
- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Национальный исследовательский томский политехнический университет
- •Введение
- •1.Теоретические основы создания учебных изданий
- •2. Разработка модуля учебного издания «Радиоактивные превращения ядер и прохождение ядерного излучения через вещество»
- •2.1. Разработка введения
- •2.2. Разработка блока ориентации
- •2.3. Разработка блока дополнительной информации
- •2.5. Разработка практикума
- •Заключение
2.3. Разработка блока дополнительной информации
Разработан обширный комплекс дополнительных материалов, характеризующих историю открытий в области явления радиоактивности (см. табл. 1).
Предлагаемый материал позволит:
– развить научное мировоззрение студентов в области радиационной безопасности;
– будет способствовать развитию умений работать с профессиональной информацией, размещенной в глобальных компьютерных сетях.
В перечень источников входит информация, освещающая различные аспекты изучения радиоактивности, в том числе, таких как:
Открытие Х-лучей;
Создание камеры Вильсона;
Создание квантовой теории излучения;
Изучение радиоактивности различных элементов;
Открытие состава радиоактивных лучей;
Открытие идеи радиоактивных рядов;
Введение понятие кванта света (фотона) и открытие фундаментального закон, связывающий массу с полной внутренней энергией;
Измерение заряда электрона;
Открытие существования атомного ядра (в опытах по рассеянию α- частиц металлическим фольгами). Ядерная модель строения атома;
Введение понятие изотопа и изотопия у радиоактивных элементов;
Выявление закономерности, который говорит что, порядковый номер элемента в Периодической Системе равен заряду ядра его атомов;
Создание теории атома: условие существования стационарных состояний атома; условие частот излучения;
Статистическая электронная теория строения атомов и молекул;
Введения понятия Эффекта Комптона;
Открытие волнового уравнения;
Введения понятия соотношения неопределенности;
Открытие протонно-нейтронной модели ядра;
Открытие капельной модели ядра - качественная теория деления ядер;
Введения понятия количественного анализа цепной реакции деления урана на медленных нейтронах и формулировка условий ядерного взрыва.
К категории обязательных отнесены работы следующие материалы:
Открытие Х-лучей;
Создание камеры Вильсона;
Состав радиоактивных лучей – альфа- и бета-лучи;
Открытие гамма-лучей;
Квантовая теория излучения;
Введение понятия радиоактивности;
Модель атома: положительный заряд равномерно распределен по всему объему атома; внутри этого положительно заряженного облака находятся электроны, группирующиеся (если их больше одного) в определенные устойчивые конфигурации;
Понятие кванта света (фотона) и фундаментальный закон, связывающий массу с полной внутренней энергией;
Открытие существования атомного ядра (в опытах по рассеянию α- частиц металлическим фольгами). Ядерная модель строения атома;
Свойства элементов суть периодической функции зарядов ядер их атомов;
Определение понятия химического элемента;
Эффект Комптона;
Принцип запрета Паули;
Волновое уравнение;
Количественный анализ цепной реакции деления урана на медленных нейтронах и формулировка условий ядерного взрыва.
Студентам рекомендовано дополнительно ознакомится со следующими материалами:
Начало экспериментов с трубкой Крукса и газовым разрядом;
Состав радиоактивных лучей – альфа- и бета-лучи;
Квантовая теория излучения;
Идея радиоактивных рядов – продуктов распада урана и тория;
Измерение заряда электрона;
Разделение химически неделимых радиоэлементов с помощью метода диффузии;
Магнитный момент ядер;
Свойства нейтрино;
Распад урана на два осколка примерно равной массы;
Капельная модель ядра - качественная теория деления ядер.
Таблица 1 Краткая история открытий в области радиоактивности
Дата |
Кто открыл |
Открытие |
1890 |
В. Крукс |
Начало экспериментов с трубкой Крукса и газовым разрядом |
дед, отец и сын Беккерели |
Исследование люминесценции флуоресценции |
|
1895 |
К. Рентген |
Открытие Х-лучей, проникающих через бумагу, листы фольги и т.п. и заставляющих светиться в темноте картон, покрытый флуоресцирующим веществом – платиносинеродистым барием |
1896 |
А.Беккерель |
Явление
радиоактивности соли урана –
|
1897 |
Дж.Томсон |
Руды, содержащие уран, обладают радиоактивностью, большей, чем чистый уран. Открытие электрона и определение его массы |
Ч.Вильсон |
Создание камеры Вильсона |
|
1898 |
Г.Шмидт |
Радиоактивность тория |
М.Склодовская-Кюри, П.Кюри, Ж.Демон |
Выделение полония и радия из урановой руды |
|
1899 |
Э.Резерфорд |
Радон - торон , т. е. радон- 220 |
А.Дебьерн |
Открытие актиния |
|
П. и М.Кюри |
Обнаружение способности излучения от солей радия преобразовывать кислород в озон, вызывать потемнение стекла а также цвет кристаллов платиносинеродистого и хлористого бария |
|
1898- 1900 |
Э.Резерфорд, М. и П.Кюри, П. Виллар |
Состав радиоактивных лучей – альфа- и бета-лучи |
1900 |
П.Вийяр |
Открытие гамма-лучей |
Дорн |
Открытие основного изотопа радона, радон-222 |
|
М.Планк |
Квантовая теория излучения |
|
1901 |
М.Кюри |
Введение понятия радиоактивности |
1902 |
Э.Резерфорд, Ф.Содди |
Механизм радиоактивного процесса как явления самопроизвольного распада химических элементов |
В.Томсон |
Модель атома: положительный заряд равномерно распределен по всему объему атома; внутри этого положительно заряженного облака находятся электроны, группирующиеся (если их больше одного) в определенные устойчивые конфигурации |
|
Э.Резерфорд, Ф.Содди |
Открытие эманации тория (торона) и доказательство, что он – инертный газ |
|
1903 |
В.Рамзай и Ф.Содди |
Осознание возможности того, что испускание радиации приводит к превращению химических элементов. Образование гелия при α-распаде |
П.Кюри, Ж.Данн |
Измерение коэффициента диффузии эманации радия в воздухе |
|
Э.Резерфорд, Ф.Содди |
Идея радиоактивных рядов – продуктов распада урана и тория |
|
В.Томсон |
Слоистая теория строения атома |
|
1905 |
А.Эйнштейн |
Понятие кванта света (фотона) и фундаментальный закон, связывающий массу с полной внутренней энергией |
Э. Швейдлер |
Статистический характер радиоактивных превращений |
|
О.Хан |
Открытие радиотория
( |
|
1906 |
Н.Кэмпбелл, А.Вуд |
β- активность калия и рубидия |
1908 |
Г.Гейгер |
Изучение рассеяния альфа частиц на тонких фольгах |
Ч.Баркла, Ч.Сандлер |
Характеристическое рентгеновское излучение, как фундаментальное свойство атома |
|
1909 |
Дж.Грэй |
Только свинец может быть конечным продуктом уранового ряда |
1910 |
А.Дебьерн |
Открытие актинона |
Р.Милликен |
Измерение заряда электрона |
|
М.Кюри, А.Дебьерн |
Получение чистого металлического радия |
|
1911 |
Э.Резерфорд |
Открытие существования атомного ядра (в опытах по рассеянию α- частиц металлическим фольгами). Ядерная модель строения атома |
Г.Гейгер, Дж.Нэтол |
Постоянные распада α-излучателей связаны с длиной пробега α-частиц |
|
1912 |
М.Лауэ |
Дифракция рентгеновских лучей на кристалле сульфида цинка |
Н.Бор |
Свойства элементов суть периодической функции зарядов ядер их атомов |
|
1913 |
Ф.Содди |
Введение понятие изотопа и изотопия у радиоактивных элементов |
Ван-ден-Брук |
Порядковый номер элемента в Периодической Системе равен заряду ядра его атомов |
|
Н.Бор |
Теория атома: условие существования стационарных состояний атома; условие частот излучения |
|
Г.Мозли |
Закон Мозли: длина волны рентгеновского характеристического излучения элемента определяется зарядом его ядра; зависимость квадратного корня из частоты характеристического излучения от порядкового номера элементов |
|
1913-1914 |
Ф.Содди, К.Фаянс |
Формулировка правила сдвига (смещения), согласно которому α-распад всегда приводит к возникновению изотопа элемента, смещённого на две клетки от исходного к началу периодической системы (и имеющего на четыре единицы меньше атомное число); β - распад приводит к возникновению изотопа элемента, смещённого на одну клетку от исходного к концу периодической системы (и притом с тем же массовым числом) |
1914 |
Г.Мозли |
Свойства элементов суть периодической функции зарядов ядер их атомов |
Г.Хевеши |
Разделение химически неделимых радиоэлементов с помощью метода диффузии |
|
Э.Резерфорд |
Дифракция гамма-лучей на кристалле |
|
1915 |
В.Гаркинс, Э.Вильсон |
Эффект упаковки |
1916 |
Ф.Панет |
Определение понятия химического элемента |
В.Коссель, Г.Льюис |
Статистическая электронная теория строения атомов и молекул |
|
А.Зоммерфельд |
Движение электронов в атоме по эллиптическим орбитам, квантовые числа |
|
1917 |
Ф.Содди |
Изотопы высшего порядка – ядерные изомеры |
1919 |
Э.Резерфорд |
Первое искусственное
превращение химического элемента
(азота – в кислород по реакции
|
1920 |
Г.Хевеши |
Явление изотопного обмена |
1921 |
Н.Бор |
Строение атомов – связь периодичности их химических и спектральных свойств с характером формирования электронных конфигураций по мере роста заряда ядра |
Дж.Томсон |
Относительная распространенность изотопов данного элемента |
|
О.Хан |
Ядерная изомерия у естественных изотопов |
|
1922 |
Л. Де Бройль |
Согласование корпускулярных и волновых свойств излучений в рамках единой теории – корпускулярно-волновой дуализм, идея дифракции электрона |
1923 |
В.Паули |
Принцип запрета Паули |
А.Комптон |
Эффект Комптона |
|
В.Паули |
Магнитный момент ядер |
|
1925 |
П.Блэкетт |
Экспериментальные доказательства механизма расщепления ядер α- частицами |
Дж.Кокрофт, Э.Уолтон |
Ядерные реакции под действием ускоренных протонов |
|
1926 |
Э.Шредингер |
Волновое уравнение |
Э.Ферми, П.Дирак |
Квантовая статистика, описывающая поведение частиц с полуцелым спином |
|
В.Гейзенберг |
Соотношение неопределенности |
|
Э.Ферми, Л.Томсон |
Статистическая модель атома |
|
П.Дирак |
Связь квантовой механики с теорией относительности, вывод волнового уравнения, составляющего основу релятивисткой квантовой механики |
|
1927 |
Ф.Астон |
Кривая зависимости упаковочных коэффициентов от массовых чисел |
1928 |
Г.Гамов |
Теория α-распада |
1930 |
П.Дирак, Р.Оппенгеймер |
Предсказание существования позитрона |
Ф.Розетти |
«Азотная катастрофа» |
|
В.А.Амбарцумян, Д.Д.Иваненко |
Гипотеза об отсутствии в ядре электронов |
|
В.Боте, Г.Беккер |
Возникновение сильнопроникающего излучения при бомбардировке α-частицами бериллия (нейтроны) |
|
В.Паули |
Постройка циклотрона |
|
1931 |
Э.Лоуренс |
Первое предположение существования позитрона |
1932 |
Г.Юри |
Открытие дейтерия |
Дж.Чэдвиг |
Доказательство существования нейтрона |
|
Д.Д.Иваненко, В.Гейзенберг |
Протонно-нейтронная модель ядра |
|
Э.Ферми |
Название нейтрино для нейтральной частицы В.Паули |
|
К.Андерсон |
Возможность существования позитрона |
|
1933 |
И.Желио-Кюри, Ф.Желио-Кюри |
Схема образования нейтрона при облучении бериллия альфа-частицами |
В.Паули |
Свойства нейтрино |
|
П.Оже |
Медленные нейтроны |
|
Э.Ферми |
Теория бета-распада с учетом нейтрино |
|
И.Желио-Кюри, Ф.Желио-Кюри |
Образование электрон-позитронных пар из жесткого гамма-кванта |
|
1934 |
И.Желио-Кюри, Ф.Жолио-Кюри |
Искусственная
радиоактивность: обнаружение, что при
бомбардировке α-частицами алюминия
и бора, возникают радиоактивные изотопы
фосфора и азота:
|
Г.Гамов |
Предсказание ядерной изомерии |
|
Л.Сциллард |
Возможность осуществления цепной ядерной реакции |
|
В.Эльзассер |
Расчет по уравнению Шредингера последовательности заполнения ядерных уровней |
|
И.Ф.Жолио-Кюри |
Позитронный ( |
|
Э.Ферми |
Ядерные реакции под действием нейтрона |
|
1935 |
А.Демпстер |
Открытие урана-235 |
Х.Юкава |
Сущность ядерных сил |
|
Г.Хевеши |
Радиоактивность калия связана с изотопом |
|
Х.Юкава |
Захват орбитального электрона |
|
Б.В.Курчатов, И.В.Курчатов, Л.И.Мысовский |
Ядерная изомерия у искусственных изотопов |
|
1936 |
Г.Ван-Вургис |
Ядерная изомерия у изотопов – существование метастабильных возбуждённых ядер с большими (до сотен лет) временами жизни. Причина ядерной изомерии |
1937 |
К.Перрье, Э.Сегре |
Синтез технеция |
1938 |
Л.Альварец |
Электронный захват: К-захват |
О.Хан, Ф.Штрассман |
Вынужденное деление урана |
|
Л.Русинов, Б.Понтекорво |
Конверсионное излучение ядерных изомеров |
|
1939 |
М.Перей |
Открытие франция |
Л.Мейтнер, О.Фриш |
Распад урана на два осколка примерно равной массы |
|
Н.Бор |
Капельная модель ядра - качественная теория деления ядер |
|
Н.Бор, Дж. Уиллер |
Количественная теория деления ядер |
|
Р.Робертс |
Испускание запаздывающих нейтронов |
|
1940 |
Э.Макмиллан, П.Абельсон |
Синтез нептуния |
Г.Сиборг, Э.Макмиллан |
Синтез плутония |
|
К.А.Петржак, Г.Н.Флеров |
Спонтанное деление урана |
|
Я.Б.Зельдович, Ю.Б.Харитон |
Количественный анализ цепной реакции деления урана на медленных нейтронах и формулировка условий ядерного взрыва |
|
1941 |
Дж.Кеннеди, Г.Сиборг |
Деление плутония |
1945 |
Г.Сиборг |
Идея ряда актинидов |
Дж.Маринский |
Открытие прометия |
|
Г.Сиборг |
Открытие америция |
|
1948 |
Г.Сиборг |
Выделение плутония из природного объекта |
М.Гепперт-Майер |
Обоснование существования «магических ядер» |
|
Г.Сиборг |
Формулировка актиноидной гипотезы |
|
1949 |
С.Томсон, Г.Сиборг |
Синтез берклия |
Б.Пунтекорво |
L- захват |
|
Э.Сегре |
Зависимость скорости электронного захвата от химического состояния |
|
1950 |
С.Томсон, Г.Сиборг |
Синтез калифорния |
1952 |
П.Мерил |
Синтез технеция |
1955 |
А.Гиорсо |
Синтез менделевия |
Ч.Коэн |
Экспериментальное подтверждение существования нейтрино |
|
1955 - 1995 |
Г.Сиборг, А.Гиорсо, Г.Н.Флеров |
Синтез элементов 100 – 114 с использованием пучков ускоренных ионов |
1958 |
М.Гепперт-Майер |
Расчет по уравнению Шредингера последовательности заполнения ядерных уровней |
1959 |
П.Е.Спивак |
Точное определение периода полураспада свободного нейтрона, 11,7 мин |
1962 |
В.А.Карнаухов, В.Г.Субботин |
Протонный распад |
|
Бета-распад на связанные состояния атом (β-распад полностью ионизированного атома на связанные атомные состояния) |
|
1967 |
Н.Н.Крот |
Испускание запаздывающих (длиннопробежных) α-частиц. Соединения семивалентных нептуния и плутония |
1970 |
Дж.Черны |
Протонный распад – испускание запаздывающих протонов |
1971 |
Г.Сиборг |
«Островки стабильности» |
1984 |
H.J.Rose, Д.В.Александров |
Кластерная радиоактивность |
Список литературы для углубленного изучения материала:
Савенко В.С. Радиоэкология. — Мн.: Дизайн ПРО, 1997.
А.В.Шумаков Краткое пособие по радиационной медицине. Луганск -2006
Бекман И.Н. Лекции по ядерной медицине
Л.Д. Линденбратен, Л.Б. Наумов Медицинская рентгенология. М. Медицина 1984
П.Д.Хазов, М.Ю.Петрова. Основы медицинской радиологии. Рязань,2005
П.Д. Хазов. Лучевая диагностика. Цикл лекций. Рязань. 2006