E.3 · Радиоактивный распад

Этот раздаточный материал охватывает выбранные темы SL для курса, впервые оцениваемого в 2025; он не является полным syllabus (учебной программой).

Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.

Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.

Что могло бы объяснить это наблюдение?

• Детектор регистрирует импульсы даже после удаления источника из класса. Фоновую радиацию необходимо учитывать, прежде чем приписывать каждый импульс источнику.

Постройте модель

• Радиоактивный распад является спонтанным и случайным для отдельного ядра.
• Период полураспада — это время, за которое распадается половина нераспавшихся ядер в большой выборке, или время, за которое скорректированная по фоновому излучению активность уменьшается вдвое.
• период полураспада: время, за которое активность или число нераспавшихся ядер уменьшается вдвое.
• фоновое излучение: излучение, регистрируемое вне исследуемого источника.

Выберите доказательства для проверки гипотезы

• Вычтите фоновые отсчёты, измеренные за тот же временной интервал.
• Различайте облучение и радиоактивное загрязнение.
• Экранирование, удаление от источника и сокращение времени воздействия могут снизить риск при соблюдении правил безопасности в школе.

В лаборатории: используйте источники под контролем учителя и соблюдайте правила радиационной безопасности школы. Записывайте длительность измерения и повторяйте фоновые замеры. Не определяйте период полураспада по одному ядру или по необработанным показаниям.

Работайте с известными величинами

• Дано: скорость счёта источника падает с 100 до 55 отсчётов в минуту; фоновый уровень составляет 10.
• Скорости отсчёта источника составляют 90 и 45, следовательно, прошёл один период полураспада.
• Без вычитания фона отношение 55/100 может скрыть точное значение периода полураспада в данном примере.

Ваша очередь: начальный отсчёт источника составляет 160 в минуту. Найдите его значение после трёх периодов полураспада.

Проверьте вывод и его границы применимости

• Облучённый предмет не становится автоматически радиоактивным.
• Период полураспада не позволяет точно предсказать момент распада одного конкретного ядра.

Неверно: период полураспада не предсказывает точное время распада отдельного ядра. Радиоактивный распад на уровне одиночных ядер носит случайный характер. Период полураспада — статистическая величина: он показывает долю из БОЛЬШОГО числа ядер, распавшихся за определённое время, но никогда не указывает момент распада одного ядра.

Ключевые моменты:

• Радиоактивный распад является спонтанным и случайным для отдельного ядра.
• Вычтите фоновые отсчёты, измеренные за тот же временной интервал.
• Обратите внимание: облучённый предмет не становится автоматически радиоактивным.

Записать на основе 50 импульсов в минуту

• Начальный счёт источника составляет 200 в минуту.
• Найдите счётность после двух периодов полураспада. Период полурасхода не определяет время жизни одного ядра.

Записать по двум периодам полураспада

• Источник показывает скорость счета 160 в минуту над фоном.
• После двух периодов полураспада: 160 → 80 → 40 — каждое уменьшение вдвое независимо от предыдущего.

Записать по таблице со скорректированным фоном

• Сырые показания составляют 110, затем 60, при этом фон равен 10.
• Исправлено: 100 затем 50 — ровно один период полураспада; исходное отношение 60 ÷ 110 ≈ 0.55 привело бы к ошибке в оценке распада.

Записать по графику распада

• Исправлённая скорость счёта составляет 400 в минуту и уменьшается вдвое каждые 8 минут.
• В момент времени 24 минут: 400 → 200 → 100 → 50 — три периода полураспада, три уменьшения вдвое, и кривая никогда не достигает нуля.