Radioaktywność to zdolność do spontanicznej emisji. Radioaktywność jako dowód złożonej budowy atomów
Radioaktywność to zdolność atomów niektórych izotopów do spontanicznego rozpadu, emitując promieniowanie. Becquerel jako pierwszy odkrył takie promieniowanie emitowane przez uran, dlatego początkowo promieniowanie radioaktywne nazwano promieniami Becquerela. Głównym rodzajem rozpadu promieniotwórczego jest wyrzucenie cząstek alfa z jądra atomu - rozpad alfa (patrz promieniowanie alfa) lub cząstek beta - rozpad beta (patrz promieniowanie beta).
Podczas rozpadu radioaktywnego pierwiastek pierwotny zamienia się w atom innego pierwiastka. W wyniku wyrzucenia cząstki alfa, będącej kombinacją dwóch protonów i dwóch neutronów, z jądra atomu, liczba masowa powstałego atomu (patrz) zmniejsza się o cztery jednostki i okazuje się, że przesunięty w tabeli D.I. Mendelejewa o dwie komórki w lewo, ponieważ Liczba atomowa pierwiastka w tabeli jest równa liczbie protonów w jądrze atomu. Po wyrzuceniu cząstki beta (elektronu) jeden neutron w jądrze przekształca się w proton, w wyniku czego powstały atom zostaje przesunięty w tabeli D.I. Mendelejewa o jedną komórkę w prawo. Jego masa pozostaje prawie niezmieniona. Wyrzut cząstki beta jest zwykle kojarzony z (patrz).
Rozpad dowolnego izotopu promieniotwórczego przebiega zgodnie z następującym prawem: liczba atomów rozpadających się w jednostce czasu (n) jest proporcjonalna do liczby atomów (N) dostępnych w danym czasie, tj. n=λN; współczynnik λ nazywany jest stałą rozpadu promieniotwórczego i jest powiązany z okresem półtrwania izotopu (T) stosunkiem λ = 0,693/T. To prawo rozpadu prowadzi do tego, że dla każdego okresu czasu równego okresowi półtrwania T ilość izotopu zmniejsza się o połowę. Jeśli atomy powstałe w wyniku rozpadu promieniotwórczego również okażą się radioaktywne, wówczas stopniowo akumulują się, aż do ustalenia się równowagi radioaktywnej pomiędzy izotopami macierzystymi i potomnymi; w tym przypadku liczba atomów izotopu potomnego utworzonych w jednostce czasu jest równa liczbie atomów rozpadających się w tym samym czasie.
Znanych jest ponad 40 naturalnie występujących izotopów promieniotwórczych. Większość z nich dzieli się na trzy serie (rodziny) promieniotwórczych: uranowo-radową i aktynową. Wszystkie te izotopy promieniotwórcze są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Ich obecność w skałach, wodach, atmosferze, roślinach i organizmach żywych powoduje naturalną lub naturalną radioaktywność.
Oprócz naturalnych izotopów promieniotwórczych znanych jest obecnie około tysiąca sztucznie radioaktywnych izotopów. Otrzymuje się je w reakcjach jądrowych, głównie w reaktorach jądrowych (patrz). Wiele naturalnych i sztucznych izotopów promieniotwórczych jest szeroko stosowanych w medycynie do leczenia (patrz Radioterapia), a zwłaszcza do diagnozowania chorób (patrz). Zobacz także Promieniowanie jonizujące.
Radioaktywność (od łacińskiego promień – ray i activus – efektywna) to zdolność niestabilnych jąder atomowych do samoistnego przekształcania się w inne, bardziej stabilne lub stabilne jądra. Takie przekształcenia jąder nazywane są radioaktywnymi, a same jądra lub odpowiadające im atomy nazywane są radioaktywnymi jądrami (atomami). Podczas przemian radioaktywnych jądra emitują energię albo w postaci naładowanych cząstek, albo w postaci promieni gamma promieniowania elektromagnetycznego lub promieni gamma.
Przemiany, w których jądro jednego pierwiastka chemicznego zamienia się w jądro innego pierwiastka o innej liczbie atomowej, nazywane są rozpadem promieniotwórczym. Izotopy promieniotwórcze (patrz), powstałe i istniejące w warunkach naturalnych, nazywane są naturalnie radioaktywnymi; te same izotopy otrzymane sztucznie w reakcjach jądrowych są sztucznie radioaktywne. Nie ma zasadniczej różnicy między naturalnie i sztucznie radioaktywnymi izotopami, ponieważ właściwości jąder atomowych i samych atomów są określone jedynie przez skład i strukturę jądra i nie zależą od metody ich powstawania.
Radioaktywność odkrył w 1896 roku A. N. Becquerel, który odkrył promieniowanie uranu (patrz), które może powodować czernienie emulsji fotograficznej i jonizację powietrza. Curie-Skłodowska jako pierwsza zmierzyła intensywność promieniowania uranu i jednocześnie z niemieckim naukowcem G. S. Schmidtem odkryła radioaktywność toru (patrz). Właściwość izotopów do spontanicznego emitowania niewidzialnego promieniowania została nazwana przez Curie radioaktywnością. W lipcu 1898 roku ogłosili odkrycie nowego pierwiastka promieniotwórczego, polonu, w rudzie żywicy uranowej (patrz). W grudniu 1898 r. wraz z G. Bemontem odkryli rad (patrz).
Po odkryciu pierwiastków promieniotwórczych wielu autorów (Becquerel, Curie, Rutherford i in.) ustaliło, że pierwiastki te mogą emitować trzy rodzaje promieni, które inaczej zachowują się w polu magnetycznym. Zgodnie z sugestią Rutherforda (E. Rutherford, 1902) promienie te nazwano promieniami alfa (patrz promieniowanie alfa), beta (patrz promieniowanie beta) i promieniami gamma (patrz promieniowanie gamma). Promienie alfa składają się z dodatnio naładowanych cząstek alfa (podwójnie zjonizowane atomy helu He4); promienie beta - z ujemnie naładowanych cząstek o małej masie - elektronów; Promienie gamma mają charakter podobny do promieni rentgenowskich i są kwantami promieniowania elektromagnetycznego.
W 1902 roku Rutherford i F. Soddy wyjaśnili zjawisko promieniotwórczości poprzez samoistną przemianę atomów jednego pierwiastka w atomy innego pierwiastka, zachodzącą zgodnie z prawami przypadku i towarzyszącą wyzwoleniu energii w postaci alfa, beta i promienie gamma.
W 1910 r. M. Curie-Skłodowska wraz z A. Debierne uzyskały czysty metaliczny rad i zbadały jego właściwości radioaktywne, w szczególności zmierzyły stałą rozpadu radu. Wkrótce odkryto szereg innych pierwiastków radioaktywnych. Debierne i F. Giesel odkryli ukwiał. Hahn (O. Halm) odkrył radiotor i mezotor, Boltwood (V.V. Boltwood) odkrył jon, Hahn i Meitner (L. Meitner) odkryli protaktyn. Wszystkie izotopy tych pierwiastków są radioaktywne. W 1903 roku Pierre Curie i S. A. Laborde wykazali, że preparat radu ma zawsze podwyższoną temperaturę i że 1 g radu wraz z produktami jego rozpadu uwalnia w ciągu 1 godziny około 140 kcal. W tym samym roku W. Ramsay i Soddy odkryli, że zapieczętowana ampułka radu zawiera gazowy hel. Prace Rutherforda, F. Dorna, Debierne'a i Giesel wykazały, że wśród produktów rozpadu uranu i toru znajdują się szybko rozkładające się gazy radioaktywne zwane emanacjami radu, toru i aktynu (radon, toron, aktynon). W ten sposób udowodniono, że podczas rozpadu atomy radu zamieniają się w atomy helu i radonu. Prawa przemian radioaktywnych jednych pierwiastków w inne podczas rozpadów alfa i beta (prawa przemieszczenia) po raz pierwszy sformułowali Soddy, K. Fajans i W. J. Russell.
Prawa te są następujące. Podczas rozpadu alfa pierwiastek pierwotny zawsze wytwarza inny pierwiastek, który znajduje się w układzie okresowym D.I. Mendelejewa dwie komórki na lewo od pierwiastka pierwotnego (liczba porządkowa lub atomowa jest o 2 mniejsza od oryginału); podczas rozpadu beta pierwiastek pierwotny zawsze wytwarza inny pierwiastek, który znajduje się w układzie okresowym jedną komórkę na prawo od pierwiastka pierwotnego (liczba atomowa jest o jeden większa od liczby pierwiastka pierwotnego).
Badanie przemian pierwiastków promieniotwórczych doprowadziło do odkrycia izotopów, czyli atomów, które mają takie same właściwości chemiczne i liczbę atomową, ale różnią się między sobą masą i właściwościami fizycznymi, w szczególności właściwościami radioaktywnymi (rodzaj promieniowania, szybkość rozpadu ). Spośród dużej liczby odkrytych substancji promieniotwórczych nowymi pierwiastkami okazały się jedynie rad (Ra), radon (Rn), polon (Po) i protaktyn (Pa), a reszta to izotopy znanych wcześniej uranu (U), toru (Th), ołów (Pb), tal (Tl) i bizmut (Bi).
Po odkryciu przez Rutherforda budowy jądrowej atomów i udowodnieniu, że to jądro decyduje o wszystkich właściwościach atomu, w szczególności o budowie jego powłok elektronowych i właściwościach chemicznych (patrz Atom, Jądro atomowe), stało się jasne, że przemiany radioaktywne są związane z transformacją jąder atomowych. Dalsze badania struktury jąder atomowych pozwoliły całkowicie rozszyfrować mechanizm przemian radioaktywnych.
Pierwszą sztuczną transformację jąder - reakcję jądrową (patrz) - przeprowadził Rutherford w 1919 r. poprzez bombardowanie jąder atomów azotu cząsteczkami polonu alfa. W tym samym czasie jądra azotu wyemitowały protony (patrz) i zamieniły się w jądra tlenu O17. W 1934 roku F. Joliot-Curie i I. Joliot-Curie jako pierwsi sztucznie uzyskali radioaktywny izotop fosforu poprzez bombardowanie atomów Al cząsteczkami alfa. Jądra P30, w przeciwieństwie do jąder naturalnie radioaktywnych izotopów, podczas rozpadu emitowały nie elektrony, ale pozytony (patrz Promieniowanie kosmiczne) i zamieniały się w stabilne jądra krzemu Si30. Tak więc w 1934 r. odkryto jednocześnie sztuczną promieniotwórczość i nowy rodzaj rozpadu promieniotwórczego - rozpad pozytonów, czyli rozpad β +.
Joliot-Curies wyrazili pogląd, że wszystkie szybkie cząstki (protony, deuterony, neutrony) powodują reakcje jądrowe i można je wykorzystać do otrzymania naturalnie radioaktywnych izotopów. Fermi (E. Fermi) i współpracownicy bombardując różne pierwiastki neutronami, uzyskali radioaktywne izotopy prawie wszystkich pierwiastków chemicznych. Obecnie za pomocą przyspieszonych cząstek naładowanych (patrz Akceleratory cząstek naładowanych) i neutronów przeprowadzono różnorodne reakcje jądrowe, w wyniku których możliwe stało się otrzymanie dowolnych izotopów promieniotwórczych.
W 1937 r. L. Alvarez odkrył nowy rodzaj transformacji radioaktywnej - wychwytywanie elektronów. Podczas wychwytywania elektronów jądro atomu wychwytuje elektron z powłoki atomu i zamienia się w jądro innego pierwiastka. W 1939 roku Hahn i F. Strassmann odkryli rozszczepienie jądra uranu na lżejsze jądra (fragmenty rozszczepienia) pod wpływem bombardowania neutronami. W tym samym roku Flerov i Pietrzak wykazali, że proces rozszczepienia jąder uranu zachodzi samoistnie, bez wpływu zewnętrznego. W ten sposób odkryli nowy rodzaj transformacji radioaktywnej - spontaniczne rozszczepienie ciężkich jąder.
Obecnie znane są następujące rodzaje przemian promieniotwórczych, zachodzących bez wpływów zewnętrznych, samoistnie, jedynie na skutek przyczyn wewnętrznych, zdeterminowanych budową jąder atomowych.
1. Rozpad alfa. Jądro o liczbie atomowej Z i liczbie masowej A emituje cząstkę alfa – jądro helu He4 – i zamienia się w inne jądro o Z mniejszym o 2 jednostki i A mniejszym o 4 jednostki od jądra pierwotnego. Ogólnie rozpad alfa zapisuje się w następujący sposób:
Gdzie X jest pierwotnym jądrem, Y jest jądrem produktu rozpadu.
2. Rozpad beta Istnieją dwa typy: elektron i pozyton, czyli rozpad β - - i β + - (patrz promieniowanie Beta). Podczas rozpadu elektronu elektron i neutrino wylatują z jądra i powstaje nowe jądro o tej samej liczbie masowej A, ale o liczbie atomowej Z o jeden większej niż pierwotne jądro:
Podczas rozpadu pozytonu jądro emituje pozyton i neutrino, po czym powstaje nowe jądro o tej samej liczbie masowej, ale o Z o jeden mniej niż jądro pierwotne:
Podczas rozpadu beta średnio 2/3 energii jądrowej jest przenoszone przez cząstki neutrin (neutralne cząstki o bardzo małej masie, które bardzo słabo oddziałują z materią).
3. Przechwytywanie elektroniczne(dawniej zwany K-grabem). Jądro wychwytuje elektron z jednej z powłok atomu, najczęściej z powłoki K, emituje neutrino i zamienia się w nowe jądro o tej samej liczbie masowej A, ale o liczbie atomowej Z mniejszej o 1 od liczby atomowej Z. pierwotne jądro.
Transformacja jąder podczas wychwytu elektronów i rozpadu pozytonów jest taka sama, dlatego te dwa rodzaje rozpadu obserwuje się jednocześnie dla tych samych jąder, czyli konkurują. Ponieważ po wychwyceniu elektronu z wewnętrznej powłoki atomu na swoje miejsce przechodzi elektron z jednej z bardziej odległych od jądra orbit, wychwytowi elektronów zawsze towarzyszy emisja charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego.
4. Przejście izomeryczne. Po emisji cząstki alfa lub beta niektóre typy jąder znajdują się w stanie wzbudzonym (stan z nadmiarem energii) i emitują energię wzbudzenia w postaci kwantów gamma (patrz promieniowanie gamma). W tym przypadku, podczas rozpadu radioaktywnego, jądro oprócz cząstek alfa lub beta emituje także kwanty gamma. Zatem jądra izotopu Sr90 emitują tylko cząstki β, natomiast jądra Na24 emitują oprócz cząstek β także promienie gamma. Większość jąder znajduje się w stanie wzbudzonym przez bardzo krótkie okresy czasu, których nie można zmierzyć (mniej niż 10 -9 sekund). Jednak tylko stosunkowo niewielka liczba jąder może znajdować się w stanie wzbudzonym przez stosunkowo długie okresy czasu – nawet do kilku miesięcy. Takie jądra nazywane są izomerami, a odpowiadające im przejścia ze stanu wzbudzonego do stanu normalnego, którym towarzyszy emisja jedynie promieni gamma, są izomeryczne. Podczas przejść izomerycznych A i Z jądra nie ulegają zmianie. Jądra radioaktywne, które emitują tylko cząstki alfa lub beta, nazywane są czystymi emiterami alfa lub beta. Jądra, w których rozpadowi alfa lub beta towarzyszy emisja promieni gamma, nazywane są emiterami gamma. Czystymi emiterami gamma są tylko jądra, które przez długi czas znajdują się w stanie wzbudzonym, czyli ulegają przemianom izomerycznym.
5. Spontaniczne rozszczepienie jądrowe. W wyniku rozszczepienia z jednego jądra powstają dwa lżejsze jądra - fragmenty rozszczepienia. Ponieważ identyczne jądra można podzielić na dwa jądra na różne sposoby, podczas procesu rozszczepienia powstaje wiele różnych par lżejszych jąder o różnych Z i A. Podczas rozszczepienia uwalniane są neutrony, średnio 2-3 neutrony na zdarzenie rozszczepienia jądrowego, a kwanty gamma. Wszystkie fragmenty powstałe podczas rozszczepienia są niestabilne i ulegają rozpadowi β. Prawdopodobieństwo rozszczepienia jest bardzo małe w przypadku uranu, ale wzrasta wraz ze wzrostem Z. To wyjaśnia brak jąder cięższych od uranu na Ziemi. W stabilnych jądrach istnieje pewien stosunek liczby protonów do neutronów, przy którym jądro jest najbardziej stabilne, tj. najwyższa energia wiązania cząstek w jądrze. W przypadku jąder lekkich i średnich ich największa stabilność odpowiada w przybliżeniu równej zawartości protonów i neutronów. W przypadku cięższych jąder obserwuje się względny wzrost liczby neutronów w jądrach stabilnych. Gdy w jądrze występuje nadmiar protonów lub neutronów, jądra o średniej wartości A są niestabilne i ulegają rozpadom β - lub β +, podczas których następuje wzajemna transformacja neutronu i protonu. Gdy występuje nadmiar neutronów (ciężkich izotopów), jeden z neutronów przekształca się w proton z emisją elektronu i neutrina: 
Gdy występuje nadmiar protonów (izotopów światła), jeden z protonów przekształca się w neutron z emisją albo pozytonu i neutrina (rozpad β +), albo tylko neutrina (wychwyt elektronów): 
Wszystkie ciężkie jądra o liczbie atomowej większej niż Pb82 są niestabilne ze względu na znaczną liczbę protonów odpychających się. Łańcuchy kolejnych rozpadów alfa i beta w tych jądrach zachodzą aż do powstania stabilnych jąder izotopów ołowiu. W miarę udoskonalania technik eksperymentalnych coraz więcej jąder, które wcześniej uważano za stabilne, wykazuje bardzo powolny rozpad radioaktywny. Obecnie znanych jest 20 izotopów promieniotwórczych o Z mniejszym niż 82.
W wyniku wszelkich przemian promieniotwórczych liczba atomów danego izotopu stale maleje. Prawo zmniejszania się liczby aktywnych atomów w czasie (prawo rozpadu promieniotwórczego) jest wspólne dla wszystkich typów przemian i wszystkich izotopów. Ma ona charakter statystyczny (dotyczy tylko dużej liczby atomów promieniotwórczych) i wygląda następująco. Liczba aktywnych atomów danego izotopu rozpadających się w jednostce czasu ΔN/Δt jest proporcjonalna do liczby aktywnych atomów N, czyli w jednostce czasu rozpada się ta sama część k aktywnych atomów danego izotopu, niezależnie od ich liczby. Wielkość k nazywana jest stałą rozpadu radioaktywnego i reprezentuje ułamek aktywnych atomów rozpadających się w jednostce czasu lub względną szybkość rozpadu. k mierzone jest w jednostkach odwrotności jednostek czasu, tj. w sekundach-1 (1/sek.), dniu-1, roku-1 itd., dla każdego izotopu promieniotwórczego ma swoją własną, specyficzną wartość, która waha się w bardzo szerokich granicach limity dla różnych izotopów. Wartość charakteryzującą bezwzględną szybkość rozpadu nazywa się aktywnością danego izotopu lub leku. Aktywność 1 g substancji nazywa się aktywnością właściwą substancji.
Z prawa rozpadu promieniotwórczego wynika, że spadek liczby aktywnych atomów N następuje początkowo szybko, a następnie coraz wolniej. Czas, w którym liczba aktywnych atomów lub aktywność danego izotopu zmniejsza się o połowę, nazywany jest okresem półtrwania (T) tego izotopu. Prawo zmniejszania się N od czasu t ma charakter wykładniczy i ma następujące wyrażenie analityczne: N=N0e-λt, gdzie N0 to liczba aktywnych atomów na początku czasu (r=0), N to liczba aktywnych atomów po czasie t e jest podstawą logarytmów naturalnych (liczba równa 2,718...). Istnieje następująca zależność pomiędzy stałą rozpadu k a okresem półtrwania λ: λT-0,693. Stąd 
Okresy półtrwania mierzone są w sekundach, minutach. itp. i dla różnych izotopów różnią się w bardzo szerokim zakresie od małych ułamków sekundy do 10+21 lat. Izotopy o dużym λ i małym T nazywane są krótkotrwałymi, izotopy o małym λ i dużym T nazywane są długowiecznymi. Jeżeli substancja czynna składa się z kilku izotopów promieniotwórczych o różnych okresach półtrwania, które nie są ze sobą genetycznie powiązane, wówczas z biegiem czasu aktywność substancji również będzie stale spadać, a skład izotopowy leku będzie się cały czas zmieniać: proporcja izotopów krótkotrwałych będzie się zmniejszać, a udział izotopów długożyciowych będzie wzrastał. Po odpowiednio długim czasie w preparacie pozostanie praktycznie tylko najdłużej żyjący izotop. Na podstawie krzywych rozpadu substancji promieniotwórczych składających się z jednego izotopu lub mieszaniny można wyznaczyć okresy półtrwania poszczególnych izotopów i ich względną aktywność w dowolnym momencie.
Prawa zmian aktywności genetycznie pokrewnych izotopów są jakościowo różne; zależą one od stosunku ich okresów półtrwania. Dla dwóch genetycznie spokrewnionych izotopów z okresem T1 dla pierwotnego izotopu i T2 dla produktu rozpadu, prawa te mają najprostszą postać. W przypadku T1>T2 aktywność początkowego izotopu Q1 maleje wykładniczo wraz z okresem półtrwania T1. W wyniku rozpadu jąder izotopu początkowego utworzą się jądra izotopu końcowego i wzrośnie jego aktywność Q2. Po pewnym czasie szybkość rozpadu jąder drugiego izotopu (zbliży się do szybkości powstawania jąder tego izotopu z pierwotnego (szybkość rozpadu pierwotnego izotopu Q1) i szybkości te będą się kształtować w pewnym i stały stosunek przez resztę czasu - zachodzi równowaga radioaktywna.
Aktywność początkowego izotopu stale maleje wraz z okresem T1, zatem po osiągnięciu równowagi radioaktywnej aktywność końcowego izotopu Q2 i całkowita aktywność obu izotopów Q1 + Q2 również będą spadać wraz z okresem półtrwania początkowego izotopu T1. Gdy T1>T2 Q2=Q1. Jeśli z początkowego izotopu długożyciowego powstanie kolejno kilka izotopów krótkotrwałych, jak ma to miejsce w przypadku szeregu radioaktywnego uranu i radu, to po osiągnięciu równowagi aktywność każdego izotopu krótkotrwałego staje się prawie równa aktywności oryginalny izotop. W tym przypadku całkowita aktywność jest równa sumie aktywności wszystkich krótkotrwałych produktów rozpadu i maleje wraz z okresem półtrwania pierwotnego długożyciowego izotopu, podobnie jak aktywność wszystkich izotopów w równowadze.
Równowagę radioaktywną osiąga się praktycznie w czasie równym 5-10 okresom półtrwania izotopu z produktów rozpadu, który ma najdłuższy okres półtrwania. Jeśli T1 Do izotopów naturalnie promieniotwórczych zalicza się około 40 izotopów układu okresowego pierwiastków o Z większym od 82, które tworzą trzy kolejne serie przemian promieniotwórczych: szereg uranu (rys. 1), szereg toru (rys. 2) i szereg aktynu (rys. 1). Ryc. 3). W wyniku kolejnych rozpadów alfa i beta z początkowych izotopów szeregu otrzymuje się końcowe stabilne izotopy ołowiu. Strzałki na rysunkach wskazują kolejne przemiany promieniotwórcze, wskazując rodzaj rozpadu i procent atomów ulegających temu rodzajowi rozpadu. Strzałki poziome wskazują przekształcenia występujące w prawie 100% przypadków, a strzałki nachylone wskazują przekształcenia występujące w niewielkim odsetku przypadków. Kiedy wyznaczane są izotopy, wskazuje się ich okresy półtrwania. W nawiasach podano dawne nazwy członków serii, wskazujące na pokrewieństwo genetyczne, bez nawiasów podano aktualnie przyjęte oznaczenia izotopów, odpowiadające ich naturze chemicznej i fizycznej. Izotopy długożyciowe są ujęte w ramki, a izotopy terminalnie stabilne są ujęte w podwójne ramki. Rozpadowi alfa zwykle towarzyszy promieniowanie gamma o bardzo niskim natężeniu; niektóre emitery beta emitują intensywne promieniowanie gamma. Naturalne tło wynika z naturalnego promieniowania radioaktywnego i wpływu naturalnie radioaktywnych izotopów zawartych na powierzchni Ziemi, w biosferze i powietrzu oraz promieniowania kosmicznego (patrz). Oprócz tych izotopów różne substancje zawierają także izotop K40 i około 20 innych izotopów promieniotwórczych o bardzo długich okresach półtrwania (od 109 do 1021 lat), w wyniku czego ich względna aktywność jest bardzo mała w porównaniu z aktywnością innych izotopy. Izotopy promieniotwórcze zawarte w powłoce ziemskiej odegrały i odgrywają nadal wyjątkową rolę w rozwoju naszej planety, w szczególności w rozwoju i zachowaniu życia, gdyż rekompensowały straty ciepła zachodzące na Ziemi oraz zapewniały praktyczną stałość temperatury na Ziemi. planetę przez wiele milionów lat. Izotopy promieniotwórcze, podobnie jak wszystkie inne izotopy, występują w przyrodzie głównie w stanie rozproszonym i są obecne we wszystkich substancjach, organizmach roślinnych i zwierzęcych. Ze względu na różnicę we właściwościach fizykochemicznych izotopów, ich względna zawartość w glebach i wodach okazuje się różna. Gazowe produkty rozpadu uranu, toru i aktynu – toron, radon i aktynon – są w sposób ciągły uwalniane do powietrza z wód glebowych. Oprócz tych produktów gazowych powietrze zawiera także aktywne produkty rozpadu alfa i beta radu, toru i aktynu (w postaci aerozoli). Z gleby pierwiastki promieniotwórcze, takie jak stabilne, dostają się do roślin wraz z wodą glebową, dlatego łodygi i liście roślin zawsze zawierają uran, rad, tor wraz z produktami ich rozpadu, potas i szereg innych izotopów, chociaż w stosunkowo małych stężeniach . Rośliny i zwierzęta zawierają także izotopy C14, H3, Be7 i inne, które powstają w powietrzu pod wpływem neutronów promieniowania kosmicznego. Ze względu na ciągłą wymianę pomiędzy organizmem człowieka a środowiskiem, w organizmie człowieka zawarte są także wszystkie izotopy promieniotwórcze zawarte w pożywieniu, wodzie i powietrzu. Izotopy występują w organizmie w dawkach: w tkankach miękkich – 31 mrem/rok, w kościach – 44 mrem/rok. Dawka promieniowania kosmicznego wynosi 80-90 mrem/rok, dawka zewnętrznego promieniowania gamma 60-80 mrem/rok. Całkowita dawka wynosi 140-200 mrem/rok. Dawka spadająca do płuc wynosi 600-800 mrem/rok. Sztucznie radioaktywne izotopy powstają w wyniku bombardowania stabilnych izotopów neutronami lub naładowanymi cząstkami w wyniku różnych reakcji jądrowych; jako źródła naładowanych cząstek wykorzystuje się różnego rodzaju akceleratory. Aby zapoznać się z pomiarami strumieni i dawek różnych rodzajów promieniowania jonizującego, zobacz Dozymetria, Dawki promieniowania jonizującego, Neutron. Ze względu na to, że duże dawki promieniowania mają szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka, podczas pracy ze źródłami promieniowania i izotopami promieniotwórczymi stosuje się specjalne środki ochronne (patrz). W medycynie i biologii izotopy wykorzystuje się do badania metabolizmu w celach diagnostycznych i terapeutycznych (patrz). Zawartość izotopów promieniotwórczych w organizmie oraz dynamikę ich wymiany określa się za pomocą zewnętrznych liczników promieniowania człowieka. Pomysł, że wszystkie ciała składają się z drobnych cząstek, został wysunięty przez starożytnych greckich filozofów Leucipposa i Demokryta około 2500 lat temu. Cząstki te nazwano atomami, co oznacza „niepodzielne”. Atom to najmniejsza, najprostsza cząstka, która nie ma części składowych i dlatego jest niepodzielna. Ale mniej więcej od połowy XIX w. Zaczęły pojawiać się fakty eksperymentalne, które podają w wątpliwość ideę niepodzielności atomów. Wyniki tych eksperymentów sugerują, że atomy mają złożoną strukturę i zawierają cząstki naładowane elektrycznie. Najbardziej uderzającym dowodem złożonej budowy atomu było odkrycie zjawiska radioaktywności przez francuskiego fizyka Henriego Becquerela w 1896 roku. Henri Becquerel (1852-1908) Becquerel odkrył, że pierwiastek chemiczny uran spontanicznie (tj. bez wpływów zewnętrznych) emituje nieznane wcześniej niewidzialne promienie, które później nazwano promieniowaniem radioaktywnym. Ponieważ promieniowanie radioaktywne miało niezwykłe właściwości, wielu naukowców zaczęło je badać. Okazało się, że nie tylko uran, ale także niektóre inne pierwiastki chemiczne (na przykład rad) również spontanicznie emitują promienie radioaktywne. Zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do spontanicznej emisji zaczęto nazywać radioaktywnością (od łacińskiego radio - emitować i activus - skuteczny). Ernest Rutherford (1871-1935) W 1899 roku w wyniku eksperymentu przeprowadzonego pod kierunkiem angielskiego fizyka Ernesta Rutherforda odkryto, że promieniowanie radioaktywne radu jest niejednorodne, to znaczy ma złożony skład. Przyjrzyjmy się, jak przeprowadzono ten eksperyment. Ryc. 156a przedstawia grubościenne naczynie ołowiane z ziarnem radu na dnie. Wiązka promieniowania radioaktywnego radu wychodzi przez wąski otwór i uderza w kliszę fotograficzną (promieniowanie radu przebiega we wszystkich kierunkach, ale nie może przejść przez grubą warstwę ołowiu). Po wywołaniu kliszy fotograficznej odkryto na niej jedną ciemną plamkę – dokładnie w miejscu, w które uderzył promień. Ryż. 156. Schemat doświadczenia Rutherforda mającego na celu określenie składu promieniowania radioaktywnego Następnie eksperyment zmieniono (ryc. 156, b): wytworzono silne pole magnetyczne, które działało na wiązkę. W tym przypadku na wywołanej płycie pojawiły się trzy plamki: jedna, środkowa, znajdowała się w tym samym miejscu co poprzednio, a dwie pozostałe znajdowały się po przeciwnych stronach środkowej. Jeżeli dwa strumienie odchylają się w polu magnetycznym od poprzedniego kierunku, wówczas są to przepływy naładowanych cząstek. Odchylenie w różnych kierunkach wskazywało na różne oznaki ładunków elektrycznych cząstek. W jednym strumieniu znajdowały się wyłącznie cząstki naładowane dodatnio, w drugim - ujemnie naładowane. Centralnym przepływem było promieniowanie, które nie miało ładunku elektrycznego. Dodatnio naładowane cząstki nazywano cząstkami alfa, ujemnie naładowane cząstkami beta, a obojętne cząstkami gamma lub kwantami gamma. Joseph John Thomson (1856-1940) Jakiś czas później, w wyniku badania różnych cech fizycznych i właściwości tych cząstek (ładunek elektryczny, masa itp.), udało się ustalić, że cząstka β jest elektronem, a cząstka α jest w pełni zjonizowanym atom pierwiastka chemicznego hel (tj. atom helu, który utracił oba elektrony). Okazało się również, że promieniowanie γ jest jednym z rodzajów, a raczej zakresów promieniowania elektromagnetycznego (patrz ryc. 136). Zjawisko radioaktywności, czyli spontanicznej emisji cząstek α, β i α przez substancję, wraz z innymi faktami doświadczalnymi, posłużyło za podstawę do założenia, że atomy substancji mają złożony skład. Ponieważ wiadomo było, że atom jako całość jest obojętny, zjawisko to prowadziło do założenia, że atom zawiera cząstki naładowane ujemnie i dodatnio. Na podstawie tych i kilku innych faktów angielski fizyk Joseph John Thomson zaproponował w 1903 roku jeden z pierwszych modeli budowy atomu. Zgodnie z założeniem Thomsona atom jest kulą, w całej objętości której ładunek dodatni jest równomiernie rozłożony. Wewnątrz tej kuli znajdują się elektrony. Każdy elektron może wykonywać ruchy oscylacyjne wokół swojego położenia równowagi. Dodatni ładunek kuli jest równy całkowitemu ładunkowi ujemnemu elektronów, dlatego ładunek elektryczny atomu jako całości wynosi zero. Model budowy atomu zaproponowany przez Thomsona wymagał weryfikacji eksperymentalnej. W szczególności istotne było sprawdzenie, czy ładunek dodatni rzeczywiście rozkłada się w całej objętości atomu ze stałą gęstością. Dlatego w 1911 roku Rutherford wraz ze swoimi współpracownikami przeprowadził serię eksperymentów mających na celu zbadanie składu i struktury atomów. Aby zrozumieć, jak przeprowadzono te eksperymenty, spójrz na Rysunek 157. W eksperymentach wykorzystano naczynie ołowiane C z substancją radioaktywną P, emitującą cząstki α. Z tego statku cząstki alfa wylatują wąskim kanałem z prędkością około 15 000 km/s. Ryż. 157. Schemat instalacji eksperymentu Rutherforda dotyczącego badania struktury atomu Ponieważ cząstek α nie można bezpośrednio zobaczyć, do ich wykrywania wykorzystuje się szklany ekran E. Ekran pokryty jest cienką warstwą specjalnej substancji, dzięki czemu w miejscach uderzenia cząstek α w ekran powstają rozbłyski, które są obserwowane za pomocą mikroskopu M. Ta metoda rejestracji cząstek nazywa się metodą scyntylacji (tj. błysków). Całość instalacji umieszczona jest w naczyniu, z którego usunięto powietrze (w celu wyeliminowania rozpraszania cząstek α na skutek ich zderzeń z cząsteczkami powietrza). Jeżeli na drodze cząstek α nie ma przeszkód, wówczas spadają one na ekran wąską, lekko rozszerzającą się wiązką (ryc. 157, a). W tym przypadku wszystkie pojawiające się na ekranie błyski łączą się w jedną małą plamkę światła. Jeśli na drodze cząstek α zostanie umieszczona cienka folia Ф wykonana z badanego metalu (ryc. 157, b), to podczas interakcji z materią cząstki α są rozpraszane we wszystkich kierunkach pod różnymi kątami φ (tylko trzy kąty pokazano na rysunku: φ1, φ2 i φ3). Gdy ekran znajduje się w pozycji 1, największa liczba błysków znajduje się na środku ekranu. Oznacza to, że główna część wszystkich cząstek α przeszła przez folię, prawie nie zmieniając swojego pierwotnego kierunku (rozproszona pod małymi kątami). Liczba mignięć zmniejsza się w miarę oddalania się od środka ekranu. W konsekwencji wraz ze wzrostem kąta rozproszenia φ liczba cząstek rozproszonych pod tymi kątami gwałtownie maleje. Przesuwając ekran wraz z mikroskopem po folii, można stwierdzić, że pewna (bardzo mała) liczba cząstek jest rozproszona pod kątem bliskim 90° (ta pozycja ekranu jest oznaczona cyfrą 2), a niektóre pojedyncze cząsteczki są rozproszone pod kątami rzędu 180°, czyli w wyniku oddziaływania z folią zostały odrzucone (pozycja 3). To właśnie te przypadki rozpraszania cząstek α pod dużymi kątami dostarczyły Rutherfordowi najważniejszych informacji pozwalających zrozumieć budowę atomów substancji. Po przeanalizowaniu wyników eksperymentów Rutherford doszedł do wniosku, że tak silne odchylenie cząstek α jest możliwe tylko wtedy, gdy wewnątrz atomu istnieje niezwykle silne pole elektryczne. Takie pole mógłby wytworzyć ładunek skoncentrowany w bardzo małej objętości (w porównaniu z objętością atomu). Jeden z przykładów schematycznego przedstawienia modelu jądrowego atomu zaproponowanego przez E. Rutherforda Ryż. 158. Trajektorie lotu cząstek α podczas przechodzenia przez atomy materii Ponieważ masa elektronu jest około 8000 razy mniejsza niż masa cząstki α, elektrony tworzące atom nie mogą znacząco zmienić kierunku ruchu cząstek α. Dlatego w tym przypadku możemy mówić jedynie o siłach odpychania elektrycznego pomiędzy cząstkami α a dodatnio naładowaną częścią atomu, której masa jest znacznie większa niż masa cząstki α. Te rozważania skłoniły Rutherforda do stworzenia jądrowego (planetarnego) modelu atomu (o którym masz pojęcie już na lekcjach fizyki w ósmej klasie). Przypomnijmy, że według tego modelu w centrum atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, które zajmuje bardzo małą objętość atomu. Elektrony poruszają się wokół jądra, którego masa jest znacznie mniejsza niż masa jądra. Atom jest elektrycznie obojętny, ponieważ ładunek jądra jest równy modułowi całkowitego ładunku elektronów. Rutherford był w stanie oszacować wielkość jąder atomowych. Okazało się, że w zależności od masy atomu jego jądro ma średnicę rzędu 10-14-10-15 m, czyli jest dziesiątki, a nawet setki tysięcy razy mniejsze od atomu (atom ma średnica około 10 -10 m). Rycina 158 ilustruje proces przejścia cząstek alfa przez atomy materii z punktu widzenia modelu jądrowego. Rysunek ten pokazuje, jak zmienia się tor lotu cząstek alfa w zależności od odległości od jądra, na którym przelatują. Natężenie pola elektrycznego wytwarzanego przez jądro, a co za tym idzie siła działania na cząstkę α, dość szybko maleje wraz ze wzrostem odległości od jądra. Dlatego kierunek lotu cząstki zmienia się znacznie tylko wtedy, gdy przechodzi bardzo blisko jądra. Ponieważ średnica jądra jest znacznie mniejsza od średnicy atomu, większość cząstek α przechodzi przez atom w takich odległościach od jądra, gdzie siła odpychająca generowanego przez nie pola jest zbyt mała, aby znacząco zmienić kierunek ruchu cząstek α. I tylko nieliczne cząstki przelatują blisko jądra, to znaczy w obszarze silnego pola, i są odchylane pod dużymi kątami. Oto wyniki, które uzyskano w eksperymencie Rutherforda. Tym samym w wyniku eksperymentów z rozpraszaniem cząstek α udowodniono niespójność modelu atomu Thomsona, zaproponowano jądrowy model budowy atomu i oszacowano średnice jąder atomowych. Cel lekcji: dać uczniom pojęcie o radioaktywności Podczas zajęć Hipotezę, że wszystkie ciała składają się z drobnych cząstek, wysunęli starożytni greccy filozofowie Leucyppos i Demokryt ponad dwa tysiące lat temu. Cząstki te nazwano „atomami”, co oznacza niepodzielne. Jednak od połowy IX wieku koncepcja niepodzielności atomu była kwestionowana. Prace eksperymentalne wykazały, że w ich strukturze znajdują się cząstki naładowane elektrycznie. Becquerel Antoine Henri Fizyk francuski (za odkrycie radioaktywności uranu otrzymał w 1903 roku Nagrodę Nobla, posiadacz wszystkich insygniów Paryskiej Akademii Nauk, członek Towarzystwa Królewskiego). Odkrycie naturalnej promieniotwórczości, zjawiska świadczącego o złożonym składzie jądra atomowego, nastąpiło w wyniku szczęśliwego przypadku. W 1896 roku francuski fizyk Antoine Becquerel odkrył, że sól uranu leżąca obok zapakowanej kliszy fotograficznej powoduje jej czernienie. Badania tego przenikającego promieniowania uranu wraz z Pierrem i Marią Curie doprowadziły do odkrycia radioaktywności. W ten sposób rozpoczęła się era atomowa w historii ludzkości. Becquerel odkrył, że pierwiastek chemiczny uran spontanicznie, to znaczy bez żadnych wpływów zewnętrznych, emituje wcześniej niewidzialne promienie. Rozpoczęły się intensywne badania. Odkryto, że promieniowanie soli uranu jonizuje powietrze i rozrzedza elektroskop. Promienie te nazwano później promieniowaniem radioaktywnym. Tę zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do spontanicznej emisji zaczęto nazywać radioaktywnością. RADIOAKTYWNOŚĆ (od łacińskiego radio - promienie emitujące i activus - efektywny), spontaniczna przemiana niestabilnych jąder atomowych w jądra innych pierwiastków, której towarzyszy emisja cząstek lub kwantów g. Znane są 4 rodzaje radioaktywności: rozpad alfa, rozpad beta, spontaniczne rozszczepienie jąder atomowych, radioaktywność protonowa (przewidywano radioaktywność dwóch protonów i dwóch neutronów, ale jeszcze jej nie zaobserwowano). Radioaktywność charakteryzuje się wykładniczym spadkiem średniej liczby jąder w czasie. W 1899 roku Ernest Rutherford odkrył eksperymentalnie, że promieniowanie radioaktywne radu jest niejednorodne i ma złożony skład. Umieścił ziarno radu w grubościennym ołowianym naczyniu. Wiązka promieniowania radioaktywnego radu przeszła przez wąski otwór i spadła na kliszę fotograficzną. Po wywołaniu kliszy fotograficznej odnaleziono na niej jedną plamkę. Następnie eksperyment został zmodyfikowany, teraz wiązka promieniowania przechodziła przez obszar pola magnetycznego przed uderzeniem w kliszę fotograficzną. W rezultacie pole magnetyczne podzieliło tę wiązkę na trzy, a po wywołaniu na kliszy fotograficznej znaleziono trzy plamki - jedną w środku i dwie z boku. Sugeruje to, że wiązka promieniowania składała się z dodatnio naładowanych cząstek α alfa, ujemnie naładowanych cząstek β beta i neutralnych cząstek γ gamma. Te trzy rodzaje promieniowania bardzo różnią się od siebie siłą przenikania. Promienie alfa mają najmniejszą zdolność penetracji. Warstwa papieru o grubości około 0,1 mm jest już dla nich nieprzezroczysta. Dla promieni β beta płyta aluminiowa o grubości kilku milimetrów jest nieprzezroczysta, promienie gamma γ mają największą zdolność przenikania, a warstwa ołowiu o grubości 1 cm nie jest dla nich barierą nie do pokonania. Promienie gamma γ swoimi właściwościami przypominają promienie rentgenowskie. Są to fale elektromagnetyczne o długości od 10 -8 do 10 -11 cm. Łatwiej było eksperymentować z promieniami β beta, ponieważ były one silnie odchylane zarówno w polu magnetycznym, jak i elektrycznym. Po zbadaniu stwierdzono, że są to elektrony poruszające się z prędkościami bardzo bliskimi prędkości światła. Trudniejsze okazało się określenie natury cząstek α alfa. Rutherford w końcu rozwiązał tę zagadkę. Cząstkami alfa okazały się jądra atomu helu, czyli tzw. Jest to w pełni zjonizowany atom pierwiastka chemicznego helu. Co dzieje się z materią podczas promieniowania radioaktywnego? Po pierwsze, niesamowita konsystencja, z jaką pierwiastki radioaktywne emitują promieniowanie. W ciągu dni, miesięcy, lat natężenie promieniowania nie zmienia się zauważalnie. Nie ma na niego wpływu ogrzewanie ani podwyższone ciśnienie, reakcje chemiczne, w które wszedł pierwiastek promieniotwórczy, również nie miały wpływu na intensywność promieniowania. Po drugie, radioaktywności towarzyszy uwalnianie energii, która jest uwalniana w sposób ciągły przez wiele lat. Skąd pochodzi ta energia? Kiedy pojawia się radioaktywność, substancja ulega pewnym zmianom. Założono, że przemianom ulegają same atomy. Następnie odkryto, że w wyniku przemiany atomowej powstaje nowa substancja, zupełnie nowy rodzaj, całkowicie różniący się właściwościami fizykochemicznymi od pierwotnej. Ta nowa substancja sama w sobie jest również niestabilna i ulega przemianom wraz z emisją charakterystycznego promieniowania radioaktywnego. Zatem zjawisko radioaktywności wskazuje, że atomy substancji mają złożony skład. III. Konsolidacja zdobytej wiedzy IV. Praca domowa 1. § 55, odpowiedz na pytania. ELEKTRON (e, e -), stabilna, ujemnie naładowana cząstka elementarna o spinie 1/2, masie ok. 9,10 -28 gi moment magnetyczny równy magnetonowi Bohra; należy do leptonów i uczestniczy w oddziaływaniach elektromagnetycznych, słabych i grawitacyjnych. Elektron jest jednym z głównych elementów strukturalnych materii; powłoki elektronowe atomów określają właściwości optyczne, elektryczne, magnetyczne i chemiczne atomów i cząsteczek, a także większość właściwości ciał stałych. ROZKŁAD ALFA (rozpad a), rodzaj rozpadu radioaktywnego jąder atomowych, podczas którego emitowana jest cząstka alfa, ładunek jądra zmniejsza się o 2 jednostki, a liczba masowa o 4. Św. 3000 a-aktywnych jąder, z których większość jest otrzymywana sztucznie. CZĄSTECZKA ALFA (cząstka), jądro atomu helu zawierające 2 protony i 2 neutrony. Pytania. 1. Jakiego odkrycia dokonał Becquerel w 1896 roku? Becquerel odkrył w 1896 roku, że pierwiastek chemiczny uran U spontanicznie emituje niewidzialne promienie. 2. Jak nazwali zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do spontanicznej emisji? Zdolność tę zaczęto nazywać radioaktywnością. 3. Opowiedz nam, jak przeprowadzono doświadczenie, którego schemat pokazano na rysunkach 167, a, b. Co wynikło z tego doświadczenia? W eksperymencie na rys. 167 ziarno radu Ra umieszczono w grubościennym naczyniu. Z niego przez szczelinę wychodzi wiązka promieniowania radioaktywnego oświetlająca kliszę fotograficzną. Następnie wiązkę poddano działaniu pola magnetycznego, w wyniku czego wiązka rozdziela się na trzy strumienie: naładowany dodatnio, ujemnie naładowany i obojętny, co zostało zarejestrowane poprzez utworzenie trzech plam na kliszy fotograficznej. 4. Jak nazywały się cząstki tworzące promieniowanie radioaktywne? Co to za cząstki? Stwierdzono, że na promieniowanie radioaktywne składają się trzy rodzaje cząstek: cząstki α – zjonizowane atomy helu He, cząstki β – elektrony i cząstki γ – fotony. TEMAT LEKCJI: „Odkrycie promieniotwórczości.
Promieniowanie alfa, beta i gamma.”
Cele Lekcji.
Edukacyjny
– poszerzenie wiedzy uczniów na temat fizycznego obrazu świata na przykładzie zjawiska promieniotwórczości; wzorce studiowania Rozwojowy
– kontynuować kształtowanie umiejętności: teoretyczna metoda badania procesów fizycznych; porównywać, uogólniać; ustalić powiązania między badanymi faktami; stawiać hipotezy i je uzasadniać. Edukacja
– na przykładzie życia i twórczości Marii i Piotra Curie pokazać rolę naukowców w rozwoju nauki; pokazać nielosowość przypadkowych odkryć; (myśl: odpowiedzialność naukowca, odkrywcy za owoce swoich odkryć), kontynuować kształtowanie zainteresowań poznawczych, umiejętności zbiorowych w połączeniu z niezależną pracą. Przebieg i treść lekcji
.Organizowanie czasu
Komunikowanie tematu i celu lekcji
2.Faza przygotowania do studiowania nowego tematu
Aktualizacja dotychczasowej wiedzy uczniów w formie sprawdzenia prac domowych i szybkiej ankiety frontalnej wśród uczniów. 3. Etap zdobywania nowej wiedzy (25 min)
Radioaktywność pojawiała się na Ziemi od chwili jej powstania, a człowiek przez całą historię rozwoju swojej cywilizacji znajdował się pod wpływem naturalnych źródeł promieniowania. Ziemia narażona jest na promieniowanie tła, którego źródłem jest promieniowanie słoneczne, promieniowanie kosmiczne oraz promieniowanie pierwiastków promieniotwórczych znajdujących się w Ziemi.
Co to jest promieniowanie? Jak powstaje? Jakie rodzaje promieniowania istnieją? I jak się przed tym chronić? Słowo „promieniowanie” pochodzi z języka łacińskiego promień i oznacza promień. Zasadniczo promieniowanie to wszystkie rodzaje promieniowania występujące w przyrodzie - fale radiowe, światło widzialne, ultrafiolet i tak dalej. Ale istnieją różne rodzaje promieniowania, niektóre z nich są przydatne, inne szkodliwe. W codziennym życiu jesteśmy przyzwyczajeni do używania słowa promieniowanie w odniesieniu do szkodliwego promieniowania wynikającego z radioaktywności niektórych rodzajów substancji. Przyjrzyjmy się, jak zjawisko radioaktywności jest wyjaśniane na lekcjach fizyki
Odkrycie radioaktywności było dziełem przypadku. Becquerel poświęcił dużo czasu na badanie blasku substancji napromieniowanych wcześniej światłem słonecznym. Owinął kliszę fotograficzną grubym czarnym papierem, położył na wierzchu ziarenka soli uranowej i wystawił ją na działanie jasnego światła słonecznego. Po wywołaniu klisza fotograficzna stała się czarna w miejscach, gdzie znajdowała się sól. Becquerel uważał, że promieniowanie uranu powstaje pod wpływem światła słonecznego. Jednak pewnego dnia, w lutym 1896 roku, ze względu na pochmurną pogodę nie mógł przeprowadzić kolejnego eksperymentu. Becquerel włożył płytę do szuflady, kładąc na niej miedziany krzyż pokryty solą uranową. Po wywołaniu płyty na wszelki wypadek dwa dni później odkrył na niej czernienie w postaci wyraźnego cienia krzyża. Oznaczało to, że sole uranu samoistnie, bez żadnych wpływów zewnętrznych, wytwarzają pewnego rodzaju promieniowanie. Rozpoczęły się intensywne badania. Becquerel wkrótce ustalił ważny fakt: intensywność promieniowania zależy jedynie od ilości uranu w preparacie i nie zależy od tego, w jakich związkach jest ono zawarte. W związku z tym promieniowanie nie jest nieodłącznym elementem związków, ale pierwiastka chemicznego uranu. Następnie odkryto podobną jakość w torze. Becquerel Antoine Henri, francuski fizyk. Jest absolwentem Politechniki w Paryżu. Główne prace poświęcone są promieniotwórczości i optyce. W 1896 roku odkrył zjawisko promieniotwórczości. W 1901 roku odkrył fizjologiczne skutki promieniowania radioaktywnego. W 1903 roku Becquerel otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie naturalnej radioaktywności uranu. (1903 wraz z P. Curie i M. Skłodowską-Curie). Odkrycie radu i polonu.
W 1898 roku francuscy naukowcy, Maria Skłodowska-Curie i Pierre Curie, wyizolowali z minerału uranu dwie nowe substancje, które były znacznie bardziej radioaktywne niż uran i tor. W ten sposób odkryto dwa nieznane wcześniej pierwiastki promieniotwórcze – polon i rad.. Była to wyczerpująca praca, przez cztery długie lata para prawie nie wychodziła ze swojej wilgotnej i zimnej stodoły. Polon (Po -84) został nazwany na cześć ojczyzny Marii, Polski. Rad (Ra -88) jest promieniujący, termin radioaktywność zaproponowała Maria Skłodowska. Wszystkie pierwiastki o numerach seryjnych większych niż 83 są radioaktywne, tj. znajduje się w układzie okresowym po bizmucie. W ciągu 10 lat współpracy zrobili wiele, aby zbadać zjawisko radioaktywności. Była to bezinteresowna praca w imię nauki – w słabo wyposażonym laboratorium i przy braku niezbędnych środków.Uczeni otrzymywali preparat radu w 1902 r. w ilości 0,1 g. Aby tego dokonać, potrzebowali 45 miesięcy intensywnej pracy i ponad 10 000 operacji uwalniania substancji chemicznych i krystalizacji. Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki. RADIOAKTYWNOŚĆ to zdolność niektórych jąder atomowych do samorzutnego przekształcania się w inne jądra, emitując różne cząstki: każdy spontaniczny rozpad promieniotwórczy jest egzotermiczny, to znaczy zachodzi z wydzieleniem ciepła. Ciało Marii Skłodowskiej-Curie, zamknięte w ołowianej trumnie, nadal emituje promieniotwórczość o natężeniu 360 bekereli/M3, przy normie około 13 bq/M3... Została pochowana wraz z mężem... Złożony skład promieniowania radioaktywnego
W 1899 r. pod przewodnictwem angielskiego naukowca E. Rutherforda przeprowadzono eksperyment, który umożliwił wykrycie złożonego składu promieniowania radioaktywnego. W wyniku eksperymentu przeprowadzonego pod kierunkiem angielskiego fizyka ,
Odkryto, że promieniowanie radioaktywne radu jest nierównomierne, tj. ma złożony skład. Rutherford Ernst (1871-1937), angielski fizyk, jeden z twórców doktryny o radioaktywności i budowie atomu, założyciel szkoły naukowej, zagraniczny członek korespondent Rosyjskiej Akademii Nauk (1922) i członek honorowy Rosyjskiej Akademii Nauk Akademia Nauk ZSRR (1925). Dyrektor Laboratorium Cavendish (od 1919). Odkrył (1899) promienie alfa i beta oraz ustalił ich naturę. Stworzył (1903 wraz z F. Soddym) teorię promieniotwórczości. Zaproponował (1911) planetarny model atomu. Przeprowadził (1919) pierwszą sztuczną reakcję jądrową. Przewidział (1921) istnienie neutronu. Nagroda Nobla (1908). Klasyczny eksperyment, który umożliwił wykrycie złożonego składu promieniowania radioaktywnego. Preparat radu umieszczono w ołowianym pojemniku z otworem. Naprzeciw otworu umieszczono kliszę fotograficzną. Na promieniowanie wpływało silne pole magnetyczne. Prawie 90% znanych jąder jest niestabilnych. Jądra promieniotwórcze mogą emitować cząstki trzech rodzajów: dodatnio naładowane (cząstki α - jądra helu), ujemnie naładowane (cząstki β - elektrony) i neutralne (cząstki γ - kwanty krótkofalowego promieniowania elektromagnetycznego). Pole magnetyczne umożliwia rozdzielenie tych cząstek. 4) Siła penetracji α .β. promieniowanie γ
Promienie α mają najmniejszą zdolność penetracji. Warstwa papieru o grubości 0,1 mm jest już dla nich nieprzezroczysta. . Promienie β są całkowicie blokowane przez aluminiową płytkę o grubości kilku mm. Promienie γ przechodząc przez 1 cm warstwę ołowiu zmniejszają swoją intensywność 2 razy. 5) Fizyczna natura α.β. promieniowanie γ
Fale elektromagnetyczne promieniowania γ 10 -10 -10 -13 m Promieniowanie gamma to fotony, czyli tzw. fala elektromagnetyczna przenosząca energię. W powietrzu może pokonywać duże odległości, stopniowo tracąc energię w wyniku zderzeń z atomami ośrodka. Intensywne promieniowanie gamma, jeśli nie jest przed nim chronione, może uszkodzić nie tylko skórę, ale także tkanki wewnętrzne. Gęste i ciężkie materiały, takie jak żelazo i ołów, stanowią doskonałą barierę dla promieniowania gamma.
Promienie β to strumień elektronów poruszający się z prędkością bliską prędkości światła. α – promienie – jądra atomów helu Etap utrwalania nowej wiedzy.
1. Jakiego odkrycia dokonał Becquerel w 1896 roku? 2. Jak nazwali zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do spontanicznej emisji? 3. Opowiedz nam, jak przeprowadzono eksperyment, którego schemat pokazano na rysunku. Co wynikło z tego doświadczenia? 4. Jak nazywały się cząstki tworzące promieniowanie radioaktywne? 5. Co reprezentują te cząstki? 6. Na co wskazywało zjawisko promieniotwórczości? 5. Etap podsumowujący, informacja o zadaniu domowym.
Praca domowa §§
99,100
Ryż. 1. Seria uranu. 
Ryż. 2. Seria toru. 
Ryż. 3. Seria ukwiałów.
Fizyk francuski. Jeden z odkrywców promieniotwórczości
Fizyk angielski. Odkrył złożony skład promieniowania radioaktywnego radu i zaproponował jądrowy model budowy atomu. Odkrył proton
Fizyk angielski. Odkryty elektron. Zaproponował jeden z pierwszych modeli budowy atomu
pytania
Lekcja 51
Radioaktywność jako dowód złożonej budowy atomów
Analiza testu
Nauka nowego materiału
Jakiego odkrycia dokonał Becquerel w 1896 roku?
Jak nazwali zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do spontanicznej emisji?
Jak nazywały się cząstki tworzące promieniowanie radioaktywne?
Na co wskazuje zjawisko promieniotwórczości?
Ładowanie...