Номер 3, страница 231 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

3. Перечислите свойства и объясните природу $\alpha$-, $\beta$- и $\gamma$-излучения.

α-излучение (альфа-излучение)

Природа: Альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц, называемых альфа-частицами (α-частицами). Каждая альфа-частица является ядром атома гелия, состоящим из двух протонов и двух нейтронов ($_{2}^{4}He$). Из-за этого альфа-частица имеет заряд $+2e$, где $e$ – элементарный заряд. Возникает в результате альфа-распада тяжелых нестабильных атомных ядер, например, урана или радия. Схема альфа-распада в общем виде: $_{Z}^{A}X \rightarrow _{Z-2}^{A-4}Y + _{2}^{4}He$.

Свойства:

• Заряд: Положительный, равен $+2e$ (примерно $3.2 \times 10^{-19}$ Кл).
• Масса: Относительно большая, около 4 атомных единиц массы. Это самые тяжелые из частиц, составляющих ионизирующее излучение.
• Скорость: Относительно низкая, составляет 5-7% от скорости света (порядка $1.5 \times 10^7 - 2 \times 10^7$ м/с).
• Ионизирующая способность: Очень высокая. Из-за большого заряда и массы альфа-частицы активно взаимодействуют с веществом, создавая на своем пути большое количество ионов.
• Проникающая способность: Очень низкая. Задерживается листом бумаги, несколькими сантиметрами воздуха или верхним слоем кожи человека.
• Взаимодействие с полями: Отклоняются электрическими и магнитными полями, так как являются заряженными частицами.
• Биологическое воздействие: При внешнем облучении практически безвредны. Однако при попадании альфа-излучающих изотопов внутрь организма (с пищей, водой или воздухом) они становятся чрезвычайно опасными из-за высокой ионизирующей способности, вызывая серьезные повреждения внутренних тканей.

Ответ: Альфа-излучение – это поток ядер гелия ($_{2}^{4}He$) с положительным зарядом, обладающий высокой ионизирующей, но низкой проникающей способностью.

β-излучение (бета-излучение)

Природа: Бета-излучение – это поток электронов (β⁻-частицы) или позитронов (β⁺-частицы), которые испускаются из атомных ядер в процессе бета-распада. При β⁻-распаде один из нейтронов ядра превращается в протон, при этом испускается электрон и антинейтрино ($n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e$), а заряд ядра увеличивается на единицу: $_{Z}^{A}X \rightarrow _{Z+1}^{A}Y + e^- + \bar{\nu}_e$. При β⁺-распаде (позитронном распаде) протон превращается в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино ($p \rightarrow n + e^+ + \nu_e$), а заряд ядра уменьшается на единицу: $_{Z}^{A}X \rightarrow _{Z-1}^{A}Y + e^+ + \nu_e$.

Свойства:

• Заряд: Отрицательный ($-e$) для электронов или положительный ($+e$) для позитронов.
• Масса: Очень малая, равна массе покоя электрона ($m_e \approx 9.11 \times 10^{-31}$ кг).
• Скорость: Высокая, может достигать 99% скорости света. Энергия бета-частиц имеет непрерывный спектр.
• Ионизирующая способность: Средняя. Выше, чем у гамма-квантов, но значительно ниже, чем у альфа-частиц.
• Проникающая способность: Средняя. Задерживается слоем алюминия толщиной в несколько миллиметров. Проникает в ткани тела на несколько сантиметров.
• Взаимодействие с полями: Сильно отклоняются электрическими и магнитными полями из-за малого отношения массы к заряду. Направление отклонения зависит от знака заряда.
• Биологическое воздействие: Представляют опасность как при внешнем, так и при внутреннем облучении, вызывая ожоги кожи и повреждая внутренние органы.

Ответ: Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, испускаемых при распаде ядер, обладающий средней ионизирующей и проникающей способностью.

γ-излучение (гамма-излучение)

Природа: Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно высокой энергией. Оно представляет собой поток фотонов (гамма-квантов, γ), не имеющих ни массы покоя, ни заряда. Гамма-излучение испускается ядром атома при переходе из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией. Часто сопровождает альфа- и бета-распады, так как дочернее ядро после распада может остаться в возбужденном состоянии. Схема гамма-распада: $_{Z}^{A}X^* \rightarrow _{Z}^{A}X + \gamma$ (звездочка означает возбужденное состояние ядра).

Свойства:

• Заряд: Отсутствует (электронейтрально).
• Масса: Масса покоя равна нулю.
• Скорость: Распространяется со скоростью света ($c \approx 3 \times 10^8$ м/с в вакууме).
• Ионизирующая способность: Слабая. Ионизация вещества происходит в основном за счет вторичных электронов, выбитых гамма-квантами.
• Проникающая способность: Очень высокая. Для защиты требуются толстые слои тяжелых материалов, таких как свинец или бетон.
• Взаимодействие с полями: Не отклоняется электрическими и магнитными полями.
• Биологическое воздействие: Очень опасно для живых организмов из-за высокой проникающей способности. Вызывает глубокие повреждения тканей и органов, может приводить к лучевой болезни и генетическим мутациям.

Ответ: Гамма-излучение – это поток высокоэнергетических фотонов (электромагнитное излучение), не имеющий заряда и массы, обладающий слабой ионизирующей, но очень высокой проникающей способностью.