Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома
1. Радиоактивностью называют явление самопроизвольного излучения некоторых химических элементов, а вид этого излучения называют радиоактивным излучением. Первым радиоактивное излучение обнаружил Анри Беккерель, который, проводя эксперименты с солями урана, по почернению фотопластинки установил, что они самопроизвольно испускают невидимое излучение сильной проникающей способности. В дальнейшем было обнаружено, что не только уран, но и такие элементы, как радий и полоний, тоже испускают невидимое излучение.
Радиоактивность, которой обладают вещества, существующие в природе, называют естественной радиоактивностью. Она проявляется у всех элементов таблицы Д.И. Менделеева, порядковый номер которых больше 83. В дальнейшем было установлено, что и некоторые искусственно полученные вещества радиоактивны.
2. Резерфорд, изучая радиоактивное излучение, обнаружил его сложный состав. Он поместил радиоактивный препарат в свинцовый сосуд с отверстием (рис. 106). Над сосудом расположил фотопластинку, на которую падало радиоактивное излучение, выходившее через отверстие и прошедшее через магнитное поле.
Когда фотопластинку проявили, то на ней обнаружили три тёмных пятна. Одно пятно располагалось точно напротив отверстия. Это значит, что магнитное поле на него не действовало и заряженных частиц в этом излучении нет. Его назвали гамма-излучением ( \( \gamma \) -излучение). Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение или поток фотонов.
Наличие двух боковых пятен по разную сторону от центрального означает, что существуют два излучения, состоящие из частиц, имеющих заряды противоположных знаков. Эксперимент показывает, что одно из них представляет собой поток положительно заряженных частиц. Их назвали \( \alpha \) -частицами. Другое излучение состоит из отрицательно заряженных частиц. Их назвали \( \beta \) -частицами.
3. Первую модель строения атома предложил Джозеф Джон Томсон, после того как он открыл электрон — частицу с наименьшим электрическим зарядом. Он представлял атом в виде шара из положительно заряженного вещества, в который вкраплены электроны. При этом положительный заряд шара равен суммарному заряду электронов. Модель атома Томсона называют «пудингом с изюмом». Используя эту модель, можно было объяснить электрическую проводимость веществ, явление электризации тел и др.
Проводя опыты по изучению строения вещества, Резерфорд показал несостоятельность модели Томсона. Резерфорд облучал тонкую металлическую фольгу \( \alpha \) -частицами, имеющими большую энергию. В соответствии с моделью Томсона а-частицы должны были отражаться от атома. Однако очень небольшое число частиц рассеивалось на углы от 90° до 180°. Большинство частиц проходило через фольгу, отклоняясь от направления движения на незначительные углы.
В результате экспериментов Резерфорд предложил новую модель строения атома, названную планетарной моделью. Он сделал следующие выводы:
Таким образом, в соответствии с моделью атома Резерфорда в центре атома расположено положительное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны. Поскольку масса электронов мала, то масса атома в основном сосредоточена в ядре.
Так как атом в целом нейтрален, то положительный заряд ядра должен быть равен суммарному заряду электронов. Число электронов в нейтральном атоме равно порядковому номеру \( Z \) элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Заряд атомного ядра \( q_я \) равен произведению \( Z \) и заряда электрона \( e \) : \( q_я=Z\cdot e \) .
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. Какой из типов радиоактивного излучения представляет собой поток положительно заряженных частиц?
1) \( \alpha \) -излучение
2) \( \beta \) -излучение
3) \( \gamma \) -излучение
4) поток нейтронов
2. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение. Что представляет собой гамма-излучение?
1) поток электронов
2) поток нейтронов
3) поток ядер атомов гелия
4) электромагнитное излучение
3. 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) отрицательный и равный элементарному заряду
2) положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3) положительный и равный по модулю элементарному заряду
4) альфа-частицы не имеют заряда
4. Радиоактивный препарат помещен в магнитное поле. В этом поле не отклоняются
1) только А
2) только А и Б
3) только В
4) только А и В
5. Какое из трёх типов излучения — \( \alpha \) , \( \beta \) или \( \gamma \) — обладает наименьшей проникающей способностью?
1) \( \alpha \)
2) \( \beta \)
3) \( \gamma \)
4) проникающая способность всех типов излучения одинакова
6. Какой вывод можно было сделать из результатов опытов Резерфорда?
1) атом представляет собой положительно заряженный шар, в который вкраплены электроны
2) ядро атома имеет такие же размеры, что и \( \alpha \) -частицы
3) атом имеет положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны
4) атом излучает и поглощает энергию порциями
7. Почему в опыте Резерфорда большая часть \( \alpha \) -частиц практически не отклоняется от прямолинейной траектории?
8. Суммарный заряд электронов в нейтральном атоме:
1) отрицательный и равен по модулю заряду ядра
2) положительный и равен по модулю заряду ядра
3) может быть положительным или отрицательным, но равным по модулю заряду ядра
4) отрицательный и всегда больше по модулю заряда ядра
9. Число электронов в нейтральном атоме равно
1) числу нейтронов в ядре
2) числу протонов в ядре
3) суммарному числу нейтронов и протонов
4) разности между числом протонов и нейтронов
10. Атом становится отрицательно заряженным ионом, если
1) он потеряет электроны
2) к нему присоединятся электроны
3) он потеряет протоны
4) к нему присоединятся протоны
11. Установите соответствие между видом излучения (в левом столбце таблицы) и его характеристикой (в правом столбце таблицы). В таблице под номером вида излучения левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.
ВЕЛИЧИНА
A. Альфа-излучение
Б. Бета-излучение
B. Гамма-излучение
ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Отрицательный заряд, равный двум элементарным зарядам
2. Отрицательный заряд, равный элементарному заряду
3. Положительный заряд, равный по модулю двум элементарным зарядам
4. Положительный заряд, равный по модулю элементарному заряду
5. Отсутствие заряда
12. Из приведённых ниже высказываний выберите 2 правильных и запишите их номера в таблицу.
1) магнитное поле не действует на гамма-излучение
2) магнитное поле сильнее отклоняет альфа-частицы
3) магнитное поле сильнее отклоняет бета-частицы
4) все три вида излучения, обнаруженные при исследовании естественной радиоактивности, отклоняются магнитным полем
5) радиоактивностью обладают все элементы таблицы Менделеева
Под «радиацией» понимают любые разновидности излучений, существующих в природе. Радиоволны, солнечный свет, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение – это тоже радиация. Нейтронное, альфа-, бета-, гамма-излучения обладают наибольшей опасностью.
Что такое радиоактивность в физике
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.
Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью.
Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.
Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.
В физике существуют такие виды радиоактивного распада:
α-распад с выделением α-частицы;
β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;
бесконтрольное деление ядра на осколки.
Альфа-излучение
Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.
Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.
Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.
Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.
Бета-излучение
Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом). Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.
Электроны намного меньше ядра атомов гелия. Они могут проникать в тело человека примерно на 15 см. Попадая на кожу живого организма, частицы вызывают сильные ожоги. Чтобы оградиться от бета-излучения, достаточно тонкого оргстекла. Если вещество, излучающее электроны или позитроны, попадет в организм, то оно будет облучать ткани.
Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.
Гамма-излучение
Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра.
переходе его из возбужденного состояния в стабильное;
аннигиляции электрона и позитрона.
Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.
Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.
Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.
Нейтронное излучение
Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия. Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.
Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.
Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой. От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.
Рентгеновское излучение
Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.
Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.
Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.
Какое излучение самое опасное
Наиболее опасным является излучение нейтронов. Оно может пройти толщину вещества до 10 см. Приблизившись к ядру, нейтрон только отклоняется. А при столкновении с протоном нейтрон передает ему половину внутренней энергии, и последний увеличивает свою скорость, вызывая ионизацию.
Именно эти быстрые протоны разрушают весь организм. От наведенной нейтронной радиации нельзя избавиться.
Второе место в рейтинге опасности – гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью.
В природе существует много разновидностей радиационного излучения. Не каждое их них опасно для здоровья. Соблюдая меры предосторожности, можно защитить себя от вредных лучей.
Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели
Под «радиацией» понимают любые разновидности излучений, существующих в природе. Радиоволны, солнечный свет, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение – это тоже радиация. Нейтронное, альфа-, бета-, гамма-излучения обладают наибольшей опасностью.
Что такое радиоактивность в физике
Любой атом имеет ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные заряженные частицы — электроны.
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.
Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью.
Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.
Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.
В физике существуют такие виды радиоактивного распада:
α-распад с выделением α-частицы;
β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;
γ-распад — излучение атомным ядром кванта ионизирующих лучей;
бесконтрольное деление ядра на осколки.
Альфа-излучение
Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.
Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.
Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.
Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.
Бета-излучение
Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом). Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.
Электроны намного меньше ядра атомов гелия. Они могут проникать в тело человека примерно на 15 см. Попадая на кожу живого организма, частицы вызывают сильные ожоги. Чтобы оградиться от бета-излучения, достаточно тонкого оргстекла. Если вещество, излучающее электроны или позитроны, попадет в организм, то оно будет облучать ткани.
Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.
Гамма-излучение
Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра.
переходе его из возбужденного состояния в стабильное;
аннигиляции электрона и позитрона.
Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.
Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.
Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.
Нейтронное излучение
Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия. Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.
Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.
Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой. От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.
Рентгеновское излучение
Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.
Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.
Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.
Какое излучение самое опасное
Наиболее опасным является излучение нейтронов. Оно может пройти толщину вещества до 10 см. Приблизившись к ядру, нейтрон только отклоняется. А при столкновении с протоном нейтрон передает ему половину внутренней энергии, и последний увеличивает свою скорость, вызывая ионизацию.
Именно эти быстрые протоны разрушают весь организм. От наведенной нейтронной радиации нельзя избавиться.
Второе место в рейтинге опасности – гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью.
В природе существует много разновидностей радиационного излучения. Не каждое их них опасно для здоровья. Соблюдая меры предосторожности, можно защитить себя от вредных лучей.
Альфа-, бета-, гамма-излучения
Всего получено оценок: 199.
Всего получено оценок: 199.
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.
Рис. 1. Открытие радиоактивности Беккерелем.
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:
Рис. 3. Таблица: альфа-, бета-, гамма-излучения.
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.
