Що називається періодом напіврозпаду радіоактивного елемента. Як розрахувати період напіврозпаду

Багато хто звикли думати, що географія займається вирішенням виключно одного питання: "Як дістатися з пункту А в пункт Б?" Насправді ж, у сфері інтересів цієї науки - цілий комплекс серйозних і Сучасна географіямає достатньо складну структуру, Що передбачає поділ її на безліч різних дисциплін. Однією є фізико-географічна наука. Саме про неї піде мовау цій статті.

Географія як наука

Географія – це наука, що вивчає просторові особливості організації географічної оболонкиЗемлі. Саме слово має давньогрецьке коріння: "гео" - земля і "графо" - пишу. Тобто буквально термін "географія" можна перекласти як "землеопис".

Першими вченими-географами були стародавні греки: Страбон, Клавдій Птолемей (який видав восьмитомну працю під назвою "Географія"), Геродот, Ератосфен. Останній, до речі, перший виміряв параметри, причому зробив це досить точно.

Головні оболонки планети – це літосфера, атмосфера, біосфера та гідросфера. Географія акцентує свою увагу саме на них. Вона досліджує особливості взаємодії компонентів географічної оболонки всіх цих рівнях, і навіть закономірності їх територіального розміщення.

Основні географічні науки та напрямки географії

Географічну науку прийнято розділяти на два основні розділи. Це:

1. Фізико-географічна наука.
2. Соціально-економічна географія.

Перша вивчає природні об'єкти(моря, гірські системи, озера тощо), а друга - явища та процеси, що відбуваються у суспільстві. У кожної їх - свої методи дослідження, які можуть відрізнятися кардинально. І якщо дисципліни з першого розділу географії ближчі до природничим наукам(фізика, хімія і т. д.), то другі - до гуманітарних наук (таких як соціологія, економіка, історія, психологія).

У цій статті ми приділимо увагу першому розділу географічної науки, Перерахувавши всі основні напрямки географії саме фізичної.

Фізична географія та її структура

Дуже багато часу знадобиться на те, що перерахувати всі проблеми, що цікавлять фізичних географів. Відповідно і кількість наукових дисциплін налічує далеко не один десяток. Особливості поширення ґрунтів, динаміка закритих водойм, формування рослинного покриву природних зон- усе це приклади фізичної географії, вірніше, проблеми, які її цікавлять.

Фізичну географію можна структурувати за двома принципами: територіальним та компонентним. Згідно з першим, виділяється фізична географіясвіту, материків, океанів, окремих країнчи регіонів. Відповідно до другого принципу виділяють цілий спектр наук, кожна з яких займається вивченням конкретної оболонки планети (або її окремих компонентів). Так, фізико-географічна наука включає в себе велика кількістьвузьких галузевих дисциплін. Серед них:

• науки, що вивчають літосферу (геоморфологія, географія ґрунтів з основами ґрунтознавства);
• науки, які вивчають атмосферу (метеорологія, кліматологія);
• науки, що вивчають гідросферу (океанологія, лімнологія, гляціологія та інші);
• науки, що вивчають біосферу (біогеографія).

У свою чергу, загальна фізична географія узагальнює результати досліджень усіх цих наук та виводить глобальні закономірності функціонування географічної оболонки Землі.

Науки, що вивчають літосферу

Літосфера і - це один з найголовніших об'єктівдослідження фізичної географії Вони вивчаються, переважно, двома науковими географічними дисциплінами – це геологія та геоморфологія.

Тверда оболонка нашої планети, що включає земну кору та верхню частинумантії, – це літосфера. Географія цікавиться як внутрішніми процесами, що у ній відбуваються, і зовнішніми їх проявами, вираженими у рельєфі земної поверхні.

Геоморфологія - це наука, що вивчає рельєф: його походження, принципи формування, динаміку розвитку, і навіть закономірності географічного поширення. Які процеси формують зовнішній вигляднашої планети? Ось головне питання, на який покликана відповідати геоморфологія

Нівелір, рулетка, кутомір - ці інструменти були основними у роботі геоморфологів колись. Сьогодні ж вони все частіше користуються такими методами, як комп'ютерне та математичне моделювання. Найкращі тісні зв'язкиу геоморфології - з такими науками, як геологія, геодезія, ґрунтознавство та містобудування.

Результати досліджень цієї науки мають величезне практичне значення. Адже геоморфологи не лише вивчають форми рельєфу, а й оцінюють його для потреб будівельників, прогнозують негативні явища (зсуви, обвали, селі тощо), моніторять стан берегової лініїі так далі.

Центральним об'єктом вивчення геоморфології є рельєф. Це комплекс усіх нерівностей земної поверхні (або поверхні інших планет і небесних тіл). Залежно від масштабу, рельєф прийнято ділити на: мегарельєф (або планетарний), макрорельєф, мезорельєф та мікрорельєф. Основні елементи будь-якої форми рельєфу - це схил, вершина, тальвег, вододіл, днище та інші.

Рельєф формується під впливом двох процесів: ендогенних (або внутрішніх) та екзогенних (зовнішніх). Перші зароджуються в товщі та мантії: це тектонічні рухи, магматизм, вулканізм. Екзогенні процесивключають два діалектично пов'язаних процесу: денудацію (руйнування) та акумуляцію (накопичення твердого матеріалу).

Серед геоморфології виділяють такі:

• схилові процеси (форми рельєфу - обвали, осипи, абразивні береги тощо);
• карстові (воронки, карри, підземні печери);
• суффозійні ("степові блюдця", поди);
• флювіальні (дельти, річкові долини, балки, яри та ін);
• льодовикові (ози, ками, морені горби);
• еолові (дюни та бархани);
• біогенні (атоли та коралові рифи);
• антропогенні (шахти, кар'єри, насипи, відвали тощо).

Науки, що вивчають ґрунтовий покрив

В університетах існує спеціальний курс: "Географія ґрунтів з основами ґрунтознавства". Він включає в себе суміжні знаннятрьох наукових дисциплін: власне, географії, фізики та хімії.

Грунт (або ґрунт) - це верхній шар земної кори, Який відрізняється родючістю. Він складається з материнської гірської породи, води, а також перегнилих залишків живих організмів

Географія ґрунтів займається вивченням загальних закономірностейзонального поширення ґрунтів, а також розробкою принципів ґрунтово-географічного районування. Наука поділяється на загальну географіюгрунтів та регіональну. Остання вивчає та описує ґрунтовий покривконкретних регіонів, а також складає відповідні ґрунтові карти.

Головні методи дослідження цієї науки - порівняльно-географічний та картографічний. У Останнім часомвсе частіше використовується також метод комп'ютерного моделювання(як і загалом – у географії).

Ця наукова дисципліна виникла ще в XIX столітті. Її батьком-засновником прийнято вважати видатного вченого та дослідника – Василя Докучаєва. Своє життя він присвятив вивченню ґрунтів південної частини Російської Імперії. На основі своїх численних дослідженьвін виявив основні і закономірності зонального поширення грунтів. Йому також належить ідея використання полізахисних лісосмуг для захисту родючого шару ґрунтів від ерозії.

Навчальний курс "Географія ґрунтів" викладають в університетах, на географічних та біологічних факультетах. Найперша кафедра грунтознавства у Росії було відкрито 1926 року у Ленінграді, а перший підручник з цієї дисципліни - виданий 1960 року.

Науки, що вивчають гідросферу

Гідросфера Землі - одна з її оболонок. Її комплексним вивченням займається наука гідрологія, у структурі якої виділяють ряд вужчих дисциплін.

Гідрологія (дослівний переклад з грецької мови: "вчення про воду") - це наука, що вивчає все водні об'єктипланети Земля: річки, озера, болота, океани, льодовики, підземні води, і навіть штучні водойми. Крім цього, у сферу її наукових інтересіввходять процеси, які характерні для цієї оболонки (такі як замерзання, випаровування, танення тощо).

У своїх дослідженнях гідрологія активно використовує методи як географічної науки, так і методи фізики, хімії, математики. До основних завдань цієї науки можна віднести такі:

• дослідження процесів круговороту води у природі;
• оцінка впливу людської діяльностіна стан та режим водних об'єктів;
• опис гідрологічної сітки окремих регіонів;
• розробка методів та способів раціонального використання водних ресурсівЗемлі.

Гідросфера Землі складається з вод Світового океану (близько 97%) та вод суші. Відповідно, виділяють два великі розділи цієї науки: це океанологія і гідрологія суші.

Океанологія (вчення про океан) - наука, об'єктом вивчення якої є Океан та його структурні елементи(моря, затоки, течії тощо. буд.). Велика увагаакцентує дана наукана взаємодії Океану з материками, атмосферою, тваринним світом. По суті, океанологія є комплексом різних дрібних дисциплін, які займаються детальним дослідженням хімічних, фізичних і біологічних процесів, що протікають у Світовому океані.

На сьогоднішній день прийнято виділяти на нашій чудовій планеті 5 океанів (щоправда, деякі дослідники вважають, що їх все-таки чотири). Це Тихий океан(найбільший), Індійський (найтепліший), Атлантичний (найнеспокійніший), Північний Льодовитий (найхолодніший) і Південний (наймолодший).

Гідрологія суші - це великий розділ гідрології, що вивчає все поверхневі водиЗемлі. У її структурі прийнято виділяти ще кілька наукових дисциплін:

• потамологія (предмет вивчення: гідрологічні процеси у річках, і навіть особливості формування річкових систем);
• лімнологія (вивчає водний режим озер та водосховищ);
• гляціологія (об'єкт дослідження: льодовики, а також інші льоди, що знаходяться в гідро-, літо- та атмосфері);
• болотознавство (вивчає болота та особливості їх гідрологічного режиму).

У гідрології ключове місце належить стаціонарним та експедиційним дослідженням. Дані, отримані внаслідок цих методів, пізніше обробляються у спеціальних лабораторіях.

Крім усіх цих наук, гідросферу Землі також вивчає гідрогеологія (наука про підземних водах), гідрометрія (наука про методи гідрологічних досліджень), гідробіологія (наука про життя в водному середовищі), інженерна гідрологія (вивчає вплив гідротехнічних спорудрежим водних об'єктів).

Науки, що вивчають атмосферу

Вивчення атмосфери здійснюють дві дисципліни – це кліматологія та метеорологія.

Метеорологія - це наука, яка вивчає всі процеси та явища, що відбуваються в земній атмосфері. У багатьох країнах світу її називають фізикою атмосфери, що, загалом, більше відповідає предмету її вивчення.

Метеорологію цікавлять насамперед такі процеси та явища, як циклони та антициклони, вітри, атмосферні фронти, хмари тощо. Структура, хімічний складі загальна циркуляціяатмосфери є також важливими предметами дослідження цієї науки.

Вивчення атмосфери дуже важливо для мореплавання, сільського господарствата авіаційної справи. Продуктами діяльності метеорологів ми користуємося практично щодня (йдеться про прогнози погоди).

Кліматологія - це одна з дисциплін, що входять до структури загальної метеорології. Об'єктом дослідження цієї науки є клімат - багаторічний режим погоди, який характерний для певної (порівняно великої) ділянки земної кулі. Олександр фон Гумбольдт, і Едмонд Галлей зробили перший внесок у розвиток кліматології. Саме їх можна вважати "батьками" цієї наукової дисципліни.

Основний метод наукового дослідження у кліматології – це спостереження. Причому, щоб скласти кліматологічну характеристику будь-якої території помірному поясінеобхідно близько 30-50 років проводити відповідні спостереження. До головних кліматичним характеристикамрегіону належать такі:

• атмосферний тиск;
• Температура повітря;
• вологість повітря;
• хмарність;
• сила та напрям вітру;
• хмарність;
• кількість та інтенсивність атмосферних опадів;
• тривалість безморозного періоду тощо.

Багато сучасні дослідникистверджують, що глобальні зміниклімату (зокрема, йдеться про глобальне потепління) не залежать від господарської діяльностілюдину і мають циклічний характер. Так, холодні та вологі сезони чергуються з теплими та вологими, приблизно через кожні 35-45 років.

Науки, що вивчають біосферу

Ареал, геоботаніка, біогеоценоз, екосистема, флора та фауна – усіма цими поняттями активно оперує одна дисципліна – біогеографія. Вона займається детальним вивченням "живої" оболонки Землі - біосфери, і знаходиться якраз на стику двох великих областей наукових знань(про які науки конкретно йде мова- Нескладно здогадатися із назви дисципліни).

Біогеографія вивчає закономірності поширення живих організмів на поверхні нашої планети, а також детально описує рослинний і тваринний світ(флору та фауну) її окремих частин(Континентів, островів, країн тощо).

Об'єктом дослідження цієї науки є біосфера, а предметом - особливості географічного поширення живих організмів, і навіть формування їх груп (біогеоценозів). Таким чином, біогеографія не тільки розповість про те, що білий ведмідь проживає в Арктиці, але й пояснить, чому він там мешкає.

У структурі біогеографії виділяють два великі розділи:

• фітогеографія (або географія флори);
• зоогеографія (або географія тварин).

Великий внесок у розвиток біогеографії як автономної наукової дисципліни зробив радянський учений В. Б. Сочава.

У своїх дослідженнях сучасна біогеографія використовує великий арсенал методів: історичний, кількісний, картографічний метод порівняння та моделювання.

Фізична географія материків

Є й інші об'єкти, вивчення яких займається географія. Материки – одні з таких.

Материк (або континент) - порівняно велика за площею ділянка земної кори, що виступає над водами Світового океану і оточена ним з усіх чотирьох сторін. За великим рахунком, ці два поняття є словами-синонімами, проте "континент" - термін географічніший, ніж "материк" (що частіше використовується в геології).

На планеті Земля прийнято виділяти 6 континентів:

• Євразія (найбільший).
• Африка (найспекотніший).
• Північна Америка (самий контрастний).
• Південна Америка (найдикіший і невивчений).
• Австралія (найпосушливіший).
• та Антарктида (найхолодніший).

Однак такий погляд на кількість материків на планеті поділяють далеко не всі країни. Так, наприклад, у Греції прийнято вважати, що у світі лише п'ять континентів (виходячи з критерію населеності). А ось китайці впевнені, що континентів на Землі – сім (Європу та Азію вони вважають різними континентами).

Деякі материки ізольовані водами Океану повністю (як, наприклад, Австралія). Інші - з'єднані один з одним перешийками (як Африка з Євразією, чи обидві Америки).

Існує цікава теорія дрейфу материків, яка стверджує, що раніше вони були єдиним суперконтинентом під назвою Пангея. А навколо нього "плескався" один океан - Тетіс. Пізніше Пангея розкололася на дві частини - Лавразію (яка включала сучасну Євразію та Північну Америку) і Гондвану (включала всі інші, "південні" материки). Вчені припускають, ґрунтуючись на законі циклічності, що в далекому майбутньому всі материки знову зберуться в один цілісний континент.

Фізична географія Росії

Фізична географія конкретної країни передбачає вивчення та характеристику таких природних компонентів, як:

• геологічну будову та корисні копалини;
• рельєф;
• клімат території;
• водні ресурси;
• ґрунтовий покрив;
• рослинний та тваринний світ.

Завдяки величезної територіїкраїни, дуже різноманітна. Великі рівнини тут межують із високими гірськими системами(Кавказ, Саяни, Алтай). Надра країни багаті на різні корисні копалини: це нафта і газ, кам'яне вугілля, мідні та нікелеві руди, боксити та інші.

У межах Росії виділяють сім типів клімату: від арктичного крайньої півночі - до середземноморського узбережжя Чорного моря. Територією держави протікають найбільші річкиЄвразії: Волга, Єнісей, Олена та Амур. У Росії перебуває і саме глибоке озеропланети - Байкал. Тут можна побачити величезні масиви заболочених земель та грандіозні льодовики на гірських вершинах.

Вісім природних зон виділяють на території Росії:

• зона арктичних пустель;
• тундри;
• лісотундра;
• зона змішаних та широколистих лісів;
• лісостеп;
• степ;
• зона пустель та напівпустель;
• субтропічна зона (на узбережжі Чорного моря).

Шість типів ґрунтів налічується в межах країни, серед яких чорнозем - найродючіший ґрунт на планеті.

Висновок

Географія – це наука, що вивчає особливості функціонування географічної оболонки нашої планети. Остання складається з чотирьох основних оболонок: це літосфера, гідросфера, атмосфера та біосфера. Кожна з них є об'єктом дослідження для цілого ряду географічних дисциплін. Наприклад, літосфера та рельєф Землі вивчається геологією та геоморфологією; вивченням атмосфери займається кліматологія та метеорологія, гідросфери – гідрологія тощо.

Загалом географія ділиться на два великі розділи. Це фізико-географічна наука та соціально-економічна географія. Першу цікавлять природні об'єкти та процеси, а другу – явища, що відбуваються у суспільстві.

Процес розвитку географії, однієї з найстаріших наук, тривалий і складний.

На перших етапах розвитку географії вона була наукою описової єдиної. Перші дослідники - географи займалися описом Землі. Вони описували все, що бачили в чужій країні: природу - рельєф, клімат, рослинність, тварин, - описували господарство, звичаї, звичаї, побут людей, державний устрій. Узагальнень теоретичного характеру робилося мало, зароджувались лише елементи теорії. Проте поступово географія перетворювалася на теоретичну науку, тобто. вивчає процеси та явища, закони природи, розміщення та розвиток господарства та ін.

Як тільки географія перейшла від опису явищ до їхнього вивчення та осмислення, вона розділилася на дві основні гілки – фізичну та економічну географії. У кожній із цих гілок сформувалися по два напрямки. У фізичній географії – це загальна фізична географія та країнознавство, в економічній – економічна та соціальна географія світу та економіко-географічне країнознавство.

З науки описової, описово-пізнавальної вона поступово перетворювалася на науку експериментально – перетворювальну, конструктивну.

У географії, як і в інших науках, відбувався і відбувається складний об'єктивний процес їхнього диференціації - Виділення розділів, спеціалізованих більш вузьких галузей, підгалузей, навчань, теорій і т.д.

Так, вивченням компонентів ГО займаються приватні (компонентні) фізико-географічні науки, що свого часу відокремилися від колись єдиної фізичної географії. До них відносяться геологія (наука про геологічну будовута історії геологічного розвитку), геоморфологія (наука про рельєф), кліматологія (наука про клімат), океанологія (наука про Океан), гідрологія суші (наука про води суші), ґрунтознавство (наука про ґрунт), біогеографія (наука про закономірності розподілу та поєднання біоценозів і утворюють їх організмів), палеогеографія (що вивчає історію формування природних комплексів) та багато інших. Багато приватних наук, своєю чергою, діляться на дочірні науки. Формується своєрідне "дерево наук".

Вже зазначалося, що й фізична географія – наука природна, то географія економічна належить до наук суспільним, оскільки вивчає структуру та розміщення виробництва, умови та особливості його розвитку різних країнахта районах. Господарська діяльність громадян, розміщення виробництва залежить від природних умові водночас мають істотний вплив на них. У свою чергу економічна географія також ділиться на безліч приватних наук: географія промисловості, сільського господарства, населення, географія міст, транспорту і т.д.

Поряд із процесами диференціації, також об'єктивно йдуть процеси інтеграції наукових досліджень- Об'єднання окремих розділів, галузей, підгалузей, навчань, теорій та ін. в одне ціле. Обидва, здавалося б, протилежні та взаємовиключні процеси пов'язані з вимогами суспільної практики, зі спеціалізацією та концентрацією виробництва, з удосконаленням методів наукових досліджень, з НТП і відбуваються на різних рівняхрозвитку науки. Таким чином, диференціація та інтеграція у науці – 2 сторони єдиного процесу пізнання.

І якщо процес диференціації йде стихійно, то процеси інтеграції потребують організації та підтримки, міжнародного визнання. Для інтеграційних процесів, що включають глибокі міжнаукові узагальнення, потрібні сильні, широко освічені вчені. У процесі інтеграції виникають міждисциплінарні «прикордонні» напрямки, які зазвичай відрізняються свіжістю висновків, яскравістю, практичною значимістю. Вони знаходять вираз, наприклад, у створенні синтетичних карток (водогосподарських, медико-географічних і т.д.).

У світлі сказаного прогресивні ідеї формування єдиної географії на основі сучасних досягнень фізичної та економічної географії. Наприклад, без використання результатів фізико-географічних досліджень не може обійтися економічна географія. Вона «має спиратися на закономірності розвитку природних комплексів різного масштабу, що вивчаються фізичною географією». Зв'язок фізико-географічних досліджень з економічною географією надає їм певної цілеспрямованості та практичної значущості.

Методи географічних досліджень.Загальнонаучним філософським методом є метод матеріалістичної діалектики, відповідно до якого всі природні об'єкти та процеси розглядаються не як раз створені і застиглі освіти, але розглядаються в їх діалектичному розвитку. Від Всесвіту до краплі води у природі все живе, все розвивається.

У географії, крім того, є свої специфічні методи – інструментальних спостережень, польових досліджень, методи порівнянь та узагальнень, картографічний, дистанційний за допомогою аерофотозйомки та космічних спостережень, математичні (кількісні) методи, методи моделювання. Особливе місцеу вивченні природи та суспільства займає теорія систем.

Теорія систем виникла у 30 – роках минулого століття. Вперше її основи були сформульовані американським ученим Берталанфі і належала переважно до математики. В останні десятиліття вона стає загальнонауковим методому вивченні складних об'єктів та взаємодій. «Система – є комплекс елементів, які у взаємодії». Багато природних комплексів давно вивчаються як системи, що знаходить відображення навіть у назвах, термінології (річкова, гідрографічна система, система мусонної циркуляції, система течій, економічна, фінансова системата ін.). Природні системиіснують як в органічному, так і в неорганічному світі, вони можуть бути простими («хижак – жертва», «ручок-яр») і складними («система природа-населення-господарство»). Елементи системи та системи з навколишнім середовищем об'єднані прямими і зворотними зв'язками, мають стійкість, багато з них саморегулюються, саморозвиваються. Природні матеріальні системиволодіють обміном речовини та енергії, будучи в основному відкритими. Закриті системи створюються переважно у лабораторних умовах.

До характеристик системи відносять цілісність об'єкта, переробку інформації в ньому та про нього, специфічна поведінка об'єкта, виражена поняттям місії існування або функції, його специфічна будова (структура) та місії існування (функції), необхідність управління об'єктом, властивості розвитку та саморозвитку, відкритість системи , Через що вона здатна до самовдосконалення, ієрархічна будова, взаємозв'язок цілого і елементів, системна якість об'єкта та ін Система - це щось більше, ніж проста сума елементів, з яких вона складається. Нова якість суми елементів породжується їхньою взаємокоординацією в системі та взаємодії із середовищем.

Існує три основні групи визначень системи. До першої групи ставляться визначення, у яких система постає як комплекс об'єктів, процесів та явищ, що має місце у реальній дійсності, незалежно від спостерігача. Завдання останнього полягає в пошуку способу виділення системи з її середовища, аналіз системи з метою виявлення механізму її функціонування та здійснення керуючого впливу на систему.

Друга група визначень пов'язана зі спробою провести координацію між поняттями системи та моделі. У даному випадкуМета дослідника полягає в реалізації абстрактного відображення об'єкта дійсності з властивими йому властивостями та відносинами у модель. Моделювання процесів за допомогою математичних розрахунків – один із основних сучасних методіввивчення тих процесів і явищ, спостерігати які людина неспроможна з їхньої складності, що з тимчасовими чи просторовими масштабами, чи з інших причин.

Третій клас визначень є компромісом між двома першими. Системою вважається штучно створюваний комплекс елементів та взаємозв'язків між ними, призначений для вирішення певної організаційної, економічної, технічної тощо. завдання.

Будь-яка система включає поняття "елементи", "відносини", "зв'язок", "ціле", "цілісність". Як частина цілого вона належить до більш великої системи. Як ціле вона має автономність, незалежність, пов'язаність, внутрішню замкнутість від середовища. Середовище утворюють ті предмети, з якими система в навколишньому світі пов'язана, і деякі з цього зв'язку на неї впливають.

У світлі теорії систем, ГО, біосфера сприймається як найскладніша система високого порядку, суперсистема, що об'єднує живе і відстале речовина, що з безлічі систем нижчих рангів. Для ГО як суперсистеми характерні геологічна, біологічна та соціальна форми руху матерії. Кожна система є частиною іншої системи вищого порядку, і у свою чергу складається з систем нижчих рівнів організації. Елементи систем та їх зв'язку можуть бути описані математично, отже, піддаються моделюванню, особливо за допомогою ЕОМ, що дозволяє розробити теорію досліджень природи.Дослідження з використанням методів теорії систем – це якісно новий рівеньвивчення природно-територіальних та соціально-економічних комплексів.

Системний підхід застосовується тепер щодо, як статики, і динаміки природних комплексів (геосистем).

Сучасні її завдання географії визначаються гострою необхідністю активного втручання науки у питання впливу суспільства на природу. Раціональне використання природи, відновлення, охорона, цілеспрямоване перетворення вимагають розуміння її комплексності, знання структури, закономірностей розвитку природних комплексів, прогнозу можливих змін.

На стику географії зі суміжними науками виникають нові наукові напрями, кількість яких швидко зростає. Це, наприклад, наукове краєзнавство, регіонознавство, історична географія, географічне ресурсознавство, медична, військова, інженерна географія, географія відпочинку та туризму та багато інших.

Географія та геоекологія.Наслідки взаємодії суспільства та довкілляглобальні і призвели до зміни довкілля людини аж до загрози його існуванню як виду, де два процеси найбільш небезпечні: забруднення довкілля та виснаження ресурсів. Вирішення назрілих протиріч між сформованим характером виробництва та природою, породжених споживчим ставленням до останньої, можливе на основі постійного моніторингу навколишнього середовища, наукового аналізу причинно-наслідкових зв'язків негативних явищ, що відбуваються. Складність природно-антропогенних систем вимагає наукового обґрунтування для вибору оптимальних рішень щодо запобігання, ліквідації та відновлення порушень та природних небезпечних властивостей у біосфері, для визначення напрямків раціонального природокористуванняу конкретних регіонах та сферах. Ефективність системи управління якістю навколишнього середовища та природокористуванням - головна умова безпеки довкілля для життя, здоров'я та добробуту людини.

Всі перелічені напрями досліджень і дій за своєю суттю є предметом географії, тому що тільки географія вивчає місце існування людини – ГО. Однак проблеми, що виникли, одночасно є і екологічними. Екологія - комплекс наук, що досліджують різні аспекти відносин живих організмів та умов середовища.Хоча спочатку екологія виникла як наука біологічна, нині сталося значне розширення сфери використання терміна, він часто застосовується над своєму початковому значенні. Екологія як наука вивчає взаємовідносини організмів та його популяцій із середовищем проживання. Але вона не може впоратися із завданням вивчення аспектів взаємодії людського суспільства з місцем існування, тому, що це зовсім інший тип взаємовідносин, при якому кардинально змінюється саме місце існування. І тут не можна уникнути географії. Тому виникло нове науковий напрямок- Геоекологія.

Геоекологія – географічна екологія, наукова дисципліна, науковий напрямок на стику географії та екології, що вивчає закони взаємодії геосфер Землі з урахуванням діяльності людини.

Особливим напрямом у сучасних наукових дослідженнях є також засади раціонального природокористування – покликані розробити наукові підходи до використання різних видів природних ресурсів та природних умов, обґрунтувати необхідні обмеження екологічного характеру для сталого розвитку.

Сталий розвиток - такий розвиток суспільства, у якому поліпшуються умови життя, а на довкілля залишаються у межах господарської ємності біосфери, отже не руйнується природна основа функціонування людства. При сталому розвиткузадоволення потреб здійснюється без шкоди майбутніх поколінь. Відповідно, концепція сталого розвитку передбачає розвиток регіону через самоорганізацію при рамковій зовнішній підтримці, що запобігає можливості його переходу в стан незворотної деградації середовища.

Одним із завдань геоекології є формування ноосферного мислення , виражає ідею формування людини з новим типом мислення, здатного до екологічно доцільної діяльності через підготовку ерудованих фахівців з високим інтелектуальним, моральним та духовним потенціалом, що мають глибокі наукові знання про будову світу, про глобальні, регіональні та локальні екологічні проблеми та їх витоки, про основи сталого розвитку, що володіють вміннями та навичками практичних дій в управлінні якістю довкілля та природокористування у сфері своєї професійної діяльності.

Конструктивна географія,або конструктивний напрямок у географії , ставить за мету розробку цілеспрямованого конструювання географічного середовища, конструктивних підходів до управління його якістю, оптимізацію взаємодії суспільства з навколишнім середовищем .

Географічне прогнозування –частина ширшого прогнозування (розробки соціально-економічних прогнозів) – новий етап розвитку географії. Грунтується на використанні математичного моделювання та передбачення можливих сценаріїв розвитку окремих процесів у їх взаємодії.

Визначення періоду напіврозпаду радіоактивного ізотопу калію.

Мета роботи: Вивчення явища радіоактивності. Визначення періоду напіврозпаду Т 1/2 ядер радіоактивного ізотопуДо-40 (калій-40).

Обладнання:

Вимірювальна установка;

Мірний зразок, що містить відому масу хлористого калію (KCl);

Еталонний препарат (захід активності) з відомою активністю К-40.

Теоретична частина

В даний час відома велика кількість ізотопів усіх хімічних елементів, Ядра яких можуть мимовільно перетворюватися один на одного. У процесі перетворень ядро ​​випускає один або кілька видів так званих іонізуючих частинок - альфа-(α), бета-(β) та інших, а також гамма-квантів (γ). Таке явище називається радіоактивним розпадом ядра.

Радіоактивний розпад носить імовірнісний характері залежить тільки від характеристик ядер, що розпадається і утворюється. Зовнішні чинники (нагрівання, тиск, вологість та інших.) швидкість радіоактивного розпаду впливу не надають. Радіоактивність ізотопів практично не залежить також від того, знаходяться вони в чистому виглядіабо входять до складу будь-яких хімічних сполук. Радіоактивний розпад є стохастичним процесом. Кожне ядро ​​розпадається незалежно від інших ядер. Не можна сказати, коли саме розпадеться це радіоактивне ядро, але для окремого ядра можна вказати можливість його розпаду за певний час.

Мимовільний розпад радіоактивних ядервідбувається відповідно до закону кінетики радіоактивного розпаду, згідно з яким кількість ядер dN(t),що розпадаються за нескінченно малий проміжок часу dt, пропорційно числу нестабільних ядер, що є в момент часу tв даному джерелівипромінювання (мірному зразку):

У формулі (1) коефіцієнт пропорційності λ називається постійного розпаду ядра. Її фізичний сенс- Імовірність розпаду окремо взятого нестабільного ядра в одиницю часу. Іншими словами - для джерела випромінювання, що містить в даний момент велика кількість нестабільних ядер N(t)постійна розпаду показує частку ядер, що розпадаються в даному джерелі за малий проміжок часу dt. Постійна розпаду – розмірна величина. Її розмірність у системі СІ – з -1 .

Величина А(t) у формулі (1) як така має важливого значення. Вона є основною кількісною характеристикою даного зразка як джерела випромінювання та називається його активністю . Фізичний зміст активності джерела – кількість нестабільних ядер, що розпадаються у цьому джерелі випромінювання за одиницю часу. Одиниця виміру активності у системі СІ – Беккерель(Бк) - Відповідає розпаду одного ядра в секунду. У спеціалізованій літературі зустрічається позасистемна одиниця виміру активності – Кюрі (Кі) . 1 Кі ≈ 3.7·10 10 Бк.

Вираз (1) – це запис закону кінетики радіоактивного розпаду диференційної форми. Насправді іноді зручніше застосовувати інший (інтегральний) вид закону радіоактивного розпаду. Вирішуючи диференціальне рівняння (1), отримаємо:

, (2)

де N(0) – кількість нестабільних ядер у зразку початковий моментчасу (t = 0); N(t) – середня кількість нестабільних ядер у будь-який момент часу t >0.

Таким чином, кількість нестабільних ядер у будь-якому джерелі випромінювання зменшується згодом, у середньому, за експонентним законом. На малюнку 1 представлено криву зміни середньої кількості ядер у часі, що відбувається за законом радіоактивного розпаду. Цей закон може бути застосований лише до великому числурадіоактивні ядер. При невеликій кількості ядер, що розпадаються, спостерігаються значні статистичні коливання близько середнього значення. N(t).

Рисунок 1. – Крива розпаду радіонукліду.

Помноживши обидві частини (2) на константу λ та враховуючи, що N(t)· λ = A(t), отримаємо закон зміни активності джерела випромінювання з часом

. (3)

Як інтегральну часову характеристику радіонукліду часто застосовують величину, яка називається його періодом напіврозпаду T 1/2 . Період напіврозпаду - це інтервал часу, протягом якого кількість ядер даного радіонукліду в джерелі зменшується в середньому вдвічі (див. малюнок 1). З виразу (2) знаходимо:

звідки отримуємо співвідношення між періодом напіврозпаду радіонукліду T 1/2 та його постійного розпаду 

Підставивши у формулу (4) значення λ , виражене та формули (1) отримуємо вираз, що пов'язує період напіврозпаду з активністю мірного зразка A та кількістю нестабільних ядер N К-40радіонукліда
, що входить до складу цього зразка

. (5)

Вираз (5) є основною робочою формулою цього завдання. З неї випливає, що, вважаючи кількість ядер радіонукліду
у робочому мірному зразку і визначивши активність К-40 у зразку, можна буде знайти період напіврозпаду радіонукліда К-40, що довго живе, виконавши тим самим завдання лабораторної роботи.

Зазначимо важливий момент. Врахуємо, що за умовами завдання наперед відомо, що період напіврозпаду T 1/2 радіонукліда
набагато більше часу спостереження Δ Tза мірним зразком у рамках цієї лабораторної роботи (Δ T/ T 1/2 <<1) . Отже, при виконанні даного завдання, можна не враховувати зміну активності зразка та кількості ядер К-40 у зразку за рахунок радіоактивного розпаду та вважати їх постійними величинами:

Визначення кількості ядер К-40 у мірному зразку.

Відомо, що природний хімічний елемент калій складається із трьох ізотопів – К-39, К-40 та К-41. Один із цих ізотопів, а саме радіонуклід
, масова частка якого у природному калії становить 0,0119 % (відносна поширеність η =0,000119) є нестабільним.

Число атомів N К-40(відповідно, і ядер) радіонукліду
у мірній пробі визначається наступним чином.

Повна кількість N K атомів природного калію в мірній пробі, що містить m грамів (вказується викладачем) хлористого калію, що знаходиться з співвідношення

,

де М KCl = 74,5 г/моль- Молярна маса KCl;

N A = 6,02 · 10 23 моль -1 - Постійна Авогадро.

Отже, з урахуванням відносної поширеності число атомів (ядер) радіонукліду
у мірній пробі визначатиметься співвідношенням

. (6)

Визначення активності радіонукліду
у мірному зразку.

Відомо, що ядра радіонукліду К-40 можуть випробовувати два види ядерних перетворень:

Імовірно ν β = 0,89 ядро К-40 перетворюється на ядро ​​Ca-40, випускаючи при цьому -частку та антинейтрино (бета-розпад):

Імовірно ν γ =0,11 ядро захоплює електрон з найближчої К-оболонки, перетворюючись на ядро ​​Ar-40 і випускаючи при цьому нейтрино (електронне захоплення або К-захоплення):

Народжене ядро ​​аргону перебуває у збудженому стані і практично миттєво перетворюється на основний стан, випускаючи у своїй переході γ – квант із енергією 1461 кэВ:

.

Ймовірності виходу ν β і ν γ називаються відносним виходом β-часток та γ – квантів на один розпад ядра відповідно. На малюнку 2 наведено схему розпаду К-40, що ілюструє вищевикладене.

Малюнок 2. – Схема розпаду радіонукліду К-40.

Іонізуючі частинки, що виникають при радіоактивному розпаді ядер, можуть бути зареєстровані спеціальною апаратурою. У цій роботі застосовується вимірювальна установка, що реєструє β-частинки, що супроводжують розпад ядер радіонукліду К-40, що входять до складу мірного зразка.

Блок-схема вимірювальної установки наведено малюнку 3.

Малюнок 3. – Блок-схема вимірювальної установки.

1 – кювета з мірним зразком KCl;

2 – лічильник Гейгера-Мюллера;

3 – високовольтний блок;

4 – формувач імпульсів;

5 – лічильник імпульсів;

6 – таймер.

Розглянемо процес реєстрації бета-часток, що утворюються у мірному зразку (джерелі випромінювання), вимірювальною установкою.

Невідому активність радіонукліду К-40 у мірному зразку позначимо A x. Це означає, що кожну секунду у зразку розпадається, в середньому, A xядер радіонукліду К-40;

Реєстрація випромінювання проводиться протягом деякого часу роботи установки t ізм. Очевидно, що за цей час у зразку розпадуться, в середньому, A x ·t ізмядер;

З урахуванням відносного виходу бета-часток на один розпад ядра, кількість бета-часток, народжених у зразку за час роботи установки, буде рівна A x ·t ізм ·ν β ;

Оскільки джерело має кінцеві розміри, частина бета-часток поглинеться матеріалом джерела. Ймовірність Qпоглинання бета-частинки, народженої у джерелі, матеріалом самого джерела називають коефіцієнтом самопоглинання випромінювання. Звідси випливає, що з джерела за весь час виміру у всіх напрямках (у тілесний кут 4π) вилетить, в середньому, A x ·t ізм ·ν β · (1-Q) бета-часток;

Через детектор (лічильник Гейгера – Мюллера) пролітає лише мала частка Gвсіх, що вийшли з джерела бета-часток, що залежить від розмірів та взаємного розташування зразка та детектора. Решта частинок пролетить повз детектор. Виправлення Gназивається геометричним фактором системи "детектор - зразок". Отже, повна кількість бета-часток, що потрапили за час роботи установки зі зразка в робочий об'єм детектора, буде рівна. A x ·t ізм ·ν β · (1-Q)· G;

Внаслідок особливості роботи детекторів іонізуючого випромінювання будь-яких типів (у тому числі й детекторів Гейгера-Мюллера) лише деяка частка ε (називається ефективністю реєстрації детектора) частинок, що пролетіли через детектор, ініціює електричний імпульс з його виході. Інші частки детектор «не помічає». Дані електричні імпульси обробляються електронною схемою вимірювальної установки та реєструються її лічильним пристроєм. Таким чином, за час роботи установки лічильний пристрій зареєструє «корисних» подій (імпульсів), зумовлених розпадом ядер К-40 у мірній пробі;

Одночасно з бета-частинками із мірного зразка -
- Вимірювальна установка зареєструє і певну кількість - - про фонових частинок, зумовлених природною радіоактивністю оточуючих будівельних конструкцій, конструкційних матеріалів, космічного випромінювання тощо.

Таким чином, повна кількість подій n X, зареєстрованих перерахунковим пристроєм вимірювальної установки при вимірюванні мірного зразка з невідомою активністю А Хпротягом часу t ізм, можна уявити у вигляді

Точний облік поправок Q, Gі ε , що входять у формулу (7), у загальному випадку дуже складний. Тому на практиці часто користуються відносним методом виміру активності . Реалізація такого методу можлива за наявності еталонного джерела радіоактивного випромінювання (зразкового заходу активності) з відомою активністю А Е, Що має таку ж форму і розміри, що містить той самий радіонуклід, що і досліджуваний зразок. У цьому випадку всі поправочні коефіцієнти - ν β , Q, G, ε - будуть однакові для досліджуваного та еталонного препаратів.

Для зразкового заходу активності можна записати вираз, аналогічний виразу (7) для досліджуваного зразка

Якщо вибрати час вимірювання досліджуваного та еталонного зразків однаковим, то висловивши твір
з формули (8) і підставивши цей вираз у формулу (7), отримаємо вираз для практичного визначення активності досліджуваного зразка А Х

, Бк , (9)

де А Е- Активність зразкового заходу, Бк;

n X– кількість подій, зареєстрованих під час вимірювання досліджуваного зразка;

n Е– кількість подій, зареєстрованих при вимірі зразкового заходу;

n Ф– кількість подій, зареєстрованих під час вимірювання фону.

Порядок виконання лабораторної роботи

1. Увімкніть установку, встановіть час вимірювання (не менше 3 хв) і дайте їй прогрітися протягом 15 -20 хвилин.

2. Проведіть вимірювання фону щонайменше 5 разів. Результати кожного (i – го) виміру -

3. Отримайте у викладача мірний зразок. Уточніть у викладача кількість хлористого калію у мірному зразку. За формулою (6) розрахуйте кількість ядер радіонукліду К-40 у мірному зразку.

4. Встановіть мірний зразок під робоче вікно детектора та проведіть вимірювання зразка щонайменше 5 разів. Результати кожного виміру - -Занесіть у робочу таблицю.

5. Отримайте у викладача зразковий захід, уточніть значення в ньому активності радіонукліду К-40.

6. Встановіть зразковий захід під робоче вікно детектора та проведіть його вимір не менше 5 разів. Результати кожного виміру - - Занесіть у робочу таблицю 1.

7. За формулою (9) для кожного i-го рядка розрахуйте величину активності мірної проби. Результати розрахунків - - Занесіть у робочу таблицю 1.

8. За формулою (5) для кожного i-го рядка робочої таблиці розрахуйте значення періоду напіврозпаду -
- Радіонукліда К-40.

9. Визначте середньоарифметичне значення періоду напіврозпаду

та оцінку середньоквадратичного відхилення

,

де L - розмір вибірки (кількість вимірювань, наприклад, L = 5).

Отримане внаслідок виконання лабораторної роботи значення періоду напіврозпаду радіонукліду К-40 записати у вигляді:

, років,

де t p , L -1 - Відповідний коефіцієнт Стьюдента (див. таблицю 2), а

- Середньоквадратична похибка середньоарифметичного.

10. Використовуючи отримане значення періоду напіврозпаду
оцініть значення величин постійного розпаду λ та середнього часу життя ядра τ = 1/λрадіонукліда
.

11. Порівняйте отримані результати з довідковими значеннями.

Таблиця 1. Робоча таблиця результатів.

Таблиця 2. Значення коефіцієнта Стьюдента для різної довірчої ймовірності pта числа ступенів свободи (L-1):

Контрольні питання

1. Що таке ізотопи хімічного елемента?

2. Запишіть закон радіоактивного розпаду у диференційній та інтегральній формах.

3. Що таке активність радіонуклідного джерела іонізуючого випромінювання? Які є одиниці виміру активності?

4. За яким законом активність джерела змінюється з часом?

5. Що таке постійна розпаду, період напіврозпаду та середній час життя ядра радіонукліду? Одиниці їхнього виміру. Запишіть вирази, які пов'язують ці величини.

6. Визначте періоди напіврозпаду радіонуклідів Rn-222 і Ra-226, якщо їх постійні розпаду, відповідно, дорівнюють 2,110 -6 з -1 та 1,3510 -11 з -1 .

7. При вимірюванні зразка, що містить короткоживучий радіонуклід протягом 1 хв було зареєстровано 250 імпульсів, а через 1 годину після початку першого вимірювання 90 імпульсів за 1 хв. Визначте постійну розпаду та період напіврозпаду радіонукліда, якщо фоном вимірювальної установки можна знехтувати.

8. Поясніть схему розпаду радіонукліду К-40. Що таке відносний вихід іонізуючих частинок?

9. Поясніть фізичне значення понять: ефективність реєстрації ядерних частинок детектором; геометричний фактор вимірювальної установки; коефіцієнт самопоглинання випромінювання

10. Викладіть суть відносного методу визначення активності джерела іонізуючого випромінювання.

11. Яке значення періоду напіврозпаду радіонукліду, якщо за 5 годин активність його препарату зменшилась у 16 ​​разів?

12. Чи можна визначити активність зразка, що містить К-40, вимірюючи інтенсивність лише гамма-випромінювання?

13. Який вид має енергетичний спектр β + - випромінювання та β - - випромінювання?

14. Чи можна визначити активність зразка, вимірюючи інтенсивність його нейтринного (антинейтринного) випромінювання?

15. Який характер має енергетичний спектр гамма-випромінювання К-40?

16. Від яких чинників залежить середньоквадратична похибка визначення періоду напіврозпаду К-40 у цій роботі?

Приклад розв'язання задачі

Умови.Визначте значення постійного радіоактивного розпаду λ та період напіврозпаду Т 1/2 радіонукліду 239 Pu, якщо в препараті 239 Pu 3 O 8 масою m = 3,16 мікрограма за час t = 100 с відбувається Q = 6,78·10 5 розпадів ядер.

Рішення.

Активність препарату A = Q/t = 6,78 · 10 5 /100 = 6,78 · 10 3, розп / с (Бк).

Маса 239 Pu у препараті

де A моль – відповідні молярні маси.

Число ядер Pu-239 у препараті

де N A - Число Авогадро.

Постійне розпаду λ = A/ N 239 = 6,78 · 10 3 /6,75·10 15 = 1,005 · 10 -12 , з 1 .

Період напіврозпаду

T 1/2 = ln2/λ = 6,91 · 10 11 c.

Рекомендована література.

1. Абрамов, Олександр Іванович. Основи експериментальних методів ядерної фізики: навчальний посібник для студ. вузів/А.І. Абрамов, Ю.А, Казанський, Є.С. Матусевич.- 3-тє вид., перераб. та дод. - М.: Вища школа, 1985.- 487 с.

2. Алієв, Раміз Автандилович. Радіоактивність: [навчальний посібник для студ. вузів, навч. за напрямом ВПО 020100 (магістр хімії) та спеціальності ВПО 020201 - "Фундамент. та приклад. хімія"] / Р.А. Алієв, С.М. Калмиков. - Санкт-Петербург; Москва; Краснодар: Лань, 2013. - 301 с.

3. Мухін, Костянтин Ніктфорович. Експериментальна ядерна фізика: підручник: [3 т.] / К.Н. Мухін. - Санкт-Петербург; Москва; Краснодар: Лань, 2009.

4. Коробков, Віктор Іванович. Методи приготування препаратів та обробка результатів вимірювань радіоактивності / В.І. Коробков, В.Б. Лук'янов.- М.: Атоміздат, 1973.- 216 с.

Періодом напіврозпаду речовини, що знаходиться в стадії розпаду, називають час, протягом якого кількість цієї речовини зменшиться вдвічі. Спочатку цей термін використовувався для опису розпаду радіоактивних елементів, таких як уран або плутоній, але, взагалі кажучи, він може бути використаний для будь-якої речовини, яка розпадається у встановленій або експоненційній швидкості. Ви можете розрахувати період напіврозпаду будь-якої речовини, знаючи швидкість розпаду, яка є різницею між початковою кількістю речовини та кількістю речовини, що залишилася після певного періоду часу. Читайте далі, щоб дізнатися, як швидко та легко підрахувати період напіврозпаду речовини.

Кроки

Обчислення періоду напіврозпаду

1. Розділіть кількість речовини в одній точці часу на кількість речовини, що залишилася після певного періоду часу.

   • Формула для обчислення періоду напіврозпаду: t 1/2 = t * ln(2)/ln(N 0 /N t)
   • У цій формулі: t - час, N 0 - початкова кількість речовини і N t - кількість речовини через час.
   • Наприклад, якщо спочатку кількість становить 1500 грамів, а кінцевий об'єм становить 1000 грамів, початкова кількість, поділена на кінцевий об'єм, дорівнює 1,5. Припустимо, що час, що минув, становить 100 хвилин, тобто (t) = 100 хв.

2. Обчисліть десятковий логарифм числа (log), одержаного на попередньому кроці.Для цього введіть отримане число в науковий калькулятор, а потім натисніть кнопку log або введіть log(1,5) і натисніть знак рівності для отримання результату.

   • Логарифмом числа за заданою основою називається такий показник ступеня, в який необхідно звести основу (тобто стільки разів, скільки необхідно основу помножити на себе), щоб отримати це число. У десяткових логарифмах використовується основа 10. Кнопка log на калькуляторі відповідає десятковому логарифму. Деякі калькулятори обчислюють натуральні логарифми ln.
   • Коли log (1,5) = 0,176, це означає, що десятковий логарифм 1,5 дорівнює 0,176. Тобто, якщо число 10 звести в ступінь 0,176, то вийде 1,5.

3. Помножте час на десятковий логарифм 2.Якщо ви розрахуєте log(2) на калькуляторі, то вийде 0,30103. Слід пам'ятати, що час становить 100 хвилин.

   • Наприклад, якщо час становить 100 хвилин, помножте 100 на 0,30103. Результат дорівнює 30,103.

4. Розділіть число, отримане на третьому кроці, на число, обчислене на другому кроці.

   • Наприклад, якщо 30,103 поділити на 0,176, то вийде 171,04. Таким чином, ми отримали період напіврозпаду речовини, виражений в одиницях часу, які використовуються у третьому кроці.

5. Готово.Тепер, коли ви розрахували період напіврозпаду для цього завдання, необхідно звернути увагу на те, що для розрахунків ми використали десятковий логарифм, але ви могли використовувати і натуральний логарифм ln – результат був би таким самим. І, насправді, для розрахунку періоду напіврозпаду натуральний логарифм використовується частіше.

   • Тобто, вам було необхідно розрахувати натуральні логарифми: ln(1,5) (результат 0,405) і ln(2) (результат 0,693). Потім, якщо ви помножите ln (2) на 100 (час), вийде 0,693 x 100 = 69,3 і розділите на 0,405, ви отримаєте результат 171,04 - той же, що і при використанні десяткового логарифму.

   Розв'язання задач, пов'язаних з періодом напіврозпаду

   1. Дізнайтесь, скільки речовини з відомим періодом напіврозпаду залишилося через певну кількість часу. Розв'яжіть таке завдання: Пацієнту було надано 20 мг йоду-131. Скільки залишиться за 32 дні? Період напіврозпаду йоду-131 становить 8 днів.Ось, як вирішити це завдання:

      • Дізнаємося, скільки разів речовина скоротилася вдвічі за 32 дні. Для цього дізнаємося, скільки разів по 8 (такий період напіврозпаду йоду) уміщається в 32 (у кількості днів). Для цього необхідно 32/8 = 4, так кількість речовини скорочувалася вдвічі чотири рази.
      • Іншими словами, це означає, що через 8 днів залишиться 20 мг/2, тобто 10 мг речовини. Через 16 днів буде 10 мг/2, або 5 мг речовини. Через 24 дні залишиться 5 мг/2, тобто 2,5 мг речовини. Нарешті через 32 дні у пацієнта буде 2,5 мг/2, або 1,25 мг речовини.

   2. Дізнайтеся період напіврозпаду речовини, якщо відомо початкова і кількість речовини, що залишилася, а також час, що минув. Розв'яжіть таке завдання: Лабораторія отримала 200 г технеція-99m і за добу залишилося лише 12,5 г ізотопів. Який період напіврозпаду технеція-99m?Ось, як вирішити це завдання:

      • Діятимемо у зворотному порядку. Якщо залишилося 12,5 г речовини, тоді перш ніж його кількість скоротилася в 2 рази, речовини було 25 г (оскільки 12,5 x 2); раніше було 50г речовини, а ще раніше було 100г, і, нарешті, раніше було 200г.
      • Це означає, що пройшло 4 періоди напіврозпаду, перш ніж від 200 г речовини залишилося 12,5 г. Виходить, що період напіврозпаду становить 24 години/4 рази, або 6 годин.

   3. Дізнайтеся, скільки періодів напіврозпаду необхідно для того, щоб кількість речовини скоротилася до певного значення. Розв'яжіть таке завдання: Період напіврозпаду урану-232 становить 70 років. Скільки періодів напіврозпаду мине, щоб 20 г речовини скоротилося до 1,25 г?Ось, як вирішити це завдання:

      • Почніть з 20г і поступово зменшуйте. 20г/2 = 10г (1 період напіврозпаду), 10г/2 = 5 (2 періоди напіврозпаду), 5г/2 = 2,5 (3 періоди напіврозпаду) та 2,5/2 = 1,25 (4 періоди напіврозпаду). Відповідь: необхідно 4 періоди напіврозпаду.

   Попередження

   • Період напіврозпаду - це приблизне визначення часу, необхідного для розпаду половини речовини, що залишилася, а не точний розрахунок. Наприклад, якщо залишився лише один атом речовини, то після напіврозпаду не залишиться лише половина атома, а залишиться один або нуль атомів. Чим більша кількість речовини, тим більш точним буде розрахунок за законом великих чисел

Діапазон значень періоду напіврозпаду радіоактивних речовин надзвичайно широкий, він тягнеться від мільярдів років до малих часток секунди. Тому методи вимірів величини T 1/2повинні сильно відрізнятись один від одного. Розглянемо деякі з них.

1) Нехай, наприклад, потрібно визначити період напіврозпаду довгоживучої речовини. У цьому випадку, отримавши хімічним шляхом радіоактивний ізотоп, вільний від сторонніх домішок або з відомою кількістю домішок, можна зважити зразок і, використовуючи число Авогадро, визначити кількість атомів радіоактивної речовини, що в ньому знаходяться. Помістивши зразок перед детектором радіоактивних випромінювань і обчисливши тілесний кут під яким видно детектор зі зразка, визначимо частку випромінювання, що реєструється детектором. При вимірюваннях інтенсивності випромінювання слід враховувати можливе поглинання його на шляху між зразком та детектором, а також поглинання його у зразку та ефективність реєстрації. Таким чином, в експерименті визначається кількість ядер n, що розпадаються в одиницю часу:

де N- Число радіоактивних ядер, що знаходяться в радіоактивному зразку. Тоді і .

2) Якщо визначається величина Т 1/2для речовин, що розпадаються з періодом напіврозпаду в кілька хвилин, годин або днів, зручно використовувати метод спостереження зміни інтенсивності ядерного випромінювання з часом. В даному випадку реєстрація випромінювання здійснюється або за допомогою газонаповненого лічильника або сцинтиляційного детектора. Радіоактивне джерело поміщається поблизу лічильника так, щоб їхнє взаємне розташування протягом усього експерименту не змінювалося. Крім того, необхідно створити такі умови, за яких виключалися б можливі прорахунки як самого лічильника, так і системи, що реєструє. Вимірювання виробляються в такий спосіб. Відраховується кількість імпульсів N 0за деякий проміжок часу t(Наприклад, за одну хвилину). Через проміжок часу t 1проводиться знову відлік імпульсів N 1.Через проміжок часу t 2виходить нове число N 2і т.д.

Фактично в цьому експерименті виробляються відносні виміри активності ізотопу у різні моменти часу. В результаті виходить набір чисел , , ..., , який і використовується для визначення періоду напіврозпаду Т 1/2.

Отримані експериментальні значення після відрахування фону наносяться на графік (рис. 3.3), де по осі абсцис відкладається час, що минув від початку вимірювань, а по осі логарифм числа . За нанесеними експериментальними точками за допомогою методу найменших квадратів проводиться лінія. Якщо у вимірюваному препараті є лише один радіоактивний ізотоп, то лінія буде прямою. Якщо ж у ньому є два або кілька радіоактивних ізотопів, що розпадаються з різними періодами напіврозпаду, лінія буде кривою.

За допомогою одиночного лічильника (або камери) важко проводити вимірювання порівняно великих періодів напіврозпаду (кілька місяців або кілька років). Справді, нехай на початку вимірів швидкість рахунку становила N 1 ,а в кінці - N 2 .Тоді помилка буде обернено пропорційна величині ln( N 1 /N 2). Значить, якщо за час вимірів активність джерела зміниться незначною мірою, то N 1і N 2будуть близькі один до одного і ln( N 1 /N 2) буде набагато менше одиниці та похибка у визначенні Т 1/2буде велика.

Таким чином, ясно, що вимірювання періоду напіврозпаду за допомогою одиночного лічильника необхідно проводити в такий час, щоб ln (N 1 /N 2)був більше одиниці. Практично, спостереження необхідно проводити протягом не більше 5Т 1/2.

3) Вимірювання Т 1/2у кілька місяців або років зручно робити за допомогою диференціальної іонізаційної камери. Вона є дві іонізаційні камери, включені так, щоб струми в них йшли в протилежному напрямку і компенсували один одного (рис. 3.4).

Процес виміру періоду напіврозпаду проводиться наступним чином. В одну з камер (наприклад, До 1) міститься радіоактивний ізотоп із завідомо великим T 1/2 ,(наприклад, 226 Ra, у якого Т 1/2= 1600 років); за відносно короткий час вимірювання (кілька годин або днів) величина іонізаційного струму в цій камері практично не зміниться. В іншу камеру ( До 2) міститься радіоактивний нуклід, що вивчається. За допомогою приблизного підбору величин активностей обох препаратів, а також відповідного розміщення їх в камерах можна досягти того, що в початковий момент часу іонізаційні струми в камерах будуть однакові: I 1 =I 2 =I 0 ,тобто різницевий струм = 0. Якщо період напіврозпаду, що вимірюється, відносно невеликий і дорівнює, наприклад, кільком місяцям або рокам, то через кілька годин струм у камері До 2зменшиться, з'явиться різницевий струм: . Зміна іонізаційних струмів відбуватиметься відповідно до періодів напіврозпаду:

Отже,

Для вимірюваних періодів напіврозпаду величина і після розкладання до ряду отримаємо

В експерименті вимірюються I 0і t.За ними вже визначається і

Вимірювані величини можуть бути визначені із задовільною точністю, а отже, з достатньою точністю може бути обчислено і значення Т1/2.

4) При вимірах малих періодів напіврозпаду (частки секунди) зазвичай використовується метод затриманих збігів. Сутність його можна показати з прикладу визначення часу життя збудженого стану ядра.

Нехай ядро Ав результаті -розпаду перетворюється на ядро Б,яке знаходиться у збудженому стані і свою енергію збудження випускає у вигляді двох квантів, що йдуть послідовно один за одним. Спочатку випускається квант потім квант (див. рис. 3.5).

Як правило, збуджене ядро ​​випускає надмірну енергію не миттєво, а через деякий (нехай навіть і дуже мале) час, тобто збуджені стани ядра мають деякий кінцевий час життя. У разі можна визначити час життя першого збудженого стану ядра. Для цього препарат, що містить радіоактивні ядра А, Поміщається між двома лічильниками (краще для цього використовувати сцинтиляційні лічильники) (рис. 3.6). Можна створити такі умови, що лівий канал схеми реєструватиме лише кванти , а правий . Квант завжди випускається раніше, ніж квант. Час випускання другого кванта щодо першого не буде завжди одним і тим же для різних ядер Б. Розрядка збуджених станів ядер має статистичний характер і підпорядковується закону радіоактивного розпаду.

Таким чином, для визначення часу життя рівня треба простежити за його розрядкою в часі. Для цього в лівий канал схеми збігів 1включимо змінну лінію затримки 2 , яка в кожному конкретному випадку затримуватиме імпульс, що виникає в лівому детекторі від кванта на деякий час t 3 . Імпульс, що виникає в правому детекторі від кванта безпосередньо надходить в блок збігів. Число збігаються імпульсів реєструється лічильною схемою 3. Вимірюючи кількість збігів залежно від часу затримки, ми отримаємо криву розрядки рівня I, аналогічну кривій на рис. 3.3. З неї визначається час життя рівня I. Методом затриманих збігів можна визначити час життя в діапазоні 10 -11 -10 -6 с.