Кто-нибудь может объяснить причину полураспада простым языком? Конкретно - почему за одно и тоже время распадается одинаковый процент вещества?

02 января в 21:21
498
Ответы (20)
  • 3 января 2017 в 17:45 • #
    Илшат Ишем

    курс физики, учебник для 11 класса, раздел "Физика атома и атомного ядра" (последний)

  • 3 января 2017 в 17:47 • #
    Илшат Ишем

    чтобы понять, что имеет в виду учитель - взять "метод.рекомендации", лучше от того же автора, что писал и учебник...

    в учебнике он учит учащихся, в МР - учителей, как научить учащихся

    двойной ликбез...

  • Давно это было.

    Причина атомного распада вообще - в том что изотоп отличен от стабильного, "подкачан". В каждом атоме такого вещества запасена избыточная энергия, и он легко распадается, к примеру, на два стабильных атома других веществ. С её выделением, она выделяется излучением.

    Особо легко это происходит при внешнем воздействии - изначально, к примеру, случайного кванта космических лучей, которые постоянно пронизывают всё вокруг, а потом - излучение при распаде одного атома цепляет другой.

    Энергия выделяется в разных диапазонах частот, для части из образующихся лучей/частиц само вещество хорошо прозрачно, и потому они могут попасть в очередной его атом где угодно.

    То есть это, говоря, как просили, попросту, вместо как горение полена к примеру, которое только по краю идёт, и потому зависит от его формы - пожар на складе пиротехники, типа того который на днях в Мексике произошёл. Достаточно случайно запалить одну петарду, а потом куда именно отлетит очередная ракета сказать сложно, но ясно что она куда-то попадёт и что-то там ещё запалит.

    Там кроме петард и ракет есть шутихи, бенгальские огни, и прочее на все вкусы, и потому какую именно форму имеет склад всё равно. Он всё равно загорится целиком очень быстро.

    Между тем, поскольку между отдельными ящиками есть какое-то расстояние, и нет такого что горение одного автоматически означает горение другого рядом, то сначала выгорит большая часть, потом больший остаток от меньшей части, и теде.

    В своё время это популярно объясняли машиной из сотни мышеловок кидавших в стороны грузики когда в них такие же грузики попадали - очень зрелищный был эксперимент.

  • 4 января 2017 в 04:02 • #
    Илшат Ишем

    совсем "запудрили девочке мозги"... ;-) ах, простите... профессия ж :-)
    куда уж выпускнику фмш 70х

  • 4 января 2017 в 08:01 • #
    Мария Томилова

    Ильшат, Вы вообще не ответили. Так что идите, почитайте учебники самостоятельно.
    ____________
    Виктор Владимирович, спасибо за ответ, но Вы описываете РАСПАД и цепную реакцию. Я же спросила о причине ПОЛУраспада. То есть - почему не весь склад с петардами взрывается сразу, но ровно половина его содержимого) При чем, по сути, чем меньше остается невзорвавшихся петард, тем медленнее они продолжают взрываться. Или напротив, скорость остается прежней, но количество уменьшается все время в 2 раза. И если один ящик из склада вытащить, то он все-равно взорвется через тот же промежуток времени, но опять же - не весь сразу, а только половина))) Есть ли этому объяснение?

  • 4 января 2017 в 11:08 • #
    Василий Комокопов
    Конкретно - почему за одно и тоже время распадается одинаковый процент вещества?

    Это не совсем корректное утверждение. А точнее совсем неверная истина.
    Период полураспада – время, за которое распадается данное (не каждое, определенное, уникальное) вещество.

    Для кого-то период полураспада доли секунды, это тяжеленные атомы – ураны (их несколько вариантов – изотопов), плутонии и прочие, в том числе и те, которых еще нет в таблице Менделеева.
    Точнее, они вроде бы и есть, и для них даже существует ячейка с табличкой. Но читать «Здесь живет Америций» не получается. Правильнее «Здесь только что побывал америций» – он был и тут же полураспался с огромной скоростью.

    Почему тяжелые атомы легко разваливаются?
    Представьте копну сена. Нагрузить ее на телегу – оё-ёй! При небольшом толчке все сено разлетится по дороге. Поэтому крестьяне подбирают оптимальные размеры копенок. Большая, чтобы меньше езды и мелкая, чтобы меньше возни с собиранием рассыпавшегося сена. Берем оптимум.

    А теперь погрузим в корзинку картошку и пройдем с ней то же расстояние, что и стог сена на телеге! Много ли мы потеряем картошки? Почти ничего, если не будем задирать голову – не идет ли дождь.

    Так и тяжелые элементы. Рассыпаются, как сено. И эта большая скорость используется в развитии человечества – создано ядерное оружие.

    А что делать с теми, у кого этот период длинный – вон углерод тысячелетиями рассыпается и никак не рассыплется. Куда его девать?
    А углерод с его муторным распадом мы применяем для определения возраста.
    Конечно, возраст бабушки углеродом не вычислить -проще посмотреть паспорт.
    Но находят иногда интересные вещи. Непонятные штуковины, кажущиеся антикварными. Толи зуб мудрости, то ли гнездо мамонта. Вот тут-то и считают – сколько углерода сохранилось в первоначальном виде.
    Точность, конечно, так себе. Вернее, вообще никакая. Но пока не придумали ничего лучшего.

    И последнее – почему полураспад. Не полный…
    Ну, представьте себе, что тает снег. Через полчаса остается ровно половина кучи. Вы можете придти и через полчаса, и через сорок минут – и все равно полюбуетесь снегом.. Ну, лужицей.
    А вот если Вы придете через час.. То что? Правильно! Будете задаваться вопросом «А был ли мальчик-то».

  • 4 января 2017 в 13:05 • #
    Илшат Ишем

    Мария - каков вопрос, таков и ответ... и не стоит обижаться - мои ответы были вполне адекватны и конкретны, достаточно было лишь скопировать слова "Физика атома и атомного ядра. Период полураспада" и вставить их в поисковик - и вуаля!

    - из школьного курса: Физика атома и атомного ядра

    -ещё проще, по-бытовому: Период полураспада доступным языком


    Подобные вопросы можно задавать и на сайте Минобрнауки - называется "устраняем пробелы ЕГЭ" (т.е. собственные ошибки МОН)

  • 4 января 2017 в 13:19 • #
    Илшат Ишем

    Василий, про снег вы не очень правы (точнее очень неправы) - период полураспада и время полного распада связаны не арифметически и даже не геометрически... падение количества распавшихся частиц экспоненциально:

    Период полураспада и полный радиоактивный распад, второй абзац

    и через час лужицу вы увидите, если только будет оттепель... да и вообще таяние снега - это не распад, а смена состояния (законы абсолютно другие)... поэтому пример некорректен...

    (но без обид, вины ж моей тут нет, надеюсь?) :-)

  • Такого действия как полураспад в природе нет, это только наше описание. Есть такое действие как распад.

    Относительно ящиков. Расстояние между атомами в каком угодно объёме вещества одно и то же, и их такое количество в каком угодно макрообъёме что по факту у нас нет возможности вытащить один ящик, а есть только возможность вытащить существенную часть склада, без существенного изменения происходящих в этой части процессов.

    Что же до распада определённой части вещества - когда склад выгорает то ракеты продолжают лететь, но попадают в пепел без особых последствий. Чем больше уже выгорело тем меньше у конкретной ракеты шанс что то зажечь. Выгорела половина - шанс вдвое меньше. Осталась четверть - шансов, соответственно, одна четвёртая, и потому эта половина выгорает столько же сколько горело целое до того как стать половиной.

    Иными словами, зажигать надо пока молодые - потом просто нет с кем.

  • 4 января 2017 в 20:31 • #
    Мария Томилова

    Ильшат, спасибо за подсказку, особенно про сайт. Но, боюсь, что и в учебниках нет иного ответа на данный вопрос, кроме как про статистику и вероятности. Мне же хочется понять, почему, по какой причине срабатывает такая ститистика и такая вероятность.
    Вот, Виктор Владимирович в примере с фейерверками, объясняет это как следствие того, что происходит цепная реакция. НО!
    ------------
    Виктор Владимирович, вся штука в том, что известные мне объяснения утверждают обратное - распадающиеся радиоактивные элементы НЕ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ с себе подобными, равно как и с атомами, образовавшимися в результате распада.
    Вы в своем примере утверждаете, что атомы изначально не активны, но имеют некий потенциал, который начинает срабатывать после бомбардировки частицами, вылетающими из других (активных) атомов?
    Если бы было такое взаимодействие, то я бы с вами согласилась. Это действительно логично - часть вещества распадается, и при этом из начального количества вещества (состоящего из распавшихся и нераспавшихся атомов) часть электронов или других частиц выделяется в окружающую среду, а другая часть поглощается атомами вещества, неактивными или распавшегося ранее, они восстанавливаются (или активируются) и цикл начинается для них заново. Чем больше вещества распалось, тем больше вероятность восстановления (или активации неактивных ранее) атомов по сравнению с выделением в окружающую среду.

    НО! Насколько я понимаю, такого восстановления, равно как и активации, вследствие бомбардировки вылетевшими из активных атомов частиц, не происходит, все частицы при распаде выделяются в окружающую среду. И в таком случае получается, что скорость распада общего количества вещества не должна зависеть от "размеров склада", да она и не зависит! Она зависит только от свойств самого вещества...

    Или же есть данные, что описанные выше взаимодействия внутри радиоактивных веществ происходят?

    P.S. Петарды, попадая в золу, гаснут. Но электроны-то не гаснут) Они не могут вот так просто взять и погасить собственную энергию, они должны ее куда-то передать. Неактивные атомы при этом (насколько я понимаю) просто пропускают их по касательной.

  • 4 января 2017 в 20:35 • #
    Мария Томилова

    Хочу еще уточнить. Вопрос не касается ядерного взрыва. Вопрос об относительно стабильных, долгоживущих, состояниях, когда радиоактивное вещество способно существовать веками и тысячелетиями.

  • Что такое цепная реакция Вы знаете. Что она по сути идёт в том же самом радиоактивном веществе что и обычный распад, но при определённых начальных условиях, надо думать, знаете тоже - по крайней мере должны сознавать, потому что иначе у Вас отсутствовало бы объяснение тому почему бомба взрывается только когда её взрывают, а в иное время нет.

    Однако почему-то при таких входных данных Вы считаете цепную реакцию чем-то особенным, характерным только бомбе. На этом месте у меня уже есть основания думать что проблема, вместо как в отсутствии объяснения простой речью, в чём-то другом.

  • 4 января 2017 в 22:28 • #
    виктор м

    Единого мнения об этом нет. Есть предположения, что естественный радиоактивный распад изотопов инициируется частицами, видимо. нейтрино, возможно - ЭМ-квантами. Это предположение, во всяком случае, позволило бы объяснить характер экспоненциального убывания количества радиоактивного изотопа: меньше нестабильных атомов - меньше вероятность их взаимодействия с частицей, вызывающей распад ядра.

  • 5 января 2017 в 08:43 • #
    Саша Компанцев

    Уточняю механизм очень простой. Распад идет все время, накапливается некая критическая масса вещества наступает время распада. Рвуться связи атомов накопленной разложившейся массой в веществе.

  • 5 января 2017 в 18:37 • #
    Павел Киселев

    Нестабильность некоторых изотопов - просто одно из свойств материи. Так уж заведено в нашей вселенной, что существуют элементы, которые с некоторой вероятностью могут отдать часть энергии в окружающее пространство и переродиться в другие элементы, с меньшей энергией и более стабильные.
    Время полураспада - статистическая величина.

  • 6 января 2017 в 11:12 • #
    Александр Бечин

    Много тут всякой ахинеи понаписали, не имеющей отношения к вопросу!
    Всё гораздо проще: вероятность распада каждого атома в единицу времени λ есть величина постоянная, независящая от того, сколько времени он до этого не распадался. Дальше составляем дифференциальное уравнение для количества оставшихся атомов, и получаем функцию типа N0·exp(–λ·t)

  • 6 января 2017 в 11:12 • #
    Дмитрий Бородин

    Потому что, как вы и описали, за один определённый период времени, распадается определённая часть атомов. Не могут все атомы разрушится, разрушается только часть. Неужели не понятно?

    Ну как бы деревья в лесу, от сильного ветра не все же валятся сразу, скажем, поле часа бушующего урагана.

  • 9 января 2017 в 11:16 • #
    Василий Сафонов

    Все попытки объяснить искусственно введенный термин "период полупраспада" говорит только о том, что наука сама до сих пор не может понять , а как это собственно происходит .....
    С таким-же успехом можно применять "четверть распада" или чем плох "распад". Мария не морочьте себе голову (если конечно Вы не физик-ядерщик). Главное, чтобы Вы поняли, что "интенсивность" радиоактивности с течением времени уменьшается, и этот термин отображает эту интенсивность численно, чтобы можно было сравнивать.
    Сейчас понимание ядерной физики такое как есть (в основном через математическую вероятность), через 20-30 лет (а то и раньше) построят какой-нибудь "синхро-фазо-мега-нано-трон" , который выдаст что-то ЯВНО неопровержимое, и все профессора и академики сдуются и начнут лепетать по новом, в лучшем случае без боя ......

  • 10 января 2017 в 13:53 • #
    Ратмир Гайнуллин

    Есть еще одна версия строения атома, на которую почему-то никто особого внимания не обращает. Хотя такая трактовка строения атома объясняет гораздо больше, чем ядро-электрон. Это электроатом. Думаю со мной многие согласятся, что в природе не существует ни отрицательных, ни положительных зарядов. Заряд он есть или его нет. С позиции электроатома термин "полураспад" он вообще не приемлем, так как связан с таким понятием как "время", а все автоматизаторы знают, если автоматизацию какой-нибудь системы выполнять через указание времени, то такая система просто прекратит работу, так как "время" это не физическая величина, а надуманная и нематериальная. Если говорить верно с точки зрения физики и математики, то распад должен звучать так: "Какое количество колебаний нужно сделать атому до его полного разрушения или перехода в иной атом". А вот дальше пошли условия: 1. Насыщенность среды зарядами; 2.Какой вид зарядов преобладает в среде?; 3. Разрушение электроатома какой вид зарядов вторично порождает в большей степени?; Какой вид зарядов порождает изменение в электроатоме в большей мере? и т.д. и т.п.(Пример: полиэтиленовая пленка быстрее разрушается при длительном воздействии солнечного света, чем в полной темноте, а период полураспада 1,5 тыс.лет - это как?) Правильно в теме кто-то сказал, что касаемо атомной физики - это в большей степени статистические обработки, которые частично отражают закономерности, но не физические законы. Таково, кстати, ремесло "экономика" и "политика", именно ремесло, так как в чистой науке не бывает кризисов. Кризисы случаются только тогда, когда математическая модель перестает работать, а это случается тогда, когда математическая модель была слеплена неверно, а на основе статистики, не углубляясь в смысл происходящего. Именно по этому у Теслы получилось на практике кое-что создать, а электрон Энштейна все видели только на картинке, потому что его не существует.

  • 11 января 2017 в 19:22 • #
    Василий Сафонов

    Как писал сам Тесла, он создал многое потому, что ему "проецировались готовые решения" в голову ...... Кто и как проецировал он сам не знает, может поэтому все патенты которые есть в полной мере воспроизвести невозможно. Интересно он сам-то понимал до конца то, что делал .... Тоже непонятно.
    Насчет современной физики - по сути мы почти ничего не знаем, основные достижения это выявленные опытным путем закономерности, но почему они таки - большой вопрос, одни теории ....

>