Номер 3, страница 111 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

3. Почему до сих пор на Земле не распались все радиоактивные ядра?

Радиоактивные ядра до сих пор существуют на Земле по нескольким основным причинам, которые действуют как по отдельности, так и в совокупности. Вот главные из них:

1. Очень длинные периоды полураспада

Многие радиоактивные изотопы, которые возникли еще при формировании Солнечной системы и Земли (около 4,5 миллиардов лет назад), называются первичными. Они сохранились до наших дней потому, что их период полураспада ($T_{1/2}$) — время, за которое распадается половина имеющихся ядер, — сопоставим с возрастом Земли или даже значительно превышает его. Следовательно, значительная их часть просто еще не успела распасться.
Примеры таких изотопов:
- Уран-238 ($^{238}\text{U}$): период полураспада составляет примерно 4,47 миллиарда лет. Это означает, что с момента образования Земли распалась лишь примерно половина ее первоначального запаса.
- Торий-232 ($^{232}\text{Th}$): период полураспада — 14,05 миллиарда лет. Этот изотоп распадается еще медленнее, чем уран-238.
- Калий-40 ($^{40}\text{K}$): период полураспада — 1,25 миллиарда лет. Этот изотоп содержится в земной коре, и поэтому он присутствует во многих минералах, в почве и даже в живых организмах, включая человека.

2. Постоянное образование новых радиоактивных ядер

Многие радиоактивные изотопы, особенно с короткими периодами полураспада, не сохранились бы до наших дней, если бы они постоянно не образовывались в природе в результате различных процессов.
- Образование под действием космических лучей (космогенные радионуклиды). Высокоэнергетические частицы из космоса (космические лучи) постоянно бомбардируют верхние слои атмосферы Земли. При столкновении с ядрами атомов газов (азота, кислорода, аргона) они вызывают ядерные реакции, в результате которых рождаются новые радиоактивные ядра. Классический пример — углерод-14 ($^{14}\text{C}$) с периодом полураспада около 5730 лет. Он непрерывно образуется из азота-14 ($^{14}\text{N}$) и поддерживает свою концентрацию в атмосфере. Другие примеры — тритий ($^{3}\text{H}$) и бериллий-10 ($^{10}\text{Be}$).
- Цепочки распада (радиоактивные ряды). Тяжелые первичные изотопы, такие как уран-238 или торий-232, распадаясь, превращаются не в стабильное ядро, а в другое, тоже радиоактивное. Этот процесс продолжается по цепочке, образуя так называемый радиоактивный ряд, пока не будет достигнут стабильный изотоп (обычно изотоп свинца или висмута). Таким образом, в природе постоянно присутствуют относительно короткоживущие дочерние изотопы, например, радий-226 ($^{226}\text{Ra}$, $T_{1/2}$ = 1600 лет) или радон-222 ($^{222}\text{Rn}$, $T_{1/2}$ = 3,8 дня), так как они непрерывно пополняются за счет распада своего долгоживущего "родительского" изотопа.

3. Деятельность человека (искусственные радионуклиды)

В современную эпоху к естественным источникам радиоактивности добавились искусственные. Человек создает радиоактивные изотопы в ядерных реакторах, на ускорителях заряженных частиц и в результате испытаний ядерного оружия. Примеры: плутоний-239 ($^{239}\text{Pu}$), цезий-137 ($^{137}\text{Cs}$).

Ответ: Все радиоактивные ядра на Земле до сих пор не распались, так как, во-первых, существуют изотопы с очень большими периодами полураспада, сопоставимыми с возрастом Земли (например, уран-238), а во-вторых, происходит постоянное образование новых радиоактивных ядер — либо в атмосфере под действием космических лучей (например, углерод-14), либо в ходе распада других, более долгоживущих ядер (радиоактивные ряды).