Конспект урока физики на тему "Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений"

Тема урока: Методы наблюдения и регистрации

 радиоактивных излучений.

Цели урока:

Образовательная:

• углубить знания учащихся о структуре атома;
• сформировать представление о радиоактивности, физической природе , , излучений.

Развивающая: способствовать формированию умения анализировать, сравнивать, обобщать факты, убежденности в знаниях в процессе применения полученных знаний в различных ситуациях при решении задач.

Воспитательная: продолжить формирование основ диалектико-материалистического мировоззрения учащихся.

Задачи урока:

1.     Проследить историю открытия радиоактивности, её физическую сущность.

2.     Знать процессы , распада и излучения.

3.     Усвоить правила смещения.

4.     Иметь представление о методах регистрации элементарных частиц.

Оборудование: презентация к уроку (Приложение 1), счетчик Гейгера, камера Вильсона.

Основное содержание: Ионизирующее и фотохимическое действие частиц как основа различных методов изучения. Принцип действия приборов для регистрации элементарных частиц. Неустойчивое состояние системы. Счетчик Гейгера – Мюллера. Ударная ионизация. Частицы, регистрируемые счётчиком: электроны, и гамма-кванты. Камера Вильсона и принцип её  действия. Трек. Информация о частицах. Пузырьковая камера. Перегретая жидкость. Принцип работы пузырьковой камеры. Преимущества пузырьковой камеры. Метод толстослойных фотоэмульсий. Ионизация атомов.  Преимущества данного метода регистрации.  Вклад  отечественных учёных в этих создание приборов (П.Л. Капица,  Д.В. Скобельцын, Л.В. Мысовский, Г.Б. Жданов).

Ход урока

1.     Орг. момент.

2.     Объяснение нового материала.

Историческая справка.

Сто лет назад, в феврале 1896 года, французский физик Анри Беккерель обнаружил самопроизвольное излучение солей урана ²³⁸U(слайд №3). 26-27 февраля 1896 года Беккерель приготовил несколько образцов кристаллов и прикрепил их к завернутым в бумагу фотопластинкам. Однако в эти дни стояла пасмурная погода, и Беккерель решил отложить опыт. Он считал, что ему необходим яркий солнечный свет. Пластинки были спрятаны в ящик стола и пролежали там около трех дней.

Лишь 1 марта, Беккерель решил их проявить, ожидая в лучшем случае, увидеть слабые изображения. Но все оказалось наоборот: изображения были очень четкими. Таким образом, какое-то излучение испускалось солями урана безо всякого освещения светом. Беккерель продолжил исследования солей урана, однако он не понимал природы этого излучения.

Двумя годами позднее, супруги Пьер и Мария Кюри, доказали, что аналогичным свойством обладает химический элемент торий ²³²Th (слайд №4). Затем они же открыли новые, ранее неизвестные элементы – полоний ²⁰⁹Po и радий ²²⁶Ra.

Радий – редкий элемент; чтобы получить 1 грамм чистого радия, надо переработать не менее 5 тонн урановой руды; его радиоактивность в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Супруги Кюри, явление самопроизвольного излучения назвали радиоактивностью.

В 1903 году Эрнест Резерфорд проделав опыт, обнаружил три пятна, от испускаемых веществом трех лучей, которые отличаются друг от друга разной способностью проникать сквозь вещества. Их назвали ,  лучами и  излучением (слайд №5).

Итак, сегодня на уроке нам предстоит познакомится с ,  лучами и излучением.

Сейчас предлагаю вам просмотреть медиа-лекцию и затем ответить на мои вопросы. (Физика 7-11, глава Атомная физика, урок №8).

После просмотра лекции, ребятам предлагаю ответить на следующие вопросы:

1.     Что представляют собой лучи? (-лучи – это поток частиц, представляющих собой ядра гелия.)

2.     Что представляют собой лучи? (лучи – это поток электронов, скорость которых близка к скорости света в вакууме.)

3.     Что представляет собой излучение? (излучение – это электромагнитное излучение, частота которого превышает частоты рентгеновского излучения.)

4.     Что такое радиоактивность? (самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие называется естественной радиоактивностью.)

Превращение атомных ядер сопровождается испусканием ,лучей, которое называется , распадом соответственно.

Эти два распада подчиняются правилам смещения, которые впервые сформулировал английский ученый Содди:

При распаде ядро теряет положительный заряд 2e и его масса убывает на 4 а.е.м. (слайд №6)

В результате распада элемент смещается на две клетки к началу периодической системы Менделеева:

При распаде из ядра вылетает электрон, что увеличивает заряд ядра на 1. масса же остается почти неизменной. (слайд №7)

В результате распада элемент смещается на одну клетку к концу периодической таблицы Менделеева.

излучение – не сопровождается изменением заряда; масса же ядра меняется ничтожно мало (слайд №8).

 Далее на уроке мы рассматриваем несколько примеров и распадов, после чего, предлагается ребятам маленькая проверочная работа на 5-6 минут.

ВАРИАНТ 1.

1. Написать реакцию распада магния ²² ₁₂Mg .

2. Написать реакцию распада натрия ²² ₁₁Na .

-----------------------------------

ВАРИАНТ 2.

1. Написать реакцию α-распада урана ²³⁵ ₉₂U.

2. Написать реакцию β - распада плутония ²³⁹ ₉₄Pu .

-----------------------------------

ВАРИАНТ 3.

1. Написать реакцию распада радия ²²⁶ ₈₈Ra.

2. Написать реакцию распада свинца ²⁰⁹ ₈₂Pb.

-----------------------------------

ВАРИАНТ 4.

1. Написать реакцию распада серебра ¹⁰⁷ ₄₇Аg.

2. Написать реакцию распада кюрия ²⁴⁷ ₉₆Cm .

------------------------------

ВАРИАНТ 5.

1. В результате какого радиоактивного распада натрий

²² ₁₁Na превращается в магний ²² ₁₁Mg?

2. В результате какого радиоактивного распада плутоний ²³⁹₉₄Pu превращается в уран ²³⁵ ₉₂U?

После чего ребята сдают свои работы и мы вместе решаем один из вариантов.

В развитии знаний о “микромире”, в частности в изучении явлений радиоактивности, исключительную роль сыграли приборы, позволяющие регистрировать ничтожное действие одной-единственной частицы атомных размеров.

В настоящее время используется много различных методов регистрации заряженных частиц (слайд №9). В зависимости от целей эксперимента и условий, в которых он проводится, применяются следующие методы регистрации частиц:

1. Счетчик Гейгера. (слайд №10)

Действие основано на ударной ионизации.

Вспомним, что такое ионизация?

Какие причины вызывают ионизацию?

Заряженная частица, пролетающая в газе, открывает у атома электрон и создает ионы и электроны. Электрическое поле между анодом и катодом ускоряет электроны до энергии, при которой начинается ударная ионизация.

Чтобы счетчик Гейгера мог регистрировать каждую попадающую в него частицу, надо своевременно прекращать лавинный разряд. Быстрое гашение разряда можно достичь примесями, добавленными к инертному газу. Положительные ионы газа, сталкиваясь с молекулами спирта, рекомбинируют в нейтральные атомы и теряют способность выбивать из катода электроны (самогасящиеся счетчики). В других счетчиках гашение разряда производят, подбирая определенное нагрузочное сопротивление с цепи счетчика: R = 10⁹ Ом. Ток, возникающий при самостоятельном разряде, проходя через резистор, вызывает на нем большое падение напряжения, что приводит к быстрому уменьшению напряжения между анодом и катодом: лавинный разряд прекращается.

На электродах восстанавливается начальное напряжение, и счетчик готов к регистрации следующей частицы. Скорость счета равна 10⁴ частиц в секунду.

Продемонстрировать работу счетчика Гейгера.

Обратить внимание на то, что этим методом можно лишь зарегистрировать частицу, а увидеть след частицы невозможно.

2.  Камера Вильсона. (слайд №11)

Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капель воды. Если в геометрическом сосуде с парами воды или спирта происходит резкое расширение газа (адиабатный процесс), температура убывает. И если в этот момент через объем камеры пролетает заряженная частица, то на своем пути она создает ионы, на которых образуются капельки сконденсировавшегося пара. Таким образом, частица составляет за собой след (трек) в виде узкой полоски тумана. Этот трек можно наблюдать или сфотографировать. По треку можно определить энергию и скорость частицы. Если поместить камеру в магнитное поле, то по искривлению трека можно определить знак заряда и его энергию, а по толщине трека - величину заряда и массу частицы.

Показать работу камеры Вильсона.

В чем преимущество этого метода перед счетчиком Гейгера?

3. Пузырьковая камера. (слайд №12)

В 1952 г. Д. Глейзером для регистрации заряженных частиц, имеющих высокую энергию, была создана пузырьковая камера. Принцип действия ее основан на том, что в перегретом состоянии чиста жидкость, находясь под высоким давлением, не закипает при температуре выше точки кипения. Пузырьковая камера заполнена жидким водородом под высоким давлением. При резком уменьшении давления переводят жидкость в перегретое состояние. Если в это время в рабочий объем камеры попадает заряженная частица, то она образует на своем пути в жидкости цепочку ионов. В области пролета частицы жидкость закипает, появляются вдоль ее траектории мелкие пузырьки пара, которые являются треком этой частицы.

Преимущество перед камерой Вильсона: пузырьковая камера может регистрировать частицы с большей энергией, т.к. большая плотность рабочего вещества в пузырьковой камере. Кроме того, по сравнению с камерой Вильсона пузырьковая камера обладает быстродействием. Рабочий цикл равен 0,1 с.

4.  Метод толстослойных фотоэмульсий. (слайд №13)

Этот метод был разработан в 1928 г. физиками А.П. Ждановым и Л.В. Мысовским. Его сущность заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации заряженных частиц. Пролетающая сквозь фотоэмульсию быстрая заряженная частица действует на зерна бромистого серебра и образует скрытое изображение. При проявлении фотопластинки образуется трек. После исследования трека оценивается энергия и масса заряженной частицы.

Преимущество метода: с его помощью получают не исчезающие со временем следы частиц, которые могут быть тщательно изучены.

Сегодня широкое применение нашли полупроводниковые детекторы, регистрирующие α -, β- частицы и γ – излучения.

3. Домашнее задание: §99, 101, по §98 и используя свои знания, заполнить таблицу по методам регистрации элементарных частиц. (слайд №14)