Ռադիոակտիվ քայքայման վերաբերյալ հարցերի օրինակներ

Վերնագիր՝ Ռադիոակտիվ քայքայման քննարկման հարցերի օրինակ

Ռադիոակտիվ քայքայումը այն գործընթացն է, որի ընթացքում անկայուն ատոմային միջուկները կորցնում են էներգիա՝ ճառագայթում արձակելով: Այս գործընթացը կարող է առաջացնել նոր, ավելի կայուն տարրեր: Այս հոդվածում կքննարկվեն ֆիզիկայի դասերին հաճախ հանդիպող ռադիոակտիվ քայքայման հետ կապված մի քանի օրինակներ:

Պենդահուլուան

Ռադիոակտիվությունը բնական երևույթ է, որը հայտնաբերվել է Անրի Բեքերելի կողմից 1896 թվականին: Ավելի ուշ այն ավելի է զարգացրել հայտնի գիտնական զույգ Մարի և Պիեռ Կյուրիները: Ռադիոակտիվությունը տեղի է ունենում, երբ ատոմային միջուկը արձակում է մասնիկներ կամ էլեկտրամագնիսական ճառագայթում՝ այդ տարրը վերածելով մեկ այլ տարրի: Այս գործընթացը կարևոր է բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են բժշկությունը, միջուկային էներգիան և հնագիտությունը:

Ռադիոակտիվ քայքայման հիմունքները

Ռադիոակտիվ քայքայումը հետևում է էքսպոնենցիալ քայքայման օրենքին։ Յուրաքանչյուր ռադիոակտիվ տարր ունի կիսատրոհման պարբերություն, որը նմուշի միջուկների կեսի քայքայման համար անհրաժեշտ ժամանակն է։ Ռադիոակտիվ քայքայման որոշ տեսակներից են ալֆա, բետա և գամմա քայքայումը։

1. Ալֆա քայքայում. Երկու պրոտոններից և երկու նեյտրոններից բաղկացած ալֆա մասնիկի ճառագայթումը մայր ատոմի զանգվածային թիվը (A) նվազեցնում է 4-ով, իսկ ատոմային թիվը (Z)՝ 2-ով։
2. Բետա քայքայում. Բետա քայքայման ժամանակ միջուկում գտնվող նեյտրոնը վերածվում է պրոտոնի՝ բետա մասնիկի (էլեկտրոնի կամ պոզիտրոնի) արձակմամբ։ Զանգվածային թիվը մնում է նույնը, բայց ատոմային թիվը մեծանում է (բետա-մինուս) կամ փոքրանում (բետա-պլյուս) 1-ով։
3. Գամմա ճառագայթում. Այս ճառագայթումը էլեկտրամագնիսական էներգիայի մի տեսակ է, որն անջատվում է առանց ատոմային միջուկում զանգվածի կամ պրոտոնների քանակը փոխելու։

Հարցերի և քննարկման նմուշներ

Այս հասկացությունն ավելի լավ հասկանալու համար եկեք դիտարկենք ռադիոակտիվ քայքայման մի քանի օրինակներ։

Օրինակ՝ հարց 1. Ալֆա քայքայում

Հարց. Ուրան-238-ի նմուշը ենթարկվում է ալֆա քայքայման: Գրեք քայքայման ռեակցիան և նույնականացրեք քայքայման արդյունքում առաջացած տարրերը:

Քննարկում.
Ուրան-238-ը (U-238) ենթարկվում է ալֆա քայքայման՝ արձակելով ալֆա մասնիկներ: Ալֆա քայքայման ռեակցիան կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

\[ ^{238}_{92}U \rightarrow ^{234}_{90}Th + ^{4}_{2}He \]

Ուրան-238-ը երկու պրոտոնից և երկու նեյտրոնից բաղկացած ալֆա մասնիկ անջատելուց հետո վերածվում է թորիում-234-ի (Th-234): Զանգվածային թիվը նվազում է 4-ով, իսկ ատոմային թիվը՝ 2-ով:

Օրինակ հարց 2. Բետա քայքայում

Հարց. Ածխածին-14-ի նմուշը ենթարկվում է բետա քայքայման: Գրեք քայքայման ռեակցիան և նույնականացրեք քայքայման արդյունքում առաջացած տարրերը:

Քննարկում.
Ածխածին-14-ը ենթարկվում է բետա քայքայման, որտեղ նեյտրոնը վերածվում է պրոտոնի՝ անջատելով էլեկտրոն և հականեյտրինո։ Քայքայման ռեակցիան հետևյալն է.

\[ ^{14}_{6}C \rightarrow ^{14}_{7}N + ^{0}_{-1}e + \overline{\nu}_e \]

Ածխածին-14-ը փոխվում է Ազոտ-14-ի։ Զանգվածային թիվը մնում է նույնը, բայց ատոմային թիվը մեծանում է 1-ով՝ նեյտրոններից պրոտոնների փոխվելու պատճառով։

Օրինակ հարց 3. Կիսակենսակերպ

Հարց. Ռադոն-222-ի նմուշի կիսատրոհման պարբերությունը 3.8 օր է: Եթե սկսենք 80 գրամանոց նմուշից, որքա՞ն զանգված կմնա 11.4 օր հետո:

Քննարկում.
11.4-օրյա ժամանակահատվածը Ռադոն-222-ի կիսատրոհման պարբերության երեք անգամն է (11.4 օր / 3.8 օր յուրաքանչյուր կիսատրոհման պարբերության համար = 3 կիսատրոհման պարբերություն): Յուրաքանչյուր կիսատրոհման պարբերությունից հետո նմուշի կեսը քայքայվում է: Այսպիսով, մենք կատարում ենք հետևյալ հաշվարկը.

– 3.8 օր հետո մնացած զանգվածը՝ \( \frac{80}{2} = 40 \) գրամ։
– 7.6 օրից հետո (2 x 3.8 օր), մնացած զանգվածը՝ \( \frac{40}{2} = 20 \) գրամ։
– 11.4 օրից հետո (3 x 3.8 օր), մնացած զանգվածը՝ \( \frac{20}{2} = 10 \) գրամ։

Այսպիսով, 11.4 օր հետո մնում է 10 գրամ Ռադոն-222:

Օրինակ՝ հարց 4. Համակցված քայքայում

Հարց. Քայքայման շղթայում Ուրան-238-ը մի քանի քայքայման փուլերով, այդ թվում՝ ալֆա և բետա քայքայումներով, վերածվում է կապար-206-ի: Հաշվարկեք, թե քանի ալֆա և բետա քայքայում է տեղի ունենում այս գործընթացում:

Քննարկում.
Գործընթացը սկսվում է Ուրան-238-ից (զանգվածային թիվ 238, ատոմային թիվ 92) մինչև Կապար-206 (զանգվածային թիվ 206, ատոմային թիվ 82): Քայքայման քանակը որոշելու համար մենք պետք է գտնենք զանգվածային թվի և ատոմային թվի միջև եղած տարբերությունը՝

Զանգվածային թվի փոփոխությունը՝ 238 – 206 = 32 (Յուրաքանչյուր ալֆա քայքայումը զանգվածային թիվը նվազեցնում է 4-ով)

Ալֆա քայքայման քանակը՝ 32 / 4 = 8

Ատոմային թվի փոփոխությունը՝ 92 – 82 = 10 (Յուրաքանչյուր ալֆա տրոհում ատոմային թիվը նվազեցնում է 2-ով, մինչդեռ բետա տրոհումը մեծացնում է ատոմային թիվը 1-ով):

Մենք գիտենք, որ կա 8 ալֆա տրոհում (ատոմային թիվը 16-ով նվազեցնելով): 10-ով ընդհանուր կրճատման հասնելու համար անհրաժեշտ է 6 բետա տրոհում (ատոմային թիվը 6-ով մեծացնելով):

Այսպիսով, ուրան-238-ի կապար-206-ի փոխակերպման ժամանակ կա 8 ալֆա և 6 բետա տրոհում։

Եզրակացություն

Ռադիոակտիվ քայքայումը կարևոր գործընթաց է, որը ցույց է տալիս, թե ինչպես են անկայուն տարրերը փորձում կայունանալ՝ էներգիա արտանետելով: Ալֆա, բետա և գամմա քայքայման հասկացությունները, ինչպես նաև կիսաքայքայման պարբերությունների կիրառումը հասկանալը կարևոր է այս երևույթը հասկանալու համար: Վերևում բերված օրինակելի խնդիրը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է այս հասկացությունները կիրառել ռադիոակտիվ քայքայման հաշվարկներում:

Այս գործընթացները ուսումնասիրելով և հասկանալով՝ մենք ոչ միայն ավելի խորը պատկերացում ենք ստանում տիեզերքի ֆիզիկական բնույթի, այլև դրանց կիրառությունների մասին տարբեր ոլորտներում օգտագործվող ժամանակակից տեխնոլոգիաներում։