Конспект урока на тему 'Радиоактивность. Радиоактивный распад'

11-сыныпқа арналған

Сабақ жоспары

Пәннің аты:__________________Физика___________________

І. Сабақтың тақырыбы: Радиоактивтілік. Радиоактивтік ыдырау заңы.

ІІ. Сабақтың мақсаты: Оқушыларда радиоактивтілік туралы ұғым қалыптастыру, оқушылардың эксперименттік дағдыларын дамытуды жалғастыру.

ІІІ.Сабақтың түрі: жаңа сабақ

ІV. Сабақтың өткізілу әдістері: түсіндіру, жазбаша.

V. Сабақтың көрнекілігі: презентация, есептер,суреттер,флэш-анимациялар

Сабақтың барысы:

1. Ұйымдастыру кезеңі: Оқушылардың сабаққа қатысуын тексеру, дәрісхананың тазалығы, сабаққа дайындығына назар аудару-3 минут.

2. Сабақтың жаңа тақырыбын хабарлау, мақсатын қою: Оқушыларға сабақтың тақырыбы мен мақсаты хабарланып, тақырып тақтаға жазылады.

4. Жаңа сабақта қаралатын сұрақтар:

• Табиғи радиоактивтілік.

• Радиоактивті ыдыраудың негізгі заңы.

• Радиоактивті сәулелердің өтімділіктері.

5. Жаңа сабақта қаралатын сұрақтардың қысқаша түсінігі - 20 минут

Ядролардың барлығы бірдей шексіз ұзақ уақыт бойы өмір сүре алмайды. Көптеген атом ядролары өз бетінше басқа ядроларға айнала алады. Осы құбылысты радиоактивтілік деп атайды. Табиғатта кездесетін ядроларда байқалатын радиоактивтілік табиғи, ал ядролық реакциялардың көмегімен алынған ядролардың радиоактивтілігі жасанды радиоактивтілігі деп аталады. Табиғи және жасанды радиоактивтіліктің арасында ешқандай принциптік айырмашылық жоқ.

Альфа-ыдырау. Атом ядросының альфа-бөлшек шығарып басқа ядроға өз бетінше айналу процесі альфа-ыдырау деп аталады. Реттік нөмірлері Z > 82 ауыр элементтердің барлығының дерлік ядролары альфа-радиоактивті ядролар болып табылады. Ыдырау төмендегі сызбанұсқа бойынша жүреді:

Бета-ыдырау. Электрондық бета-ыдырау құбылысы идеп атом ядросының өз бетінше электронды шығару жолымен басқа ядроға түрленуін айтады.

Электрондық бета-ыдырау мына сызбанұсқа бойынша жүреді:

6. Жаңа материалды бекіту - 15 минут

І. Бекіту сұрақтары:

• Радиоактивтік дегеніміз не?

• Радиоактивтік құбылысын ашқан ғалым кім?

• Радийдің α-бөлшекке ыдырау кезінде қандай элемент пайда болады?

• Радиоактивтік ыдырау кезінде атомның қандай бөлігі өзгеріске ұшырайды-ядро әлде электрондық қабықша ма?

• Радиоактивті ыдырау заңын ашқан кім?

• Жартылай ыдырау периоды деп қандай уақытты атайды?

• Жартылай ыдырау периодына тең уақытта радиоактивті элемент ядросының қандай бөлігі ыдырайды?

• Радиоактивті ыдырау заңының формуласын жазып мұндағы физикалық шамаларды атап шық.

• Табиғи радиоактивтілік дегеніміз не?

• Радиоактивті ыдырау қалай жүреді?

• Альфа ыдырау деп .....

• Бета ыдырау деп .....

ІІ. Есеп шығару: А.П.Рымкевич «Физика есептерінің жинағы» 1170, 1171

7. Сабақты қорытындылау-2 минут:

Оқушылардың жаңа сабақта алған білімдерін пысықтау, сабаққа белсенді қатысқан оқушыларды мадақтау.

8. Оқушылардың білімін және сабаққа белсенділігін бағалау

9. Үй тапсырмасы:

1. Есеп шығару: А.П.Рымкевич «Физика есептерінің жинағы» 1165, 1166, 1167-есептер.

10. Әдебиеттер:

1. Конграт Б.А., Кем В.И., Қойшыбаев Н. ФИЗИКА /Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытына арналған оқулық/ -Алматы:Мектеп,2006

2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. ФИЗИКА / Орта мектептің 10-11 сыныптарына арналған оқулық/ - Алматы: Мектеп: 2001

3. Рымкевич А.П. Физика есептерінің жинағы. Алматы: Рауан, 1998г

11. Сабақтың аяқталуын хабарлау: Құрметті оқушылар, осымен бүгінгі сабағымыз аяқталды. Көңіл қойып тыңдағандарыңызға және сабаққа белсенді қатысқандарыңызға рахмет. Сау болыңыздар!

Радиоактивтілік. Радиоактивтік ыдырау заңы.

Ядролардың барлығы бірдей шексіз ұзақ уақыт бойы өмір сүре алмайды. Көптеген атом ядролары өз бетінше басқа ядроларға айнала алады. Осы құбылысты радиоактивтілік деп атайды. Табиғатта кездесетін ядроларда байқалатын радиоактивтілік табиғи, ал ядролық реакциялардың көмегімен алынған ядролардың радиоактивтілігі жасанды радиоактивтілігі деп аталады. Табиғи және жасанды радиоактивтіліктің арасында ешқандай принциптік айырмашылық жоқ.

Альфа-ыдырау. Атом ядросының альфа-бөлшек шығарып басқа ядроға өз бетінше айналу процесі альфа-ыдырау деп аталады. Реттік нөмірлері Z > 82 ауыр элементтердің барлығының дерлік ядролары альфа-радиоактивті ядролар болып табылады. Ыдырау төмендегі сызбанұсқа бойынша жүреді:

Х- ыдырайтын ядроның, ал У- түзілген ядроның химиялық символы. Альфа-ыдырау нәтижесінде бастапқы ядромен салыстырғанда түзілген ядроның реттік нөмірі 2 бірлікке, ал массалық саны 4 бірлікке кеміді. Мысалы: уран изотопы ыдырағанда торий изотопы түзіледі:

Әдетте ядроның альфа-ыдырауымен қатар түзілетін ядроның гамма сәулелерін шығаруы қабаттаса жүреді.

Бета-ыдырау. Электрондық бета-ыдырау құбылысы идеп атом ядросының өз бетінше электронды шығару жолымен басқа ядроға түрленуін айтады.

Электрондық бета-ыдырау мына сызбанұсқа бойынша жүреді:

Нейтрондардың біреуі протонға айналғанда ядроның заряды қоса артады. Мысалы:

Соңғы ядроның массалық саны бұрынғы күйінде қалады, себебі ядродағы нуклондар саны өзгермейді.

Бета-ыдырауымен қатар гаммаінің шығарылуы қосарлана жүруі мүмкін. Гамма-сәулелерінің пайда болу механизмі альфа-ыдырауы кезіндегі сияқты - соңғы ядро тек негізгі күйде емес, сол сияқты қоздырылған күйлерде де орналаса алады. Кейін энергиясы аз күйге өткенде ядро гамма-сәулелерін шығарады.

Бета-бөлшектердің спектрі тұтас болады.

Радиоактивтік ыдыраудың негізгі заңы. Радиоактивтік ыдырау уақыт өткен сайын ыдырамаған бастапқы ядроларының санын азайтады. Кез-келген радиоактивтік изотоптың ядроларының ыдырауы мына заңға бағынады.

Осы теңдеу радиоактивтік ыдыраудың негізгі заңы деп аталады. Мұндағы N₀ t=0 мезетіндегі радиоактивті ядролардың саны, ал N - кез-келген t уақыт мезетіне дейін ыдырамай қалған ядролардың саны Т символы - радиоактивтік изотоптың түріне байланысты болатын тұрақты шама. Осы тұрақтыны жартылай ыдырау периоды деп атайды. Жартылай ыдырау периодына тең уақыт ішінде радиоактивтік ядролардың бастапқы саны екі есе азаяды.

Қазіргі уақытта белгілі радиоактивтік ядролардың жартылай ыдырау периоды жыл аралығында жатыр.

Тәжiрибелiк ядролық физиканың тамаша құралдарының бiр - Вильсон камерасы. Оның жұмыс iстеу принципi мынадай: Қақпағы әйнектен жасалған цилиндр тектес ыдыстың iшiнде спирттiң буымен қаныққан ауа бар. Егер поршендi тез қозғап, цилиндрдiң көлемiн кенет ұлғайтсақ, адиабаталық үрдiстiң салдарынан ондағы ауа мен бу салқындайды да аса қаныққан күйге өтедi. Егер дәл осы мезетте камера арқылы зарядталған бөлшек өтсе, оның қозғалысының бойындағы аса қаныққан бу бөлшектерi конденсацияланып, ұсақ тамшылар пайда болады. Ол тамшыларды трек деп атайды. Осы сәтте бүкiл камераны жарқ еткен жарықпен сәулелендiрсек, бұл тректер суреттiң қара фонындағы ақ жолақтар түрiнде көрiнедi (7.6-сурет). Дәл өлшеулер жүргiзу үшiн әдетте Вильсон камерасын тұрақты магнит өрiсiне орналастырады. Онда бұл өрiстiң салдарынан қозғалып бара жатқан зарядталған бөлшектердiң траекториясы қисаяды. Сыртқы магнит өрiсiнiң индукциясы белгiлi болған жағдайда бөлшек траекториясының қисықтық радиусын өлшеу арқылы оның массасы мен зарядын және энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар.

Зарядталған бөлшектердi бақылау мен тiркеудiң әдiстерi

Бөлшектердiң қасиеттерiн қарастырғанда олардың бiр-бiрiмен әсерлесу сипатын бiлудiң және осы әсерлесу кезiндегi олардың сан алуан түрленулерiн т.с.с. зерттеудiң маңызы зор. Ол үшiн бiз оларды тiркеп, әрi бақылай бiлуiмiз қажет. Сондықтан, ядролық физиканың туындылап, даму кезеңiнен бастап-ақ бөлшектердi тiркеп, оны бақылаудың әдiстерi де қалыптаса бастады. Бұл бағыттағы алғашқы қолданылған әдiстiң бiрi фотоэмульсия әдiсi. Радиоактивтiлiк құбылысының өзi ядролық сәулелердiң фотопластинкаға әсерi негiзiнде кездейсоқ ашылған болатын. Бұл әдiс күнi бүгiнге дейiн элементар бөлшектер физикасында, ғарыштық сәулелердi зерттеуде кеңiнен қолданылады. Әдiстiң мәнi мынада: зарядталған шапшаң бөлшек фотоэмульсияның қабаты арқылы өткен кезде өзi өткен траекторияның бойында көрiнбейтiн iз қалдырады да бұл iз фотопластинканы өңдегеннен соң айқын траектория түрiнде көрiнедi. Қалдырған iздiң қалыңдығы және ұзындығы арқылы бөлшектiң зарядын және энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар.

7.7 - суретЗарядталған бөлшектердi бақылауға мүмкiндiк беретiн тағы бiр құрал - көпiршiктi камера. Көпiршiктi камераны температурадасы өзiнiң қайнау температурасына өте жақын тұрған сұйықпен толтырады. Мұндай сұйық ретiнде әдетте сұйылтылған сутегi, пропан, ксенон т.с.с қолданады. Камера арқылы зарядталған бөлшек өткен кезде ол өткен жолдың бойындағы сұйық бөлшектерiнiң температурасы кенет артып, қайнайды да бу көпiршiктерi пайда болады. Ал оны жоғарыдағы Вильсон камерасындағыдай жолмен суретке түсiрiп алуға болады (7.7-сурет). Көпiршiктi камерадағы сұйықтың тығыздығы Вильсон камерасындағы газдың тығыздығынан әлде қайда артық болғандықтан мұнда аса дәл өлшеулер жүргiзудiң мүмкiндiгi бар.

7.8 - суретШапшаң зарядталған бөлшектер мен γ-кванттарды тiркеуде Гейгер-Мюллер есептегiштерi қолданылады (7.8-сурет). Ол iшi өте аз қысымдағы (шамамен 0,1 атм) газ қоспасымен, мысалы аргон мен метил спиртiнiң буының қоспасымен толтырылған цилиндр трубкадан тұрады. Цилиндрдiң ортасында одан изолятор арқылы оқшауланған жiңiшке сым бар. Бұл жiңiшке сым анодтың, ал цилиндрдiң корпусы катодтың ролiн атқарады. Анод пен катодтың арасына аса жоғары кернеу берiлген. Есептегiштiң жұмыс көлемi арқылы зарядталған бөлшек өткен кезде ол өз жолындағы газ бөлшектерiн иондайды да, пайда болған электрон мен оң ион жоғарғы кернеудiң салдарынан туындылаған өрiстiң әсерiнен сәйкес анод пен катодқа қарата үдей қозғалады. Бұл бөлшектер өз кезегiнде жолында кездескен газдың басқа атомдарын иондайды, сөйтiп бұл үрдiс тасқынды сипат алады. Иондалған бөлшектер тасқыны анод пен катодқа келiп жеткенда тiзбек өте аз уақытқа тұйықталады да, бөлшек тiркеледi.

7.9 - суретЯдролық сәуле шашудың кез-келген түрiн тiркеу үшiн иондаушы камералар қолданылады (7.9-сурет). Иондаушы камераның жұмыс iстеу принципi Гейгер-Мюллер есептегiштерiнiң жұмыс iстеу принципiне ұқсас. Мұнда тек анод пен катодтың арасына берiлетiн кернеудiң шамасы аса үлкен емес. Сондықтан тiзбекте пайда болатын токтың шамасы аса аз. Оны арнайы күшейткiштердiң көмегiмен өлшеп, иондаушы бөлшектердiң қарқыны жөнiнде баға беруге болады.