Номер 5, страница 231 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

5. Сформулируйте и запишите правила смещения для $\alpha$- и $\beta^{-}$-распада. Охарактеризуйте их особенности.

Правило смещения для α-распада и его особенности

Правило смещения (закон Содди) для альфа-распада формулируется следующим образом: в результате альфа-распада ядро некоторого химического элемента испускает альфа-частицу (ядро атома гелия) и превращается в ядро элемента, смещенного на две клетки к началу периодической системы Менделеева.

При этом массовое число $A$ нового ядра уменьшается на 4, а зарядовое число $Z$ (порядковый номер) уменьшается на 2. В общем виде реакция α-распада записывается так:

$_Z^A X \rightarrow _{Z-2}^{A-4} Y + _2^4 He$

где $X$ – материнское ядро, а $Y$ – дочернее ядро.

Особенности α-распада:

• Характерен для тяжелых ядер (как правило, с $Z > 82$), у которых кулоновские силы отталкивания между протонами становятся сопоставимы с ядерными силами притяжения.
• Энергетический спектр испускаемых альфа-частиц является дискретным (линейчатым). Это означает, что α-частицы вылетают из ядра со строго определенной кинетической энергией, что является доказательством существования дискретных энергетических уровней в ядре.
• Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью (создают большое количество ионов на единицу длины пробега), но низкой проникающей способностью (задерживаются листом бумаги или несколькими сантиметрами воздуха).

Ответ: При α-распаде ядро испускает α-частицу ($_{2}^{4}He$), в результате чего его массовое число $A$ уменьшается на 4, а зарядовое число $Z$ — на 2. Элемент смещается на 2 позиции к началу периодической таблицы. Особенностями α-распада являются его проявление у тяжелых ядер, дискретный энергетический спектр и высокая ионизирующая, но низкая проникающая способность.

Правило смещения для β⁻-распада и его особенности

Правило смещения для бета-минус-распада формулируется так: в результате β⁻-распада ядро некоторого химического элемента превращается в ядро элемента, смещенного на одну клетку к концу периодической системы Менделеева.

При этом процессе один из нейтронов ядра превращается в протон, испуская электрон ($_{-1}^{0}e$) и электронное антинейтрино ($\bar{\nu}_e$). Массовое число $A$ ядра остается неизменным, а зарядовое число $Z$ увеличивается на 1. В общем виде реакция β⁻-распада выглядит так:

$_Z^A X \rightarrow _{Z+1}^{A} Y + _{-1}^{0} e + \bar{\nu}_e$

Этот процесс обусловлен превращением на уровне нуклонов: $n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e$.

Особенности β⁻-распада:

• Происходит в ядрах, имеющих избыток нейтронов по сравнению с протонами (расположенных слева от полосы стабильности на N-Z диаграмме).
• Энергетический спектр испускаемых электронов (β-частиц) является непрерывным. Это означает, что кинетическая энергия электрона может принимать любое значение от нуля до некоторого максимального. Часть энергии уносится антинейтрино, что и объясняет непрерывность спектра.
• Бета-частицы обладают меньшей ионизирующей способностью, чем α-частицы, но большей проникающей способностью. Их может остановить слой алюминия толщиной в несколько миллиметров.
• β⁻-распад — это проявление слабого ядерного взаимодействия.

Ответ: При β⁻-распаде один из нейтронов ядра превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино. Массовое число $A$ не изменяется, а зарядовое число $Z$ увеличивается на 1. Элемент смещается на 1 позицию к концу периодической таблицы. Особенностями β⁻-распада являются его проявление у нейтронно-избыточных ядер, непрерывный энергетический спектр и средняя проникающая способность.