Бета-излучение
Бета-излучение – это один из видов радиоактивного излучения, которое испускается радиоактивными атомами в процессе распада их ядер. Оно состоит из бета-частиц, которые могут быть электронами (β-) или позитронами (β+).
Бета-минус распад
Бета-минус распад происходит, когда нейтрон в ядре превращается в протон, а электрон (β-) и антинейтрино испускаются. В результате этого процесса заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число остается неизменным.
Бета-плюс распад
Бета-плюс распад происходит, когда протон в ядре превращается в нейтрон, а позитрон (β+) и нейтрино испускаются. В результате этого процесса заряд ядра уменьшается на единицу, а массовое число остается неизменным.
Проникающая способность
Бета-частицы имеют большую проникающую способность по сравнению с альфа-частицами. Они могут проникать через тонкие слои материалов, такие как бумага или пластик, и имеют способность проникать на некоторое расстояние в вещество.
Воздействие на организм
Бета-частицы могут проникать в организм через дыхание, пищу или контакт с кожей. Они могут вызывать повреждение тканей и повышать риск развития рака. Однако, благодаря их проникающей способности, они могут быть остановлены тонкими слоями материалов, такими как одежда или пластик.
Защита от бета-излучения
Для защиты от бета-излучения требуется использование материалов с большей плотностью, чем для защиты от альфа-излучения. Толстые слои пластика, стекла или алюминия могут быть использованы для блокировки бета-частиц. Однако, для полной защиты от бета-излучения может потребоваться использование материалов с более высокой плотностью, таких как свинец или толстый слой бетона.
Самый дорогой металл
Известно, что в наше время есть металлы значительно более дорогие, чем золото, серебро и платина. К ним относится и плутоний. Интересно, что в природе созданный в процессе эволюции плутоний не встречается. Большинство элементов получены в лабораторных условиях. Эксплуатация плутония-239 в ядерных реакторах дала возможность ему стать чрезвычайно популярным в наши дни. Получение достаточного для использования в реакторах количества данного изотопа делает его практически бесценным.
Плутоний-239 получается в естественных условиях как следствие цепочки превращений урана-239 в нептуний-239 (период полураспада — 56 часов). Аналогичная цепочка позволяет накопить плутоний в ядерных реакторах. Скорость появления необходимого количества превосходит естественную в миллиарды раз.
Вводим характеристики радиоактивности
Данный процесс — самопроизвольное превращение атома изотопа элемента в иной изотоп с одновременным выделением элементарных частиц (электронов, ядер атомов гелия). Превращение атомов оказалось самопроизвольным, не требующим поглощения энергии извне. Основной величиной, характеризующей процесс выделения энергии в ходе называют активность.
Активностью радиоактивного образца называют вероятное количество распадов данного образца за единицу времени. В интернациональной) единицей измерения ее назван беккерель (Бк). В 1 беккерель принята активность такого образца, в котором в среднем происходит 1 распад в секунду.
А=λN, где λ- постоянная распада, N — число активных атомов в образце.
Выделяют α, β, γ-распады. Соответствующие уравнения называют правилами смещения:
Временной интервал в радиоактивности
Момент развала частицы невозможно установить для данного конкретного атома. Для него это скорее «несчастный случай», нежели закономерность. Выделение энергии, характеризующее этот процесс, определяют как активность образца.
Замечено, что она с течением времени меняется. Хотя отдельные элементы демонстрируют удивительное постоянство степени излучения, существуют вещества, активность которых уменьшается в несколько раз за достаточно короткий промежуток времени. Удивительное разнообразие! Возможно ли найти закономерность в этих процессах?
Установлено, что существует время, в течение которого ровно половина атомов данного образца претерпевает распад. Этот интервал времени получил название «период полураспада». В чем смысл введения этого понятия?
Определение радиоактивности
Радиоактивность – это свойство некоторых атомов нестабильно распадаться и испускать излучение. Эти атомы называются радиоактивными. Радиоактивность является естественным явлением и может также быть искусственно создана в лабораторных условиях.
Радиоактивные атомы имеют неустойчивое ядро, которое стремится достичь более стабильного состояния. Для этого ядро испускает излучение, которое может быть в виде альфа-частиц, бета-частиц или гамма-лучей.
Радиоактивность имеет множество практических применений, включая использование радиоактивных изотопов в медицине для диагностики и лечения, а также в промышленности для контроля качества и измерения уровня радиации.
Цепочки радиоактивного превращения
Исследования радиоактивности проводились в лабораторных условиях. Удивительная способность радиоактивных элементов сохранять активность в течение часов, суток и даже лет не могла не вызывать удивления у физиков начала ХХ столетия. Исследования, к примеру, тория, сопровождались неожиданным результатом: в закрытой ампуле активность его была значительной. При малейшем дуновении она падала. Вывод оказался прост: превращение тория сопровождается выделением радона (газ). Все элементы в процессе радиоактивности превращаются в совершенно иное вещество, отличающееся и физическими, и химическими свойствами. Это вещество, в свою очередь, также нестабильно. В настоящее время известно три ряда аналогичных превращений.
Знания о подобных превращениях крайне важны при определении времени недоступности зон, зараженных в процессе атомных и ядерных исследований или катастроф. Период полураспада плутония — в зависимости от его изотопа — лежит в интервале от 86 лет (Pu 238) до 80 млн лет (Pu 244). Концентрация каждого изотопа дает представление о периоде обеззараживания территории.
Закон сохранения энергии и импульса
Закон сохранения энергии и импульса является одним из основных законов физики. Он утверждает, что в изолированной системе сумма энергии и импульса остается постоянной.
Сохранение энергии
Закон сохранения энергии утверждает, что в изолированной системе полная энергия остается постоянной. Это означает, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую.
В системе могут присутствовать различные формы энергии, такие как кинетическая энергия (энергия движения), потенциальная энергия (энергия, связанная с положением объекта), тепловая энергия (энергия, связанная с тепловыми процессами), электрическая энергия и другие. Закон сохранения энергии гарантирует, что сумма всех этих форм энергии остается постоянной в течение времени.
Например, если объект падает с высоты, его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия увеличивается. В результате сумма этих двух форм энергии остается постоянной.
Сохранение импульса
Закон сохранения импульса утверждает, что в изолированной системе полный импульс остается постоянным. Импульс – это векторная величина, которая определяется массой и скоростью объекта.
Если в системе нет внешних сил, то сумма импульсов всех объектов в системе остается постоянной. Это означает, что если один объект приобретает импульс, то другой объект должен потерять равный по величине импульс.
Например, если два объекта сталкиваются друг с другом, то сумма их импульсов до столкновения равна сумме их импульсов после столкновения. Это объясняет, почему при столкновении двух объектов один может остановиться, а другой начать движение.
Закон сохранения энергии и импульса является фундаментальным принципом физики и широко применяется для анализа различных физических процессов и явлений.
Основной закон радиоактивного распада. Дифференциальная форма закона.
Радиоактивный распад ядер одного и того же элемента происходит постепенно и с разной скоростью для разных радиоактивных элементов. Нельзя указать заранее момент распада ядра, но можно установить вероятность распада одного ядра за единицу времени. Вероятность распада характеризуется коэффициентом «λ» — постоянной распада, который зависит только от природы элемента.
Закон радиоактивного распада.(Слайд 32)
Экспериментально установлено, что:
За равные промежутки времени распадается одинаковая доля наличных (т.е. еще не распавшихся к началу данного промежутка) ядер данного элемента.
Дифференциальная форма закона радиоактивного распада.(слайд 33)
Устанавливает зависимость количества не распавшихся атомов в данный момент времени от начального количества атомов в нулевой момент начала отсчета, а так же от времени распада»t» и постоянной распада «λ».
Nt — наличное количество ядер.
dN — убыль наличного количества атомов;
dt — время распада.
«λ» — коэффициент пропорциональности, постоянная распада, характеризует долю наличных, еще не распавшихся ядер;
«–» — говорит том, что с течением времени количество распадающихся атомов уменьшается.
Следствие № 1: (слайд 34)
λ = –dN/Nt· dt — относительная скорость радиоактивного распада для данного вещества есть величина постоянная.
dN/Nt = – λ · Nt — абсолютная скорость радиоактивного распада пропорциональна количеству не распавшихся ядер к моменту времени dt. Она не является «const», т.к. уменьшатся с течением времени.
4. Интегральная форма закона радиоактивного распада.(слайд 35)
Устанавливает зависимость числа оставшихся атомов в данный момент времени (Nt) от их исходного количества (No), времени (t) и постоянной распада «λ». Интегральная форма получается из дифференциальной:
1. Разделим переменные:
2. Проинтегрируем обе части равенства:
3. Найдем интегралы 
Þ —общее решение
4. Найдем частное решение:
Если t = t = 0 Þ Nt = N , подставим эти условия в общее решение
(начало (исходное число
Þ Таким образом:
интегральная форма закона р/акт. распада
Nt — число не распавшихся атомов к моменту времени t;
λ — постоянная распада;
Вывод: Наличное количество не распавшихся атомов
исходному количеству и убывает с течением времени по экспоненциальному закону. (слайд 37)
T2 3.
Þ
5.
Период полураспада изотопов различается в широких пределах: (слайд40)
238 U T = 4,51· 10 9 лет
60 Co T = 5,3 года
24 Na T = 15,06 часов
6. Активность. Её виды, единицы измерения и количественная оценка. Формула активности.(слайд 41)
На практике основное значение имеет общее число распадов, приходящихся в источнике радиоактивного излучения в единицу времени => количественно меру распада определяют активностью радиоактивного вещества.
Активность (А) зависит от относительной скорости распада «λ» и от наличного числа ядер (т.е. от массы изотопа).
«А» — характеризует абсолютную скорость распада изотопа.
3 варианта записи формулы активности: (слайд 42,43)
I. Из закона радиоактивного распада в дифференциальной форме следует:
Þ
активность (абсолютная скорость радиоактивного распада).
активность
II. Из закона радиоактивного распада в интегральной форме следует:
1. (домножим обе части равенства на «λ» ).
Þ 
2. ; ( исходная активность при t = 0)
3. убыль активности идет по экспоненциальному закону
III. При использовании формулы связи постоянной распада «λ» с периодом полураспада «Т» следует:
1. (домножим обе части равенства на «Nt», что бы получить активность ). Þ 
и получаем формулу для активности
2.
Единицы измерения активности: (слайд 44)
А. Системные единицы измерения.
1[расп/с] = 1 – беккерель
1Мрасп/с =10 6 расп/с = 1 — резерфорд
Б. Внесистемные единицы измерения.
— кюри (соответствует активности 1г радия).
1 = 3,7 · 10 10 [расп/с] — в 1г радия за 1с распадается 3,7· 10 10 радиоактивных ядер.
Виды активности: (слайд 45)
1. Удельная — это активность единицы массы вещества.
Её используют для характеристики порошкообразных и газообразных веществ.
2. Объёмная — это активность в единице объёма вещества или среды.
Её используют для характеристики жидких веществ.
На практике убыль активности измеряется с помощью специальных радиометрических приборов. Например, зная активность препарата и продукта, образующегося при распаде 1 ядра, можно вычислить, сколько частиц каждого вида испускает препарат за 1 секунду.
Если при делении ядра образуется нейтронов»n», то за 1с испускается поток нейтронов «N». N = n · А.
Заключение
В радиоактивности мы изучили процессы распада атомных ядер и связанное с ним излучение. Радиоактивность является фундаментальным явлением в физике и имеет широкий спектр применений в науке и технологии. Мы рассмотрели различные виды радиоактивного излучения – альфа, бета и гамма, и изучили их свойства и взаимодействие с веществом. Также мы обсудили законы радиоактивного излучения, включая закон полураспада, который позволяет нам предсказывать скорость распада радиоактивных веществ. Понимание радиоактивности является важным для многих областей науки и технологии, включая медицину, энергетику и археологию.