Урок 86 Отримання та застосування радіонуклідів PDF

1 Урок 86 Отримання та застосування радіонуклідів. Методи реєстрації іонізуючого випромінювання Мета уроку: Навчальна. Ознайомити учнів із сучасними методами виявлення й дослідження заряджених частинок. Розвивальна. Розвивати пізнавальні навички учнів; вміння аналізувати навчальний мате...

1 Урок 86 Отримання та застосування радіонуклідів. Методи реєстрації іонізуючого випромінювання Мета уроку: Навчальна. Ознайомити учнів із сучасними методами виявлення й дослідження заряджених частинок. Розвивальна. Розвивати пізнавальні навички учнів; вміння аналізувати навчальний матеріал, умову задачі, хід розв’язання задач; вміння стисло і грамотно висловлювати свої міркування та обґрунтовувати їхню правильність. Виховна. Виховувати уважність, зібраність, спостережливість. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу. Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник. Хід уроку І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ Як змусити ядро перетворитися на інше ядро? Які ядра при цьому можна отримати, як їх ідентифікувати і де застосувати? IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Ядерні реакції Ядерна реакція – це перетворення атомних ядер під час їх взаємодії з елементарними частинками або іншими ядрами. Ядерні реакції протікають таким чином: ядро захоплює частинку (або інше ядро), поглинає їхню енергію, переходить у нестійкий стан та розпадається. Під час будь-яких ядерних реакцій виконуються закони збереження: закон збереження електричного заряду; закон збереження енергії-маси; закон збереження імпульсу; закон збереження масового числа. У 1919 р. Ернест Резерфорд здійснив першу ядерну реакцію, бомбардуючи азотну мішень α-частинками, і відкрив протон (р): 14 4 17 1 7N + 2He → 8O + 1𝑝 Перша ядерна реакція на швидких протонах була здійснена в лабораторії Е. Резерфорда в 1932 р.: унаслідок опромінення літію швидкими протонами вдалося розщепити ядро атома Літію на дві α-частинки: 7 1 4 4 3Li + 1𝑝 → 2He + 2He В 1932 р. Джеймс Чедвік відкрив нейтрон (n): 9 4 12 1 4Be + 2He → 6С + 0𝑛  2 2. Одержання та використання радіоактивних ізотопів Радіоактивні ізотопи – це різновиди атомів того самого хімічного елемента, ядра яких можуть довільно перетворюватися на ядра інших елементів із випромінюванням мікрочастинок і γ-променів. Перший штучний радіоактивний ізотоп – ізотоп Фосфору ( 30 15P) – одержало подружжя Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі в 1934 р. Опромінюючи алюміній α- частинками, вони спостерігали випромінювання нейтронів: 27 4 30 1 13Al + 2He → 15P + 0𝑛 Одночасно з випромінюванням нейтронів випромінювалися і позитрони. Наявність позитронів означала, що отримане ядро Фосфору-30 було β+ - радіоактивним: 30 30 0 15P → 14Si + +1e + ν Зараз для кожного хімічного елемента за допомогою ядерних реакцій одержані штучні радіоактивні ізотопи, і зазвичай вони є β+ -радіоактивними. Приклади використання радіоактивних ізотопів: 1. Використання радіоактивних ізотопів як індикаторів. Радіоактивність є своєрідною міткою, за допомогою якої можна виявити наявність елемента, простежити за його «поведінкою» під час фізичних і біологічних процесів. Для покращення якості добрива з'ясовують, як його засвоюють рослини. Для цього до добрива додають радіоактивний ізотоп, а потім досліджують рослини на радіоактивність. За вмістом β− -радіоактивного Карбону 146C, період піврозпаду якого 5700 років, можна визначити вік археологічних знахідок: після загибелі дерева, тварини тощо кількість β-розпадів зменшується вдвічі кожні 5700 років. 2. Використання радіоактивних ізотопів як джерел γ-випромінювання. За допомогою γ-випромінювання знищують мікроби (γ-стерилізація), виявляють дефекти всередині металів (γ-дефектоскопія), лікують онкологічні захворювання. 3. Використання радіоактивних ізотопів як джерел ядерної енергії. Як паливо для ядерних реакторів широко використовують Плутоній, атоми якого утворюються внаслідок захоплення нейтрону ядром Урану-238: 238 1 239 239 0 92U + 0n → 92U → 93Np + −1𝑒 239 239 0 93Np → 94Pu + −1𝑒 3. Пристрої для реєстрації йонізуючого випромінювання Загальний принцип реєстрації йонізуючого випромінювання полягає в реєстрації дії, яку чинить це випромінювання. Метод фотоемульсій. Заряджена частинка, рухаючись у фотоемульсії, руйнує молекули бромистого срібла на своєму шляху. Під час проявлення в змінених кристалах утворюються «зерна» металевого срібла – в шарі фотоемульсії проступають сліди (треки) первинної частинки та всіх заряджених частинок, що виникли внаслідок ядерних взаємодій. За товщиною і довжиною треків можна визначити заряди частинок та їхню енергію. Сцинтиляційний лічильник. Сцинтиляція – це процес перетворення кінетичної енергії швидкої зарядженої частинки на енергію світлового спалаху. Саме такі спалахи й реєструють сцинтиляційними лічильниками.  3 Камера Вільсона. Камера Вільсона – це трековий детектор елементарних заряджених частинок, в якому трек (слід) частинки утворює ланцюг дрібних крапель рідини уздовж траєкторії її руху. Вона являє собою ємність, заповнену парою спирту або ефіру. Коли поршень різко опускають, то внаслідок адіабатного розширення пара охолоджується і стає перенасиченою. Коли в перенасичену пару потрапляє заряджена частинка, на своєму шляху вона йонізує молекули пари – отримані йони стають центрами конденсації. Ланцюжок крапель сконденсованої пари, який утворюється вздовж траєкторії руху частинки (трек частинки), знімають на камеру або фотографують. Бульбашкова камера. Бульбашкова камера – це прилад для реєстрації слідів (треків) швидких заряджених йонізуючих частинок, дія якого заснована на закипанні перегрітої рідини уздовж траєкторії руху частинки. Принцип її роботи подібний до камери Вільсона, а відмінність полягає в тому, що робочим тілом у бульбашковій камері є перегріта рідина: йони, які виникають уздовж траєкторії руху частинки, стають центрами кипіння – утворюється ланцюжок бульбашок. Газорозрядний лічильник (лічильник Ґейґера – Мюллера) і йонізаційна камера працюють за одним принципом: робоче тіло – газ – розміщено в електричному полі з високою напругою; заряджена частинка, що пролітає крізь газ, йонізує його, і в пристрої виникає газовий розряд. У деяких йонізаційних камерах уздовж траєкторії руху частинки спостерігається виникнення стримерів – «згустків» газового розряду, тому такі камери є трековими детекторами. В інших видах йонізаційних камер і в газорозрядних лічильниках фіксується імпульс струму – це імпульсні детектори. Саме імпульсними є детектори дозиметрів – приладів для вимірювання дози йонізуючого випромінювання, отриманого приладом за деякий інтервал часу. ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ 1. Напишіть позначення, яких бракує в рівняннях ядерних реакцій: 𝐴 1 16 4 𝐴 19 𝑍X + 1H → 8O + 2He; 𝐴 = 16 + 4 − 1 = 19; 𝑍 = 8 + 2 − 1 = 9; 𝑍X = 9F 19 1 16 4 9F + 1H → 8O + 2He 41 𝐴 44 𝐴 19K + 𝑍X → 20Ca + 11H; 𝐴 = 44 + 1 − 41 = 4; 𝑍 = 20 + 1 − 19 = 2; 𝑍X = 42He 41 4 44 1 19K + 2He → 20Ca + 1H  4 27 13Al + 10𝑛 → 𝐴𝑍X + 42He; 𝐴 = 27 + 1 − 4 = 24; 𝑍 = 13 + 0 − 2 = 11; 𝐴 𝑍X = 24 11Na 27 1 24 4 13Al + 0𝑛 → 11Na + 2He 63 62 29Cu +γ→ 29Cu + 𝐴𝑍X; 𝐴 = 63 − 62 = 1; 𝑍 = 29 − 29 = 0; 𝐴 𝑍X = 10𝑛 63 62 1 29Cu + γ → 29Cu + 0𝑛 2. Під час опромінення мішені протонами утворюється Магній-24 і вилітають α- частинки. Запишіть рівняння ядерної реакції, що відбувається. 𝐴 1 24 4 𝐴 27 𝑍X + 1𝑝 → 12Mg + 2He; 𝐴 = 24 + 4 − 1 = 27; 𝑍 = 12 + 2 − 1 = 13; 𝑍X = 13Al 27 1 24 4 13Al + 1𝑝 → 12Mg + 2He 3. У результаті реакції ізотопу Алюмінію-27 і Вуглецю-12 утворяться α- частинка, нейтрон і ядро ізотопу деякого елемента. Ядро якого елемента утворилося? Запишіть цю ядерну реакцію. 27 12 𝐴 4 1 13Al + 6C → 𝑍X + 2He + 0𝑛 𝐴 = 27 + 12 − 4 − 1 = 34; 𝑍 = 13 + 6 − 2 = 17; 𝐴𝑍X = 24 17Cl 27 12 24 4 1 13Al + 6C → 17Cl + 2He + 0𝑛 V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ Бесіда за питаннями 1. Що називають ядерною реакцією? 2. Хто і коли здійснив першу ядерну реакцію? 3. Які відомі вам закони збереження справджуються під час ядерних реакцій? 4. Хто першим отримав штучний радіоактивний ізотоп? 5. Наведіть приклади використання природних і штучних радіоактивних ізотопів. 6. Які прилади для вимірювання та реєстрації радіаційного випромінювання ви знаєте? Який принцип покладено в основу роботи цих приладів? VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ Опрацювати § 41, Вправа № 41 (2-4)  5 Додаткові задачі 1. Напишіть позначення, яких бракує в рівняннях ядерних реакцій: 27 26 𝐴 𝐴 13Al + γ → 12Mg + 𝑍X; 𝐴 = 27 − 26 = 1; 𝑍 = 13 − 12 = 1; 𝑍X = 11H 27 26 1 13Al + γ → 12Mg + 1H 10 5B + 𝐴𝑍X → 73Li + 42He; 𝐴 = 7 + 4 − 10 = 1; 𝑍 = 3 + 2 − 5 = 0; 𝐴 𝑍X = 10𝑛 10 1 7 4 5B + 0𝑛 → 3Li + 2He 27 13Al + 42He → 𝐴𝑍X + 11H; 𝐴 = 27 + 4 − 1 = 30; 𝑍 = 13 + 2 − 1 = 14; 𝐴 𝑍X = 30 14Si 27 4 30 1 13Al + 2He → 14Si + 1H 9 4Be + 42He → 12 6С + 𝐴𝑍X; 𝐴 = 9 + 4 − 12 = 1; 𝑍 = 4 + 2 − 6 = 0; 𝐴 𝑍X = 10𝑛 9 4 12 1 4Be + 2He → 6С + 0𝑛 14 7N + 10𝑛 → 𝐴𝑍X + 11H; 𝐴 = 14 + 1 − 1 = 14; 𝑍 = 7 + 0 − 1 = 6; 𝐴 𝑍X = 14 6C 14 1 14 1 7 N + 0 𝑛 → 6C + 1H 𝐴 𝑍X + 42He → 17 8O + 11H; 𝐴 = 17 + 1 − 4 = 14; 𝑍 = 8 + 1 − 2 = 7; 𝐴 𝑍X = 14 7N 14 4 17 1 7N + 2He → 8O + 1H 𝐴 97 𝑍X + 11H → 43Tc + 10𝑛; 𝐴 = 97 + 1 − 1 = 97; 𝑍 = 43 + 0 − 1 = 42; 𝐴 𝑍X = 97 42Mo 97 1 97 1 42Mo + 1H → 43Tc + 0𝑛 6 2 3Li + 1H → 42He + 𝐴𝑍X; 𝐴 = 6 + 2 − 4 = 4; 𝑍 = 3 + 1 − 2 = 2; 𝐴 𝑍X = 42He 6 2 4 4 3Li + 1H → 2He + 2He 235 1 → 141 92U + 0𝑛 𝐴 1 56Ba + 𝑍X + 3 0𝑛 𝐴 92 𝐴 = 235 + 1 − 141 − 3 ∙ 1 = 92; 𝑍 = 92 + 0 − 56 − 3 ∙ 0 = 36; 𝑍X = 36Kr 235 1 141 92 1 92U + 0𝑛 → 56Ba + 36Kr + 3 0𝑛 9 4Be + 11H → 𝐴𝑍X + 42He; 𝐴 = 9 + 1 − 4 = 6; 𝑍 = 4 + 1 − 2 = 3; 𝐴 𝑍X = 63Li 9 1 6 4 4Be + 1H → 3Li + 2He 𝐴 𝑍X + 42He → 14 7N + 10𝑛; 𝐴 = 14 + 1 − 4 = 11; 𝑍 = 7 + 0 − 2 = 5; 𝐴 𝑍X = 11 5B 11 1 14 1 5B + 1H → 7He + 0𝑛 2. Ядро якого елемента утвориться, якщо ядро Нептунію-234 захопить електрон з К-оболонки, випустивши при цьому α-частинку? Запишіть ядерну реакцію, що відбулася. 234 0 𝐴 4 93Np + −1𝑒 → 𝑍X + 2He 𝐴 = 234 + 0 − 4 = 230; 𝑍 = 93 − 1 − 2 = 90; 𝐴𝑍X = 230 90Th 234 0 230 4 93Np + −1C → 90Th + 2He 3. При бомбардуванні ізотопу Азоту-14 нейтронами утвориться ізотоп Бору-11. Які ще частинки утворяться в ході цієї реакції? Запишіть ядерну реакцію.  6 14 7N + 10𝑛 → 11 5B + 𝐴𝑍X; 𝐴 = 14 + 1 − 11 = 4; 𝑍 = 7 + 0 − 5 = 2; 𝐴 𝑍X = 42He 14 1 11 4 7N + 0𝑛 → 5B + 2He 4. Ядро Берилію-9, захопивши дейтрон, випромінює нейтрон. Ядро якого елемента утвориться в ході цієї реакції? Запишіть ядерну реакцію. 9 2 𝐴 1 𝐴 10 4Be + 1H → 𝑍X + 0𝑛; 𝐴 = 9 + 2 − 1 = 10; 𝑍 = 4 + 1 − 0 = 5; 𝑍 X = 5B 9 2 10 1 4Be + 1H → 5B + 0𝑛 5. Нейтрон уперше було виділено з ядра атома в результаті бомбардування α- частинками Берилію 49Be. Запишіть рівняння відповідної ядерної реакції. 9 4 𝐴 1 𝐴 12 4Be + 2He → 𝑍X + 0𝑛; 𝐴 = 9 + 4 − 1 = 12; 𝑍 = 4 + 2 − 0 = 6; 𝑍 X = 6С 9 4 12 1 4Be + 2He → 6С + 0𝑛 6. Під час опромінення ядрами Дейтерію мішені з Молібдену-95 спостерігається виліт нейтронів. Запишіть рівняння ядерної реакції, що відбувається. 95 2 𝐴 1 𝐴 96 42Mo + 1H → 𝑍X + 0𝑛; 𝐴 = 95 + 2 − 1 = 96; 𝑍 = 42 + 1 = 43; 𝑍X = 43Tc 95 2 96 1 42Mo + 1H → 43Tc + 0𝑛