Номер 2, страница 266 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 65. Дозиметрия. Вспомните - номер 2, страница 266.

Условие.

Что такое радиоактивность?

Решение.

Радиоактивность — это самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивых атомных ядер в другие ядра, которое сопровождается испусканием ионизирующего излучения. Это явление было открыто в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем и в дальнейшем исследовано Марией и Пьером Кюри.

Причиной радиоактивности является нестабильность атомного ядра. В ядре действуют две основные силы: сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает протоны и нейтроны (нуклоны) вместе, и электростатическое отталкивание между положительно заряженными протонами. У некоторых изотопов (нуклидов) этот баланс нарушен, что приводит к их распаду с целью перехода в более стабильное энергетическое состояние.

Основные виды радиоактивного излучения

Существует несколько основных типов радиоактивного распада, различающихся по виду испускаемых частиц или излучения:

1. Альфа-распад (α-распад): Ядро испускает альфа-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия ($^4_2\text{He}$), состоящее из двух протонов и двух нейтронов. В результате альфа-распада массовое число ядра уменьшается на 4, а заряд (атомный номер) — на 2.
Общая формула реакции: $^A_Z\text{X} \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^4_2\text{He}$.
Пример: распад урана-238: $^{238}_{92}\text{U} \rightarrow ^{234}_{90}\text{Th} + ^4_2\text{He}$.
Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью, но низкой проникающей способностью (задерживаются листом бумаги или кожей человека).

2. Бета-распад (β-распад): Этот тип распада связан с превращением нуклонов внутри ядра и бывает нескольких видов:
- Бета-минус-распад ($β^−$-распад): Нейтрон в ядре превращается в протон, при этом испускается электрон ($e^−$) и электронное антинейтрино ($\tilde{\nu}_e$). Заряд ядра увеличивается на 1, а массовое число не изменяется.
Общая формула: $^A_Z\text{X} \rightarrow ^A_{Z+1}\text{Y} + e^− + \tilde{\nu}_e$.
Пример: распад углерода-14: $^{14}_6\text{C} \rightarrow ^{14}_7\text{N} + e^− + \tilde{\nu}_e$.
- Бета-плюс-распад ($β^+$-распад): Протон в ядре превращается в нейтрон, испуская позитрон ($e^+$) и электронное нейтрино ($\nu_e$). Заряд ядра уменьшается на 1, массовое число остается прежним.
Общая формула: $^A_Z\text{X} \rightarrow ^A_{Z-1}\text{Y} + e^+ + \nu_e$.
Бета-частицы (электроны и позитроны) имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность по сравнению с альфа-частицами (задерживаются слоем алюминия толщиной в несколько миллиметров).

3. Гамма-излучение (γ-излучение): Часто после альфа- или бета-распада дочернее ядро остается в возбужденном (нестабильном) состоянии. Переход этого ядра в основное, более стабильное состояние сопровождается испусканием одного или нескольких гамма-квантов — высокоэнергетических фотонов. Гамма-излучение не изменяет ни массовое число, ни заряд ядра.
Гамма-лучи обладают слабой ионизирующей, но очень высокой проникающей способностью. Для защиты от них требуются толстые слои свинца или бетона.

Основные характеристики радиоактивности

Период полураспада ($T_{1/2}$): Это время, в течение которого распадается половина от исходного количества радиоактивных ядер в образце. Это статистическая величина, которая является постоянной для каждого конкретного радионуклида. Закон радиоактивного распада описывается формулой:
$N(t) = N_0 \cdot 2^{-t/T_{1/2}}$ или $N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$, где $N(t)$ — число нераспавшихся ядер в момент времени $\text{t}$, $N_0$ — начальное число ядер, а $\lambda$ — постоянная распада, связанная с периодом полураспада как $\lambda = \frac{\ln{2}}{T_{1/2}}$.

Активность: Это мера радиоактивности, определяемая как число распадов в единицу времени. Единицей измерения активности в системе СИ является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду.

Ответ: Радиоактивность — это явление спонтанного распада нестабильных атомных ядер, в результате которого происходит испускание ионизирующего излучения (альфа-частиц, бета-частиц, гамма-квантов). Этот процесс приводит к превращению одного химического элемента в другой или изменению энергетического состояния ядра, стремящегося к большей стабильности.