12.1. Открытие явления радиоактивности

12.1. Открытие явления радиоактивности: В конце 1895 г. весь ученый мир был взволновал появившимися в печати

12.1.  Открытие явления радиоактивности

В конце 1895 г. весь ученый мир был взволновал появившимися в печати сообщениями об открытии профессором Вильгельмом Конрадом Рентгеном лучей, обладавших необычными свойствами. Эти лучи, названные Рентгеном X-лучами, свободно проходили сквозь дерево, картон и другие предметы, не прозрачные для видимого света.

Впоследствии они получили название рентгеновских лучей — в честь открывшего их ученого. Это открытие вызвало большую сенсацию в научном мире. Может, по этой причине многими учеными не было замечено другое крупнейшее открытие конца XIX столетия — открытие французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. явления радиоактивности.

Вскоре Беккерель на заседании Академии наук сообщил, что наблюдавшиеся им лучи, проникавшие подобно рентгеновским лучам через непрозрачные для света предметы и вызывавшие почернение фотопластинок, спонтанно,, без всякого вмешательства извне, излучаются некоторыми веществами.

Так было установлено, что новые лучи излучаются веществам, в состав которых входит уран. Вновь открытые лучи Беккерель назвал урановыми. Дальнейшая история новооткрытых лучей тесно связана с именами польского физика Марии Склодовской и ее мужа — француза Пьера Кюри.

Супругам Кюри наука обязана тщательным всестороннем изучением вновь открытого явления, которое по предложению Марии Кюри-Склодовскон оыло названо радиоактивностью.

Радиоактивность — это способность ряда химических элементов самопроизвольно распадаться и испускать невидимое излучение.

Глубокое изучение свойств радиоактивных элементов привело к созданию так называемой планетарной модели атома (английский физик Э. Резерфорд. 1911 г.), затем она была усовершенствована датским ученым Нильсом Бором. Этой моделью мы пользуемся до настоящего времени.

Атом похож на солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра (размеры атома очень малы — поперечник атома составляет около 10″8 см, следовательно, на 1 см можно уложить 100 млн атомов) движутся по орбитам крошечные «планеты* — электроны. Размеры ядра в 100 тыс.

раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе его атома. Ядро, как правило, состоит из нескольких более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом. Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протопалш.

Число протонов в ядре определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, атома кислорода — 8, атома урана — 92.

В каждом атоме число электронов ч точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа — нейтроны, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента содержат всегда одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разным разновидностям одного и того же химического элемента, называемым изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента добавляют число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа.

Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу нуклидов.

Некоторые нуклиды стабильны, то есть в отсутствие внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений. Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается в виде радиоактивного излучения.

Сразу же после открытия радиоактивности перед наукой встал ряд новых вопросов: что собой представляют открытые лучи, каковы их природа и свойства, насколько широко радиоактивные вещества распространены в природе, какое действие они оказывают на человека и окружающую природу.

Понадобилось, однако, несколько десятков лет, чтобы получить ответ на поставленные вопросы.

Прежде всего удалось решить вопрос о природе лучей, испускаемых радиоактивными атомами.

Было установлено, что радиоактивное излучение — это сложное излучение, в состав которого входят лучи трех видов, отличающиеся друг от друга проникающей способностью.

Хуже всего проникающие лучи получили название а-лучей, проникающие лучше — р-лучей, и наконец, лучи, имеющие наибольшую проникающую способность, — у-лучей.

Альфа-лучи оказались потоком частиц с массой, равной четырем, и двойным положительным зарядом, то есть потоком ядер атомов гелия. Эти частицы вылетают из ядра со скоростью 15 000-20 000 км/с.

а-частицы обладают очень малой проникающей способностью.

В зависимости от энергии частиц в воздухе они могут пройти путь 2—9 см, в биологической ткани — 0,02—0,06 мм; они полностью поглощаются листом чистой бумаги.

Бета-лучи — это ноток (3-частиц (электронов), вылетающих из ядер со скоростью света.

Максимальная энергия 3-частиц радиоактивных изотопов может различаться в широких пределах — от нескольких тысяч до нескольких миллионов электрон- вольт.

Проникающая способность этих частиц значительно больше, чем у а-час- тиц. Бета-частицы могут пройти в воздухе до 15 м, в воде и биологической ткани — до 12 мм, и алюминии до 5 мм.

у -лучи представляют собой электромагнитное излучение с длиной волны 10 — 10 11 см. Проникающая способностьу-лучей очень велика — значительно больше, чем у а- и Р-частиц. Чтобы ослабить у-излучение радиоактивного кобальта вдвое, нужно установить защиту из слоя свинца толщиной 1,6 см или слоя бетона толщиной 10 см. Чем короче длина волны, тем большую проникающую способность имеют у-лучи.

Таким образом, под проникающей радиацией понимают поток у-лучей и нейтронов. Коэффициенты половинного ослабления приведены в табл. 12.1.

Таблица 12.1. Коэффициенты половинного ослабления материалов, см Материал
Проникающая радиация у-лучи
нейтроны
Свинец
1,8
8,7
Сталь
2,8
4.7
Бетон
10
12
Грунт, кирпич, песок
14
12
Дерево
30
10
Вода
23
3

Сейчас каждый школьник знает, что проникающая радиация разрушает организм человека, может вызвать у него лучевую болезнь различной степени.

Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество переданной организму энергии называется дозой.

За единицу дозы принят рентген (Р) (1 Р — это такая доза у-излучения, при которой в 1 см3 сухого воздуха при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. образуется 2,08 млрд рар ионов (2,08 ? 109).

На организм воздействует не вся энергия излучения, а только поглощенная энергия. Поглощенная доза более точно характеризует воздействие ионизирующих лучей на биологические ткани и измеряется во внесистемных единицах, называемых рад.

Достоинства рада как дозиметрической единицы в том. что его можно использовать для любого вида излучений в любой среде. Рад – это такая доза, когда энергия, поглощенная 1 кг вещества, равна 0.01 Дж, или 105 эрг.

Биологическим эквивалентом рада является бэр.

Надо учитывать тот факт, что при одинаковой поглощенной дозе а-излученне гораздо опаснее Р- и у-излучений. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вила повреждать ткани организма; а-излученне считается при этом в 20 раз опаснее

б 3«. 287

других видов излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; в СИ ее измеряют в единицах, называемых зивертами (Зв).

Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений.

Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма, — она измеряется в зивер- тах.

Величины и единицы, используемые в дозиметрии ионизирующих излучений, приведены в табл. 12.2.

Таблица 12.2.

Величины и единицы, используемые в дозиметрии ионизирующих излучений Физическая величина и ее символ
В СИ
Внесистемная
Соотношение между ними
Активность (С)
Беккерель(Бк)
Кюри (Ки)
1 Бк = 1 расп/с = 2,7 • 10'” Ки 1 Ки = 3,7 • 10'° Бк
Поглощенная доза (Д)
Грей(Гр)
Рад (рад)
1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг 1 рад = 10'2Гр= 100эрг/г
Эквивалентная доза (Н)
Зиверт(Зв)
Бэр(бэр)
1 Зв = 100 бэр = 1 ГрО =

= 1 Дж/кг • О 1 бэр = 10'2 Зв = = 10‘2 Гр -0=1 рад ? О

Активность радионуклида означает число распадов в секунду. Один беккерель равен одному распаду в секунду. 12.2.

Источник: https://bookucheba.com/jiznedeyatelnosti-bjd-bezopasnost/121-otkryitie-yavleniya-18210.html

История открытия радиоактивности (стр. 1 из 2)

12.1.  Открытие явления радиоактивности

Французский физик А.Баккрель 1 марта 1896 года обнаружил по почернению фотопластинки испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности. Вскоре он выяснил, что свойством лучеиспускания обладает и сам уран.

Затем такое свойство им было обнаружено и у тория.

Радиоактивность (от латинского radio – излучаю, radus – луч и activus – действенный), такое название получило открытое явление, которое оказалось привилегией самых тяжелых элементов периодической системы Д.И.Менделеева.

Есть несколько определений этого замечательного явления одно из которых дает такую ее формулировку: «Радиоактивность – это самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно изотоп другого элемента); при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия (ά-частиц)» Сущностью открытого явления было в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбужденном долгоживущем состоянии.

В 1898 году другие французские ученые Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри выделили из уранового минерала два новых вещества, радиоактивных в гораздо большей степени, чем уран и торий Так были открыты два неизвестных ранее радиоактивных элемента – полоний и радий, а Мария, кроме того обнаруживает (независимо от немецкого физика Г.Шмидта) явление радиоактивности у тория.

Кстати, она первой и предложила термин радиоактивность. Ученые пришли к выводу, что радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов.

Теперь это явление определяют как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элеента в изотоп другого элемента и при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия α – частиц. Здесь следует отметить, что среди элементов, содержащихся в земной коре, радиоактивными являются все с порядковыми номерами более 83, т.е.

расположенными в таблице Менделеева после висмута. За 10 лет совместной работы они сделали очень многое для изучения явления радиоактивности. Это был беззаветный труд во имя науки – в плохо оборудованной лаборатории и при отсутствии необходимых средств. Пьер установил самопроизвольное выделение тепла солями радия. Этот препарат радия исследователи получили в 1902 году в количестве 0,1 гр.

Для этого им потребовалось 45 месяцев напряженного туда и более 10000 химических операций освобождения и кристаллизации. В 1903 году за открытие в области радиоактивности супругам Кюри и А.Беккерею была присуждена Нобелевская премия по физике. Всего за работы, связанные с исследованием и применением радиоактивности, было присуждено более 10 Нобелевских премий по физике и химии (А.

Беккерею, П. и М. Кюри, Э.Ферми, Э.Резерфорду, Ф. и И. Жолио-Кюри, Д.Хэвиши, О.Гану, Э.Макмиланн и Г.Сиборгу, У.Либби и др.). В честь супругов Кюри получил свое название искусственно полученный трансурановый элемент с порядковым номером 96 – кюрий.

В 1898 году английский ученый Э.Резерфорд приступил к изучению явления радиоактивности. В 1903 году Э.Резерфорд доказывает ошибочность предположения английского физика Д.Томпсона о его теории строении атома и в 1908-1911 г.г. проводит опыты по рассеянию α – частиц (ядер гелия) металлической фольгой.

α – частица проходила сквозь тонкую фольгу (толщиной 1 мкм) и, попадая на экран из сернистого цинка, порождала вспышку, хорошо наблюдаемую в микроскоп.

Опыты по рассеянию α – частиц убедительно показали, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – атомном ядре, диаметр которого примерно в 100000 раз меньше диаметра атома.

Большинство α – частиц пролетает мимо массивного ядра, не задевая его, но изредка происходит столкновение α – частицы с ядром и тогда она может отскочить назад. Таким образом, первым его фундаментальным открытием в этой области было обнаружение неоднородности излучения, испускаемого ураном.

Так в науку о радиоактивности впервые вошло понятие об α – и β – лучах. Он также предложил и названия: α –распад и α – частица. Немного позже была обнаружена еще одна составляющая часть излучения, обозначенная третьей буквой греческого алфавита: γ-лучи. Это произошло вскоре после открытия радиоактивности.

На долгие годы α – частицы стали для Э.Резерфорда незаменимым инструментом исследований атомных ядер. В 1903 году он открывает новый радиоактивный элемент – эманацию тория. В 1901-1903 годах он совместно с английским ученым Ф.Содди проводит исследования, которые привели к открытию естественного превращения элеентов( например радия в радон) и разработке теории радиоактивного распада атомов.

В 1903 году немецкий физик К.Фаянс и Ф.Содди независимо друг от друга сформулировали правило смещения, характеризующее перемещение изотопа в периодической системе элементов при различных радиоактивных превращениях.

Весной 1934 года в «Докладах Парижской академии наук» появилась статья под названием «Новый тип радиоактивности». Ее авторы Ирен Жолио-Кюри и ее муж Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что бор, магний, и алюминий, облученные α – частицами, становятся сами радиоактивными и при своем распаде испускают позитроны.

Так была открыта искусственная радиоактивность. В результате ядерных реакций (например, при облучении различных элементов α – частицами или нейтронами) образуется радиоактивные изотопы элементов, в природе не существующие. Именно эти искусственные радиоактивные продукты составляют подавляющее большинство среди всех известных ныне изотопов.

Во многих случаях продукты радиоактивного распада сами оказываются радиоактивными и, тогда образованию стабильного изотопа предшествует цепочка из нескольких актов радиоактивного распада.

Примерами таких цепочек являются ряды периодических изотопов тяжелых элементов, которые начинаются нуклеидами 238U, 235U, 232 и заканчиваются стабильными изотопами свинца 206Pb, 207Pb, 208Pb. Так из общего числа известных ныне около 2000 радиоактивных изотопов около 300 – природные, а остальные получены искусственно, в результате ядерных реакций.

Между искусственной и естественной радиацией нет принципиального различия. В 1934 г. И. и Ф. Жолио-Кюри в результате изучения искусственной радиации были открыты новые варианты β–распада – испускание позитронов, которые были первоначально предсказаны японскими учеными Х.Юккавой и С.Сакатой. И. и Ф.

Жолио-Кюри осуществили ядерную реакцию, продуктом которой был радиоактивный изотоп фосфора с массовым числом 30. Выяснилось, что он испускал позитрон. Этот тип радиоактивных превращений называют β+ распадом (подразумевая под β-распадом испускание электрона).

Один из выдающихся ученых современности Э.Ферми , свои главные работы посвятил исследованиям, связанным с искусственной радиоактивностью. Созданная им в 1934 году теория бетта-распада и в настоящее время используется физиками для познания мира элементарных частиц.

Теоретики уже давно предсказывают возможность двойного β- превращения в 2 β- распада, при которой одновременно испускаются два электрона или два позитрона, однако на практике этот путь «гибели» радиоактивного ядра пока не обнаружен.

Зато сравнительно недавно удалось наблюдать очень редкое явление протонной радиоактивности – испускание ядром протона и доказано существование двупротонной радиоактивности, предсказанное ученым В.И.Гольданским.

Всем этим видам радиоактивных превращений подтверждены только искусственные радиоизотопы, и в природе они не встречаются.

В последствии целым рядом ученых разных стран (Дж.Данинг, В.А.Карнаухов, Г.Н.Флеров, И.В.Курчатов и др.) были обнаружены сложные, включающие β–распад, превращения, в том числе испускание запаздывающих нейтронов.

Одним из первых ученых в бывшем СССР, который приступил к изучению физики атомных ядер вообще и радиоактивности в частности был академик И.В.Курчатов.

В 1934 году он открыл явление разветвления ядерных реакций, вызываемых нейтронной бомбардировкой и исследовал искусственную радиоактивность. ряда химических элементов.

В 1935 году при облучении брома потоками нейтронов Курчатов и его сотрудники заметили, что возникающие при этом радиоактивные атомы брома распадаются с двумя различными скоростями. Такие атомы назвали изомерами, а открытое учеными явление изомерией.

Наукой было установлено, что быстрые нейтроны способны разрушать ядра урана. При этом выделяется много энергии и образуются новые нейтроны, способные продолжать процесс деления ядер урана.

Позднее обнаружилось, что атомные ядра урана могут делиться и без помощи нейтронов. Так было установлено самопроизвольное (спонтанное) деление урана.

В честь выдающегося ученого в области ядерной физики и радиоактивности 104-й элемент периодической системы Менделеева назван курчатовием.

Открытие радиоактивности оказало огромное влияние на развитие науки и техники, Оно ознаменовало начало эпохи интенсивного изучения свойств и структуры веществ.

Новые перспективы, возникшие в энергетике, промышленности, военной области медицине и других областях человеческой деятельности благодаря овладению ядерной энергией, были вызваны к жизни обнаружением способности химических элементов к самопроизвольным превращениям.

Однако, наряду с положительными факторами использования свойств радиоактивности в интересах человечества можно привести примеры и негативного их вмешательства в нашу жизнь.

К числу таких можно относится ядерное оружие во всех его формах, затонувшие корабли и подводные лодки с атомными двигателями и атомным оружием, захоронение радиоактивных отходах в море и на земле, аварии на атомных электростанциях и др. а непосредственно для Украины использование радиоактивности в атомной энергетике привело к Чернобыльской трагедии.

Р Е Ф Е Р А Т

на тему: О Т К Р Ы Т И Е

Источник: https://mirznanii.com/a/320815/istoriya-otkrytiya-radioaktivnosti

Открытие радиоактивности. Альфа-, бета- и гамма-излучения – Класс!ная физика

12.1.  Открытие явления радиоактивности

Открытие радиоактивности — явления, доказывающего сложный состав атомного ядра, — произошло благодаря счастливой случайности.

Рентгеновские лучи впервые были получены при столкновениях быстрых электронов со стеклянной стенкой разрядной трубки. Одновременно наблюдалось свечение стенок трубки.

Беккерель долгое время исследовал подобное явление — свечение веществ, облученных солнечным светом.

К таким веществам относятся, в частности, соли урана, с которыми экспериментировал ученый.

И вот у него возник вопрос: не появляются ли после облучения солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи? Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет.

После проявления фотопластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому, пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку.

Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей.

Но однажды, в феврале 1896 г., провести очередной опыт ему не удалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана.

Проявив на всякий случай фотопластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста.

Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний, создают какое-то излучение.

Вскоре Беккерель обнаружил, что излучение урановых солей ионизирует воздух, подобно рентгеновским лучам, и разряжает электроскоп.

Испробовав различные химические соединения урана, он установил очень важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит.

Следовательно, это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам.

Естественно было попытаться обнаружить, не обладают ли способностью к самопроизвольному излучению другие химические элементы, кроме урана.
В 1898 г. Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие ученые открыли излучение тория.

В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри.

Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый, неизвестный ранее химический элемент — полоний, названный так в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши.

Наконец, был открыт еще один элемент, дающий очень интенсивное излучение.
Его назвали радием (т. е. лучистым).
Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.

Радий имеет относительную атомную массу, равную 226, и занимает в таблице Д. И. Менделеева клетку под номером 88. До открытия Кюри эта клетка пустовала.

По своим химическим свойствам радий принадлежит к щелочно-земельным элементам.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Радиоактивностью называется способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц.

Альфа-, бета- и гамма-излучения

После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения.
Кроме Беккереля и супругов Кюри, этим занялся Резерфорд.

Опыт Резерфорда, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем. Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу.

Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствие магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно точно напротив канала. В магнитном поле пучок распадался на три пучка. Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны.

Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный. Третья составляющая совсем не отклонялась магнитным полем.

Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный — бета-лучей и нейтральный — гамма-лучей (α-лучи, β-лучи, γ-лучи).

Эти три вида излучения очень сильно различаются по проникающей способности, т. е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.

Наименьшей проникающей способностью обладают а-лучи. Слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен.

Если прикрыть отверстие в свинцовой пластинке листочком бумаги, то на фотопластинке не обнаружится пятна, соответствующего а-излучению.

Гораздо меньше поглощаются при прохождении через вещество β-лучи. Алюминиевая пластинка полностью их задерживает только при толщине в несколько миллиметров.

Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи.

Интенсивность поглощения γ-лучей усиливается с увеличением атомного номера вещества-поглотителя. Но и слой свинца толщиной в 1 см не является для них непреодолимой преградой.

При прохождении у-лучей через такой слой свинца их интенсивность ослабевает лишь вдвое.

Физическая природа α-, β- и γ-лучей, очевидно, различна.

Гамма-лучи

По своим свойствам γ-лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей. Это наводило на мысль, что γ-лучи представляют собой электромагнитные волны. Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция γ-лучей на кристаллах и измерена их длина волны.

Она оказалась очень малой — от 10-8 до 10-11 см.

На шкале электромагнитных волн γ-лучи непосредственно следуют за рентгеновскими.
Скорость распространения у γ-лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, — около 300 000 км/с.

Бета-лучи

С самого начала α- и β-лучи рассматривались как потоки заряженных частиц.
Проще всего было экспериментировать с β-лучами, так как они сильнее отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле.

Основная задача экспериментаторов состояла в определении заряда и массы частиц.

При исследовании отклонения β-частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света.

Существенно, что скорости β-частиц, испущенных каким-либо радиоактивным элементом, неодинаковы. Встречаются частицы с самыми различными скоростями.

Это и приводит к расширению пучка β-частиц в магнитном поле.

Альфа-частицы

Труднее было выяснить природу α-частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями. Окончательно эту задачу удалось решить Резерфорду. Он измерил отношение заряда частицы к ее массе по отклонению в магнитном поле.

Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона — ядра атома водорода. Заряд протона равен элементарному, а его масса очень близка к атомной единице массы.

Следовательно, у α-частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.

Атомная единица массы (а. е. м.) равна 1/12 массы атома углерода; 1 а. е. м. ≈ 1,66057 • 10-27 кг.

Но заряд α-частицы и ее масса оставались, тем не менее, неизвестными. Следовало измерить либо заряд, либо массу α-частицы. С появлением счетчика Гейгера стало возможным проще и точнее измерить заряд.

Сквозь очень тонкое окошко α-частицы могут проникать внутрь счетчика и регистрироваться им.

Резерфорд поместил на пути α-частиц счетчик Гейгера, который измерял число частиц, испускавшихся радиоактивным препаратом за определенное время. Затем он поставил на место счетчика металлический цилиндр, соединенный с чувствительным электрометром.

Электрометром Резерфорд измерял заряд α-частиц, испущенных источником внутрь цилиндра за такое же время (радиоактивность многих веществ почти не меняется со временем). Зная суммарный заряд α-частиц и их число, Резерфорд определил отношение этих величин, т. е. заряд одной α-частицы.

Этот заряд оказался равным двум элементарным.

Таким образом, он установил, что у α-частицы на каждый из двух элементарных зарядов приходится две атомные единицы массы. Следовательно, на два элементарных заряда приходится четыре атомные единицы массы. Такой же заряд и такую же относительную атомную массу имеет ядро гелия.

Из этого следует, что α-частица — это ядро атома гелия.

Не довольствуясь достигнутым результатом, Резерфорд затем еще прямыми опытами доказал, что при радиоактивном а-распаде образуется именно гелий.
Собирая α-частицы внутри специального резервуара на протяжении нескольких дней, он с помощью спектрального анализа убедился в том, что в сосуде накапливается гелий (каждая α-частица захватывала два электрона и превращалась в атом гелия).

Итак,
при радиоактивном распаде возникают α-лучи (ядра атома гелия), β-лучи (электроны) и γ-лучи (коротковолновое электромагнитное излучение).

Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Следующая страница «Радиоактивные превращения»
Назад в раздел «Физика – 11 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин»

Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц — Открытие радиоактивности. Альфа-, бета- и гамма-излучения — Радиоактивные превращения — Закон радиоактивного распада. Период полураспада — Открытие нейтрона — Строение атомного ядра. Ядерные силы.

Изотопы — Энергия связи атомных ядер — Ядерные реакции — Деление ядер урана — Цепные ядерные реакции — Ядерный реактор — Термоядерные реакции.

Применение ядерной энергии — Получение радиоактивных изотопов и их применение — Биологическое действие радиоактивных излучений — Краткие итоги главы — Три этапа в развитии физики элементарных частиц — Открытие позитрона. Античастицы

Источник: http://class-fizika.ru/11_73.html

Кто открыл явление радиоактивности и как это произошло?

12.1.  Открытие явления радиоактивности

В статье рассказывается о том, кто открыл явление радиоактивности, когда это произошло и при каких обстоятельствах.

Радиоактивность

Современный мир и промышленность уже вряд ли смогут обойтись без атомной энергетики. Ядерные реакторы питают подводные лодки, обеспечивают электричеством целые города, а специальные источники энергии, основанные на радиоактивном распаде, устанавливают на искусственные спутники и роботов, которые изучают другие планеты.

Радиоактивность была открыта в самом конце XIX века. Впрочем, как и многие другие важнейшие открытия в различных областях науки. Но кто из ученых впервые открыл явление радиоактивности и как это произошло? Об этом мы и поговорим в данной статье.

Открытие

Это очень важное для науки событие произошло в 1896 году и совершил его А. Беккерель при изучении возможной связи люминесценции и недавно открытых так называемых рентгеновских лучей.

По воспоминаниям самого Беккереля, ему пришла мысль о том, что, может быть, любая люминесценция также сопровождается рентгеновскими лучами? Для того чтобы проверить свою догадку, он использовал несколько химических соединений, в том числе и одну из солей урана, которая светилась в темноте. Далее, подержав ее под солнечными лучами, ученый завернул соль в темную бумагу и убрал в шкаф на фотопластинку, которая, в свою очередь, также была упакована в светонепроницаемую обертку. Позже, проявив ее, Беккерель заменил точное изображение куска соли. Но поскольку люминесценция преодолеть бумагу не могла, то значит, засветило пластинку именно рентгеновское излучение. Так что теперь мы знаем, кто впервые открыл явление радиоактивности. Правда, сам ученый тогда еще не до конца понимал, какое открытие совершил. Но обо всем по порядку.

Чуть позже в том же году, на одном из заседаний в Академии наук Парижа, Беккерель сделал доклад «Об излучении, производимом фосфоресценцией». Но спустя некоторое время в его теорию и выводы пришлось внести корректировки.

Так, во время одного из опытов, не дождавшись хорошей и солнечной погоды, ученый положил на фотопластинку соединение урана, которое светом не облучалось. Тем не менее на пластинке все равно отразилась четкая его структура.

Второго марта того же года Беккерель представил заседанию Академии наук новую работу, в которой рассказывалось о радиации испускаемой фосфоресцирующими телами. Теперь нам известно, кто из ученых открыл явление радиоактивности.

Дальнейшие опыты

Занимаясь дальнейшими исследованиями явления радиоактивности, Беккерель перепробовал много веществ, в том числе и металлический уран. И всякий раз на фотопластинке неизменно оставались следы.

А поместив между источником излучения и пластинкой металлический крестик, ученый получил, как сейчас сказали бы, его рентгеновский снимок.

Так что мы разобрали вопрос о том, кто открыл явление радиоактивности.

Именно тогда стало понятно, что Беккерель открыл совершенно новый тип невидимых лучей, которые способны проходить сквозь любые предметы, но в то же время они не являлись рентгеновскими.

Также было выяснено то, что интенсивность радиоактивного излучения зависит от количества самого урана в химических препаратах, а не от их видов.

Именно Беккерель поделился своими научными достижениями и теориями с супругами Пьером и Марией Кюри, которые впоследствии установили радиоактивность, испускаемую торием, и открыли два совершенно новых элемента, позже названых полонием и радием.

И при разборе вопроса «кто открыл явление радиоактивности» часто многие ошибочно приписывают эту заслугу супругам Кюри.

Влияние на живые организмы

Когда стало известно, что радиоактивное излучение испускают все соединения урана, Беккерель постепенно вернулся к изучению люминофора. Но он успел сделать еще одно важнейшее открытие – влияние радиоактивных лучей на биологические организмы. Так что Беккерель был не только первым, кто открыл явление радиоактивности, но и тем, кто установил его влияние на живых существ.

Для одной из лекций он одолжил радиоактивное вещество у супругов Кюри и положил его в карман. После лекции, вернув его владельцам, ученый заметил сильное покраснение кожи, которое имело форму пробирки.

Пьер Кюри, выслушав его догадки, решился на эксперимент – в течении десяти часов носил привязанную к руке пробирку, содержащую радий. И в итоге получил сильнейшую язву, которая не заживала несколько месяцев.

Так что мы разобрали вопрос о том, кто из ученых впервые открыл явление радиоактивности. Именно так было открыто влияние радиоактивности на биологические организмы.

Но несмотря на это, супруги Кюри, кстати, продолжали заниматься изучением радиационных материалов, а Мария Кюри погибла именно от лучевой болезни.

Ее личные вещи до сих пор содержатся в специальном освинцованном хранилище, поскольку накопленная ими доза радиации почти сотню лет назад до сих пор остается слишком опасной.

Источник: https://FB.ru/article/252487/kto-otkryil-yavlenie-radioaktivnosti-i-kak-eto-proizoshlo

Контрольные вопросы

12.1.  Открытие явления радиоактивности

  1. Что такое АХОВ? Дайте классификацию АХОВ.

  2. Каков механизм воздействия химически опасных веществ на организм человека?

  3. Какой способ защиты населения от АХОВ является наиболее эффективным?

  4. Дайте краткую характеристику хлора. Как вы будете оказывать первую медицинскую помощь пострадавшему?

  5. Дайте краткую характеристику аммиака. Как вы будете оказывать первую медицинскую помощь пострадавшему?

В конце 1895 г. весь ученый мир был взволнованпоявившимися в печати сообще­ниямиоб открытии профессором ВильгельмомКонрадом Рентгеном лучей, обла­давшихнеобычными свойствами. Эти лучи, названныеРентгеном Х-лучами, сво­бодно проходилисквозь дерево, картон и другие предметы,не прозрачные для видимого света.

Впоследствии они получили названиерентгеновских лучей— в честьоткрывшего их ученого. Это открытиевызвало большую сенсацию в науч­номмире. Может, по этой причине многимиучеными не было имечено другое крупнейшееоткрытие конца XIX столетия — открытиефранцузским ученым Анри Беккерелем в1896 г. явления радиоактивности.

ВскореБеккерель на заседании Академии науксообщил, что наблюдавшиеся им лучи,проникавшие подобно рен­тгеновскимлучам через непрозрачные для светапредметы и вызывавшие почер­нениефотопластинок, спонтанно, без всякоговмешательства извне, излучаютсянекоторыми веществами.

Так былоустановлено, что новые лучи излучаютсяве­ществам, в состав которых входитуран. Вновь открытые лучи Беккерельназвалурановыми. Дальнейшая историяновооткрытых лучей тесно связана сименами польского физика Марии Склодовскойи ее мужа — француза Пьера Кюри.

Суп­ругамКюри наука обязана тщательным всестороннемизучением вновь открытого явления,которое по предложению МарииКюри-Склодовской было названорадиоактивностью.

Радиоактивность— это способностьряда химических элементов самопроизволь­нораспадаться и испускать невидимоеизлучение.

Глубокое изучение свойств радиоактивныхэлементов привело к созданию такна­зываемой планетарной моделиатома(английский физик Э. Резерфорд,1911 г.), затем она была усовершенствованадатским ученым Нильсом Бором. Этоймоде­лью мы пользуемся до настоящеговремени.

Атом похож на солнечную систему вминиатюре: вокруг крошечного ядра(разме­ры атома очень малы — поперечникатома составляет около 10-8см,следователь­но, на 1 см можно уложить100 млн. атомов) движутся по орбитамкрошечные «планеты» —электроны.Размеры ядра в 100 тыс.

раз меньше размеровсамого атома, но плотность его оченьвелика, поскольку масса ядра почти равнамассе его атома. Ядро, как правило,состоит из нескольких более мелкихчастиц, которые плот­но сцеплены другс другом. Некоторые из этих частиц имеютположительный заряд и называютсяпротонами.

Число протонов в ядреопределяет, к какому химическому элементуотносится данный атом: ядро атомаводорода содержит всего один протон,атома кислорода — 8, атома урана — 92.

Вкаждом атоме число электронов в точностиравно числу протонов в ядре; каждыйэлектрон несет отрицательный заряд,равный по величине заряду протона, такчто в целоматом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют ичастицы другого типа — нейтроны,посколь­ку они электрически нейтральны.Ядра атомов одного и того же элементасодер­жат всегда одно и то же числопротонов, но число нейтронов в них можетбыть разным.

Атомы, имеющие ядра содинаковым числом протонов, норазличающиеся по числу нейтронов,относятся к разным разновидностямодного и того же химического элемента,называемым изотопами данного элемента.Чтобы отличить их друг от друга, к символуэлемента добавляют число, равное суммевсех частиц в ядре данного изотопа.

Так,уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов;в ура-не-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона.Ядра всех изотопов химических элемен­товобразуют группунуклидов.

Некоторые нуклиды стабильны, то есть вотсутствие внешнего воздействия ни­когдане претерпевают никаких превращений.Большинство же нуклидов неста­бильны,они все время превращаются в другиенуклиды. При каждом акте распадавысвобождается энергия, которая ипередается в виде радиоактивногоизлучения.

Сразу же после открытия радиоактивностиперед наукой встал ряд новых вопро­сов:что собой представляют открытые лучи,каковы их природа и свойства, на­сколькошироко радиоактивные веществараспространены в природе, какое дей­ствиеони оказывают на человека и окружающуюприроду. Понадобилось, однако, несколькодесятков лет, чтобы получить ответ напоставленные вопросы.

Прежде всего удалось решить вопрос оприроде лучей, испускаемых радиоактив­нымиатомами.

Было установлено, что радиоактивноеизлучение — это сложное излучение, всостав которого входят лучи трех видов,отличающиеся друг от друга проникающейспособностью.

Хуже всего проникающиелучи получили название α-лучей, проникающиелучше — β-лучей, и наконец, лучи, имеющиенаибольшую проникающую способность, —γ-лучей.

Альфа-лучиоказались потоком частицс массой, равной четырем, и двойнымполо­жительным зарядом, то есть потокомядер атомов гелия.

Эти частицы вылетаютиз ядра со скоростью 15 000-20 000 км/с,a-частицы обладают очень малой проника­ющейспособностью.

В зависимости от энергиичастиц в воздухе они могут пройти путь2-9 см, в биологической ткани — 0,02-0,06 мм;они полностью поглощаются листом чистойбумаги.

Бета-лучи— это поток β-частиц(электронов), вылетающих из ядер соскоростью света.

Максимальная энергияβ-частиц радиоактивных изотопов можетразличаться в широких пределах — отнескольких тысяч до нескольких миллионовэлектрон-—вольт.

Проникающая способностьэтих частиц значительно больше, чем уα-частиц. Бета-частицы могут пройти ввоздухе до 15 м, в воде и биологическойткани — до 12 мм, и алюминии до 5 мм.

у-лучипредставляют собойэлектромагнитное излучение с длинойволны 10-8-10-11см. Проникающаяспособность у-лучей очень велика —значительно больше, чем у а- и β-частиц.Чтобы ослабить у-излучение радиоактивногокобальта вдвое, нужно установить защитуиз слоя свинца толщиной 1,6 см или слоябетона толщи­ной 10 см. Чем короче длинаволны, тем большую проникающую способностьиме­ют у-лучи.

Таким образом, под проникающей радиациейпонимают поток у-лучей и нейтро­нов.Коэффициенты половинного ослабленияприведены в табл. 12.1.

Таблица 12.1. Коэффициенты половинногоослабления материалов, см

Материал

Проникающая радиация

у-лучи

нейтроны

Свинец

1,8

8,7

Сталь

2,8

4,7

Бетон

10

12

Грунт, кирпич, песок

14

12

Дерево

30

10

Вода

23

3

Сейчас каждый школьник знает, чтопроникающая радиация разрушает организмчеловека, может вызвать у него лучевуюболезнь различной степени.

Поврежде­ний,вызванных в живом организме излучением,будет тем больше, чем больше энергиионо передаст тканям; количество переданнойорганизму энергии называ­ется дозой.

За единицу дозы принят рентген (Р) (1 Р —это такая доза у-излучения, при которойв 1 см3 сухого воздуха при температуре0°С и давлении 760 мм рт. ст. образуется2,08 млрд пар ионов (2,08 • 109).

На организм воздействует не вся энергияизлучения, а только поглощенная энер­гия.Поглощенная дозаболее точнохарактеризует воздействие ионизирующихлу­чей на биологические ткани иизмеряется во внесистемных единицах,называемыхрад.

Достоинства радакак дозиметрической единицы в том, чтоего можно исполь­зовать для любоговида излучений в любой среде. Рад — этотакая доза, когда энер­гия, поглощенная1 кг вещества, равна 0,01 Дж, или 105 эрг.

Биологическим экви­валентом радаявляетсябэр.

Надо учитывать тот факт, что при одинаковойпоглощенной дозе α-излучение го­раздоопаснее β- и у-излучений.

Если принятьво внимание этот факт, то дозу сле­дуетумножить на коэффициент, отражающийспособность излучения данного видаповреждать ткани организма; α-излучениесчитается при этом в 20 раз опаснее другихвидов излучений.

Пересчитанную такимобразом дозу называют эквива­лентнойдозой; в СИ ее измеряют в единицах,называемых зивертами (Зв).

Следует учитывать также, что одни частитела (органы, ткани) более чувствитель­ны,чем другие: например, при одинаковойэквивален гной дозе облучениявозник­новение рака в легких болеевероятно, чем в щитовидной железе, аоблучение по­ловых желез особенноопасно из-за риска генетическихповреждений. Поэтому дозы облученияорганов и тканей также следует учитыватьс разными коэффициентами.

Умножив эквивалентные дозы насоответствующие коэффициенты ипросумми­ровав по всем органам итканям получим, эффективную эквивалентнуюдозу, отра­жающую суммарный эффектоблучения для организма, — она измеряетсяв зивертах.

Величины и единицы, используемые вдозиметрии ионизирующих излучений,приведены в табл. 12.2.

Таблица 12.2. Величины и единицы,используемые в дозиметрии ионизирующихизлучений

Физическая величина и ее символ

В СИ

Внесистемная

Соотношение между ними

Активность (С)

Беккерель (Бк)

Кюри(Ки)

1Бк=1расп/с=2,7*10-11Ки

1Ки=3,7-1010Бк

Поглощенная доза (Д)

Грей (Гр)

Рад (рад)

1Гр=100рад=1Дж/кг

1рад=10-2Гр=100эрг/г

Эквивалентная доза (Н)

Зиверт(Зв)

Бэр (бэр)

1Зв=100бэр=1ГрQ=1Дж/кг*Q

1бэр=10-2Зв=10-2Гр*Q=1рад*Q

Активность радионуклидаозначаетчисло распадов в секунду. Один беккерельравен одному распаду в секунду.

Источник: https://studfile.net/preview/2168312/page:19/

Book for ucheba
Добавить комментарий