The teacher introduces the basic concepts of natural radioactivityradioactivityradioactivity.
Natural radioactivity:
All matter is made up of atoms. Atoms consist of electrons surrounding a nucleusnucleusnucleus. The nucleus consists of neutrons and protons. The nuclei of some atoms are unstable. These atoms (parent isotopes) decay spontaneously into more stable atoms (daughter isotope) and emit nuclear radiationNuclear radiationnuclear radiation. The substances emitting such radiation are called radioactive.
Types of radiation:
There are three types of nuclear radiation:
- alpha (), - beta (), - gamma (). , and are the first letters of the Greek alphabet. The types of radiation are named in the order in which they were discovered.
[Illustration 1]
The students work in small groups and complete the tasks.
Task 1 Read the text below about properties of nuclear radiationNuclear radiationnuclear radiation. Rewrite to your notebook and fill in the table below.
Gamma radiation: Gamma rays are electromagnetic waves, not particles. They have no mass and no charge. Gamma rays have a high penetrating power. Low‑energy gamma rays can penetrate air, paper or thin metal. High‑energy gamma rays can only be stopped by a few centimetres of lead or a few meters of concrete.
[Illustration 2]
Penetrative properties of different types of radiation
Nuclear radiationNuclear radiationNuclear radiation can ionise matter, that is, atoms of the medium are no longer electrically neutral. Charged particles interact strongly with atoms and ionise them directly (Coulomb interaction), knocking out the electron and the atomic shell and losing energy.
Alpha particles can ionise other atoms strongly because they have a large charge. Beta particles can ionise atoms, but weaker than alpha particles.
Gamma rays interact less with matter, having no electrical charge they ionize matter indirectly through other processes such as photoelectric effect or Compton scattering, where the released electrons have enough energy to be able to ionize matter as a result of Coulomb interaction. For this reason, the ability of gamma radiation to penetrate matter is the greatest.
Task 2 You already know some properties of alpha, beta and gamma radiation. How is the emission of alpha, beta and gamma particles affected by the electric field? Identify sources of radiation shown in the picture and justify your statement.
Alpha particles carry positive charge. They are attracted by the negative plate and are less deflected then beta particles due to the greater mass. Gamma rays have no charge and are not deflected in the electric field. Beta particles are negatively charged and deflected towards the positive plate.
The teacher discusses the radiation detectiondetectiondetection methods.
Nuclear radiation cannot be detected by human senses, so special equipment is necessary. The most common are personal dosimeters and Geiger‑Müller counters.
Geiger‑Müller counters: The Geiger‑Müller counter is a gas‑filled tube, inside which there are two electrodes connected to a voltage of several hundred volts. Nuclear radiationNuclear radiationNuclear radiation passing through gas causes its ionization. The electrons and ions produced by ionization are accelerated in the electric field, causing further ionization processes and, as a result, an avalanche discharge. This is manifested by the creation of a electric current impulse, which is sent to a counting device. This device makes an acoustic sound or displays the count rate. The higher the sound frequency or the higher the counting rate, the higher the radiation.
There are three types of nuclear radiationNuclear radiationnuclear radiation: alpha (), beta ( ), gamma (). Alpha and beta are charged particles while gamma rays are electromagnetic waves that don’t carry any charge. The most penetrating radiation are gamma rays, while beta radiation has smaller range and alpha particles can travel in air only a few centimetres. All three types of radiation can ionise matter.
Selected words and expressions used in the lesson plan
Promieniowanie alfa: Cząstki alfa zbudowane są z 2 protonów i 2 neutronów. Mają dodatni ładunek równy dwukrotnemu ładunkowi elementarnemu i są identyczne z jądrami helu. Cząstki alfa są względnie wolne i ciężkie w porównaniu z innymi formami promieniowania jądrowego. Mają one małą zdolność przenikania materii i zasięg w powietrzu do kilku centymetrów. Można je zatrzymać za pomocą kartki papieru.
m6b7469bdb4cb43af_1527752256679_0
RohupCLb5L48k1
Promieniowanie beta: Cząstki beta mają ujemny ładunek równy ładunkowi elementarnemu i masę stanowiącą około masy protonu. Oznacza to, że cząstki beta są elektronami (lub pozytonami) wytworzonymi w jądrze w wyniku rozpadu promieniotwórczego zwanego rozpadem beta (nie są to elektrony pochodzące z powłok atomu). Są one bardzo lekkie i poruszają się szybko. Promieniowanie beta rozchodzi się w powietrzu, może również przeniknąć przez kartkę papieru. Zatrzymać go może cienka płyta z aluminium.
m6b7469bdb4cb43af_1527712094602_0
RwgUQWmURd7aq1
Dozymetry osobiste: Dozymetry osobiste zawierające klisze są jednymi z bardziej znanych. Używane są do pomiaru promieniowania gamma, rentgenowskiego oraz wysokoenergetycznego promieniowania beta. Dozymetr zawiera mały fragment kliszy fotograficznej umieszczonej w przezroczystym opakowaniu i zamkniętej w metalowej osłonie. Dozymetry te noszone są przez osoby mające do czynienia w pracy z radiacją. Gdy klisza fotograficzna zaabsorbuje promieniowanie, ulega ona zaczernieniu. Im więcej promieniowania zostanie zaabsorbowane, tym ciemniejsza po wywołaniu jest klisza.
m6b7469bdb4cb43af_1528449000663_0
Promieniowanie jądrowe , i
m6b7469bdb4cb43af_1528449084556_0
Trzeci
m6b7469bdb4cb43af_1528449076687_0
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
3) wymienia właściwości promieniowania jądrowego; opisuje rozpady alfa, beta.
m6b7469bdb4cb43af_1528449068082_0
45 minut
m6b7469bdb4cb43af_1528449523725_0
Opisuje jakościowo rozpad alfa, beta i gamma.
m6b7469bdb4cb43af_1528449552113_0
1. Wymienia właściwości promieniowania jądrowego.
2. Opisuje zachowanie promieniowania jądrowego w polu elektrycznym.
m6b7469bdb4cb43af_1528450430307_0
Uczeń:
- opisuje trzy rodzaje promieniowania jądrowego,
- wymienia właściwości promieniowania jądrowego.
m6b7469bdb4cb43af_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Doświadczenie.
m6b7469bdb4cb43af_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
m6b7469bdb4cb43af_1528450127855_0
Powtórzenie wiadomości. Nauczyciel stawia uczniom pytania. Uczniowie sporządzają schematyczny rysunek i zapisują podstawowe pojęcia na tablicy.
Czym jest atom? Z czego zbudowane są atomy?
m6b7469bdb4cb43af_1528446435040_0
Nauczyciel wprowadza podstawowe pojęcia dotyczące promieniotwórczości naturalnej.
Promieniotwórczość naturalna:
Materia zbudowana jest z atomów. Atomy zbudowane są z elektronów otaczających jądro. Jądro składa się z neutronów i protonów. Jądra niektórych atomów są niestabilne. Atomy te (izotopy pierwotne) ulegają spontanicznemu rozpadowi tworząc bardziej stabilny atom (izotop pochodny) i emitują przy tym promieniowanie radiacyjne. Substancje emitujące takie promieniowanie nazywane są radioaktywnymi.
Rodzaje promieniowania:
Występują trzy rodzaje promieniowania jądrowego:
- alpha () - beta () - gamma () , i są pierwszymi literami alfabetu greckiego. Rodzaje promieniowania zostały nazwane w takiej kolejności, w jakiej zostały odkryte.
[Ilustracja 1]
Uczniowie pracując w małych grupach wykonują zadania.
Polecenie 1 Przeczytaj umieszczony poniżej tekst o własnościach promieniowania jądrowego. Przepisz do zeszytu i uzupełnij poniższą tabelę.
[Tabela 1]
Promieniowanie alfa: Cząstki alfa zbudowane są z 2 protonów i 2 neutronów. Mają dodatni ładunek równy dwukrotnemu ładunkowi elementarnemu i są identyczne z jądrami helu. Cząstki alfa są względnie wolne i ciężkie w porównaniu z innymi formami promieniowania jądrowego. Mają one małą zdolność przenikania materii i zasięg w powietrzu do kilku centymetrów. Można je zatrzymać za pomocą kartki papieru.
Promieniowanie beta: Cząstki beta mają ujemny ładunek równy ładunkowi elementarnemu i masę stanowiącą około masy protonu. Oznacza to, że cząstki beta są elektronami (lub pozytonami) wytworzonymi w jądrze w wyniku rozpadu promieniotwórczego zwanego rozpadem beta (nie są to elektrony pochodzące z powłok atomu). Są one bardzo lekkie i poruszają się szybko. Promieniowanie beta rozchodzi się w powietrzu, może również przeniknąć przez kartkę papieru. Zatrzymać go może cienka płyta z aluminium.
Promieniowanie gamma: Promienie gamma są falami elektromagnetycznymi, nie cząstkami. Nie mają masy, ani ładunku. Promieniowanie gamma ma największą zdolność przenikania materii. Niskoenergetyczne promieniowanie gamma przenika przez powietrze, papier lub cienką warstwę metalu. Wysokoenergetyczne promieniowanie gamma może zatrzymać jedynie kilka centymetrów ołowiu lub kilka metrów betonu.
[Ilustracja 2]
Zdolność przenikania materii różnych typów promieniowania.
Jonizacja:
Promieniowanie jądrowe jonizuje materię, to znaczy że atomy ośrodka przestają być elektrycznie obojętne. Cząstki naładowane oddziałują silnie z atomami i jonizują je bezpośrednio (oddziaływanie kulombowskie), wybijając elektron a powłoki atomowej i tracąc przy tym energię.
Cząstki alfa mogą silnie jonizować inne atomy, dlatego że mają duży ładunek. Cząstki beta zdolne są do jonizowania atomów, ale w mniejszym stopniu niż cząstki alfa.
Promieniowanie gamma oddziałuje w mniejszym stopniu, nie mając ładunku elektrycznego jonizuje materię pośrednio poprzez inne procesy jak efekt fotoelektryczny czy rozpraszanie komptonowskie, gdzie uwolnione elektrony mają wystarczającą energię by móc jonizować materię w wyniku oddziaływań kulombowskich. Z tego powodu zdolność przenikania promieniowania gamma jest największa.
Polecenie 2
Poznałeś już niektóre właściwości promieniowania alfa, beta i gamma. W jaki sposób wpływa na to promieniowanie pole elektryczne? Określ źródła radiacji pokazane na rysunku i uzasadnij swój wybór.
[Ilustracja 3]
Odpowiedź:
Źródło 1 – źródło promieniowania alfa. Źródło 2 – źródło promieniowania beta. Źródło 3 – źródło promieniowania gamma.
Cząstki alfa posiadają ładunek dodatni. Są one przyciągane przez okładkę naładowaną ujemnie i odchylane w mniejszym stopniu niż promieniowanie beta ze względu na większą masę. Promienie gamma nie mają ładunku i nie są odchylane w polu elektrycznym. Cząstki beta są naładowane ujemnie i są odchylane w kierunku okładki naładowanej dodatnio.
Nauczyciel omawia metody wykrywania promieniowania.
Wykrywanie promieniowania:
Ludzkie zmysły nie są w stanie wykryć promieniowania jądrowego, dlatego wykorzystuje się w tym celu specjalistyczne urządzenia. Do najbardziej powszechnych zaliczają się dozymetry osobiste oraz liczniki Geigera- Müllera.
Dozymetry osobiste: Dozymetry osobiste zawierające klisze są jednymi z bardziej znanych. Używane są do pomiaru promieniowania gamma, rentgenowskiego oraz wysokoenergetycznego promieniowania beta. Dozymetr zawiera mały fragment kliszy fotograficznej umieszczonej w przezroczystym opakowaniu i zamkniętej w metalowej osłonie. Dozymetry te noszone są przez osoby mające do czynienia w pracy z radiacją. Gdy klisza fotograficzna zaabsorbuje promieniowanie, ulega ona zaczernieniu. Im więcej promieniowania zostanie zaabsorbowane, tym ciemniejsza po wywołaniu jest klisza.
Liczniki Geigera‑Müllera: Licznik Geigera‑Müllera składa się z rurki wypełnionej gazem, wewnątrz której znajdują się dwie elektrody podłączone do napięcia rzędu kilkuset woltów. Promieniowanie jądrowe przechodząc przez gaz powoduje jego jonizację. Powstałe w wyniku jonizacji elektrony i jony są przyspieszane w polu elektrycznym, wywołując dalsze procesy jonizacji i w efekcie wyładowanie lawinowe. Objawia się to powstaniem impulsu prądu, który przesyłany jest do urządzenia zliczającego. Urządzenie to daje sygnał akustyczny lub wyświetla liczbę zliczeń. Im większa częstotliwość sygnału lub większa liczba zliczeń, tym wyższe jest promieniowanie.
m6b7469bdb4cb43af_1528450119332_0
Występują trzy rodzaje promieniowania jądrowego: alfa (), beta (), gamma (). Alfa i beta są cząstkami posiadającymi ładunek, natomiast promienie gamma to fale elektromagnetyczne, które nie niosą żadnego ładunku. Najbardziej przenikliwe są promienie gamma, promieniowanie beta ma mniejszy zasięg, a cząstki alfa przebywają w powietrzu drogę kilku centymetrów. Wszystkie trzy typy promieniowania jonizują materię.