4.1. Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения. Реакции альфа- и бета-распада

Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений.

Радиоактивность данного химического элемента не зависит от того, является ли химический элемент чистым или входит в состав какого-либо химического соединения. Радиоактивность не зависит от внешних условий: температуры, освещения, давления. Это означает, что радиоактивность представляет собой внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента.

Радиоактивный распад – самопроизвольный распад атомов радиоактивного вещества, в результате которого ядра одних химических элементов превращаются в ядра других химических элементов.

Распадающееся ядро $Х$ называется материнским ядром, ядро продукта распада $Y$– дочерним ядром.

Опыты Э. Резерфорда. Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия происходит во все стороны, но сквозь толстый слой свинца оно пройти не может). После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно тёмное пятно — как раз в том месте, куда попадал пучок. Если пропустить радиоактивное излучение через сильное магнитное поле, то на проявленной пластинке возникает три пятна. Отклонение в разные стороны свидетельствует о разных знаках электрических зарядов частиц. В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом — отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда.

Положительный заряд был назван $\alpha$-излучение, оно представляет собой ядра атомов гелия . Отрицательный заряд был назван $\beta$-излучение представляет собой поток быстрых электронов, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Оставшаяся компонента была названа $\gamma$-излучение, оно представляет собой электромагнитное излучение.

Проникающая способность $\alpha$-частиц в твердых телах обычно очень мала, $\beta$-частицы обладают большей проникающей способностью, чем $\alpha$-частицы. А $\gamma$- имеют самую большую проникающую способность. Для защиты от $\gamma$-излучения необходимы защитные стены или оболочки толщиной несколько десятков сантиметров или даже метров.

Превращения атомных ядер, которые сопровождаются испусканием $\alpha$- и $\beta$-частиц, называются соответственно $\alpha$- и $\beta$-распадом. Термина «$\gamma$-распад» не существует, так как $\alpha$- и $\beta$-распад сопровождаются $\gamma$-излучением.

Правила смещения

1. $\alpha$-распад: $_{Z}^{A}\textrm{X}=_{2}^{4}\textrm{He}+_{Z-2}^{A-4}\textrm{Y}$.

Если при радиоактивном превращении испускаются $\alpha$-частицы, то в результате такого превращения образуется ядро элемента, находящегося в таблице Менделеева на две клетки раньше исходного ядра плюс ядро атома гелия  (или $\alpha$-частица), например

$_{88}^{226}\textrm{Ra}=_{2}^{4}\textrm{He}+_{86}^{222}\textrm{Rn}$.

2. электронный $\beta$-распад: $_{Z}^{A}\textrm{X}=_{-1}^{0}\textrm{e}+_{Z+1}^{A}\textrm{Y}$.

Если при радиоактивном превращении испускаются $\beta$-частицы, то в результате такого превращения образуется ядро элемента, находящегося в таблице Менделеева в следующей после исходного ядра клетке плюс электрон, например

$_{27}^{60}\textrm{Co}=_{-1}^{0}\textrm{e}+_{28}^{60}\textrm{Ni}$.

 

1. Периодом полураспада называется промежуток времени, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных ядер. На рисунке представлен график изменения количества N радиоактивных ядер с течением времени t.

Согласно графику период полураспада равен _________________________ с.

2. Периодом полураспада называется промежуток времени, в течение которого распадается половина исходного большого числа радиоактивных ядер. На рисунке показан график изменения массы находящегося в пробирке радиоактивного изотопа с течением времени. Определите период полураспада этого изотопа.

3. На рисунке представлена цепочка превращений радиоактивного урана-238 в стабильный свинец-206.

Используя данные рисунка, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1. Уран-238 превращается в стабильный свинец-206 с последовательным выделением шести альфа-частиц и шести бета-частиц.

2. Самый малый период полураспада в представленной цепочке радиоактивных превращений имеет полоний-214.

3. Свинец с атомной массой 206 не подвержен самопроизвольному радиоактивному распаду.

4. Уран-234 в отличие от урана-238 является стабильным элементом.

5. Самопроизвольное превращение радия-226 в радон-222 сопровождается испусканием бета-частицы.

4. На рисунке представлена цепочка превращений радиоактивного урана-238 в стабильный свинец-206.

Используя данные рисунка, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1. В цепочке превращений урана-238 в стабильный свинец-206 выделяется шесть электронов.

2. Самый большой период полураспада в представленной цепочке радиоактивных превращений имеет уран-234.

3. Свинец-210 является стабильным элементом.

4. Самой высокой энергией обладают альфа-частицы, образуемые в результате радиоактивного распада полония-214.

5. Превращение висмута-214 в полоний-214 сопровождается испусканием ядра гелия.

 

5. При испускании γ-кванта

1. массовое и зарядовое числа ядра не изменяются

2. массовое и зарядовое числа ядра увеличиваются

3. массовое число ядра не изменяется, зарядовое число ядра увеличивается

4. массовое число ядра увеличивается, зарядовое число ядра не изменяется

 

6. При α-распаде ядра его зарядовое число

уменьшается на 2 единицы

уменьшается на 4 единицы

увеличивается на 2 единицы

увеличивается на 4 единицы

 

7. Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией β-распада?

А. $_{7}^{15}\textrm{N}+_{1}^{1}\textrm{p}=_{6}^{12}\textrm{C}+_{2}^{4}\textrm{He}$

Б. $_{91}^{231}\textrm{Ac}=_{89}^{227}\textrm{Ac}+_{2}^{4}\textrm{He}$

1) только А       
2) только Б    
3) и А, и Б     
4) ни А, ни Б

 

8. Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией α-распада?

А. $_{92}^{239}\textrm{U}=_{93}^{239}\textrm{Np}+_{-1}^{0}\textrm{e}$

Б. $_{4}^{7}\textrm{Be}=_{2}^{3}\textrm{He}+_{2}^{4}\textrm{He}$

1) только А   
2) только Б    
3) и А, и Б     
4) ни А, ни Б

 

9. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение (поток альфа-частиц), бета-излучение (поток бета-частиц) и гамма-излучение. Каковы знак и модуль заряда бета-частиц?

1. положительный и равный по модулю элементарному заряду
2. положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3. отрицательный и равный по модулю элементарному заряду
4. бета-частицы не имеют заряда

 

10. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа- излучение (поток альфа-частиц), бета-излучение (поток бета-частиц) и гамма-излучение. Какой заряд имеет альфа-частица??

1. отрицательный и равный по модулю элементарному заряду
2. положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3. отрицательный и равный по модулю двум элементарным зарядам
4. положительный и равный по модулю элементарному заряду

 

11. Ядро тория $_{230}^{90}\textrm{Th}$ превратилось в ядро радия $_{226}^{88}\textrm{Ra}$. Какую частицу испустило при этом ядро тория?

1. нейтрон $_{1}^{0}\textrm{n}$
2. протон $_{1}^{1}\textrm{p}$
3. α-частицу $_{4}^{2}\textrm{He}$
4. β-частицу $_{0}^{-1}\textrm{e}$

 

12. Какой из типов радиоактивного излучения представляет собой поток положительно заряженных частиц?

1. α-излучение
2. β-излучение
3. γ-излучение
4. поток нейтронов

 

13. Радиоактивный препарат помещён в магнитное поле. В этом поле могут отклониться

А. α-лучи.
Б. β-лучи.

Правильным ответом является

1. только А
2. только Б
3. и А, и Б
4. ни А, ни Б

 

14. Естественная радиоактивность  элемента

1. зависит от температуры окружающей среды
2. зависит от атмосферного давления
3. зависит от химического соединения, в состав которого входит радиоактивный элемент
4. не зависит от перечисленных факторов

 

15. Контейнер с радиоактивным веществом помещают в магнитное поле, в результате чего пучок радиоактивного излучения распадается на три компоненты (см. рисунок).

Компонента (2) соответствует

1. гамма-излучению
2. альфа-излучению
3. бета-излучению
4. протонному излучению

 

16. Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите, изотоп какого элемента образуется в результате электронного бета-распада висмута.

1. изотоп свинца
2. изотоп таллия
3. изотоп полония
4. изотоп астатина

 

17. Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите, какое ядро образуется в результате α-распада ядра урана-238.

1. ядро протактиния
2. ядро тория
3. ядро нептуния
4. ядро плутония