Лабораторная работа № 15 Изучение свойств радиоактивных излучений

1. В чем состоит явление радиоактивности?

В 1896 г. французский физик Анри Беккерель случайно положил кусок урановой руды на стопку не проявленных фотографических пластинок, завернутых в черную бумагу. Проявив пластинки, он удивился, обнаружив на них черные пятна. Какое-то неизвестное излучение испускалось урановой рудой и оставляло на пластинках изображение, имеющее форму куска руды. Это излучение было названо радиоактивным.

Таким образом, радиоактивностью называется свойство ядер спонтанно (т.е. без каких либо внешних воздействий) распадаться с образованием новых элементов и испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным излучением.

2. Какова природа альфа-, бета- и гамма-излучений?

Резерфорд обнаружил, что излучение радиоактивных веществ разделяется магнитным полем на слабо отклоняемый пучок положительно заряженных частиц (α - частицы) и сильно отклоняемый пучок отрицательно заряженных частиц (β – частицы). Впоследствии Пауль Виллард открыл еще одну компоненту излучения – γ лучи, которые испускаются радиоактивными источниками и не отклоняются магнитным полем.

Альфа-лучи представляют собой поток ядер атомов гелия . Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов и соответственно имеет атомный номер, равный 2 и массовое число 4. Это было доказано прямыми опытами Резерфорда и Содди. Так, газ радон , испуская α- лучи, создает в закрытом сосуде атомы гелия, что обнаруживается по спектру излучения.

Начальная скорость альфа-частиц имеет порядок (1,5 - 2,0)·10⁷ м/с.

Бета-лучи представляют собой поток электронов или позитронов. Это вытекает, в частности, из того, что они оказывают такое же действие как и катодные лучи и имеют равный с ними удельный заряд (e/m), измеряемый при их движении в электрическом и магнитном полях.

Гамма-лучи являются коротковолновым электромагнитным излучением с длиной волны, не превышающей 10^-2 нм и, следовательно, характеризуются высочайшей энергией фотонов Е > 0,1 МэВ.

Гамма-излучение не является самостоятельным типом радиоактивности. Оно сопровождает процессы α- и β-распадов и не вызывает изменения заряда и массового числа ядер. Установлено, что γ-лучи испускаются дочерними ядрами, которые в момент своего образования оказываются возбужденными и «сбрасывают» свою энергию за время 10^-13 – 10^-14с.

3. Каков состав ядра атома? Как, пользуясь периодической таблицей д.И. Менделеева, можно определить состав атомного ядра того или иного химического элемента?

4. Какова физика процессов, происходящих при альфа- и бета-распадах ядер?

При α - радиоактивности заряд ядра уменьшается на 2 единицы (в единицах заряда протона) и массовое число - на 4 единицы. Продукт распада помещается в таблице Менделеева на две клеточки левее исходного элемента. При ^--распаде массовое число не меняется, а зарядовое число увеличивается на единицу – происходит сдвиг элемента в таблице Менделеева на одну клетку вправо.

5. Каков механизм воздействия радиоактивных излучений на вещество?

По мере проникновения частиц радиоактивного излучения в глубь вещества в результате ряда последующих соударений энергия частиц постепенно уменьшается и, наконец, когда она достигает уровня теплового движения, ионизация прекращается. При этом α-частица присоединяет два электрона (из свободных электронов, имеющихся во всяком веществе) и превращается в атом гелия. Отрицательная β-частица (электрон) остается в свободном состоянии или присоединяется к какому-либо атому или иону вещества. Гамма-фотон поглощается электроном, с которым он имел последнее соударение.