Открытие искусственной радиоактивности кратко

Обновлено: 05.07.2024

Из этого видеоурока ребята узнают, что такое искусственная радиоактивность и каков механизм её образования. Выяснят, что называют ядерными реакциями. Рассмотрят механизм деления тяжёлых ядер на примере изотопа урана. А также узнают, что называют цепной ядерной реакцией и каковы её особенности.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции. Цепная реакция деления"

Спустя 38 лет после открытия Беккереля французские учёные Фредерик и Ирен Жолио-Кюри провели один очень интересный опыт. Они поместили в близи источника быстрых альфа-частиц алюминиевую фольгу и подвергли её облучению в течение нескольких минут. Затем они удалили источник и поднесли к фольге счётчик Гейгера. Какого же было удивление учёных, когда они обнаружили, что алюминиевая фольга стала радиоактивной: она испускали позитроны в течение некоторого времени.

Дальнейшие исследования показали, что при облучении, ядра алюминия захватывают альфа-частицы и превращаются в ядра изотопа фосфора-тридцать с испусканием нейтрона:

Полученный искусственно изотоп фосфора радиоактивен. Поэтому он в течение очень короткого промежутка времени самопроизвольно испускает позитрон и превращается в стабильный изотоп кремния-тридцать:

Так было открыто явление искусственной радиоактивности, за которое супруги Жолио-Кюри в 1935 году были удостоены Нобелевской премии по химии.

Искусственная радиоактивность — это распад изотопов, полученных искусственным путём (то есть в результате ядерных реакций).

Ядерными реакциями мы с вами будем называть превращение атомных ядер при их взаимодействии с элементарными частицами или друг с другом.

Ядерные реакции происходят лишь тогда, когда частицы приближаются друг к другу настолько, что попадают в зону действия ядерных сил.

Сразу обратим ваше внимание на то, что в любой ядерной реакции выполняются законы сохранения энергии и импульса. При этом, что важно, сумма зарядовых и массовых чисел ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядовых и массовых чисел ядер и частиц, получающихся в результате реакции.

Действие законов сохранения ограничивает возможные варианты ядерных реакций и позволяет предсказать возможные пути (механизмы) ядерных превращений.

Чаще всего символически ядерные реакции записываются, как:

А + а → В + b,

где А — это исходное ядро, а — бомбардирующая частица. Соответственно, В — это конечное ядро, а b — испускаемая частица.

Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы необходимо, чтобы частица обладала кинетической энергией, достаточной для преодоления сил кулоновского отталкивания. Например, в исторически первой ядерной реакцией, в результате которой в 1919 году Эрнестом Резерфордом был открыт протон, лишь одна из примерно 50 000 альфа-частиц захватывалась ядром азота с последующим испусканием протона:

Поэтому для осуществления таких ядерных реакций необходимо заряженным частицам сообщать достаточно большую кинетическую энергию, например, в ускорителях. В них заряженные частицы разгоняются электрическим полем, двигаясь по замкнутым орбитам или спирали, где они удерживаются с помощью магнитного поля. В современных ускорителях заряженные частицы или ядра атомов разгоняются от десятков мегаэлектронвольт до сотен гигаэлектронвольт.

Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 году. В ней удалось расщепить ядро лития-7 на две альфа-частицы:

Открытие нейтрона дало новый импульс в исследовании ядерных реакций. Поскольку у нейтронов нет электрического заряда, то они могут беспрепятственно проникать в атомные ядра и вызывать их изменение. Например, если нейтрон влетит в ядро алюминия, то образуется изотоп натрия и альфа-частица:

Великий итальянский физик Энрико Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми нейтронами (с энергией в несколько мегаэлектронвольт), но и медленными (десятые доли электронвольта). Причём медленные нейтроны во многих случаях более эффективны, чем быстрые, так как они более вероятно вступают в реакции с данной мишенью.

А + а → В + b.

В таких реакциях энергия, вносимая в ядро, передаётся преимущественно одному или небольшой группе нуклонов. Такой механизм реакции является основным при больших энергиях бомбардирующих частиц.

При малых энергиях бомбардирующих частиц наряду с прямыми ядерными реакциями в соответствии с представлениями, развитыми Нильсом Бором, осуществляются также реакции, происходящие в два этапа, с образованием составного ядра:

Х + а → С * → Y + b.

На первом этапе ядро поглощает (то есть захватывает) частицу и образуется составное ядро в возбуждённом состоянии. Энергия поглощённой частицы распределяется между всеми нуклонами составного ядра, причём энергия, приходящаяся на каждый нуклон, меньше удельной энергии связи. На втором этапе вследствие обмена энергией между нуклонами на одном или нескольких из них может сконцентрироваться энергия, достаточная для преодоления ядерных сил и вылета из составного ядра. В результате составное ядро превращается в конечное с испусканием частицы или гамма-кванта и высвобождением избытка энергии.

Особый тип ядерных реакций представляют реакции деления элементов, расположенных в конце Периодической системы химических элементов. В результате таких реакций выделяется огромное количество энергии. Почему это происходит? Обратимся к графику удельной энергии связи нуклонов.

Итак, для тяжёлых ядер, например таких, как уран-235, удельная энергия связи, приходящаяся на нуклон, составляет примерно 7,6 МэВ. Ядра химических элементов из середины периодической системы элементов Менделеева обладают максимальной удельной энергией связи — до 8,8 МэВ на нуклон. Таким образом, при расщеплении тяжёлого ядра на два три более лёгких осколка энергия связи, приходящаяся на каждый нуклон, увеличится на величину порядка одного мегаэлектронвольта. А исходя из закона сохранения энергии, такое же количество энергии выделится при делении ядра. Следовательно, в ходе ядерной реакции, приводящей к появлению ядер с большей удельной энергией связи, должна выделяться энергия.

Напомним, что ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии, называется экзотермической. Если же наоборот, ядерная реакция происходит за счёт поглощения энергии, то её называют эндотермической.

Процессы, происходящие при ядерных реакциях, очень сложны, но их энергетический выход вычислить довольно просто благодаря великой формуле Эйнштейна. Для этого необходимо знать только массы всех компонентов ядерной реакции:

В 1939 году австрийский физик Лиза Мейтнер и её племянник Отто Роберт Фриш дали верную интерпретацию это явления. По мнению учёных, при попадании нейтрона в тяжёлое ядро урана происходит деление последнего на две примерно равные части. Поскольку в дочерних относительно лёгких ядрах оказывается избыток нейтронов, то вероятен ещё и вылет нескольких нейтронов.

В том же году Фредерик Жолио-Кюри, Ханс Халбан и Лев Николаевич Коварский показали, что действительно при делении одного ядра урана на два осколка освобождается два или три нейтрона и выделяется около 200 МэВ энергии.

А теперь представим, что у нас есть некоторое количество ядер урана-двести тридцать пять. Образовавшиеся в результате первого деления нейтроны смогут разделить новые ядра урана образовав новые нейтроны. Так, при определённых условиях процесс, начавшись однажды с одного нейтрона, может принять характер цепной реакции.

Ядерная реакция деления, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой же реакции, называется цепной.

Первая управляемая цепная ядерная реакция была осуществлена Энрико Ферми в США в 1942 году. А в СССР первая цепная реакция была осуществлена Игорем Васильевичем Курчатовым в 1946 году.

Скорость цепной реакции деления ядер характеризуется коэффициентом размножения нейтронов.

Коэффициент размножения нейтронов равен отношению числа нейтронов в теле в данном поколении цепной реакции к их числу в следующем поколении:

Цепная ядерная реакция будет самоподдерживающейся, если количество нейтронов в каждом следующем поколении не уменьшается (то есть коэффициент размножения нейтронов будет равен единице). Если же коэффициент размножения нейтронов будет меньше единицы, то реакция будет затухающей, если же больше единицы — то скорость реакции нарастает со временем, что может привести к ядерному взрыву.

Ф. Жолио и И. Кюри, исследуя это явление, показали, что в этом случае возникает новый этап радиоактивности, сопровождаемый испусканием положительных электронов. «Мы полагаем, —писали они, — что в случае алюминия реакция происходит следующим образом:

Изотоп фосфора 15Р30 является радиоактивным Он обладает периодом полураспада 3 мин 15 с и испускает положительный электрон согласно реакции:

Шведская Академия наук оценила принципиальную важность открытия супругов Жолио-Кюри и присудила им в 1935 г. Нобелевскую премию по химии.

Рис. 81. Приборы И. и Ф. Кюри, с которыми была получена искусственная радиоактивность

Фредерик Жолио, принявший позже фамилию Жолио-Кюри, родился 19 марта 1900 г. в семье скобяного мастера Анри Жолио, участника Парижской Коммуны. С 1908 по 1917 г. он учился в лицее Лаканаль, затем в связи с войной был мобилизован в армию, но в войне участвовать ему не пришлось. Война кончилась, и Жолио получил отсрочку для продолжения образования. Чтобы пополнить знания в области точных наук (лицей Лаканаль был школой гуманитарного типа), Жолио поступил в лицей Лавуазье. Окончив его в 1919 г. первым учеником, он поступил в Парижскую школу физики и химии, где когда-то был профессором Пьер Кюри, а теперь преподавал физику Поль Ланжевен.

Ирен Кюри была старше Фредерика Жолио, она родилась 12 сентября 1897 г. Она закончила Парижский университет в 1920 г. и начала работать в лаборатории матери. К моменту, когда ф. Жолио поступил препаратором в Институт радия (1925), она защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию в 1930 г., на пять лет позже жены. В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Коллеж де Франс, а через 10 лет после смерти Ланжевена — профессором экспериментальной физики. Ирен после смерти матери в 1934 г. стала ее преемницей на кафедре физики в Парижском университете.

В военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения Сопротивления, а в послевоенные годы активными борцами за мир. В 1942 г., в трудный год войны, Фредерик Жолио-Кюри вступил в Коммунистическую партию франции. Он с 1949 г. и до самой смерти возглавлял Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником конгрессов сторонников мира.

Под руководством Фредерика Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был пущен первый французский ядерный реактор. Сам Жолио-Кюри до 1950 г. занимал пост Верховного комиссара по атомной энергии франции. Ирен Жолио-Кюри умерла 17 марта 1956 г. от лучевой болезни. В мае 1958 г. ф. Жолио-Кюри последний раз посетил СССР, встретился со своими друзьями И. В. Курчатовым, Д. В. Скобельцыным и другими советскими физиками, верным другом которых он был всю свою жизнь. Умер ф. Жолио-Кюри 14 августа 1958 г.

Радиоактивность

Радиоактивность Блестящая серия физических открытий в последнее десятилетие XIX века поистине явилась началом научной революции. Прологом к ней послужило открытие, сделанное в 1896 году французским физиком Антуаном Анри Беккерелем, который обнаружил, что соединения,

Искусственная Луна

Искусственная Луна Мы можем, если хотите, тут же устроить краткий экзамен нашему пушечному ядру, "выступающему в роли небесного тела. Проверим, подчиняется ли оно, например, третьему закону Кеплера, гласящему: „Квадраты времен обращения небесных тел относятся между

РАДИОАКТИВНОСТЬ И СТРОЕНИЕ АТОМА

РАДИОАКТИВНОСТЬ И СТРОЕНИЕ АТОМА 1.6. Явления радиоактивности, открытые А. Беккерелем в 1896 г. и вслед затем изучавшиеся Пьером и Марией Кюри, Э. Резерфордом и многими другими, сыграли ведущую роль в открытии общих законов строения атома и в подтверждении эквивалентности

БЕККЕРЕЛЬ И РАДИОАКТИВНОСТЬ

БЕККЕРЕЛЬ И РАДИОАКТИВНОСТЬ Анри Беккерель официально считается первооткрывателем радиоактивности, хотя он даже не дал ей названия — это сделала Мария — и на самом деле не открывал ее, поскольку это явление уже было обнаружено за несколько лет до него Ньепсом де

Рис. Приборы И. и Ф. Жолио-Кюри, с которыми была получена искусственная радиоактивность

Ф. Жолио и И. Кюри, исследуя это явление показали, что в этом случае возникает новый этап радиоактивности, сопровождаемый испусканием положительных электронов. «Мы полагаем,— писали они,— что в случае алюминия реакция происходит следующим образом:

Изотоп фосфора 15Р 30 является радиоактивным. Он обладает периодом полураспада 3 мин 15 сек и испускает положительный электрон согласно реакции.

₁₅P 30 → ₁₄Si 30 + е + .

Рис. Ф. Жолио-Кюри

Фредерик Жолио, принявший позже фамилию Жолио-Кюри, родился 12 марта 1900 г. в семье скобяного мастера Анри Жолио, участника Парижской коммуны. С 1908 по 1917 г. он учился в лицее Лаканаль, затем в связи с войной был мобилизован в армию, но в войне участвовать ему не пришлось. Война кончилась, и Жолио получил отсрочку для продолжения образования. Чтобы пополнить знания в области точных наук (лицей Лаканаль был школой гуманитарного типа), Жолио поступил в лицей Лавуазье. Окончив его в 1919 г. первым учеником, он поступил в Парижскую школу физики и химии, где когда-то был профессором Пьер Кюри, а теперь преподавал физику Поль Ланжевен.

Рис. И. Жолио-Кюри

По окончании школы Фредерик Жолио работал инженером-практиком на сталелитейных заводах. Однако в связи с окончанием отсрочки он был призван в армию и поступил в артиллерийскую школу в Пуатье. По окончании училища новоиспеченный сублейтенант по рекомендации Ланжевена поступил препаратором к Марии Кюри в Институт радия. Здесь он встретился со своей будущей женой, дочерью Пьера и Марии Кюри, Ирен. Брак Ирен Кюри и Фредерика Жолио был зарегистриро ван 4 октября 1926 г. С тех пор начался их совместный научный и жизненный путь.

Ирен Кюри была старше Фредерика Жолио, она родилась 12 сентября 1897 г. Она окончила Парижский университет в 1920 г. и начала работать в лаборатории матери. К моменту, когда Ф. Жолио поступил препаратором в Институт радия (1925г.), она защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию в 1930 г., на пять лет позже жены. В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Коллеж де Франс, а через. 10 лет после смерти Ланжевена — профессором экспериментальной физики. Ирен после смерти матери в 1934 г. стала ее преемницей на кафедре физики в Парижском университете.

В военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения Сопротивления, а в послевоенные годы активными борцами за мир. В 1942 г., в трудный год войны, Фредерик Жолио-Кюри вступил в Коммунистическую партию Франции. Он с 1951 г. и до самой смерти возглавлял Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником Конгрессов сторонников мира.

Под руководством Фредерика Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был пущен первый французский ядерный реактор. Сам Жолио-Кюри да 1950 г. занимал пост Верховного комиссара по. атомной энергии Франции. Ирен Жолио-Кюри. умерла 17 марта 1956 г. от лучевой болезни. В мае 1958 г. Ф. Жолио-Кюри последний раз посетил СССР, встретился со своими друзьями И. В. Курчатовым, Д. В. Скобельцыным и другими советскими физиками, верным другом которых он был всю свою жизнь. Умер Ф. Жолио Кюри 14 августа 1958 г.

Статья на тему История искусственной радиоактивности

Книга 2. Познание и опыт - путь к современной энергетике

16.5. Искусственная радиоактивность

В 1934 г. Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что некоторые легкие элементы – бор, магний, алюминий – при бомбардировке их α -частицами полония испускают позитроны. Эмиссия начиналась не сразу же после сближения источника α -частиц и испытываемых образцов легких металлов, а увеличивалась постепенно по мере облучения и достигала некоторой предельной величины. После удаления источника α -частиц эмиссия позитронов не прекращалась, а начинала спадать экспоненциально во времени, как это происходит с активностью радиоактивного вещества. Период полураспада составил для бора 14 мин., для алюминия – 3 мин. 15 с, для магния – 2,5 мин. Выделив радиоактивные продукты из облучаемого вещества, И. Жолио-Кюри и Ф. Жолио-Кюри исследовали их химическую природу.

Наблюдаемое явление Ирен и Фредерик Жолио-Кюри объяснили тем, что под влиянием бомбардировки ядер легких элементов α-частицами вначале образуются новые искусственные ядра, которые затем распадаются с испусканием позитрона. В случае алюминия процесс протекает в два этапа. На первом этапе образуется радиофосфор :

Искусственно полученный изотоп фосфора – радиофосфор – неустойчив (период полураспада 3 мин. 15 с) и распадается с образованием стабильного ядра атома , испуская позитрон:

Фредерик Жолио-Кюри (1900–1958) Ирен Жолио-Кюри (1897–1956) Фредерик Жолио окончил Парижскую школу физики и прикладной химии, где когда-то преподавал Пьер Кюри. После окончания школы работал инженером на сталелитейных заводах. Был призван в армию, окончил артиллерийскую школу в Пуатье, получив чин суб-лейтенанта. После армии по рекомендации Поля Ланжевена, – профессора Школы физики и прикладной химии, сменившего на этом посту Пьера Кюри, – поступил препаратором в Институт радия к Марии Кюри. Здесь он познакомился со своей будущей женой Ирен, дочерью Пьера и Марии Кюри. В 1926 г. Фредерик Жолио и Ирен Кюри поженились, объединив фамилии, судьбы и таланты, и с тех пор начался их совместный научный и жизненный путь.

Ирен Кюри окончила Парижский университет в 1920 г. и работала в лаборатории своей матери. К моменту поступления Ф.Жолио в Институт радия она уже защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию на пять лет позже (в 1930 г.). В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Колеж де Франс, а через 10 лет после смерти Ланжевена – профессором экспериментальной физики. Ирен, после смерти матери в 1934 г., руководила Институтом радия и стала её преемницей на кафедре физики в Парижском университете.

В военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения сопротивления, а в послевоенные годы – активными борцами за мир. С 1949 г. и до самой смерти Ф. Жолио-Кюри, возглавляя Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником конгрессов сторонников мира.

Под руководством Ф.Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был запущен первый французский ядерный реактор. До 1950 г. Ф.Жолио-Кюри занимал пост Верховного комиссара по атомной энергии Франции. Оба, Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, были тяжело больны лучевой болезнью, но до последних лет жизни продолжали активно работать.

Превращение алюминия в радиоактивный фосфор

Аналогичные процессы происходят при облучении α-частицами ядер бора и магния с образованием в первом случае радиоазота а во втором – радиокремния .

Результаты, полученные И. и Ф. ЖолиоКюри, открыли новую обширную область для исследований. Их эксперименты показали путь превращения стабильных элементов в радиоактивные, излучающие энергию.

В течение нескольких месяцев были получены более пятидесяти новых радиоактивных элементов, дополнительно к тем тридцати, которые существуют в земной коре.

До открытия Отто Ганом и Фрицем Штрассманом искусственного распада (деления) урана оставалось три года.

β-распад радиоактивного фосфора и образование кремния

Читайте также: