Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 18 № 3387
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16, 17 и 18.

Про­хож­де­ние бета-из­лу­че­ния сквозь ве­ще­ство

Через не­сколь­ко лет после от­кры­тия А. Бек­ке­ре­лем ра­дио­ак­тив­но­сти был уста­нов­лен слож­ный со­став ра­дио­ак­тив­но­го из­лу­че­ния, одна из ком­по­нент ко­то­ро­го по­лу­чи­ла на­зва­ние «β-лучи». Ис­то­ри­че­ски под β-лу­ча­ми по­ни­ма­ли по­то­ки элек­тро­нов, по­яв­ля­ю­щи­е­ся в ре­зуль­та­те ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да ядер ато­мов, причём ско­ро­сти их могут со­став­лять до 99% от ско­ро­сти света. Они об­ла­да­ют и от­но­си­тель­но боль­шой ки­не­ти­че­ской энер­ги­ей.

Пер­вые ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что, вза­и­мо­дей­ствуя с ве­ще­ством, β-лучи по­гло­ща­ют­ся им, рас­се­и­ва­ют­ся, на­гре­ва­ют и иони­зи­ру­ют ве­ще­ство, воз­дей­ству­ют на фо­то­пла­стин­ку. Рас­се­я­ние уз­ко­го по­то­ка β-лучей на­блю­да­ет­ся уже на тон­ких Al фоль­гах. В ва­ку­у­ме при от­сут­ствии пре­гра­ды на фо­то­пла­стин­ке по­яв­ля­лось тёмное пятно с чёткими ров­ны­ми кра­я­ми, если на пути β-лучей по­ме­ща­ли фоль­ги раз­ной тол­щи­ны, то края пятна раз­мы­ва­лись, а изоб­ра­же­ние туск­не­ло, при этом по­гло­ще­ние лучей было не ве­ли­ко, а весь поток рас­се­и­вал­ся по всё боль­ше­му те­лес­но­му углу, всё более рав­но­мер­но за­све­чи­вая фо­то­пла­стин­ку, пока при фоль­ге, тол­щи­ной 50 мкм, его дей­ствие не срав­ни­ва­лось с дей­стви­ем со­пут­ству­ю­ще­го γ-из­лу­че­ния.

По­гло­ще­ние из­лу­че­ния в ве­ще­стве ха­рак­те­ри­зу­ют тол­щи­ной слоя по­ло­вин­но­го по­гло­ще­ния d. На­при­мер, Al фоль­га, d  =  0,16 мм, сни­жа­ет β-из­лу­че­ние вдвое, а слой Al в 0,32dмм  — вчет­ве­ро и т. д. Ра­дио­ак­тив­ные ве­ще­ства при рас­па­де вы­де­ля­ют раз­ную энер­гию, ис­пус­ка­ют β-лучи раз­ной ин­тен­сив­но­сти. При этом ко­эф­фи­ци­ент по­гло­ще­ния μ для од­но­го и того же ве­ще­ства будет раз­ным, см. таб­ли­цу 1. Для од­но­го и того же из­лу­че­ния ко­эф­фи­ци­ент μ для воз­ду­ха и Al раз­ли­ча­ет­ся в ты­ся­чу раз. Одна из ви­ди­мых при­чин  — раз­ли­чие в плот­но­сти, см. таб­ли­ца 2.

 

Таб­ли­ца 1. Ко­эф­фи­ци­ент по­гло­ще­ния β-лучей и энер­гия ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да

Изо­топ μ, см−1 W, Мэв
\ChemFormAl Воз­дух,  t=22 гра­ду­сов С,

p = 760 мм рт. ст.

торий5100,273
про­так­ти­ний142,197
вис­мут430,01521,426
сви­нец0,0900,570
сви­нец55000,640,064

 

Таб­ли­ца 2. Ко­эф­фи­ци­ент по­гло­ще­ния β-лучей \ChemForm в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 234 пра­вая круг­лая скоб­ка _91 Pa и плот­ность ма­те­ри­а­ла

Ма­те­ри­алρ, г/см3 дробь: чис­ли­тель: \mu, зна­ме­на­тель: \rho конец дроби , см в квад­ра­те /г
Уголь1,84,4
Сера2,06,6
Бор2,44,65
Алю­ми­ний 2,75,26
Барий3,88,8
Йод4,910,8
Олово7,39,46
Медь8,96,8
Сви­нец11,310,5
Зо­ло­то19,89,5

 

Было от­ме­че­но, что α-ча­сти­цы, ис­пус­ка­е­мые Po, пе­ре­ста­ют за­све­чи­вать фо­то­пла­стин­ку в воз­ду­хе на рас­сто­я­нии R  =  3,83 см, они не иони­зу­ют воз­дух на боль­ших рас­сто­я­ни­ях. Рас­сто­я­ние R по­лу­чи­ло на­зва­ние длины сво­бод­но­го про­бе­га. Этой же ве­ли­чи­ной можно ха­рак­те­ри­зо­вать рас­сто­я­ние воз­дей­ствия не толь­ко α-, но и β-лучей. Длина сво­бод­но­го про­бе­га β-лучей обыч­но опре­де­ля­ет­ся в ма­те­ри­а­лах более плот­ных, чем воз­дух. Опыт по­ка­зал, что ве­ли­чи­на L  =  R×ρ прак­ти­че­ски не за­ви­сит от ρ и при­бли­зи­тель­но оди­на­ко­ва для ве­ществ с не слиш­ком раз­ны­ми атом­ны­ми но­ме­ра­ми. Для Al, по дан­ным Г. Хе­ве­ши, за­ви­си­мость L от ско­ро­сти элек­тро­нов, отнесённой к ско­ро­сти света, пред­став­ле­на на рис. 2. При дви­же­нии по ве­ще­ству ско­рость β-лучей па­да­ет, так, Al пла­сти­на (2 мм) сни­жа­ет ско­рость при­мер­но на 30%. При этом, если для β-лучей, име­ю­щих ско­рость 0,95с, слой по­ло­вин­но­го по­гло­ще­ния есть d, то для 0,67с  — толь­ко 0,1d.

Сде­лай­те вывод о том, как ме­ня­ет­ся тол­щи­на слоя по­ло­вин­но­го по­гло­ще­ния в Al по мере уве­ли­че­ния вы­де­ля­ю­щей­ся при ра­дио­ак­тив­ном пре­вра­ще­нии энер­гии? Спра­вед­лив ли этот вывод для воз­ду­ха?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

С ро­стом энер­гии W ко­эф­фи­ци­ент по­гло­ще­ния μ умень­ша­ет­ся и для воз­ду­ха, и для Al. Тол­щи­на слоя об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на μ, сле­до­ва­тель­но, тол­щи­на слоя воз­рас­та­ет.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Пред­став­лен пра­виль­ный ответ на во­прос, и при­ве­де­но до­ста­точ­ное обос­но­ва­ние, не со­дер­жа­щее оши­бок2
Пред­став­лен пра­виль­ный ответ на по­став­лен­ный во­прос, но его обос­но­ва­ние не яв­ля­ет­ся до­ста­точ­ным.
ИЛИ
Пред­став­ле­ны кор­рект­ные рас­суж­де­ния, при­во­дя­щие к пра­виль­но­му от­ве­ту, но ответ явно не сфор­му­ли­ро­ван
1
Дру­гие слу­чаи, не удо­вле­тво­ря­ю­щие кри­те­ри­ям на 2 и 1 балл0
Мак­си­маль­ный балл2
Источник: ВПР 2020 год по фи­зи­ке 11 класс. Ва­ри­ант 7
Раздел кодификатора ФИПИ: 5.4 Ядер­ные ре­ак­ции. Ядер­ная энер­ге­ти­ка.
1
Тип 16 № 3385
i

Вставь­те в пред­ло­же­ние про­пу­щен­ные слова, ис­поль­зуя ин­фор­ма­цию из тек­ста.

 

О рас­се­я­нии β-лучей при про­хож­де­нии через ве­ще­ство можно су­дить по от­пе­чат­ка на фо­то­пла­стин­ке. О без­опас­ном рас­сто­я­нии, на ко­то­ром α-ча­сти­цы пе­ре­ста­ют иони­зи­ро­вать воз­дух, можно су­дить по .


2
Тип 17 № 3386
i

Каков дол­жен быть слой Al, ослаб­ля­ю­щий β-из­лу­че­ние от про­так­ти­ния вчет­ве­ро?