементы, атомы которых имеют нестабильные ядра. Эта нестабильность приводит к самопроизвольному (спонтанному) превращению ядер, которое сопровождается испусканием ионизирующего излучения. Этот процесс называется радиоактивным распадом, а само явление — радиоактивностью.

Причиной нестабильности ядра обычно является нарушение оптимального соотношения между количеством протонов и нейтронов. Особенно это характерно для тяжелых элементов, расположенных в конце периодической таблицы Менделеева (все элементы с атомным номером больше 82, то есть после свинца, являются радиоактивными). Однако радиоактивные изотопы (разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие разное количество нейтронов в ядре) существуют и у более легких элементов, например, углерод-14 ($^{14}C$) или калий-40 ($^{40}K$).

Существует несколько основных типов радиоактивного распада:

1. Альфа-распад ($α$-распад): Ядро испускает альфа-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия ($_{2}^{4}He$), состоящее из двух протонов и двух нейтронов. В результате альфа-распада массовое число элемента уменьшается на 4, а заряд (атомный номер) — на 2. Пример: распад урана-238.
$ _{92}^{238}U \rightarrow _{90}^{234}Th + _{2}^{4}He $

2. Бета-распад ($β$-распад): Этот тип распада связан с превращением нуклонов (протонов и нейтронов) внутри ядра.
• Бета-минус распад ($β^{-}$-распад): Нейтрон в ядре превращается в протон, при этом испускается электрон ($e^{-}$) и электронное антинейтрино ($\tilde{\nu}_{e}$). Массовое число ядра не меняется, а его заряд увеличивается на 1. Пример: распад углерода-14.
$ _{6}^{14}C \rightarrow _{7}^{14}N + e^{-} + \tilde{\nu}_{e} $
• Бета-плюс распад ($β^{+}$-распад): Протон в ядре превращается в нейтрон, при этом испускается позитрон ($e^{+}$) и электронное нейтрино ($\nu_{e}$). Массовое число не меняется, а заряд ядра уменьшается на 1. Пример: распад калия-40.
$ _{19}^{40}K \rightarrow _{18}^{40}Ar + e^{+} + \nu_{e} $

3. Гамма-излучение ($γ$-излучение): Часто после альфа- или бета-распада дочернее ядро остается в возбужденном (нестабильном) энергетическом состоянии. Переходя в основное, более стабильное состояние, ядро испускает избыток энергии в виде высокоэнергетического фотона — гамма-кванта. Гамма-распад не изменяет ни массовое число, ни заряд ядра.

Важнейшей характеристикой радиоактивного элемента является период полураспада ($T_{1/2}$) — это время, за которое распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. Период полураспада является константой для каждого конкретного изотопа и может варьироваться от долей секунды до миллиардов лет (например, для урана-238 $T_{1/2} \approx 4.5$ млрд лет).

Радиоактивные элементы бывают как природными (уран, торий, радий, радон), так и полученными искусственно в ядерных реакторах или на ускорителях (плутоний, америций, технеций и все элементы с атомным номером больше 92).

Они находят широкое применение в различных областях:
– в энергетике: уран и плутоний как топливо для атомных электростанций;
– в медицине: диагностика (позитронно-эмиссионная томография) и лечение онкологических заболеваний (лучевая терапия);
– в науке: радиоуглеродный анализ для определения возраста археологических находок, метод меченых атомов в биологии и химии;
– в промышленности: дефектоскопия, стерилизация медицинских инструментов, датчики дыма.

Ответ: Радиоактивные элементы — это химические элементы, обладающие нестабильными атомными ядрами, которые способны к самопроизвольному распаду с испусканием ионизирующего излучения (альфа-частиц, бета-частиц, гамма-квантов). Этот процесс приводит к превращению одного элемента в другой. Ключевой характеристикой является период полураспада — время, за которое распадается половина ядер. Примерами являются уран, радий, плутоний.