Fizyka jądrowa

Lekcja poświęcona fizyce jądrowej i promieniotwórczości naturalnej — działowi fizyki współczesnej obowiązkowemu na maturze rozszerzonej. Uczeń poznaje budowę jądra atomowego (protony i neutrony, wspólnie nazywane nukleonami), liczbę atomową Z (liczbę protonów) i liczbę masową A (sumę protonów i neutronów), oraz pojęcie izotopów — jąder tego samego pierwiastka różniących się liczbą neutronów. Centralną częścią lekcji są trzy rodzaje promieniowania jądrowego: alfa (strumień jąder helu, najmniejsza przenikliwość, zatrzymywana kartką papieru), beta (elektrony przy rozpadzie beta minus lub pozytony przy rozpadzie beta plus, średnia przenikliwość) oraz gamma (wysokoenergetyczne fotony bez ładunku, największa przenikliwość, wymagająca grubych osłon ołowianych). Uczeń ćwiczy reguły przesunięć: rozpad alfa zmniejsza liczbę masową o 4 i liczbę atomową o 2, rozpad beta minus zwiększa liczbę atomową o 1 (neutron przechodzi w proton), a rozpad beta plus zmniejsza liczbę atomową o 1 (proton przechodzi w neutron) — na konkretnym przykładzie rozpadu alfa jądra o liczbie masowej 238. Druga część lekcji dotyczy okresu połowicznego rozpadu T(1/2) i prawa rozpadu promieniotwórczego: uczeń oblicza, ile jąder pozostanie po upływie kilku okresów połowicznego rozpadu, oraz rozwiązuje zadanie odwrotne — ile czasu potrzeba, aby aktywność próbki spadła do określonego procentu wartości początkowej. Zestaw kończy się praktycznymi zastosowaniami izotopów promieniotwórczych: datowaniem radiowęglowym w archeologii (opartym na węglu-14) oraz zastosowaniami medycznymi (radioterapia nowotworów, sterylizacja narzędzi). Fiszki podsumowują wszystkie pojęcia i wzory przydatne do powtórki przed maturą.

• Opisać budowę jądra atomowego i pojęcie izotopów
• Rozróżnić promieniowanie alfa, beta i gamma pod względem składu i przenikliwości
• Zastosować reguły przesunięć dla rozpadu alfa i beta do obliczania nowej liczby masowej i atomowej
• Obliczyć liczbę pozostałych jąder po określonej liczbie okresów połowicznego rozpadu
• Obliczyć czas potrzebny do spadku aktywności próbki do określonego procentu wartości początkowej
• Opisać zastosowania izotopów promieniotwórczych w archeologii i medycynie

Temat obejmuje budowę jądra atomowego, izotopy, promieniowanie alfa/beta/gamma, reguły przesunięć przy rozpadzie, okres połowicznego rozpadu T(1/2) oraz zastosowania izotopów promieniotwórczych — zgodnie z podstawą programową matury z fizyki, poziom rozszerzony.