«Табиғи радиоактивтік. Радиоактивті ыдырау заңы».

Ашық сабақтың әдістемелік әзірлемесі / Методическая разработка открытого урока.

Күні / Дата 08.11.2016 ж.

Топ / Группа 2ТЗ-16

Пән / Предмет: физика

Сабақтың тақырыбы / Тема занятия: «Табиғи радиоактивтік. Радиоактивті ыдырау заңы».

Сабақтың типі / Тип занятия: жаңа білімді меңгерту.

Сабақтың түрі / Вид занятия: теориялық.

Сабақтың мақсаттары /.Цели урока:

Білімдік / образовательная: Радиактивтік құбылысын, радиактивті сәуле шығарудың түрлерін, олардың бір-бірінен   айырмашылық   қасиеттерін ажырата білуге үйрету.

Радиактивті құбылысты зерттеуде  Мария Склодовская- Кюри мен Пьер Кюри  ашқан жаңалықтарды,  радиоактивті  сәуле шығару түрлерін  анықтаудағы    тәжиребелерді  оқып-үйрену.

Дамытушылық / развивающая: Алған  білімдерін пәнаралық байланыста меңгерту. Әлемді және микроәлемді, табиғат сырын,қасиетін тануға ықпал жасау,  ақыл-ойды дамытатын оқуға көшу.

Тәрбиелік / воспитательная: Әлемді танудағы ғалымдардың қажырлы еңбегін, ғылымның құндылығын білдіру.Оқушыларды еңбектене, іздене білуге тәрбиелеу.

Пәнаралық байланыс / Межпредметная связь: химия пәні.

Көрнекі құралдар / Оборудование: презентация,плакаттар,оқулықтар,есептер жинағы.

Сабақтың барысы / План занятия

I.Ұйымдастыру кезеңі / Организационная часть: Студенттермен сәлемдесу,топты түгендеу.

II. Өткен материалды қайталау және тексеру / Опрос и проверка пройденного материала:

 “Атом ядросының физикасы” тақырыбы бойынша өтілген түсініктер мен ұғымдар

1. “Таңдап алу” ( Әр ұғымға сәйкес келетін анықтаманы тауып таңдаңыз)

1	Ядролық  физика		8	Химиялық элементтің Z реттік нөмірі
2	Ядроның   байланыс  энергиясы		9	Ядродағы  нуклондарды   ыдырап  кетуден  сақтап,  оның  берік  байланысын  қамтамасыз  ететін  күштер
3	Массаның  атомдық  бірлігі		10	Атом  ядросының  құрылымын,  қасиеттерін, оның  түрленулерін   зерттейді,  микроәлемде  болып  жататын  құбылыстарды  қарастырады
4	Зарядтық сан.		11	Көміртегі 12С6  атомы  массасының  1/12 бөлігі
5	Ядролық  күштер		12	Ядроның  байланыс  энергиясының  А массалық  санға  қатынасы,  яғни  бір нуклонға    сәйкес  келетін  байланыс  энергиясы.
6	Масса   ақауы		13	Ядролық     тарту   күшінің  жұмысы   есебінен   нуклондардан   атом  ядросы  түзілгенде   пайда  болатын   массалар  айырымы
7	Меншікті  байланыс    энергиясы		14	Атом  ядросын  түгелімен  жеке  нуклондарға  ыдырату    үшін  қажетті  минимал  энергия

1. «Дұрыс жауабын табыңыз» (тест тапсырмалар)

1. 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.

 2.Нуклондарды ядроға біріктіріп тұрған қандай күш?

А. Гравитациялық.

В. Протондар мен электрондардың тартылыс күші.

С. Ішкі ядролық.

Д. Кулондық.

3. Атом ядросының байланыс энергиясы қандай шамаға тәуелді ?

А. Протондар мен нейтрондардың бір-біріне тартылу энергиясының шамасына.

В. Электрондардың кинетикалық энергиясына.

С. Массалар ақауына.

Д. Тек ядроның массасына.

4. 9 Ғ 19  ядроның  байланыс  энергиясының  формуласын  көрсетіңіз.

 А.  с2   * М                       В.  с2  * ( 9 mp +  10 mn   -   Мя)

  С.   с(m+2n)                      Д. с2*(9m+10m-Mя)/19

 5. Нуклондар  бола алатын бөлшектер жұбы

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

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

6. Атом массасының атом ядросының массасына қатынасы қаншаға тең

А. 1                         В. 4000              С. 2000             Д. 1/ 2000

III. Жаңа тақырыпты өту / Изучение нового материала:

Радиоактивтілік (лат.radіo – сәуле шығару, actіvus – әсерлік) – орнықсыз атом ядроларының басқа элементтер ядросына бөлшектер немесе гамма-кванттар шығару арқылы өздігінен түрлену құбылысы. Ядролық физиканың даму тарихына көз жүгіртсек, оның қайнар көзі 1886 жылы француз ғалымы А. Беккерель ашқан табиғи радиоактивтік құбылысынан басталады. А. Беккерель уран тұзының фотопластинаға әсерін зерттеген. Тәжірибелер барысында ол мына құбылысты байқаған: уран тұздары тығыз қара қағазбен оралған фотопластинаға әсер етіп, оның қараюын туғызатын, өтімділігі жоғары белгісіз сәулелерді шығарады екен. Мұқият зерттеулер нәтижесінде Беккерель өтімділігі жоғары белгісіз сәулелерді уран атомының өзі, ешқандай сыртқы әсерсіз-ақ, өздігінен шығаратынын анықтады. Белгісіз сәулелердің заттармен әрекеттескенде:

1) фотопластинканы қарайтатыны, яғни химиялық әсерінің бары;

2) газдарды иондауы;

3) кейбір қатты денелер мен сұйықтардыңлюминесценциясын туғызатыны сияқты қасиеттері белгілі болды.

Бұл құбылысты зерттеу жұмыстары бірден басталды. Францияда 1898 жылы М.Склодовская-Кюри мен П. Кюри торий () элементінің өздігінен сәуле шығаруын ашты. 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.

Радиактивтік құбылысын ашып, ядролық физиканың дамуына үлкен үлес қосқан ғалым Мария Склодовская – Кюри туралы  киелі жеті перненің көмегімен асқақтатып көрейік.

Мария  Кюри ( Склодовская) 1867 жылдың  7  ноябрінде  Варшада  интеллигенттер семьясында  туды.  Оның  әкешешесі  білімді,  парасатты  адамдар  болған.  Анасы  мектеп  директоры,  ал  әкесі Владислав  физика және  математика    пәндерінің   мұғалімі. 

Мари алдына мақсат қоя білді.  1893 жылы физика  ғылымдарының  дипломын,  1894 жылы  математика  ғылымдарының  дипломын  алды.

 Пьер Кюри 1859  жылдың  15 майында  Парижде  туды.  Оның  әкесі мен  атасы  - дәрігерлер.Ағайынды   Жак пен  Пьер жас  күндерінен  бастап – ақ  ғылымға  ынталы  жандар  болыпөседі.  Пьердің  біліммен  шұғылдануына  әкесінің   зор ықпалы  тиеді.

1895 жылдың  26  июлінде  ғылым  тарихында  сирек   кездесетін  одақ   құрылды : Пьер  мен  Мари үйренді.   Екі  тамаша  ғалым,   екеуі  де  Нобель  сыйлығының  лауреаты  атағын  алғандар.    Бұл  кезде   Пьер  физика  және  хемия  институтының   профессоры,  ал  Мари  Кюри  осы  институтта  еңбек  ететін.

Пьер  мен  Мария  Кюри   замандастарына  құлшына  жұмыс  істейтінтерімен   қоса  өз денсаулағын   аса  бір   жауапкершілікпен  қарайтындығы   және  де  демалыс  күндерін   тиімді     пайдалана  білетіндіктерімен   естерінде  қалған.

Ерлі –зайыптылар үшін демалу – ол Севеннаны велосипедпен шарлау еді.Олар Ла-Манштың бар жағалауын ,Нуармутье аралдарын аралады.

Кейін, Пьер қайтыс болғаннан кейін де Мария Кюри екі қызымен кез-келген ауа-райында жаяу серуендеп, Күнделікті дене жаттығуларын жасауды тоқтатпады.

Алғашқы  жылдары   олар  минералдардан   радиоактивті   заттарды  бөліп  алады,   содан  соң   олардың  сәулелерінің  күшін   өлшейді.

Бірақ  радий  өзінің  сырын ашқысы  келмеді,   өзіне  кұштар  жандармен  танысуға   ешбір  ыңғай   көрсетпеді.  Жұмыс күндері  айларға,  айлар жылдарға   созылды.

1902 жылы,  радийдің   барлығы  туралы  айтылған  болжамнан  кейін  қырық  сегіз  ай  өткен соң,  Мари  ақыры  жеңіске  жетті.  Ол таза  радийдің  бір  дециграмын  алды және  оның   атомдық  салмағының  225  екендігін  анықтады. «Оның»  түрі  қандай  болар  екен    деп  өзіме  кейде  сауал  қоямын.  Пьер,  сенің  ойыңша,  ол  қандай  болар  екен?-  деді  бір күні  Мари.

- Кім  білсін.... -  деп  жауап  береді  ұлы  физик  Пьер  салмақпен, -  Мен  ол  өте  әдемі  болса  екен  деп  тілеймін.

Тамаша  радий!   Оның   сәуле   шығаруы   ураннан  екі  миллион  есе  күшті.  Радийге   жолап  кеткен  заттардың  өздері  де  радиоактивті  заттарға  айналады. Ешқандай толқусыз-ақ Пьер оның әсерін өз организмінде байқады. Ол теріні күйдіреді екен.

Радий дүниедегі ең қымбат зат болды. 1грамм радий 750мың франкке бағаланды.

1903жылы Пьер, Мария Кюрилер Беккерельмен бірге радиоактивтік құбылысы үшін Нобель сыйлығын алды. 1906 жылы Әлемнің  ең  асылдарының  бірі  адамзаттың  өшпес  мақтанышы  Пьер   Кюри  кенеттен  апатқа  душар  болды,  ол лезде жан тапсырды.

Қатты қайғы  Маридің ішкі дүниесін төңкеріп тастады.Осы күннен бастап ол бүкіл әлемде жалғыз қалғандай болды. Мари қайысып барып қалпына келді.

1906 жылдың 6 мамырында Мариге ”профессор” атағы беріліп, ол Пьер үшін ашылған кафедраны басқаратын болды.

Мария , Пьер Кюрилердің ата-аналары балаларының ғылыммен айналысуына жол салған адамдар.

Ал олардың қыздары Ирен Жолио-Кюри (1897–1956) — Нобель сыйлығына  күйеуі Фредерик Жолио-Кюримен бірге жасанды радиактивтік  ашқаны үшін ие болған.

Ал екінші қызы Ева Кюри  (1904–2007) — журналист, анасы туралы «Мария Кюри» атты кітаптың авторы.   Генри Ричардсон Лабуассға тұрмысқа шыққан.

Ирен мен Фредериктің қызы Элен де атомдық физикамен айналысты, ал ұлы Пьер биологияны таңдады.

Мария Кюри сияқты ешқандай әйел –ғалым танымал болып көрген емес.Ол 10 премия мен 16 медальға ие болған.Мария Кюри 106 ғылыми мекемелер мен академиялардың, қоғамдардың құрметті мүшесі болып сайланған.

 Париж университетінде профессор болып сайланған алғашқы әйел адам. 1914 — 23 ж. Париждегі Радий университетінде физика-химия бөлімін басқарды.

Нобель сыйлығымен  екі рет (1903 ж. физика, 1911 ж. химия салалары бойынша) марапатталды. 

Дүниені дүр сілкінткен тарихта аты алтын әріппен жазылған  ғалым.

Мадам Кюри күйеуі мен өзі ашқан радиактивті заттармен ұзақ мерзімді байланыста болған құрбандардың бірі еді. Ол 1934жылы 4 шілдеде дүние салды .

 Институттың тоқтап қалған приборларының жанында жас ғалымдар жылады. Маридің ең сүйікті шәкірттерінің бірі Жорж Фурнье “Біз бәрін жоғалттық” деді.

Сезімнің ақырғы шапағы өз өмірін сарп еткен ғылымға арналды: “Тарауларды ұқсас ету керек... Мен оның басылып шығуын ойлаймын...” 

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.

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.

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.

Ядроның зарядтық саны бірлік зарядқа кемиді, нәтижесінде элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жүйенің бас жағына қарай бір орынға ығысады:

мұндағы позитрон, электронның антибөлшегі, массасы электронның массасына тең.

Аналық және туынды ядролар — изобаралар.

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.

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 N 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^-λtN =N₀2^-t/T

Мiне, осы өрнек радиоактивтi ыдырау заңы болып табылады (7.10 - сурет).

Бастапқы радиоактивтi ядролардың жартысы ыдырайтын уақытты жартылайыдырау периоды деп атап, Т_1/2 әрiпiмен белгiлейдi. Онда бұл анықтамадан ал бұдан

7.10 - сурет

Бүгiнгi күнге дейiнгi белгiлi радиоактивтi ядролардың жартылайыдырау периоды 3·10^-7 с-тан 5·10¹⁵жылға дейiнгi аралықтағы мәнге ие.

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

Бұл жерден активтiлiктiң радиоактитi ядролардың санына пропорционал, ал жартылайыдраудың 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.

IV. Бекіту / Закрепление:

Радиоактивті сәуле шығарудың құрылымы қандай және оны қалай анықтаған?

Альфа-ыдырау дегеніміз не?

Бета-ыдырау деп нені түсінесіңдер?

Гамма-ыдыраудың механизмі қандай?

Радиоактивті ыдырау заңының мәнісі неде? №33.1-№33.5 есептер шығару.

V. Қорытынды жасау / Подвести итоги:

VI. Үй тапсырмасы / Домашнее задание:

§8.4, 8.5, 8.6оқу. №33.6-№33.9, №34.5-№34.8 есептер

Тапсырмалар орындау:

І. 1. 1. Актиний   238Ас92     изотопы    үш  рет  α  - ыдырауға  ұшырағаннан  кейін  қандай  элемент   пайда  болады?

1.2. Күнделікті біз радиацияның ықпалына түсемізбе?

ІІ. 2.1.  225Рb 89   қорғасын  изотопының  радоактивті   ыдырауы  кезінде  β – бөлшек  ұшып  шығады.  Қорғасын  изотопының   ядросы  қандай  элементтің  ядросына   айналады ?

2.2. Адам үшін радиациялық мөлшердің шегі қандай?

ІІІ.   3.1. Алтынның   196 Аu 79   радиоактивті  изотопы  электрондық  әрі  позитрондық  ыдырай  алады.  Ыдырау  реакциясын  жазыңдар.

     3.2. Атом: пайдасы мен зияны қандай?

VII. Әдебиет / Литература:

1.Кронгарт Б.А., Кем В.И., Қойшыбаев Н.Физика / Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық/. -Алматы: Мектеп, 2006

2.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика /Орта мектептің 10-сыныбына арналған оқулық/. -Алматы: Мектеп, 2001