Здесь мы выводим закон радиоактивного распада. То есть выяснить, как зависит от времени количество людей, еще не прошедших радиоактивный распад. Начальное число радиоактивных атомов — это период полураспада.
Радиоактивность.
Автор — Игорь Вячеславович Яковлев, профессиональный преподаватель и автор пособия по подготовке к ЕГЭ.
Используемые темы кодировщика: радиоактивность, альфа-распад, бета-распад, гамма-излучение, законы радиоактивного распада.
Явление радиоактивности было открыто французским физиком Анри-Антуаном Беккерелем и произошло совершенно случайно.
В начале 1896 года все научное сообщество было одержимо интересом к недавно открытым рентгеновским лучам. Беккерель решил исследовать, появляются ли рентгеновские лучи, когда определенные минералы подвергаются воздействию солнечного света, и выбрал для своих экспериментов очень редкие соли урана.
Эксперимент Беккереля был очень простым. Кристаллы соли были выставлены на солнце на фотопластинке. Конечно, фотопластины были завернуты в черную бумагу, чтобы избежать воздействия солнечного света. Но черная бумага не является барьером для рентгеновских лучей; когда появляются рентгеновские лучи, они освещают пластину.
Поэтому Беккерель подверг пластинку с урановой солью воздействию солнечного света, подержал ее несколько часов и разложил пластинку. Это подтвердило его надежды! После проявки на фотопластинке стали видны очертания кристаллов урановой соли.
Полагая, что рентгеновские лучи, испускаемые солью урана под воздействием солнечного света, действительно были обнаружены, Беккерель упомянул об этом на заседании Французской академии. Доклад вызвал большой интерес, и было решено, что Беккерель сообщит о результатах своего нового эксперимента на следующем заседании через неделю.
Тем временем погода ухудшилась, и солнце на неделю скрылось за тучами. Бронзовый крест, покрытый урановой солью и готовый к экспериментам, несколько дней лежал в ящике его стола на фотопластинке, завернутой в черную бумагу, в ожидании солнца.
Накануне открытия новой выставки облачность еще не растаяла, и о Беккереле не было никаких упоминаний. Но иногда отчаяние и удачу можно разделить одним шагом. По неизвестным причинам Беккерель решил украсить свой стол дощечками. К своему удивлению, он увидел черный след, образующий отчетливую тень креста!
Поэтому солнце не имеет к этому никакого отношения. Было выявлено новое природное явление. Соли урана испускали своеобразное излучение, которое само проникало через черную бумагу без каких-либо внешних факторов.
На следующий день Беккерель сообщил об этом во Французскую академию, которая начала тщательное расследование. В ходе своих экспериментов он обнаружил следующие особенности нового явления.
-Новые лучи могут проникать сквозь предметы и ионизировать воздух. -только содержащие уран материалы могут освещать фотопластинки. -Интенсивность излучения зависит только от количества урана в материале. Само соединение не играет никакой роли. Максимальную интенсивность имеет чистый уран.
Это новое явление позже назвали радиоактивностью. Согласно экспериментам Беккереля, радиоактивность является свойством самого химического элемента урана — другими словами, атома урана.
Небо было не единственным радиоактивным элементом. Мария Скаудовская-Кюри обнаружила подобное излучение от тройки через два года после открытия Беккереля. Вместе со своим мужем, Пьером Кюри, они открыли новое радиоактивное химическое вещество — полоний, который был найден в Трио. Наконец, обработав 11 тонн руды, Мария Скаудовская-Кюри получила несколько капель чистой радиоактивности.
Виды радиоактивных излучений.
Каким был синтез радиоактивного излучения? Оказывается, радиоактивные вещества испускают три типа лучей с разными физическими свойствами. Эти три компонента обнаруживаются путем пропускания радиоактивного излучения солей урана через сильное магнитное поле (рис. 1).
 |
| Рис. 1. Виды радиоактивных излучений |
Другими словами, излучение от радиоактивного препарата из свинцового контейнера с узкими каналами направляется на фотографию. В отсутствие магнитного поля на фотографии остается одно темное пятно. Однако при прохождении излучения над областью магнитного поля возникают три точки: одна в одной точке и две на разных расстояниях. Это означает, что излучение магнитного поля разделено на три важные различные части.
Тот факт, что эти два компонента направлены в разные стороны, означает, что это положительный и отрицательный потоки нагрузки соответственно. Третий компонент, который не отклоняется магнитным полем, не имеет заряда.
Положительно заряженный материал получил буквы -имя, -ктина или поток-тело. альфа-лучи очень слабо отводятся от магнитного поля. Тщательное изучение «тела Резерфорда» показало, что «тело» представляет собой полностью ионизированное солнечное стекло, т.е. ядро.
Отрицательно заряженные компоненты были названы культурами (или -тинами). Они отклонились от магнитного поля, которое намного сильнее, чем поле частиц. Бета-лучи оказались потоками электронов, несущихся со скоростью, близкой к скорости света.
Нейтральный компонент называется -tinting (или -tins). (Электромагнитная природа гамма-лучей была открыта экспериментально путем обнаружения гамма-лучей в кристаллической решетке. Этот же эксперимент позволил измерить длину волны гамма-лучей (x). В результате проникновение гамма-лучей также больше, чем рентгеновских лучей. Из трех компонентов радиоактивности гамма-лучи также проникают дальше всего. Бета-лучи сильнее поглощаются материалами. Для их полного поглощения достаточно нескольких миллиметров свинца. Частицы — самые слабые. Например, они не могут проникать через бумагу.
Радиоактивные превращения.
Многочисленные радиоактивные эксперименты показали, что радиоактивность сопровождается индивидуальными изменениями, и в результате этих изменений некоторые химические вещества превращаются в другие элементы.
Положение химического вещества в таблице Мендерея определяется числом электронов в нейтральном атоме или загрузкой его атомного ядра. Таким образом, превращение химических веществ означает, что отдельные ядра претерпевают изменения в результате радиоактивного процесса.
Ядра радиоактивных элементов нестабильны. Все такие ядра в какой-то момент разрушаются, поэтому явление радиоактивности также известно как радиоактивный распад.
При радиоактивном распаде исходное вещество постепенно исчезает. Новое вещество, которое является продуктом распада, также нестабильно и может подвергаться дальнейшему разложению. Наблюдаются целые цепочки радиоактивных расщеплений, пока не образуются определенные элементы.
Наиболее известная из этих цепочек — семейство радиоактивного урана. Цепочка начинается с расщепления альфа-ядра, в результате которого образуется ториевое ядро и исключаются частицы.
В ториевом ядре, которое затем родилось, существует деление бета-типа, которое испускает электроны и было преобразовано в предпробное ядро.
Обратите внимание, что число заряда электрона равно -1 (заряд электрона равен -e), а массовое число 0 (поскольку электроны не содержат ядра).
Для обоих типов (1) и (2) можно отметить два важных момента.
— Сумма массовых чисел продуктов расщепления равна массовому числу исходного ядра. Этот баланс массовых чисел отражает неизменное количество нуклонов до и после расщепления.
— Сумма номеров грузов разделенных продуктов равна номеру груза исходного ядра. Это одно из многочисленных экспериментальных подтверждений метода сохранения нагрузки.
Поскольку -бозоматид несет нагрузку +2e, электроны вносят нагрузку -E в следующий стандарт химических элементов — и -E.
Правило перевода. После расщепления элемент возвращается в две ячейки, т.е. в начало периодической системы. После разбиения элемент сдвигается на одну ячейку вперед, т.е. в конец периодической системы.
Общими типами правил сдвига для альфа- и бета-распада являются.
Типы (1) и (2) — это начало радиоактивного семейства урана. Эта цепочка имеет восемь расщеплений и шесть расщеплений (каждое расщепление передает квант), пока не образуется свинцовое ядро, закрепленное в конце цепочки.
Излучение всех элементов семейства радиоактивного урана только что осветило фотопраксис Беккереля, и именно смешение этого излучения было впервые разрешено в компоненты магнитного поля (рис. 1).
Мари Кюри руководила лабораторией по изучению радиоактивности, а во время Первой мировой войны он возглавил радиационную службу Красного Креста, которая оборудовала и обслуживала портативные рентгеновские аппараты для радиологического обследования раненых.
Открытие радиоактивности.
Радиоактивное явление было открыто Беккерелем в 1896 году при изучении свечения солей урана. Он открыл спонтанное испускание неизвестного излучения. Поиск других химических элементов для радиоактивного распада привел Марию Склодовскую Кюри во Францию (и к другим ученым), где в 1898 году она открыла ториевое освещение и ранее неизвестный элемент полоний (названный в честь родного города Марии Кюри в Польше). Изолированный. Чуть позже было обнаружено элементарное радио, которое испускало очень сильное излучение. Явление спонтанного испускания излучения, предложенное Марией и Пьером Кюри, было названо радионуклидом. Э. Резерфорд и Кюри вскоре поняли, что радиоактивное излучение состоит из трех типов лучей: альфа-лучей, состоящих из положительно заряженных альфа-частиц (ядер гелия), бета-лучей или отрицательно заряженных бета-частиц (которые бывают электронами) и незаряженных лучей c, которые бывают квантами c (жесткие электромагнитные лучи). Классический эксперимент, раскрывающий сложный синтез радиоактивного излучения, показан на схеме ниже. Препарат радия, помещенный на дно узкого канала из свинцовой ленты, подвергался воздействию сильного магнитного поля с линией индукции, перпендикулярной лучу. Фотографическая сухая пластина была помещена перпендикулярно каналу. Все устройство было пропылесошено. Отклонение пучка использовалось для определения заряда частиц, составляющих пучок.
Гамма-лучи.
То, что это была электромагнитная волна, было доказано экспериментами по дифракции кристаллов. В этих экспериментах была определена длина волны гамма-лучей: от 10-8 до 10-11 см. Их проникающая способность намного выше, чем у рентгеновских лучей, а по шкале электромагнитных волн гамма-лучи идут сразу после рентгеновских лучей. Как и все электромагнитные волны, они имеют скорость распространения 300 000 км/с.
Бета-лучи идентифицируются как электроны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и имеющие сильное отклонение как в магнитном, так и в электрическом поле. Бета-частицы, испускаемые радиоактивными элементами, имеют разную скорость, заставляя пучок расширяться (см. схему выше).
Альфа-частицы.
Альфа-частицы труднее идентифицировать, чем другие частицы, поскольку они не отклоняются магнитными и электрическими полями. Свойства альфа-частиц в конечном итоге были открыты Э. Резерфордом. Эксперименты с магнитным полем используются для определения отношения заряда к массе. Счетчик Гейгера использовался для измерения количества частиц, высвобожденных из препарата в определенное время, а потенциометр — для определения их общего заряда и расчета заряда частиц α(+2). Природа α-частиц была экспериментально подтверждена спектральным анализом газов, образовавшихся в течение нескольких дней в резервуаре, где Резерфорд собрал α-частицы. Каждая α-частица объединяется в два электрона, которые затем превращаются в гелий.
В ходе исследования радиоактивных явлений было обнаружено, что радиоактивные элементы могут превращаться в другие элементы путем испускания радиоактивного излучения. Во время радиоактивного распада происходит ряд последовательных атомных превращений.
После открытия ядра вскоре стало ясно, что ядро деформируется во время радиоактивного распада. Кроме того, в электронной оболочке нет альфа-частиц. В результате уменьшения числа электронов в оболочке атом превращается в ион. Не новый химический элемент.
Правила перемещения. Преобразование ядра происходит по так называемому правилу сдвига, впервые описанному Содди. При деградации сердечник теряет положительную нагрузку 2E, а его масса уменьшается примерно на четыре отдельные единицы массы. Следовательно, в начале периодической системы элементы сдвинуты на две клетки. Он написан следующим образом:.
Здесь элемент обозначается общепринятыми символами. Заряд ядра указывается в виде индекса внизу слева от символа элемента, а атомная масса — в виде индекса слева вверху символа. Для α -частицы, являющейся ядром атома гелия, применяют обозначение
При расщеплении B человек теряет электрон. В результате ядерный заряд увеличивается на одну единицу, но масса остается почти неизменной.
Здесь
Гамма-излучение не сопровождается изменением нагрузки. Изменение массы ядра пренебрежимо мало.
Отрицательно заряженные компоненты были названы культурами (или -тинами). Они отклонились от магнитного поля, которое намного сильнее, чем поле частиц. Бета-лучи оказались потоками электронов, несущихся со скоростью, близкой к скорости света.
Наука и Пьер
Денег хватало только на маленькую мансарду в Латинском квартале и самое скромное питание. Но Мария с радостью погрузилась в свои исследования. Он получил одновременно две степени — по физике и математике.
В 1894 году, во время визита к знакомому, Мария встретила Пьера Кюри, руководителя элементарного института промышленной физики и химии, который приобрел репутацию очень перспективного ученого и ненавистника женщин. Второе было неправдой. Пьер игнорировал женщин не потому, что не разделял их научных амбиций, а потому, что не разделял их научных амбиций.
Мария поразила Пьера своим умом. Она также оценила достоинства Пьера, но когда он предложил ей выйти замуж, она ответила категорическим отказом.
Кале оставался обеспокоенным, но это было намерение Мари, а не его. Будучи девушкой, она посвятила свою жизнь науке, оставив семейные узы, чтобы продолжить работу в Польше после получения высшего образования.
Друзья и семья пытались убедить ее передумать — в то время в Польше не было требований к научной деятельности. Пьер был не просто мужчиной, а идеально подходил для женщины-ученого.
Под общим давлением Мария сдалась — они поженились 26 июля 1895 года.
Загадочные «лучи»
Мария научилась готовить для своего мужа и осенью 1897 года родила дочь, которую назвали Мира. Однако он не собирался становиться домохозяйкой, и Пьер поддерживал желание жены заниматься наукой.
Еще до рождения дочери Марии в 1896 году он выбрал тему своей магистерской диссертации. Он заинтересовался изучением естественной радиоактивности, открытой французским естествоиспытателем Антуаном Генри Беккерелем.
Беккерель поместил соли небесной соли (сульфат калия) на фотопластинку, обернутую грубой черной бумагой, и подвергал ее воздействию солнечного света в течение нескольких часов. Он обнаружил, что излучение проходит через бумагу и влияет на фотографию. Это свидетельствовало о том, что урановая соль по-прежнему излучает рентгеновские лучи после воздействия солнечного света. Однако оказалось, что такое же явление происходит и без радиации. Беккерель наблюдал новый тип проникающего излучения, испускаемого без внешнего источника излучения. Таинственное излучение стало известно как лучи Беккера.
Взяв «лучи Беккера» в качестве предмета своего исследования, Мария задалась вопросом, испускают ли эти лучи другие ассоциации.
Он пришел к выводу, что помимо Небес, трио и его ассоциация излучают подобные лучи. Мария придумала термин «радиация» для обозначения этого явления.
Парижские рудокопы
После рождения дочери Мария вернулась к своим исследованиям и обнаружила, что смолистые пески из шахты близ Йоахимсталя в Чехии в четыре раза более радиоактивны, чем сам уран. Испытания показали, что в смоляных шариках тория не было.
Затем Мари предположила, что в пизолидине содержится очень небольшое количество неизвестного элемента, который в тысячи раз радиоактивнее урана.
В марте 1898 года Пьер Кюри отложил свои исследования и сосредоточился на экспериментах жены, когда Мари поняла, что на карту поставлено нечто революционное.
26 декабря 1898 года Мария и Пьер Кюри организовали выставку во Французской академии наук, чтобы объявить об открытии двух новых радиоактивных элементов — радия и полония.
Подтвердить, что открытия были теоретическими и что необходимо получить экспериментальные данные.
Расчеты показали, что для получения данных необходимо переработать большое количество руды. Не было денег ни на семью, ни на исследования. Поэтому местом переработки был старый амбар, а химические реакции проходили в огромных резервуарах. Вещества приходилось анализировать в маленькой, плохо оборудованной лаборатории начальной школы.
Четыре года тяжелой работы, во время которой супруги регулярно обжигались. Для химиков это была повседневная проблема. Только позже стало ясно, что эти ожоги были напрямую связаны с радиоактивными явлениями.
