матеріал 15

115. Атомна енергія. Частина 1

Матеріал

Урок №115. Атомна енергія. Частина 1


Очікувані результати навчання:
  • формулює самостійно або у співпраці з іншими проблему дослідження [12 ПРО 1.1.1]
  • здійснює самостійно або у співпраці з іншими дослідження, фіксує результати [12 ПРО 1.4.2]
  • виявляє ціннісне ставлення до набутих дослідницьких навичок для пізнання природи [12ПРО 1.6.3]
  • планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
  • інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб [12 ПРО 2.2.2]
  • установлює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими взаємозв’язки між природними, техногенними об’єктами, закономірності явищ природи [12 ПРО 3.3.1]
  • розробляє самостійно або у співпраці з іншими стратегії ефективного розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.1]

Мета уроку:

  • формувати в учнів базові уявлення про будову атома і ядра, ознайомити з видами радіоактивного випромінювання та їх впливом на організм людини;
  • пояснити як використовується період піврозпаду радіоактивних речовин для радіовуглецевого датування.
Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

  • 7. Відновлювальна енергетика
  • 12. Відповідальне споживання
  • 13. Боротьба зі зміною клімату

Ключові слова: атом, ядро, протон, нейтрон, масове число, зарядове число, електрон, радіоактивність, ізотоп, α-, β-, γ-випромінювання, період піврозпаду, радіонуклід, іонізація.

План уроку:
  1. Мотиваційна частина
  2. Атомна та ядерна фізик
    • 2.1. Будова атома
    • 2.2. Радіоактивність
    • 2.3. Період піврозпаду
    • 2.4. Іонізуюче випромінювання
  3. Попрактикуймо самостійно
  4. Рефлексія
Очікувані результати для учнівства:
  • пояснює як змінювалися уявлення людства щодо будови атома
  • розрізняє види радіоактивного випромінювання
  • навчиться встановлювати хімічні елементи, які утворюються після α-, β-розпадів
  • пояснює значення періоду піврозпаду під час використання методу радіовуглецевого датування
  • наводить приклади використання радіоактивних речовин у науці, техніці, медицині
  • аналізує позитивні й негативні наслідки вплив радіоактивного випромінювання на живі організми
Очікувані результати для вчителя:
  • учні пояснюють як змінювалися уявлення людства щодо будови атома
  • учні розрізняють види радіоактивного випромінювання
  • учні навчаться встановлювати хімічні елементи, які утворюються після α-, β-розпадів
  • учні пояснюють значення періоду піврозпаду під час використання методу радіовуглецевого датування
  • учні наводять приклади використання радіоактивних речовин у науці, техніці, медицині
  • учні аналізують позитивні й негативні наслідки вплив радіоактивного випромінювання на живі організми

1. Мотивація (проблемне питання):

Тривалість до 3 хв.

  • https://www.energyencyclopedia.com/en/nuclear-energy/nuclear-power/half-life

У 1988 році для оцінки автентичності Туринської плащаниці було використано радіовуглецеве датування. Встановлено, що плащаниця була виготовлена ​​між 1260 і 1390 роками (рис.1).

Рис.1 Джeрело

У чому суть цього методу?


Тобі може знадобитися:
Посилання на відео джерела:

Відео

Відео

Відео

Відео

Відео

Відео


2. Атомна та ядерна фізика

Тривалість до 30 хв.

З будовою атома та ядра атома учні знайомилися в минулих класах і не тільки на уроці фізики. Проведіть їх ланцюгом подій та нагадайте, як змінювалися уявлення людства стосовно будови атома та ядра атома.
Питання які присутні у цій частині направленні не тільки на розуміння теорії але і на розвиток уяви ваших учнів.

2.1. Будова атома

Радіоактивність є природною частиною нашого життєвого середовища. Відкриття радіоактивності відкрило двері до розуміння будови атома , а згодом і до вивільнення ядерної енергії .

Вже стародавні греки шукали відповіді на питання: у чому суть нашого світу? Демокріт (приблизно 460—370 рр. до н. е.) постулював існування атомів: маленькі, неподільні та незнищенні частинки, з яких складається весь Всесвіт.

Джозеф Томсон (1856—1940) у 1897 р. ідентифікував негативно заряджені частинки, які тепер називаються електронами. У 1898 році він сформулював гіпотезу про те, що електрони знаходяться в атомі всередині та запропонував модель атома, яка отримала назву ‘‘пудинг з родзинками’’.

  1. Чому модель отримала саме таку назву?

Ернест Резерфорд (1871—1937) на основі результатів проведених дослідів, у 1911 році запропонував планетарну модель атома, яка радикально відрізнялася від попередньої моделі Томсона.

  1. Чому Резерфорд назвав модель атома планетарною?

Однак планетарна модель атома Резерфорда не пояснювала, як електрони залишаються на своїх орбітах. Відповідно до класичної фізики, вони повинні були випромінювати свою енергію і колапсувати в ядро. У 1913 році Нільс Бор (1885—1962) зміг запропонувати пояснення за допомогою квантової фізики. Відповідно до його теорії, електрони обертаються навколо ядра по певних орбітах, не втрачаючи своєї енергії. Тільки перехід на вищу або нижчу орбіту вимагав би поглинання або випромінювання певної кількості енергії. Іншими субатомними частинками є протон (відкритий у 1917 році Резерфордом) та нейтрон (відкритий Джеймсом Чедвіком у 1932 році) (рис.2).

Рис.2 Джерело
  1. Якою є сучасна модель атома?

Діаметр атомного ядра становить близько 10-15 м, а діаметр атома близько 10-10 м. 

  1. У скільки разів ядро атома менше самого атома?
  2. Уявіть, що ми збільшили ядро до розмірів яблука (діаметр 5 см). Якого діаметру буде при цьому атом? Що можна співставити з таким розміром? Приведи приклади. 

На рис.3 зображено  склад атомного ядра.

Рис.3 Джерело
  1. Скільки протонів і скільки нейтронів міститься в ядрах атомів Меркурію 80201 Hg , Купруму 2964Cu, Германію 3273Ge?

Ізотопи – це різновиди атомів того самого хімічного елемента, ядра яких містять однакове число протонів, але різну кількість нейтронів (рис.4).

Рис.4 Джерело

Деякі ізотопи можуть бути радіоактивними (радіоізотоп).
Відомо 254 стабільних ізотопів та понад 3000 радіоізотопів.
Наприклад, в реакції поділу на атомних електростанціях використовується ізотоп урану 235.
Злиття двох ізотопів водню, дейтерію і тритію, призводить до вивільнення великої кількості енергії, і ці два ізотопи є паливом майбутнього для електростанцій термоядерного синтезу.

  1. Чим відрізняються ядра ізотопів Феруму:

2654Fe; 2656Fe; 2657Fe; 2658Fe?

  1. Деякий хімічний елемент має склад: протонів — 6, нейтронів — 8, електронів — 6.

Запитання:

  1. Який це хімічний елемент?
  2. Чому дорівнює масове число?
  3. Це стабільний чи нестабільний атом?

2.2. Радіоактивність

У цій частині розповідається при види радіоактивного випромінювання, їх основні характеристики та способи використання.
Акцентуйте увагу учнів, що опромінення може бути як зовнішнім так і внутрішнім при цьому кожен вид випромінювання може мати різну загрозу.
Запропонуйте учням відшукати де і як може використовуватися випромінювання.

Анрі Беккерель (1852—1908) під час дослідження солі урану встановив, що вона без впливу зовнішніх факторів випускає невидиме випромінювання. Подальшому виявилося, що така властивість притаманна і іншим хімічним елементам. Марія Кюрі Склодовська (1867—1934) назвала цю властивість «радіоактивністю».

Досліди з вивчення природи радіоактивного випромінювання показали, що радіоактивні речовини можуть випромінювати промені трьох видів.

Види випромінювання:

1) α-випромінювання – це потік ядер атомів Гелію (24He). Таке випромінювання може бути поглинуте аркушем паперу або верхнім шаром шкіри людини. 
Типовими джерелами альфа-випромінювання є уран , торій і радій.

Під час α-розпаду кількість нуклонів у ядрі зменшується на 4, протонів – на 2, тому утворюється ядро елемента, порядковий номер якого на 2 одиниці менший від порядкового номера вихідного елемента.

ZAX24He+Z-2A-4Y

88226Ra24He+86222Rn

2) β-випромінювання – це потік електронів (-10e).  Електрони утворюються в ядрі атома, коли нейтрон розпадається на протон, нейтрино та електрон. Від нього можна захистити кількома сантиметрами води або кількома міліметрами алюмінієвого листа. Типовим джерелом β-випромінювання є цезій або ізотоп калію.

Під час β-розпаду кількість нуклонів в ядрі не змінюється, при цьому кількість протонів збільшується на 1, тому утворюється ядро елемента, порядковий номер якого на одиницю більший за порядковий номер вихідного елемента.

ZAX-10e+Z+1AY

1122Na-10e+1222Mg

3) γ-випромінювання – це електромагнітні хвилі надзвичайно високої частоти (понад 1018 Гц). Це випромінювання може бути екрановане шаром бетону завтовшки декілька метрів . Воно виникає разом з α або β-випромінюванням.

У паперо-прокатному цеху важливо, щоб товщина паперу була сталою — надто тонкий або товстий папір може не відповідати стандартам. Для безконтактного вимірювання товщини використовують радіоактивне випромінювання (рис.5).

Рис. 5 Джерело
  1. Який вид випромінювання використовують для контроль товщини паперу? Чому саме це випромінювання? Як відбувається процес контролю?

Радіоактивне випромінювання може бути використаний для стерилізації медичних інструментів і знищення бактерій на фруктах і овочах (рис.6).

Рис. 6 Джерело
  1. Який вид випромінювання для цього використовують?
    Чому саме це випромінювання?
  2. Виконайте наступні завдання:

1) Ядро Радону 86220Rn випустило α-частинку. В ядро ​​якого елемента перетвориться ядро ​​Радону?
2) Ядро якого елемента утворилося з ядра ізотопу Кобальту  2760Co після випускання β-частинки?
3) Визначте зарядове і масове число ізотопу, який вийде із Торію 90232Th після трьох α- і двох β-перетворень.

Відповіді до завдань з випромінюванням

1) 86220Rn24He+84216Po

2) 2760Co-10e+2860Ni

3) 90232Th→3 24He+2 -10e+86220Rn


2.3. Період піврозпаду

Неможливо передбачити, коли конкретний атом розпадеться . Однак помітили, що протягом певного часу приблизно половина атомів розпадається незалежно від того, скільки вихідних атомів було. Цей час отримав назву «період піврозпаду».

Період піврозпаду T1/2 (Т) – це фізична величина, що характеризує радіонуклід і дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявної кількості ядер даного радіонукліда.

Половина радіоактивного матеріалу розпадається протягом періоду напіврозпаду. Половина радіоактивного матеріалу, що залишився, розпадається протягом наступного періоду напіврозпаду і так далі. Кожен ізотоп має певний період напіврозпаду.
Такі періоди напіврозпаду коливаються від кількох нс до мільйонів років (табл.1).

Табл.1

РадіонуклідПеріод піврозпаду T1/2
Йод-1318 діб
Карбон-145700 років
Кобальт-605,3 року
Плутоній-23924 тис. років
Радій-2261600 років
Радон-22056 с
Радон-2223,8 доби
Уран-2350,7 млрд років
Уран-2384,5 млрд років
Цезій-13730 років

Для прикладу розглянемо І-131. Нехай початкова кількість атомі складала 1000.
Через 8 діб залишиться 500, ще через 8 діб – 250, ще через 8 діб – 125 і так далі.

Виконайте наступні завдання:

1. Період напіврозпаду F-20 (фтор-20) становить 11 с. На початку деякий зразок містить 5 г фтору-20. Скільки радіоактивного ізотопу залишиться через 44 с?

2. Ізотоп I-131 використовується для лікування раку щитовидної залози та має період напіврозпаду 8,05 дня. На початку лікування в організм людини було введено 400 мг
I-131, скільки часу знадобиться, щоб ізотопу в організмі залишилося 25 мг?
Який відсоток I-131 залишилося в організмі від початкової кількості (рис.7)?

Рис.7 Джерело

3. Метод вуглецевого датування базується на періоді напіврозпаду ізотопу вуглецю  C-14. Усі живі організми поглинають вуглець із навколишнього середовища та використовують його як будівельний матеріал. Частина цього вуглецю знаходиться у формі радіоізотопу C-14. Кожен організм містить однакове співвідношення між цим ізотопом та іншими ізотопами вуглецю. Коли організм гине, радіоізотоп вуглецю починає розпадатися, і це співвідношення зменшується. Вимірюючи загальний вміст вуглецю та радіоактивних ізотопів, ми можемо визначити, коли організм загинув, скільки років минуло відтоді, як рослина загинула (рис.8).

Рис.9 Джерело

Під час археологічних досліджень біля одного з озер було знайдено залишки дерева. Дослідники вирішили дослідити його вік. В лабораторії з’ясували, що вміст радіоактивного ізотопу C-14 у дереві становить лише 12,5% від тієї кількості, що є в живому дереві.

  1. Як давно це дерево припинило своє існування?
  2.  Після скількох періодів напіврозпаду у будь якого радіоактивного зразка розпадеться близько 99,9% речовини?
  3. Використовуючи графік (рис.9) визнач період напіврозпаду радіоактивної речовини
Рис. 9

2.4. Іонізуюче випромінювання

Потрапляючи в речовину, радіоактивне випромінювання передає їй енергію. 
Йонізуюче випромінювання – це випромінювання, взаємодія якого з речовиною призводить до йонізації її атомів і молекул (рис.10).

Рис.10 Джерело

Іонізуюче випромінювання, проходячи через живу клітину, може пошкодити її або навіть вбити. Пошкодження може бути прямим (радіація впливає на ДНК) або непрямим (радіація утворює вільні радикали, які згодом пошкоджують ДНК).
Клітина може виправляти незначні дефекти, наприклад пошкодження половини ланцюга ДНК (рис.11). Якщо пошкодження неможливо відновити, клітина гине.
Одна омертвіла клітина не становить загрози для організму.
Пошкоджена ДНК, яка не призводить до загибелі клітини, може призвести до мутації та зміни поведінки клітини, включаючи всіх її нащадків, і, можливо, може спровокувати рак.

Рис.11 Джерело

Дай відповіді на наступні питання:

  1. Як ви думаєте, чому організм здатний впоратися з малими дозами радіації, але не з великими?
  2. Чи можна сказати, що будь-яка мутація в ДНК є шкідливою? Чому? 
  3. Що таке «радіаційний гормезис»? Чи можна вважати його доведеним фактом?

3. Попрактикуймо самостійно

Тривалість до 10 хв.

В залежності від часу, який залишився на виконання завдань його можна виконувати по різному. Якщо часу мало, учням потрібно вибрати один рівень, який їм під силу. Якщо часу вдосталь, то виконання завдань вибраного рівня супроводжується і виконанням завдань минулих рівнів.

Виконайте завдання: 

Рівень А:
1. Запишіть склад наступних ядер хімічних елементів  49113In, 2555Mn, 55131Xe

Рівень В:
2. Ядро Торію 90230Th випустило α-частинку.
В ядро ​​якого елемента перетвориться ядро ​​торію?
3. Ядро якого елемента утворилося з ядра ізотопу цезію 55137Cs після випускання β- частинки?

Рівень С:
4. Період напіврозпаду деякої радіоактивної речовини становить 15 хв, час протягом якого відбувався розпад 1,5 години.
Яка кількість атомів залишилася після розпаду, якщо напочатку їх було 100000?


4. Рефлексія

Назви :

  • 3 приклади, де знання з цієї теми може бути корисним у житті.
  • 2 речі, про які ти хотів/хотіла б дізнатися більше.
  • 1 факт, який тебе здивував.

У вільний від відпочинку час:

Відео

Урок №115. Атомна енергія. Частина 1


Очікувані результати навчання:

Мета уроку:

  • формувати в учнів базові уявлення про будову атома і ядра, ознайомити з видами радіоактивного випромінювання та їх впливом на організм людини;
  • пояснити як використовується період піврозпаду радіоактивних речовин для радіовуглецевого датування.
Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

  • 7. Відновлювальна енергетика
  • 12. Відповідальне споживання
  • 13. Боротьба зі зміною клімату

Ключові слова: атом, ядро, протон, нейтрон, масове число, зарядове число, електрон, радіоактивність, ізотоп, α-, β-, γ-випромінювання, період піврозпаду, радіонуклід, іонізація.

План уроку:
  1. Мотиваційна частина
  2. Атомна та ядерна фізик
    • 2.1. Будова атома
    • 2.2. Радіоактивність
    • 2.3. Період піврозпаду
    • 2.4. Іонізуюче випромінювання
  3. Попрактикуймо самостійно
  4. Рефлексія
Очікувані результати для учнівства:
  • пояснює як змінювалися уявлення людства щодо будови атома
  • розрізняє види радіоактивного випромінювання
  • навчиться встановлювати хімічні елементи, які утворюються після α-, β-розпадів
  • пояснює значення періоду піврозпаду під час використання методу радіовуглецевого датування
  • наводить приклади використання радіоактивних речовин у науці, техніці, медицині
  • аналізує позитивні й негативні наслідки вплив радіоактивного випромінювання на живі організми

1. Мотивація (проблемне питання):

У 1988 році для оцінки автентичності Туринської плащаниці було використано радіовуглецеве датування. Встановлено, що плащаниця була виготовлена ​​між 1260 і 1390 роками (рис.1).

Рис.1 Джeрело

У чому суть цього методу?


Тобі може знадобитися:
Посилання на відео джерела:

Відео

Відео

Відео

Відео

Відео

Відео


2. Атомна та ядерна фізика
2.1. Будова атома

Радіоактивність є природною частиною нашого життєвого середовища. Відкриття радіоактивності відкрило двері до розуміння будови атома , а згодом і до вивільнення ядерної енергії .

Вже стародавні греки шукали відповіді на питання: у чому суть нашого світу? Демокріт (приблизно 460—370 рр. до н. е.) постулював існування атомів: маленькі, неподільні та незнищенні частинки, з яких складається весь Всесвіт.

Джозеф Томсон (1856—1940) у 1897 р. ідентифікував негативно заряджені частинки, які тепер називаються електронами. У 1898 році він сформулював гіпотезу про те, що електрони знаходяться в атомі всередині та запропонував модель атома, яка отримала назву ‘‘пудинг з родзинками’’.

  1. Чому модель отримала саме таку назву?

Ернест Резерфорд (1871—1937) на основі результатів проведених дослідів, у 1911 році запропонував планетарну модель атома, яка радикально відрізнялася від попередньої моделі Томсона.

  1. Чому Резерфорд назвав модель атома планетарною?

Однак планетарна модель атома Резерфорда не пояснювала, як електрони залишаються на своїх орбітах. Відповідно до класичної фізики, вони повинні були випромінювати свою енергію і колапсувати в ядро. У 1913 році Нільс Бор (1885—1962) зміг запропонувати пояснення за допомогою квантової фізики. Відповідно до його теорії, електрони обертаються навколо ядра по певних орбітах, не втрачаючи своєї енергії. Тільки перехід на вищу або нижчу орбіту вимагав би поглинання або випромінювання певної кількості енергії. Іншими субатомними частинками є протон (відкритий у 1917 році Резерфордом) та нейтрон (відкритий Джеймсом Чедвіком у 1932 році) (рис.2).

Рис.2 Джерело
  1. Якою є сучасна модель атома?

Діаметр атомного ядра становить близько 10-15 м, а діаметр атома близько 10-10 м. 

  1. У скільки разів ядро атома менше самого атома?
  2. Уявіть, що ми збільшили ядро до розмірів яблука (діаметр 5 см). Якого діаметру буде при цьому атом? Що можна співставити з таким розміром? Приведи приклади. 

На рис.3 зображено  склад атомного ядра.

Рис.3 Джерело
  1. Скільки протонів і скільки нейтронів міститься в ядрах атомів Меркурію 80201 Hg , Купруму 2964Cu, Германію 3273Ge?

Ізотопи – це різновиди атомів того самого хімічного елемента, ядра яких містять однакове число протонів, але різну кількість нейтронів (рис.4).

Рис.4 Джерело

Деякі ізотопи можуть бути радіоактивними (радіоізотоп).
Відомо 254 стабільних ізотопів та понад 3000 радіоізотопів. Наприклад, в реакції поділу на атомних електростанціях використовується ізотоп урану 235.
Злиття двох ізотопів водню, дейтерію і тритію, призводить до вивільнення великої кількості енергії, і ці два ізотопи є паливом майбутнього для електростанцій термоядерного синтезу.

  1. Чим відрізняються ядра ізотопів Феруму:

2654Fe; 2656Fe; 2657Fe; 2658Fe?

  1. Деякий хімічний елемент має склад: протонів — 6, нейтронів — 8, електронів — 6.

Запитання:

  1. Який це хімічний елемент?
  2. Чому дорівнює масове число?
  3. Це стабільний чи нестабільний атом?

2.2. Радіоактивність

Анрі Беккерель (1852—1908) під час дослідження солі урану встановив, що вона без впливу зовнішніх факторів випускає невидиме випромінювання. Подальшому виявилося, що така властивість притаманна і іншим хімічним елементам.
Марія Кюрі Склодовська (1867—1934) назвала цю властивість «радіоактивністю».

Досліди з вивчення природи радіоактивного випромінювання показали, що радіоактивні речовини можуть випромінювати промені трьох видів.

Види випромінювання:

1) α-випромінювання – це потік ядер атомів Гелію (24He). Таке випромінювання може бути поглинуте аркушем паперу або верхнім шаром шкіри людини. 
Типовими джерелами альфа-випромінювання є уран , торій і радій.

Під час α-розпаду кількість нуклонів у ядрі зменшується на 4, протонів – на 2, тому утворюється ядро елемента, порядковий номер якого на 2 одиниці менший від порядкового номера вихідного елемента.

ZAX24He+Z-2A-4Y

88226Ra24He+86222Rn

2) β-випромінювання – це потік електронів (-10e).  Електрони утворюються в ядрі атома, коли нейтрон розпадається на протон, нейтрино та електрон. Від нього можна захистити кількома сантиметрами води або кількома міліметрами алюмінієвого листа. Типовим джерелом β-випромінювання є цезій або ізотоп калію.

Під час β-розпаду кількість нуклонів в ядрі не змінюється, при цьому кількість протонів збільшується на 1, тому утворюється ядро елемента, порядковий номер якого на одиницю більший за порядковий номер вихідного елемента.

ZAX-10e+Z+1AY

1122Na-10e+1222Mg

3) γ-випромінювання – це електромагнітні хвилі надзвичайно високої частоти (понад 1018 Гц). Це випромінювання може бути екрановане шаром бетону завтовшки декілька метрів . Воно виникає разом з α або β-випромінюванням.

У паперо-прокатному цеху важливо, щоб товщина паперу була сталою — надто тонкий або товстий папір може не відповідати стандартам. Для безконтактного вимірювання товщини використовують радіоактивне випромінювання (рис.5).

Рис. 5 Джерело
  1. Який вид випромінювання використовують для контроль товщини паперу? Чому саме це випромінювання? Як відбувається процес контролю?

Радіоактивне випромінювання може бути використаний для стерилізації медичних інструментів і знищення бактерій на фруктах і овочах (рис.6).

Рис. 6 Джерело
  1. Який вид випромінювання для цього використовують?
    Чому саме це випромінювання?
  2. Виконайте наступні завдання:

1) Ядро Радону 86220Rn випустило α-частинку. В ядро ​​якого елемента перетвориться ядро ​​Радону?
2) Ядро якого елемента утворилося з ядра ізотопу Кобальту  2760Co після випускання β-частинки?
3) Визначте зарядове і масове число ізотопу, який вийде із Торію 90232Th після трьох α- і двох β-перетворень.


2.3. Період піврозпаду

Неможливо передбачити, коли конкретний атом розпадеться . Однак помітили, що протягом певного часу приблизно половина атомів розпадається незалежно від того, скільки вихідних атомів було. Цей час отримав назву «період піврозпаду».

Період піврозпаду T1/2 (Т) – це фізична величина, що характеризує радіонуклід і дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявної кількості ядер даного радіонукліда.

Половина радіоактивного матеріалу розпадається протягом періоду напіврозпаду. Половина радіоактивного матеріалу, що залишився, розпадається протягом наступного періоду напіврозпаду і так далі. Кожен ізотоп має певний період напіврозпаду.
Такі періоди напіврозпаду коливаються від кількох нс до мільйонів років (табл.1).

Табл.1

РадіонуклідПеріод піврозпаду T1/2
Йод-1318 діб
Карбон-145700 років
Кобальт-605,3 року
Плутоній-23924 тис. років
Радій-2261600 років
Радон-22056 с
Радон-2223,8 доби
Уран-2350,7 млрд років
Уран-2384,5 млрд років
Цезій-13730 років

Для прикладу розглянемо І-131. Нехай початкова кількість атомі складала 1000.
Через 8 діб залишиться 500, ще через 8 діб – 250, ще через 8 діб – 125 і так далі.

Виконайте наступні завдання

1. Період напіврозпаду F-20 (фтор-20) становить 11 с.
На початку деякий зразок містить 5 г фтору-20. Скільки радіоактивного ізотопу залишиться через 44 с?

2. Ізотоп I-131 використовується для лікування раку щитовидної залози та має період напіврозпаду 8,05 дня. На початку лікування в організм людини було введено 400 мг
I-131, скільки часу знадобиться, щоб ізотопу в організмі залишилося 25 мг?
Який відсоток I-131 залишилося в організмі від початкової кількості (рис.7)?

Рис.7 Джерело

3. Метод вуглецевого датування базується на періоді напіврозпаду ізотопу вуглецю  
C-14. Усі живі організми поглинають вуглець із навколишнього середовища та використовують його як будівельний матеріал. Частина цього вуглецю знаходиться у формі радіоізотопу C-14. Кожен організм містить однакове співвідношення між цим ізотопом та іншими ізотопами вуглецю. Коли організм гине, радіоізотоп вуглецю починає розпадатися, і це співвідношення зменшується.
Вимірюючи загальний вміст вуглецю та радіоактивних ізотопів, ми можемо визначити, коли організм загинув, скільки років минуло відтоді, як рослина загинула (рис.8).

Рис.9 Джерело

Під час археологічних досліджень біля одного з озер було знайдено залишки дерева. Дослідники вирішили дослідити його вік. В лабораторії з’ясували, що вміст радіоактивного ізотопу C-14 у дереві становить лише 12,5% від тієї кількості, що є в живому дереві.

  1. Як давно це дерево припинило своє існування?
  2.  Після скількох періодів напіврозпаду у будь якого радіоактивного зразка розпадеться близько 99,9% речовини?
  3. Використовуючи графік (рис.9) визнач період напіврозпаду радіоактивної речовини
Рис. 9

2.4. Іонізуюче випромінювання

Потрапляючи в речовину, радіоактивне випромінювання передає їй енергію. 
Йонізуюче випромінювання – це випромінювання, взаємодія якого з речовиною призводить до йонізації її атомів і молекул (рис.10).

Рис.10 Джерело

Іонізуюче випромінювання, проходячи через живу клітину, може пошкодити її або навіть вбити. Пошкодження може бути прямим (радіація впливає на ДНК) або непрямим (радіація утворює вільні радикали, які згодом пошкоджують ДНК).
Клітина може виправляти незначні дефекти, наприклад пошкодження половини ланцюга ДНК (рис.11). Якщо пошкодження неможливо відновити, клітина гине.
Одна омертвіла клітина не становить загрози для організму.
Пошкоджена ДНК, яка не призводить до загибелі клітини, може призвести до мутації та зміни поведінки клітини, включаючи всіх її нащадків, і, можливо, може спровокувати рак.

Рис.11 Джерело

Дай відповіді на наступні питання:

  1. Як ви думаєте, чому організм здатний впоратися з малими дозами радіації, але не з великими?
  2. Чи можна сказати, що будь-яка мутація в ДНК є шкідливою? Чому? 
  3. Що таке «радіаційний гормезис»? Чи можна вважати його доведеним фактом?

3. Попрактикуймо самостійно

Виконайте завдання. 

Рівень А:
1. Запишіть склад наступних ядер хімічних елементів  49113In, 2555Mn, 55131Xe

Рівень В:
2. Ядро Торію 90230Th випустило α-частинку.
В ядро ​​якого елемента перетвориться ядро ​​торію?
3. Ядро якого елемента утворилося з ядра ізотопу цезію 55137Cs після випускання β- частинки?

Рівень С:
4. Період напіврозпаду деякої радіоактивної речовини становить 15 хв, час протягом якого відбувався розпад 1,5 години.
Яка кількість атомів залишилася після розпаду, якщо напочатку їх було 100000?


4. Рефлексія

Назви :

  • 3 приклади, де знання з цієї теми може бути корисним у житті.
  • 2 речі, про які ти хотів/хотіла б дізнатися більше.
  • 1 факт, який тебе здивував.

У вільний від відпочинку час:

Відео

Ділись та обговорюй важливе

Обкладинка коментарів до матеріалу

Твоя поточна позиція

15 матеріал

Тема 5 — матеріал 15 з 22

15 матеріал Ти тут