Искусственная радиоактивность

Физика

Урок № 75

Тема: Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность. Деление тяжелых ядер.

Цель: Дать понятие ядерных реакций. Раскрыть историю искусственной радиоактивности и деления тяжелых ядер.

Тип урока: Объяснительно-иллюстративный.

Ход урока.

I. Организационный момент.

II. Мотивация обучения.

В чем отличие искусственной и естественной радиоактивности?

III. Основная часть.

Ядерные реакции Явление самопроизвольного превращения неустойчивых ядер атомов в ядра других атомов с испусканием частиц и излучением энергии называется естественной радиоактивностью. Почти 90 % известных ядер нестабильны. Радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно заряженные (α-частицы – ядра гелия), отрицательно заряженные (β-частицы – электроны) и нейтральные (γ-частицы – кванты коротковолнового электромагнитного излучения). Магнитное поле позволяет разделить эти частицы. Рис. 1. Схема опыта по обнаружению различных видов радиоактивного излучения. Ф – фотопластинка, – магнитное поле Заряженные частицы регистрируются различными приборами: сцинтилляционными счетчиками, счетчиками Гейгера, камерами Вильсона и т. п. Радиоактивные превращения ядер разделяют на два основных типа. Альфа-распад. При альфа-распаде ядро испускает одну α-частицу, и из одного химического элемента образуется другой, расположенный на две клетки левее в периодической системе Менделеева: Бета-распад. При бета-распаде испускается один электрон, и из одного химического элемента образуется другой, расположенный на клетку правее: При бета-распаде из ядра вылетает еще одна частица, называемая электронным антинейтрино. Эта частица обозначается символом При испускании ядрами атомов нейтральных γ-квантов ядерных превращений не происходит. Испущенный γ-квант уносит избыточную энергию возбужденного ядра; числа протонов и нейтронов в нем остаются неизменными.

Искусственная радиоактивность

В 1934 г. Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что некоторые легкие элементы – бор, магний, алюминий – при бомбардировке их α -частицами полония испускают позитроны. Эмиссия начиналась не сразу же после сближения источника α -частиц и испытываемых образцов легких металлов, а увеличивалась постепенно по мере облучения и достигала некоторой предельной величины. После удаления источника α -частиц эмиссия позитронов не прекращалась, а начинала спадать экспоненциально во времени, как это происходит с активностью радиоактивного вещества. Период полураспада составил для бора 14 мин., для алюминия – 3 мин. 15 с, для магния – 2,5 мин. Выделив радиоактивные продукты из облучаемого вещества, И. Жолио-Кюри и Ф. Жолио-Кюри исследовали их химическую природу.

О результатах исследований они сообщили в заметке, представленной в «Comptes Rendus» Парижской академии наук и лондонский журнал «Nature» в январе 1934 г.

Наблюдаемое явление Ирен и Фредерик Жолио-Кюри объяснили тем, что под влиянием бомбардировки ядер легких элементов α-частицами вначале образуются новые искусственные ядра, которые затем распадаются с испусканием позитрона. В случае алюминия процесс протекает в два этапа. На первом этапе образуется радиофосфор :

Искусственно полученный изотоп фосфора – радиофосфор – неустойчив (период полураспада 3 мин. 15 с) и распадается с образованием стабильного ядра атома , испуская позитрон:

Аналогичные процессы происходят при облучении α-частицами ядер бора и магния с образованием в первом случае радиоазота а во втором – радиокремния .

Результаты, полученные И. и Ф. ЖолиоКюри, открыли новую обширную область для исследований. Их эксперименты показали путь превращения стабильных элементов в радиоактивные, излучающие энергию.