Как найти период полураспада радона

Лабораторная работа № 8

Тема: Оценка периода полураспада находящихся в
воздухе продуктов распада газа радона.

Цель работы – оценить период полураспада продуктов
распада радона с помощью бытового дозиметра.

Оборудование: индикатор
радиоактивности «RADEX RD1503+»,  бытовой пылесос, ватный диск,
решетка.

Теоретическое обоснование.

Что такое радон?

Радон – это инертный газ, не имеющий цвета и запаха. Газ этот радиоактивен, т. е. распадаясь, он становится источником ионизирующих излучений. Радон дает примерно 55-65 % дозы облучения,
которую ежегодно получает каждый житель Земли.

В природе существуют четыре изотопа радона, однако наиболее известны
два — радон (Rn²²², период полураспада Т_1/2= 3, 8235 сут.)
и торон (Rn²²⁰ , период полураспада Т_1/2= 55,6 с). Два
других изотопа (Rn²¹⁹ и  Rn²¹⁸)
очень нестабильны и «живут» после возникновения чрезвычайно недолго: Т _½  =3,96
с и Т _½  =35 мс, соответственно.

Откуда берется радон?

Как и большинство радиоактивных элементов, радон получается из других
радиоактивных элементов, например Rn²²² является продуктом
деления ядер радия, а тот в свою очередь появляются после распада урана. Радон-222
непосредственно образуется в результате α-распада нуклида ²²⁶Ra (период полураспада составляет 1 600(7) лет).

Таким образом, источником радона является грунт,
породы которого содержат то или иное количество урана.

Сам радон-222 также α-радиоактивен, в результате
распада образуется нуклид ²¹⁸Po, выделяемая энергия составляет 5,5903(3) МэВ.

Благодаря своей инертности этот газ достаточно легко высвобождается из
кристаллических решеток минералов и по трещинам распространяется на довольно
большие расстояния. Повреждение грунта с увеличением количества трещин,
например во время строительства, усиливает выделение радона в атмосферу. Радон
хорошо растворяется в воде, а значит, если слой подземных межпластовых вод
контактирует с породами, содержащими радон, то артезианские скважины дадут
воду, богатую этим газом.

Почему радон опасен?

Опасность радона кроется в его радиоактивности. Попавший в атмосферу
радон вдыхается вместе с воздухом и уже в бронхах начинает облучать слизистую
оболочку. Продукты распада радона также радиоактивны. Попадая в кровь, они
разносятся по всему организму, продолжая его облучать.

Более десятой части регистрируемых каждый год случаев заболеваний раком
легких вызваны радоновой радиацией – это второе место после курения.  В
связке с курением онкогенное действие радона усиливается.

Применение

Радон используют в медицине для приготовления радоновых
ванн: маленькие дозы радиации и в течение малого времени, действуя как мягкий
стрессовый фактор, стимулируют клеточную защиту и иммунитет организма в целом (артрозах,
артритах, гипертонической болезни и т.д.)

 Радон используется в сельском
хозяйстве для
активации кормов домашних животных, в металлургии в качестве индикатора при определении
скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска
месторождений урана и тория, а также активных тектонических разломов, на
наличие которых может указывать повышенное содержание радона в приземном и подпочвенном
воздухе; в гидрогеологии — для исследования взаимодействия
грунтовых и речных вод. Динамика концентрации радона в подземных водах может
применяться для прогноза землетрясений.

Радон и измерение радиоактивности воздуха

Находящийся в воздухе радон распадается, образуя в воздухе
короткоживущие дочерние продукты от полония-218 до полония-214 (табл. 1). Дочерние
атомы, не являясь газами, при столкновении с мелкими пылинками прилипают к ним.
Эти радиоактивные пылинки и радон создают практически всю естественную
радиоактивность воздуха.

За несколько часов радон приходит в состояние векового
равновесия со своими короткоживущими дочерними продуктами: на каждый распад
радона приходится по одному распаду полония-218, свинца-214,
висмута-214, полония-214 (см.
табл. 1).

В лабораторной работе радиоактивность воздуха определяют с помощью
фильтрующих материалов, через которые продувают воздух. Радон проходит через
фильтр (ватный диск), а пылинки с радиоактивными дочерними атомами
задерживаются.

Фильтр помещают под счетчиком Гейгера (их в индикаторе радиоактивности «RADEX RD1503+»
2 шт.), который детектирует
только β-излучение, т. к. α-излучение поглощает фильтр и стенки
счетчика.

·
Активность фильтра,
первоначально чистого, нерадиоактивного, измеряют счетчиком Гейгера перед
прокачкой воздуха (измерение фона, мощность дозы фонового излучения
Р_ф).

·
После продувки воздуха
непрерывно измеряют радиоактивность фильтра в течение примерно 20 минут,
считывая показания с дисплея каждую минуту. В данной работе интересуются
не абсолютным количеством распадов, а только убыванием радиоактивности со
временем. Поэтому с дисплея в таблицу переносят показания отсчета импульсов,
что фиксирует суммарную мощность Р излучения.

·
Рассчитывают мощность дозы
излучения продуктов распада радона по формуле:

Практическая часть работы

1)     
С помощью индикатора оцените
мощность дозы фонового излучения ,
мкР/ч.

№п/п опыта	Время, t, [мин]	Рф, [мкР/ч]	Р, [мкР/ч]	∆Р [мкР/ч]
1	0		—	—
2	1		157
3	2		150
4	3		141
5	4		135
6	5		130
7	6		125
8	7		119
9	8		113
10	9		109
11	10		106
12	11		100
13	12		97
14	13		95
15	14		93
16	15		90
17	16		88
18	17		87
19	18		85
20	19		83
21	20		80

2) По формуле вычислите мощность дозы излучения ∆Р, [мкР/ч].

3) Постройте график зависимости мощности дозы
излучения продуктов распада радона от времени, используя результаты
измерений.

Рекомендуемый масштаб:

по оси времени – 1 минута: 1 клетка,

по оси мощности дозы излучения ∆Р —1мкР/ч:1мм.

4)
Оцените период полураспада
находящихся в воздухе продуктов распада газа радона.

5) Основываясь на табл. 1, опишите
строение атомных ядер Радона – 222, Свинца-214, Висмута – 214.

6) Прочитав текст, составьте уравнения
реакций:

 А) образования Радона -222 в результате α распада нуклида ²²⁶Ra ;

Б)  α-распада Радона -222, в результате которого
образуется нуклид ²¹⁸Po,

В) β – распад Радона -222, в результате которого
образуется нуклид  ²¹⁴Bi;

Г) Сколько α и β- распадов произойдет, чтобы получился
устойчивый свинец из Урана -238?

7)     
Пылинки с атомами каких
химических элементов, как результат распада радона, может задержать фильтр индикатора?
Объясните, учитывая правило равновесия.

Какие утверждения являются верными?

А) Радон является радиоактивным газом, потому что
образуется из радиоактивного урана.

Б) Из 4-х известных изотопов радона только 2 оказывают
существенное влияние на радиоактивность воздуха.

В) Счетчики Гейгера в индикаторе регистрируют не
радиоактивные атомы полония, висмута, свинца, гелия,  а только электроны,
которые образуются при β – распаде Радона -222.

Каких
результатов можно ожидать?

В жилых и
общественных зданиях, которые сдаются после строительства, капитального ремонта
объемная активность радона не должна превышать 100 Бк/м³, а в эксплуатируемых
зданиях – 200 Бк/м³. В
хорошо проветриваемых помещениях она имеет тенденцию выравниваться до уровня
улицы (обычно 10 Бк/м³, в пределах от 1 до 100 Бк/м³).

Концентрация
радона в закрытых помещениях в зонах с умеренным климатом в среднем в 8 раз
выше, чем в наружном воздухе. Концентрация дочерних продуктов распада
радона превышает концентрацию радона более чем в 200 раз.

Допустимый уровень естественного радиационного фона равен
25 мкР/ч, в кабинете показывает 8- 10 мкР/ч.

При измерении мощности бета-излучения нормальным считается
уровень, не превышающий 50 частиц с квадратного сантиметра поверхности в
минуту (или 3000 частиц в час)

Площадь ватного диска , d= 6 см, S=28,26 см² .Подставляем значения,
нормальный уровень мощности β-излучения 3000∙28,26 = 84780 частиц в час с
ватного диска диаметром 6 см. Составим пропорцию: 25 мкР/ч = х∙84780 частиц/ч,
х = 0, 000295 мкР/частицу. Увеличим количество регистрируемых β- частиц – импульсов
в 200 раз для начального момента отсчета времени с образцом, получаем мощность
излучения 3000*200*0,000295= 176,9 мкР/ч.

№п/п опыта	Время, t, [мин]	Рф, [мкР/ч]	Р, [мкР/ч]	∆Р [мкР/ч]
1	0	25	—	—
2	1	25	177	152
3	2	25	170	145
4	3	25	161	136
5	4	25	155	130
6	5	25	150	125
7	6	25	145	120
8	7	25	139	114
9	8	25	133	108
10	9	25	129	104
11	10	25	126	101
12	11	25	120	95
13	12	25	117	92
14	13	25	115	90
15	14	25	113	88
16	15	25	110	85
17	16	25	108	83
18	17	25	107	82
19	18	25	105	80
20	19	25	103	78
21	20	25	100	75

Лабораторная работа
Оценка периода полураспада находящихся в воздухе продуктов распада газа радона
Цель работы:  оценить период полураспада продуктов распада радона с помощью бытового дозиметра.
Оборудование дозиметр «Сосна», бытовой пылесос, ватный диск, решетка.
Теоретические обоснования
Радон — инертный газ, получающийся при распаде ядер урана. Наиболее стабильный изотоп (222Rn) имеет период полураспада 3,8 сут. При комнатной температуре радон тяжелее воздуха. Если длительное время не проветривать помещение, то радон скапливается в области, близкой к полу. При распаде радона образуются короткоживущие изотопы различных металлов, атомы которых оседают на находящихся в воздухе пылинках. Если отфильтровать пыль из воздуха у пола в непроветриваемом помещении, то можно собрать продукты распада радона.
Подготовка эксперимента
В непроветриваемое помещение (желательно подвал) принесите пылесос или бытовой фен.
2.      На всасывающее воздух отверстие пылесоса (или фена) установите решетку и сверху ватный диск.
3.      Подключите пылесос к сети и включите. Поток воздуха прижмет ватный диск и решетку к входному отверстию пылесоса.
4.      Установите пылесос так, чтобы отверстие было невысоко над полом в углу помещения.
5.      Прокачивайте воздух не менее 5—10 мин.
6.      Снимите ватный диск.
7.       Используйте полученный препарат в течение 5 мин.
Ход работы
1.       Включите дозиметр.
2.      Откройте металлическую крышку на тыльной стороне защитного кожуха дозиметра.
Нажмите кнопку «Пуск» для начала измерений.
Дождитесь остановки подсчета импульсов. Вы измерили мощность дозы фо тра в таблицу:
ность дозы фонового излучения Р. Занесите показания дозиме-
Положите препарат на стол. Поверх него положите дозиметр так, чтобы окно на его тыльной стороне было над препаратом.
Запустите отсчет импульсов. Вы измеряете суммарную мощность Р дозы излучения продуктов распада радона и фонового излучения. После окончания счета занесите показание дозиметра в таблицу.
Повторяйте измерения в течение 5 мин один раз в минуту, результаты каждого измерения заносите в таблицу.
Рассчитайте мощность дозы излучения продуктов распада радона АР = Р — Р и запишите значение в таблицу.
9.  Постройте график зависимости мощности дозы излучения продуктов распада радона от времени.
11. Ответьте на вопрос: как сделать часы, измеряющие временные промежутки в тысячи лет?

Nuclear half-life expresses the time required for half of a sample to undergo radioactive decay. Exponential decay can be expressed mathematically like this:

#A(t) = A_0 * (1/2)^(t/t_(«1/2»))# (1), where

#A(t)# — the amount left after t years;
#A_0# — the initial quantity of the substance that will undergo decay;
#t_(«1/2»)# — the half-life of the decaying quantity.

So, if a problem asks you to calculate an element’s half-life, it must provide information about the initial mass, the quantity left after radioactive decay, and the time it took that sample to reach its post-decay value.

Let’s say you have a radioactive isotope that undergoes radioactive decay. It started from a mass of 67.0 g and it took 98 years for it to reach 0.01 g. Here’s how you would determine its half-life:

Starting from (1), we know that

#0.01 = 67.0 * (1/2)^(98.0/t_(«1/2»)) -> 0.01/67.0 = 0.000149 = (1/2)^(98.0/(t_(«1/2»))#

#98.0/t_(«1/2») = log_(0.5)(0.000149) = 12.7#

Therefore, its half-life is #t_(«1/2») = 98.0/(12.7) = 7.72# #»years»#.

So, the initial mass gets halved every 7.72 years.

Sometimes, if the numbers allow it, you can work backwards to determine an element’s half-life. Let’s say you started with 100 g and ended up with 25 g after 1,000 years.

In this case, since 25 represents 1/4th of 100, two hal-life cycles must have passed in 1,000 years, since

#100.0/2 = 50.0# #»g»# after the first #t_(«1/2»)#,

#50.0/2 = 25.0# #»g»# after another #t_(«1/2»)#.

So, # 2 * t_(«1/2») = 1000 -> t_(«1/2») = 1000/2 = 500# #»years»#.

(Параграфы с 1 по 22) Законы взаимодействия и движения тел.

§1. Материальная точка. Система отсчёта

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

§2. Перемещение

Упражнение:

1
2
3
4
5

§3. Определение координаты движущегося тела

Вопросы:

1
2
3

§4. Перемещение при прямолинейном равномерном движении

Упражнение:

1
2
1
2
3

§5. Прямолинейное равноускоренное движение. Ускорение

Вопросы:

1
2
3

§6. Скорость прямолинейного равноускоренного движения. График
скорости

Упражнение:

1
2

§7. Перемещение при прямолинейном равноускоренном движении

Вопросы:

1
2
3
4

§8. Перемещение тела при прямолинейном равноускоренном движении без
начальной скорости

Упражнение:

1
2

§9. Относительность движения

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

§10. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Упражнение:

1
2
3

§11. Второй закон Ньютона

Вопросы:

1
2
3

§12. Третий закон Ньютона

Упражнение:

1
2
3
4
5

§13. Свободное падение тел

Вопросы:

1
2

§14. Движение тела, брошенного вертикально вверх. Невесомость

Упражнение:

1
2
3

§15. Закон всемирного тяготения

Вопросы:

1
2
3
4
5

§16. Ускорение свободного падения на Земле и других небесных телах

Упражнение:

1
2
3

§17. Прямолинейное и криволинейное движение

Вопросы:

1
2
3

§18. Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью

Упражнение:

1
2
3
4
5

§19. Искусственные спутники Земли

Вопросы:

1
2
3
4
5

§20. Импульс тела. Закон сохранения импульса

Упражнение:

1

§21. Реактивное движение. Ракеты

Вопросы:

1
2
3
4
5

§22. Вывод закона сохранения механической энергии

Упражнение:

1
2
3
4
5
6

Вопросы:

1
2
3
4
5

Упражнение:

1
2
3

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Упражнение:

1
2
3

Вопросы:

1
2
3
4
5

Упражнение:

1

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Упражнение:

1
2
3
4
5

Вопросы:

1
2
3
4
5

Упражнение:

1
2
3
4
5
6

Вопросы:

1
2
3

Упражнение:

1
2
3

Вопросы:

1
2
3
4

Упражнение:

1
2
3
4
5

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Упражнение:

1
2

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Упражнение:

1
2
3
4

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Упражнение:

1
2
3
4

Вопросы:

1
2
3

Упражнение:

1
2
3

Задание:

1

Проверь себя:

1
2
4
5

(Параграфы с 23 по 33) Механические колебания и волны. Звук.

§23. Колебательное движение. Свободные колебания

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

§24. Величины, характеризующие колебательное движение

Упражнение:

1
2
3

§25. Гармонические колебания

Вопросы:

1
2
3
4
5

§26. Затухающие колебания. Вынужденные колебания

Упражнение:

1
2
3
4
5
6

§27. Резонанс

Задание:

1

§28. Распространение колебаний в среде. Волны

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

§29. Длина волны. Скорость распространения волн

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

§30. Источники звука. Звуковые колебания

Упражнение:

1
2
3
4

§31. Высота, тембр и громкость звука

Вопросы:

1
2
3
4
5

§32. Распространение звука. Звуковые волны

Упражнение:

1
2
3

§33. Отражение звука. Звуковой резонанс

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

Вопросы:

1
2
3
4

Упражнение:

1
2
3

Вопросы:

1
2
3
4
5

Упражнение:

1

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

Упражнение:

1
2
3

Вопросы:

1
2
3
4
5

Упражнение:

1
2
3
4
5
6

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Задание:

1

Проверь себя:

1
2
3
4

Электромагнитное поле. (Параграфы с 34 по 51)

§34. Магнитное поле

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7
8

§35. Направление тока и направление линий его магнитного поля

Упражнение:

1
2
3

§36. Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило
левой руки

Вопросы:

1
2
3
4
5

§37. Индукция магнитного поля

Упражнение:

1
2
3
4

§38. Магнитный поток

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

§39. Явление электромагнитной индукции

Упражнение:

1
2
3
4
5

§40. Направление индукционного тока. Правило Ленца

Вопросы:

1
2
3
4
5

§41. Явление самоиндукции

Упражнение:

1
2

§42. Получение и передача переменного электрического тока.
Трансформатор

Вопросы:

1
2
3
4

§43. Электромагнитное поле

Упражнение:

1

§44. Электромагнитные волны

Вопросы:

1
2
3
4

§45. Колебательный контур. Получение электромагнитных колебаний

Упражнение:

1
2

§46. Принципы радиосвязи и телевидения

Вопросы:

1
2
3
4
5

§47. Электромагнитная природа света

Упражнение:

1
2

§48. Преломление света. Физический смысл показателя преломления

Вопросы:

1
2
3
4
5

§49. Дисперсия света. Цвета тел

Упражнение:

1

§50. Типы оптических спектров

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7
8

§51. Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых
спектров

Упражнение:

1
2

Вопросы:

1
2
3
4

Упражнение:

1

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Упражнение:

1
2
4

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

Упражнение:

1

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

Упражнение:

1

Вопросы:

1
2
3
4

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Упражнение:

1
2
3
4

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

Упражнение:

1
2
3

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

Вопросы:

1
2
3
4

Задание:

1

Проверьте себя:

1
2
3
4

Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. (Параграфы с 52 по 62)

§52. Радиоактивность. Модели атомов

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

§53. Радиоактивные превращения атомных ядер

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

§54. Экспериментальные методы исследования частиц

Упражнение:

1
2
3
4
5

§55. ПОткрытие протона и нейтрона

Вопросы:

1
2
3
4
5

§56. Состав атомного ядра. Ядерные силы

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

§57. Энергия связи. Дефект массы

Упражнение:

1

§58. Деление ядер урана. Цепная реакция

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

§59. Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в
электрическую энергию

Упражнение:

1
2
3
4
5
6

§60. Атомная энергетика

Вопросы:

1
2
3

§61. Биологическое действие радиации. Закон радиоактивного распада

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

§62. Термоядерная реакция

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Вопросы:

1
2
3
4

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Вопросы:

1
2
3
4
5
6
7

Проверьте себя:

1
2
3
4

(Параграфы с 63 по 67) Строение и эволюция вселенной.

§63. Состав, строение и происхождение Солнечной системы

Вопросы:

1
2
3
4

§64. Большие планеты Солнечной системы

Вопросы:

1
2
3
4
5

§65. Малые тела Солнечной системы

Упражнение:

1
2

§66. Строение, излучения и эволюция Солнца и звёзд

Вопросы:

1
2
3
4

§67. Строение и эволюция Вселенной

Вопросы:

1
2
3
4
5
6

Вопросы:

1
2
3

Задание:

1
2

Проверьте себя:

1
2
3
4

Лабораторные работы. (с 1 по 9)

Лабораторная работа №1. Исследование равноускоренного движения без начальной скорости
Лабораторная работа №2. Измерение ускорения свободного падения
Лабораторная работа №3. Исследование зависимости периода и частоты свободных колебаний нитяного маятника от его длины
Лабораторная работа №4. Изучение явления электромагнитной индукции
Лабораторная работа №5. Наблюдение сплошного и линейчатых спектров испускания
Лабораторная работа №6. Измерение естественного радиоационного фона дозиметром
Лабораторная работа №7. Изучение деления ядра атома урана по фотографии треков
Лабораторная работа №8. Оценка периода полураспада находящихся в воздухе продуктов распада газа радона
Лабораторная работа №9. Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям

ЛР-8. Оценка периода полураспада находящихся в воздухе продуктов распада газа радона > ЛР-8. Оценка периода полураспада находящихся в воздухе продуктов распада газа радона