Радиактивтілік. Жартылай ыдырау периоды

Сабақ жоспары

Сабақтың тақырыбы: §8.4-8.5 Табиғи радиоактивтік. Радиоактивті ыдырау заңы.

Сабақтың мақсаты:

1. Оқушыларды радиоактивтік құбылысын, радиоактивті сәуле шығарудың түрлерін, табиғаты туралы, олардың бір-бірінен   айырмашылық   қасиеттерін ажырата білуге үйрету. Атом энергиясының физикалық негіздері мен ядролардың бөлінуі туралы материалды толық түсінуге жағдай жасау. Оқушыларға радиоактивті ыдырау заңы жайлы теориялық білім беріп, білімдерін есеп шығару барысында жетілдіру.

2. Жаңа тақырыпты меңгеруде оқу материалының ең бастысын бөліп алу, талдау, өз бетімен, топпен жұмыс істеу дағдыларын қалыптастыру.

3. Әр деңгейдегі оқушылардың белсенділігін арттыру, пәнге деген қызығушылығын, логикалық ойлау белсенділігін жетілдіру, өзара көмекке тәрбиелеу. Өз бетінше білімдерін нығайтуға жетелеу.

Оқу нәтижесі:

1. радиоактивтік құбылысы, радиоактивті сәуле шығарудың түрлері, олардың бір-бірінен   айырмашылық   қасиеттері, табиғаты туралы, радиоактивті ыдырау заңы жайлы мағлұмат алады;

2. берілген тақырыптың мағынасы мен мазмұнын түсінеді;

3. өз пікірін жеткізу арқылы берілген тапсырманы орындай алады;

4. кейбір оқушылар топтың көмегімен берілген формулалар бойынша есептеулер жүргізе алады.

Сабақтың типі: жаңа білімді меңгерту сабағы

Сабақтың түрі: аралас сабақ

Сабақтың әдістері: топқа бөлу, түсіндірмелі – мысалды, миға шабуыл (тест), жеке әрекет, топтық жұмыс, деңгейлік тапсырмалар, «Бағдаршам» әдісі, ActivOte – пен жұмыс,рефлексия.

Сабақтың технологиясы: Даралап саралай оқыту, оқытуда АКТ- ны қолдану,

Сабақтың көрнекілігі: 11 сынып физика оқулығы, презентация , үлестірме қағаздар, Білім ағашы, интерактивті тақта, компьютер, ғаламтор, кері байланыс парағы, бағалау парағы, бейнежазба.

Пәнаралық байланыс: математика, химия

Сабақ жоспары:

І. Ұйымдастыру кезеңі ( 2 мин)

ІІ. Үй тапсырмасын тексеру«Миға шабуыл» ( 4 мин)

• Тест

ІІІ. Жаңа тақырыпты меңгерту кезеңі (26 мин)

1.Топтық жұмыс «Мәтінмен танысыңыздар»

2. Топтық жұмыс «Тақырыпты қорғау»

ІV. Сабақты бекіту (9 мин)

• Деңгейлік тапсырмалар

• Постер қорғау

ІV. Сабақты қорытындылау (4 мин)

• Үй тапсырмасын беру

• Бағалау

• Кері байланыс

Сабақтың барысы:

І. Үйымдастыру бөлімі

Кіріспе

• оқушылармен амандасу;

• сыныпты түгендеу;

• Топқа бөлу (оқушылар, геометриялық фигураларды түстері бойынша таңдау арқылы 3 топқа бөлінеді.Фигураларды құрастырғанда топтың аты шығады:альфа, бета және гамма тобы).

• Қазіргі 21 ғасыр — ақпарат ғасыры. Бұл ғасырда Президентіміз Н.Ә.Назарбаевтың  жолдауындағы «Өмір бойы білім алу керек» қағидасы  әрбірімізге жол сілтейтін қағида болу керек. Сондықтан білім алу жолында «Талап пен еңбек, бәрін де жеңбек » деген қанатты сөзбен  сабағымызды бастаймыз.

І кезең

2. Үй тапсымасын тексеру. «Миға шабуыл» (ActivOte – пен жұмыс )

Бұл кезеңде жаңа тақырыпты оқушыларға меңгерту үшін өткен тақырыптардан тест алынады.

1. Атом ядросының заряды қандай?

А) Оң; В) Теріс; С) Барлық ядроларда бірдей ; Д) Нольге тең.

Жауабы: А) Оң

2. Атом неден құралған?

А. Оң зарядты протондар мен теріс зарядты электрондардан;

В. Тек протондар мен электрондардан;

С. Электрондар, позитрондар мен нейтрондардан;

Д. Нуклондар мен электрондардан;

Жауабы: Д) Нуклондар мен электрондардан

3.  Нуклондарды ядроға біріктіріп тұрған қандай күш?

А. Гравитациялық;

В. Протондар мен электрондардың тартылыс күші;

С. Ядролық;

Д. Кулондық.

Жауабы: С) Ядролық

  4. Нуклондар  бола алатын бөлшектер жұбы

  А.   электрон және позитрон;              В. протон және нейтрон;

С. протон және электрон;               Д. протон және нейтрино;

Жауабы: В) протон және нейтрон

1. Атомдық физикада масса бірлігі ретінде қандай массаны алады?

А. Оттек атомының массасының бөлігін;

В. Оттек атомының массасы;

С. Көміртек атомының массасының бөлігін;

Д. Көміртек атомының массасы.

Жауабы: С) Көміртек атомының массасының бөлігін

1. Бір ғана химиялық элементтің изотоптарының ядроларының бір-бірінен айырмашылығы неде?

А. Протондар санында; В. Нейтрондар санында;

С. Протондар мен электрондар санында;

Д) Электрондар санында.

Жауабы: В) Нейтрондар санында

1. ₈ ¹⁷О оттегі изотобындағы, протондар саны мен нейтрондар саны

А) Z=8, N=8; В) Z=8, N=9; С) Z=8, N=17; Д) Z=17, N=8.

Жауабы: В) Z=8, N=9

1. Атом ядросының заряды келесі қатынаспен анықталады

А) q=Z∙e B) q=A∙e C) q=N∙e Д) q=(AZ)∙e

Жауабы: А) q=Z∙e

-Балалар , өздерің көріп отырғандай, атом ядросы күрделі болып келеді. Оған біздің бүгінгі өтетін жаңа тақырыбымыз да дәлел.

ІІ кезең. Жаңа тақырыпты меңгерту кезеңі.

(Оқушылардың оқулықпен жұмыс жасау дағдыларын қалыптастыру кезеңі )

Оқушылар дәптерлеріне бүгінгі күнді жазады.

«Ой қозғау».

Экраннан тақырыпты ашу мақсатында бейнежазба көрсетіледі.

-Балалар, бүгінгі сабақтан нені күтесіңдер, не білгілерің келеді? Бүгінгі сабаққа қандай мақсат қоясыңдар?

Сол мақсатта «Білім ағашына» стикерлерді іледі.

-Не білем? – жасыл алма.

-Не білгім келеді? – сары алма.

1.Топтық жұмыс «Мәтінмен танысыңыздар»

Топтарға тапсырмалар таратылады.Топтар оқулықпен, қосымша таратылған мәтінмен, ғаламтормен дайындалады. Топпен бірлесе отырып талқылайды. Жұмыс төмендегідей жоспармен жүреді:

альфа тобы:

Тақырып: Табиғи радиоактивтік. Ашылу тарихы. Радиоактивті ыдырау.

бета тобы:

Тақырып: Альфа сәуле. Бета сәуле. Гамма сәуле.

гамма тобы:

Тақырып: Радиоактивті ыдырау заңы.

Альфа сәуле.

Тақырып: Табиғи радиоактивтік. Ашылу тарихы. Радиоактивті ыдырау.

Ядролық физиканың даму тарихына көз жүгіртсек, оның қайнар көзі 1896 жылы француз ғалымы А.Беккерель ашқан табиғи радиоактивтік құбылысынан басталады. Радиоактивтiктiң — атом ядросының күрделi құрылысын дәлелдейтiн құбылыстың ашылуы сәттi кездейсоқтықтың жемiсi болды. Рентген сәулелерi алғаш рет шапшаң электрондар разрядтық түтiктiң шыны ыдысының кабырғаларының соқтығысуынан алынған. Олармен бiр мезгiлде түтiк қабырғаларының жарық шығаруы байкалған. Беккерель ұзақ уақыт осы тектес құбылысты — алдын ала күн жарығына сәулелендiрiлген заттардың соңынан сәуле шығаруын зерттеумен шұғылданған. Беккерель фотопластинаны тығыз қара қағазға орап, үстiне уран тұзының қиыршықтарын сеуiп, ашық күн сәулесiне койды. Айқындағаннан кейiн пластинаның тұз жатқан бөлiктерi қарайғанын көрген. Ендеше, уран, рентген сәулесi сияқты, мөлдiр емес денелерден өтiп, фотопластинаға әсер ететiн белгiсiз сәуле шығарады екен. Беккерелъ бұл сәуле шығару күн сәулелерiнiң әсерінен пайда болады деп ойлады. Бiрақ 1896 ж. ақпанның бiр күнiнде ауа райы бұлтты болғандықтан, кезектi тәжiрибенi өткiзу сәтi түспедi де, Беккерель үстiне уранның тұзы себiлген мыс крест жатқан пластинаны үстелдiң суырмасына алып койған. Екi күн өткен соң пластинаны алып айқындаған кезде, онда крестiң айқын колеңкесi түрiнде дақ пайда болғанын байқаған. Бұл — уран тұздарының сыртқы факторлардың әсерiнсiз-ақ, өздiгiнен белгiсiз сәуле шығаратынын көрсетедi. Қауырт зерттеулер басталды. Рас, осы сәттi кездейсоқтық, болмаған күнде де, ерте ме, кеш пе радиоактивтi құбылыс ашылған болар едi. Кешiкпей Беккерель, уран тұздарының шығарған сәулесi, рентген сәулелерi сияқты, ауаны иондайтынын, соның салдарынан электроскоп разрядталатынын байқаған. Уранның түрлiше химиялық қосылыстарын тексерiп көріп, ол мынадай маңызды фактiнi анықтады: сәуле шығарудың интенсивтiгi тек препараттағы уранның мөлшерiмен анықталады, оның қандай қосылыстарға кiретiндiгiне мүлдем тәуелсiз болады. Ендеше, бұл қасиет қосылыстарға тән емес, химиялық элемент уранға, оның атомдарына тең. 1898 ж. Францияда Мария Склодовская-Кюри және басқа да ғалымдар торийдiң сәуле шығаратынын байқаған. Бұдан әрi жаңа элементтерi iздеуде негiзгi күш салған Мария Склодовская-Кюри мен оның ерi Пьер Кюри болды. Уран мен торийi бар рудаларды жуйелi түрде зерттеу, олардың iшiнен бұрын белгiсiз, Мария Склодовская-Кюридің отаны — Польшаның құрметiне полоний деп аталған, жаңа элементтi бөлiп алуға мүмкiндiк бердi. Ақырында өте қуатты сәуле шығаратын тағы бiр элемент ашылды. Ол радий (яғни сәулелi) деп аталды, Өздiгiнен сәуле шығару құбылысының өзiн ерлi-зайыпты Кюрилер радиоактiвтік деп атады. Радийдiң салыстырмалы атомның массасы 226-ға тең және Д.И. Менделеев кестесiндегi 88-нөмiрлi торкөзге орналасқан. Кюри ашқанға дейiн бұл торкөз бос болған. Өзiнiң химиялық қасиеттерi бойынша радий сілтiлiк жер элементтерiне жатады. Соңынан реттiк нөмiрi 83-тен жоғары химиялық элементтердiң бәрi де радиоактивтi болатындығы анықталды.

Белгісіз сәулелердің заттармен әрекеттескенде:

• 1) фотопластинканы қарайтатыны, яғни химиялық әсерінің бары;

• 2) газдарды иондауы;

• 3)кейбір қатты денелер мен сұйықтардың люминесценциясын туғызатыны сияқты қасиеттері белгілі болды.

Өздігінен сәуле шығаратын химиялық элементті  радиоактивті деп, ал сәуле шығару процесін радиоактивтік деп атауды М. Кюри ұсынған еді. Радиоактивтік латынның "radio" — сәуле шығару, "activus" — әрекетті деген сөздерінен алынған.

 1908 жылы Резерфорд спектрлік анализ әдісімен радиоактивті газ — радонды () ашты.

Радиоактивті ыдырау

Э. Резерфод пен П. Кюри радиоактивтік кезіндегі сәуле шығарудың табиғатын зерттеу барысында оның құрамы күрделі екенін анықтайды. Радиоактивті радий  қорғасыннан жасалған калың қабатты ыдыстың ішінде орналасқан. Ыдыстың ортасында цилиндр пішінді арна бар. Ыдыстың түбіндегі радийден шыққан сәулелерге оған перпендикуляр бағытта күшті магнит өрісі әсер етеді. Арнаның қарсысында фотопластина бар. Барлық қондырғы вакуумде орналастырылған. 8.6-суретте көрсетілгендей радийден шығатын сәулелер ағыны магнит өрісінен өткеннен кейін үш шоққа бөлінген. Шоқтардың осылайша бөлінуін фотопластинадағы қарайған заттардың орындары бойынша анықтайды. Оларды сәйкесінше α (альфа)-сәуле, β (бета)-сәуле және γ (гамма)-сәуле деп атаған. α-сәуле дегеніміз — оң арядталған бөлшектер (α-бөлшек) ағыны, β-сәуле дегеніміз—өте шапшаң қозғалатын және жылдамдықтары бірдей емес теріс зарядталған бөлшектер (β-бөлшек) ағыны болып шықты. Магнит өрісінде ауытқу бұрышының әр түрлі болуы α-бөлшек пен β-бөлшектің массаларының бірдей емес екенін, әрі қарама-қарсы зарядталғанын көрсетеді. γ-сәулесі магнит өрісінде ауытқымайтын, жиілігі өте жоғары электромагниттік сәулелену кванты екен.

Нейтрондарының саны протондар санына қарағанда анағұрлым көбірек болатын ядроның тұрақты болмауының себебі, нейтроннық массасы протонның массасынан үлкен m_n  m_p . Ядроның массасының артуы оның энергиясының артуына әкеліп соғады. Артық энергиясы бар ядро осы энергияның артық бөлігін екі түрлі жолмен бөліп шығаруы мүмкін.

1.Механикалық, термиялық және басқа да сыртқы әсерсіз-ақ, ядро өздігінен ыдырап радиоактивті сәуле шығарады және бөліну нәтижесінде түрленіп жаңа элементтің ядросы пайда болады. Өздігінен ыдырау процесінде α-бөлшектер ядродан ұшып шықса, оны альфа-ыдырау деп атайды.

2. Ядро, өзінің электр зарядын бір заряд бірлігіне өзгертуі, яғни нейтронның протонға немесе протонның нейтронға айналуы арқылы тосын ыдырайды. Осы процесс ядродан электронның немесе позитронның (оң заряды бар электрон) ұшып шығуымен қабаттаса өтеді, оны бета-ыдырау дейді. Радиоактивті ядролардың өздігінен ыдырауы кезіндегі түрленуі 1913 жылы ағылшын ғалымы Ф . Содди тұжырымдаған ығысу ережесіне бағынады. Радиоактивті ыдырау кезінде электр зарядының және массалық санның сақталу заңдары, импульс пен энергияның сақталу заңдары да орындалады.

Бета сәуле. Тақырып: Альфа – ыдырау. Бета – ыдырау. Гамма – ыдырау.

Альфа-ыдырау.

α-бөлшегінің табиғатын 1908 жылы Резерфорд көптеген эксперименттік зерттеулер нәтижесінде анықтады. Альфа-ыдырауы кезінде ядродан өздігінен α-бөлшек — гелий атомының ядросы Не (екі протон және екі нейтрон) ұшып шығады және жаңа химиялық элементтің туынды ядросы пайда болады. 8.7-суретте альфа-ыдыраудың процесі көрсетілген.

Альфа-ыдырау кезінде атом ядросы зарядтың саны  екіге және массалық саны  төртке кем туынды ядроға түрленеді. Жаңа элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жуйенің бас жағына қарай екі орынға ығысады:

мұндағы  — аналық ядроның белгісі,  — туынды ядроның таңбасы. Гелий атомының ядросы болып табылатын α-бөлшек үшін  белгісін пайдаландық.

Аналық ядро ыдырағанда, α-бөлшек пен туынды ядро белгілі бір кинетикалық энергиямен жан-жаққа шашырай ұшады. Кейбір ыдырауда туынды ядро қозған күйде болуы мүмкін.

Бета-ыдырау.

β-сәулесінің табиғатын 1899 ж Резерфорд ашқан болатын. Ол шапшаң қозғалатын электрондар ағыны. β-бөлшекті деп белгілейді. Массалық санның  болуы, электронның массасы массаның атомдық бірлігімен салыстырғанда елеусіз аз екенін көрсетеді. Ығысу ережесін бета-ыдырауға қолданайық.

Бета-ыдырау кезінде атом ядросының зарядтық саны  бір заряд бірлігіне артады, ал массалық сан өзгермейді.Жаңа элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жүйенің соңына қарай бір орынға ығысады:

мұндағы  — электрлік заряды нөлге тең, тыныштық массасы жоқ электрондық антинейтрино деп аталатын бөлшек.

Бұндай ыдырауды электрондық β-ыдырау деп атайды.

Гамма-ыдырау

1900 жылы Вилaрд ядролық сәуле шығарудың құрамындағы үшінші компоненттің бар екенін тапты, оны гамма (у)-сәуле шығару деп атаған. Гамма-сәуле шығару магнит өрісінде ауытқымайды, демек, оның заряды жоқ. Гамма-сәуле шығару радиоактивтік ыдыраудың жеке бір түрі емес, ол альфа және бета-ыдыраулармен қабаттаса өтетін процесс. Жоғарыда айтқанымыздай, туынды ядро қозған күйде болады. Қозған күйдегі ядро атом сияқты, жоғарғы энергетикалық деңгейден төменгі энергетикалық деңгейге өткенде,   энергиясы бар гамма-квантын шығарады, мұндағы  — қозған,  — қалыпты күйдегі энергиялар (8.10-сурет). Ядродан шығатын ү-сәулелері дегеніміз — фотондар ағыны болып шықты.

Гамма-ыдыраудың формуласын жазайық:

мұндағы  — қозған аналық ядро,  — оның қалыпты күйдегі нуклиді. 8.10-суретте бор ядросынық β-ыдырауынық сызбасы көрсетілген. γ-сәулесінің толқын ұзындығы өте қысқа болып келеді: λ = 10⁻⁸ / 10⁻¹¹ см. Сондықтан радиоактивті сәулелердің ішінде γ-сәулесінің өтімділік қабілеті ең жоғары, ол 8.11-суретте көрсетілгендей қалыңдығы 10 см қорғасын қабатынан өтіп кетеді. Гамма-кванттың өтімділік кабілеті өте жоғары, ауадағы еркін жүру жолының ұзындығы 120 м.

Гамма сәуле . Тақырып: Радиоактивті ыдырау заңы.

Радиоактивтi ыдырау заңы деп радиоактивтi ядролардың санының уақыт бойынша өзгеру заңдылығын айтады. Бұл заңды оңай анықтауға болады. Шындығында, егер қандай да бiр уақыт мезетiнде радиоактивтi ядролардың саны N₀ болса онда dt уақыт аралығында ыдырайтын ядролардың саны dN мынаған тең болады

dN=-λN·dt

мұндағы минус таңбасы dN – дi ыдырамаған ядролардың өсiмшесi ретiнде қарастырумен байланысты. Ал λ, радиоактивтi ядроның бiрлiк уақыт аралығында ыдырау ықтималдылығы. Оны әдетте ыдырау тұрақтысы деп атайды. Бұл өрнектi интегралдай отырып

lnN =-λt + const

аламыз. Бастапқы t=0 уақыт мезетiндегi ыдырамаған радиоактивтi ядролардың санын N₀ деп белгiлей отырып, const = lnN₀ екенiн аламыз. Онда

N =N₀ e^-λt N =N₀ 2^-t/T

Мiне, осы өрнек радиоактивтi ыдырау заңы болып табылады (сурет).

Бастапқы радиоактивтi ядролардың жартысы ыдырайтын уақытты жартылай ыдырау периоды деп атап, Т_1/2 әрiпiмен белгiлейдi. Бүгiнгi күнге дейiнгi белгiлi радиоактивтi ядролардың жартылай ыдырау периоды 3·10^-7 с-тан 5·10¹⁵ жылға дейiнгi аралықтағы мәнге ие.

Радиоактивтi заттың активтiлiгi деп бiрлiк уақыт аралығында болатын ыдыраудың санын айтады, яғни

бұл жерден активтiлiктiң радиоактивтi ядролардың санына пропорционал, ал жартылай ыдраудың периодына керi пропорционал екенi көрiнiп тұр.

Активтiлiктiң халықаралық бiрлiктер жүйесiндегi бiрлiгi беккерель (Бк). Беккерель деп 1 с iшiнде бiр ыдырау жасайтын радиоактивтi заттың активтiлiгi алынған. Нақтылы өмiрде активтiлiктiң кюри (Ки) деп аталатын бiрлiгi жиi қолданылады. Кюри ретiнде 1 с аралығында 3,7·10¹⁰ ыдырау жасайтын радиоакивтi заттың активтiлiгi алынған.

2. Топтық жұмыс «Тақырыпты қорғау»

Осы тақырыптар бойынша барлық топ сурет, слайд, формулалар арқылы қорғайды

альфа тобы:

Тақырып: Табиғи радиоактивтік. Ашылу тарихы. Радиоактивті ыдырау.

бета тобы:

Тақырып: Альфа сәуле. Бета сәуле. Гамма сәуле.

гамма тобы:

Тақырып: Радиоактивті ыдырау заңы.

ІІІ кезең. Кері байланыс кезеңі.

Сабақты бекіту:

1 тапсырма: Деңгейлік тапсырмалар.

Жоғары деңгей.

№1. Торий  изотопы   ядросы  ₉₀ Тһ ²³²

    үш α –ыдырауға,  екі электрондық-ыдырауға, тағы екі    γ-ыдырауға ұшырайды.

Осы түрленулерден соң қандай элементтің ядросы түзіледі? (2 ұпай)

№2. Жартылай ыдырау периоды 4 тәулігі радиоактивті үлгінің анализі ондағы Х элементтің 8 тәулікте массасы 0,2 г – ға дейін кемігендігін көрсетті. Х элементінің бастапқы массасы? (3 ұпай)

Орташа деңгей.

№1. Актиний    изотопы үш рет    - α ыдырауға  ұшырағаннан

кейін қандай элемент пайда болады? (n =3, ₈₉ Ас ²²⁵ ) (2 ұпай)

№2. Ксенон  ₅₄ Хе ¹⁴⁰       ядросы 4-рет   β -түрленуге ұшыраған соң

қандай тұрақты ядроға айналады? (2 ұпай)

Төменгі деңгей:

№1. Ядролық реакцияда пайда болатын екінші өнімді анықта:

₇ ¹⁴ N+₂ ⁴He →₈¹⁷O+ ? (1 ұпай)

№2. Суретте төрт атомның схемасы берілген. Қара нүктелермен электрон бейнеленген. атомына қай схема сәйкес келеді? (1 ұпай)

1 2 3 4

Оқушыларға өз жұмыстарын тексерту.

Қорытынды: жоғары деңгей 5 ұпай - бағасы «5»

Орташа деңгей - 4 ұпай –бағасы «4»

Төменгі деңгей - 2 ұпай – бағасы «3»

е

2 тапсырма : Постер қорғау: Радиацияның әсері, пайдасы,зияны.

Сабақты қорытындылау.

• Сабақты меңгеруін, өздерінің көңіл күйлерін «Білім ағашына» қызыл алманы жапсырады «Не білдім».

• Сабақ соңында әр топтан ерекше көзге түскен оқушылар анықталып, жинаған ұпай сандары бойынша қорытындыланып бағаланады.

• Үй тапсырмасын беру. §8.4-8.5, 33 жаттығу