Определение постоянной радиоактивного распада нестабильных изотопов
Цель работы:
Определение постоянной радиоактивного распада по измеренному периоду полураспада и количество не распавшихся атомов.
Краткая теория
Атомы некоторых элементов способны самопроизвольно (сами по себе) распадаться, превращаясь при этом в атомы другого элемента. Такую способность называют естественной радиоактивностью.
Закон по которому уменьшается количество не распавшихся атомов элемента называют законом радиоактивного распада и его математическое выражение имеет вид:
, (2.1)
где N – число не распавшихся атомов в момент времени t;
No – число атомов в начальный момент времени t = 0;
λ – постоянная радиоактивного распада.
При распаде ядра происходит два вида радиоактивного процесса:
1) α – распад, связанный с излучением α – частиц: двукратно
ионизированных атомов гелия, положительно заряженных.
2) β – распад, связанный с излучением электронов отрицательно
заряженных, возникающих в момент распада.
Эти процессы сопровождаются γ – излучением, представляющим электромагнитные волны с очень малой длиной волны. Время, в течении которого распадается половина атомов, называется периодом полураспада Т. Он связан с постоянной радиоактивного распада:
. (2.2)
Порядок выполнения работы
Щелкните клавишей мышки на значке Определение постоянной радиоактивного распада на рабочем столе компьютера. На экране монитора появится атомное ядро, претерпевающее естественный радиоактивный распад. Он сопровождается вылетом β – частиц (электронов), α – частиц (двукратно ионизированных атомов гелия) и электромагнитного γ – излучения. После того как частицы удалятся за пределы экрана, появляется график зависимости 
от t.
Это прямая линия, начинающаяся в начале координат. Обратите внимание на то, что при t = 0 число не распавшихся атомов N = N0 , а через некоторое время число не распавшихся атомов уменьшается в 2 раза. Этот момент отмечен на графике пунктирными линиями и соответствует времени периоду полураспада Т.
1. Определите цену деления шкалы времени для Вашего нестабильного изотопа. Компьютер формирует значение времени случайным образом, и они практически никогда не повторяются.
2. Определите период полураспада Т изотопа по графику в единицах шкалы времени и запишите его значение в таблицу измерений.
3. По формуле (2.2) рассчитайте постоянную радиоактивного распада lи запишите её в таблицу измерений.
4. Получите задание у преподавателя: в какой момент времени Вам надо определить количество не распавшихся атомов изотопа.
5. По формуле (2.1) рассчитайте значение количество не распавшихся атомов N, считая, что в начальный момент времени был один моль вещества и число атомов в нем N0 = 6.02*1023 моль-1.
6. Результатом работы должны быть два ответа: постоянная радиоактивного распада и число не распавшихся атомов в момент времени t (данное преподавателем).
Таблица 2.1.
| Т | t задание | λ | N |
В этой работе погрешности не рассчитываются.
По своим данным попробуйте определить какой элемент придумал компьютер, сравнивая Ваш расчёт с таблицей.
Примеры периодов полураспада
| Торий-234 | 24,1 суток |
| Протактиний-234 | 1,17 минут |
| Уран-234 | 245000 лет |
| Торий-230 | 8000 лет |
| Радий-226 | 1600 лет |
| Радон-222 | 3,823 суток |
| Полоний-218 | 3,05 минут |
| Свинец-214 | 26,8 минут |
| Висмут-214 | 19,7 минут |
| Полоний-214 | 0,000164 секунды |
| Свинец-210 | 22,3 лет |
| Висмут-210 | 5,01 суток |
| Полоний-210 | 138,4 суток |
Контрольные вопросы
1. В чём заключается явление естественной радиоактивности?
2. Напишите закон радиоактивного распада.
3. Какие радиоактивные процессы происходят при распаде ядра?
4. Дайте определение периода полураспада.
Лабораторная работа № 3