Природа радиоактивных излучений таблица

Разработка урока физики в 11 классе по теме «Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений»
план-конспект урока по физике (11 класс) по теме

Тема урока: Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений.

Тип урока: изучение нового материала

Цели урока: формирование представления о явлении радиоактивности, о физической природе и свойствах α-, β-, γ-излучений; углубление знаний учащихся о структуре атома.

познакомить учащихся с историей открытия явления радиоактивности и физической природой этого явления, объяснить правило смещения и научить применять его с помощью периодической системы химических элементов;

расширить представления учащихся о физической картине мира, развитие навыков работы с таблицами, способствовать развитию любознательности, формирование умения анализировать, делать выводы, сравнивать, обобщать факты, применять ранее полученные знания для объяснения наблюдаемых явлений;

развивать интерес к предмету, расширить кругозор учащихся, воспитывать стремление к овладению знаниями.

интерактивная доска, компьютер, видеопроектор, презентацияPowerPoint «Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений» , компьютерная модель таблицы Менделеева (приложение MENDEL.exe),периодическая таблица Менделеева Д.И.(в распечатанном виде на столах у учащихся)

Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.

Слова радиоактивности, радиоактивного излучения, радиоактивные элементы знают сегодня все. Все знают об опасности радиоактивных излучений. Но многие, наверное, знают и то, что радиоактивные излучения служат человеку: они позволяют в ряде случаев поставить правильный диагноз болезни, лечат опасные заболевания, повышают урожайность культурных растений. Создаётся проблемная ситуация

Что такое радиоактивность? Какова его физическая природа? В чём заключается его опасность? Сегодня на уроке мы это узнаем (Слайд №2)

Для того чтобы стало понятно, что такое радиоактивность нужно вспомнить некоторые вопросы, которые мы уже изучили ранее на уроках физики.

Что происходит с заряженной частицей, влетевшей в магнитное поле? (на неё действует сила Лоренца, формула силы Лоренца)

Как определить направление силы Лоренца? (по правилу левой руки) (Слайд №3)

Каково строение атомного ядра? (ядра всех химических элементов состоят из нуклонов: протонов и нейтронов)

Чему равно число протонов в ядре? (порядковый номер в таблице Менделеева)

Как условно обозначаются ядра химических элементов?

Z – зарядовое число, которое показывает число протонов в ядре (порядковый номер в таблице Менделеева)

А — массовое число, которое показывает число нуклонов в ядре A = N + Z , где N – число нейтронов в ядре (Слайд №4)

1) История открытия радиоактивности

Изучая соли урана, французский учёный Анри Беккерель сделал вывод, что соли урана самопроизвольно, без влияния внешних факторов создают какое-то излучение.

26-27 февраля 1896 года Беккерель приготовил несколько образцов кристаллов и прикрепил их к завернутым в бумагу фотопластинкам. Однако в эти дни стояла пасмурная погода, и Беккерель решил отложить опыт. Он считал, что ему необходим яркий солнечный свет. Пластинки были спрятаны в ящик стола и пролежали там около трех дней. Лишь 1 марта, Беккерель решил их проявить, ожидая в лучшем случае, увидеть слабые изображения. Но все оказалось наоборот: изображения были очень четкими. Таким образом, какое-то излучение испускалось солями урана безо всякого освещения светом. (Слайды №5,6)

Беккерель продолжил исследования солей урана, однако он не понимал природы этого излучения. Однажды, демонстрируя своему гостю излучение урановых образцов, он задал ему вопрос в виде просьбы:«Ведь вы физик и химик одновременно. Проверьте, нет ли в этих излучающих телах примесей, которые могли бы играть особенную роль».И этот вопрос стал научной программой исследований молодой четы: Пьера Кюри (1859 – 1906) и его жены Марии Склодовской-Кюри (1867 – 1934) . Двумя годами позднее, супруги Пьер и Мария Кюри, доказали, что аналогичным свойством обладает химический элемент торий Th-232 . Затем они же открыли новые, ранее неизвестные элементы – полоний Po-209 и радий Ra-226. Радий – редкий элемент; чтобы получить 1 грамм чистого радия, надо переработать не менее 5 тонн урановой руды; его радиоактивность в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана. Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Супруги Кюри, явление самопроизвольного излучения назвали радиоактивностью. (Слайд №7)

2) Физическая природа радиоактивности и виды радиоактивных излучений.

По ходу изучения нового материала учащиеся самостоятельно заполняют таблицу (слайд № 8) :

Источник

Физические свойства различных видов ионизирующих излучений

Из таблицы 1 видно, что рентгеновское излучение и тормозное излучение высокой энергии обладает сходными с гамма-излучением природой и физическими свойствами.

Таблица 1 – Свойства квантовых излучений

Плотность ионизации в тканях

Тормозное излучение высоких энергий

К корпускулярному излучению относятся альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны, протоны, пи-мезоны и тяжелые ионы. Они представляют собой поток быстролетящих заряженных или нейтральных (нейтроны) частиц – корпускул.

Альфа-излучение (-частицы) – это поток частиц с массой, равной четырем, и двойным положительным зарядом, т.е. поток ядер атомов гелия. Альфа-частица состоит из двух нейтронов и двух протонов. Альфа-излучение естественных радиоактивных изотопов (энергия до 9 МэВ) обладает очень малой проникающей способностью, составляющей в тканях человека 50-70 мк. Оно применяется только в виде общих или местных радоновых ванн ( 222 Rn) в физиотерапевтической практике. Альфа-частицы супервольтной энергии (800 МэВ), полученные на циклических ускорителях, обладают высокой проникающей способностью.

Бета-излучение (-частицы) – это частицы, имеющие отрицательный или положительный заряд и массу, равную 1/1840 массы атома водорода. Их энергия варьирует в значительных пределах: от минимальной, практически нулевой, до максимальной – в несколько миллионов электрон-вольт. Источниками бета-излучения являются естественные и искусственные радиоактивные вещества ( 32 Р, 90 Y, 131 I), а также линейные и цикличные ускорители. Характеристика альфа- и бета-излучения радиоактивных веществ приведена в таблице 2.

Таблица 2 – Свойства альфа- и бета-излучений радиоактивных веществ

Плотность ионизации в тканях

Альфа-излучение: ядра гелия

Как следует из таблицы 2, проникающая способность бета-частиц значительно превосходит таковую альфа-частиц, тогда как ионизационная способность альфа-излучения намного выше, чем бета-излучения.

Таким образом, сопоставляя физические свойства альфа- и бета-частиц, источником которых являются радиоактивные вещества, с таковыми ортовольтного рентгеновского и гамма-излучения необходимо подчеркнуть, что наибольшей проникающей способностью обладают гамма-лучи. Что касается плотности ионизации, то на единицу пробега в тканях альфа-частицы оказывают действие в сотни раз более сильное, чем бета-частицы, и в тысячу раз сильнее, чем рентгеновское и гамма-излучение.

Нейтронное излучение – поток нейтронов, представляющих собой элементарные частицы, не имеющие электронного заряда, с массой, равной 1,00897 атомной единицы массы. В клинической практике находят применение быстрые нейтроны с энергией от 20 кэВ до 20 МэВ. Основными источниками нейтронов, используемых с лечебной целью, являются ускорители и ядерные реакторы (для дистанционного облучения), а также радиоактивный калифорний ( 252 Сf) для контактного облучения.

Протонное излучение – поток элементарных частиц с массой, равной 1,00758 атомной единицы массы, и положительным зарядом. Протоны – это ядра атомов водорода, образующиеся при ионизации атомов водорода. Источником протонов для медицинских целей служат ускорители. Преимуществом протонов и получаемых на ускорителях альфа-частиц перед перечисленными ранее видами излучений является их способность образовывать в конце своего пробега в тканях максимум ионизации, именуемый пиком Брэгга. При этом доза в пике превосходит таковую в окружающих тканях в 2,5 – 3,5 раза.

Пи-мезонное излучение – поток элементарных частиц, имеющих массу, промежуточную между массой электрона и протона. Мезоны могут быть положительными (+), отрицательными (–) и нейтральными (°). Заряд положительных и отрицательных пи-мезонов равен заряду электрона, а масса составляет 273,2 массы электрона. Как и у протонов, плотность ионизации у пи-мезонов растет к концу пробега (пик Брэгга). Однако, в отличие от протонов, остановившиеся отрицательные пи-мезоны захватываются ядрами атомов кислорода, углерода, азота или водорода, а затем расщепляют ядра с высвобождением громадного количества энергии, т.е. образуется максимум ионизации. При этом соотношение дозы в пике к дозе в окружающих тканях достигает 10/1. Основным источником мезонов являются ускорители.

Тяжелые ионы – ионы кислорода, азота, неона, аргона – имеют положительный заряд, обладают высокой плотностью ионизации и образуют пик Брэгга. Источником тяжелых ионов являются ускорители.

Физические свойства корпускулярных излучений супервольтных энергий представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Свойства корпускулярных излучений супервольтных энергий

Источник

Альфа-, бета-, гамма-излучения

Из курса физики в 11 классе известно, что радиоактивное излучение испускается тяжелыми элементами при радиоактивном распаде. Ядро тяжелого элемента превращается в более легкие, испуская при этом излучение, которое имеет сложный состав. Поговорим кратко об основных видах радиоактивного излучения — альфа, бета, гамма.

Радиоактивное излучение

Радиоактивность была случайно открыта А. Беккерелем в конце XIX в. Оказалось, что все тяжелые элементы с номером более 83 постоянно испускают невидимые лучи, которые способны засвечивать фотопластинки даже без их экспонирования.

При более детальном исследовании радиоактивного излучения выяснилось, что оно имеет сложный состав. Э. Резерфорд поставил эксперимент, в котором радиоактивное излучение радия проходило сквозь сильное магнитное поле и при этом распадалось на три компоненты с различными проникающими и ионизирующими способностями. Эти компоненты были названы альфа-, бета-, гамма-излучением.

В дальнейшем были обнаружены и некоторые другие виды излучения (например, нейтронное), однако эти три вида встречались наиболее часто и сопровождали распад практически всех тяжелых элементов.

Альфа-излучение

Альфа-лучами назвали положительно заряженные частицы, слабо отклонявшиеся магнитным полем. Альфа-излучение обладало самой малой проникающей способностью, но при этом наиболее сильно ионизировало вещество. По отклонению альфа-частиц установили, что отношение заряда к массе у этих частиц вдвое меньше, чем у протона, а масса — вчетверо больше, чем масса протона.

Было сделано предположение (позже доказанное), что альфа-частицы представляют собой ядра гелия. Большой заряд и масса частиц обусловили их высокую ионизирующую способность. При этом частицы быстро теряют энергию, и поэтому проникающая способность альфа-частиц очень невелика.

Слой вещества порядка миллиметра полностью задерживает поток альфа-частиц. Например, внутрь живой ткани альфа-частицы не проникают, задерживаясь кожей. Однако высокая ионизирующая способность приводит к сильным кожным ожогам. Еще более опасно попадание альфа-радиоактивных препаратов внутрь организма.

Бета-излучение

Бета-излучением были названы лучи, сильно отклоняющиеся магнитным полем в противоположную (относительно альфа-излучения) сторону. Такое отклонение означало, что бета-частицы имеют отрицательный заряд, а их отношение заряда к массе гораздо больше, чем у альфа-частиц и у протонов.

Дальнейшие исследования бета-излучения показали, что оно имеет все те же характеристики, что и катодные лучи, а в 1897 г. Дж. Томсон открыл электрон и доказал, что бета-частицы являются электронами, летящими с большой скоростью.

Бета-излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, по сравнению с альфа-излучением, но при этом более глубоко проникает в вещество.

Гамма-излучение

Наиболее высокой проникающей способностью обладает гамма-излучение. Эта компонента радиоактивных лучей не взаимодействует с магнитным полем, следовательно, гамма-частицы не имеют электрического заряда. Детальное изучение гамма-частиц показало, что их свойства эквивалентны квантам электромагнитного излучения (фотонам) высоких энергий с очень малой длины волны.

Гамма-излучение обладает наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью: для защиты от гамма-излучения требуется слой вещества большой толщины.

Сравнительные характеристики радиоактивных излучений удобно представить в виде таблицы:

Что мы узнали?

Главными компонентами радиоактивного излучения являются альфа-, бета- и гамма-частицы. Альфа-частицы — это положительно заряженные ядра гелия, бета-частицы — это отрицательные электроны, гамма-частицы — это нейтральные фотоны высоких энергий.

Источник