Номер 4, страница 111 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

4. Почему не убывает количество короткоживущих радиоактивных изотопов в атмосферном воздухе, в земной коре?

4. Количество короткоживущих радиоактивных изотопов в атмосфере и земной коре не убывает с течением времени, поскольку их постоянный радиоактивный распад компенсируется непрерывным образованием в результате природных процессов. В результате устанавливается так называемое вековое (или динамическое) равновесие, при котором скорость образования новых ядер равна скорости распада уже существующих, и их общее количество остается примерно постоянным.

Существует два основных механизма, поддерживающих эту равновесную концентрацию:

1. В атмосфере. Короткоживущие изотопы, такие как углерод-14 (${}^{14}\text{C}$) и тритий (${}^{3}\text{H}$), непрерывно образуются в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей. Потоки частиц высоких энергий из космоса (в основном протоны) сталкиваются с ядрами атомов газов воздуха (прежде всего, азота и кислорода), вызывая различные ядерные реакции. Например, наиболее известный изотоп, углерод-14, образуется при захвате ядром атома азота медленного нейтрона (которые сами являются продуктами космических лучей):

${}^{1}_{0}\text{n} + {}^{14}_{7}\text{N} \rightarrow {}^{14}_{6}\text{C} + {}^{1}_{1}\text{p}$

Так как интенсивность космического излучения, достигающего Земли, в среднем постоянна на протяжении тысяч лет, скорость образования ${}^{14}\text{C}$ также остается постоянной, что и уравновешивает его распад.

2. В земной коре. Большинство короткоживущих изотопов в литосфере являются промежуточными членами длинных цепочек распада (радиоактивных рядов) долгоживущих изотопов, сохранившихся в породах с момента формирования Земли. Основными такими "материнскими" изотопами являются уран-238 (${}^{238}\text{U}$), уран-235 (${}^{235}\text{U}$) и торий-232 (${}^{232}\text{Th}$). В процессе их многоступенчатого распада последовательно образуется целый ряд других, нестабильных ядер. Характерным примером является образование короткоживущего радиоактивного газа радона-222 (${}^{222}\text{Rn}$) в цепочке распада урана-238:

${}^{238}_{92}\text{U} \rightarrow \dots \rightarrow {}^{226}_{88}\text{Ra} \rightarrow {}^{222}_{86}\text{Rn} \rightarrow \dots$

В этой цепочке относительно долгоживущий радий-226 (${}^{226}\text{Ra}$, период полураспада около 1600 лет) непрерывно распадается, производя короткоживущий радон-222 (${}^{222}\text{Rn}$, период полураспада 3,8 суток). Поскольку "запас" материнского изотопа радия очень велик и убывает медленно, он служит практически постоянным источником для радона, поддерживая его равновесную концентрацию в горных породах и почвенном воздухе.

Ответ: Количество короткоживущих радиоактивных изотопов не убывает, потому что они непрерывно образуются: в атмосфере — под действием космических лучей, а в земной коре — в качестве дочерних продуктов в цепочках распада долгоживущих радиоактивных элементов, таких как уран и торий.