Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

Задача 17

Нарушения, производимые в живой ткани радиоактивным материалом (могут быть ожоги и другие нарушения в тонких слоях), вызваны главным образом ионизацией в ткани.

а) Какие лучи вызывают большие нарушения в ткани — те, которые тормозятся в ткани, или те, которые легко проходят через нее?

б) Сравнивая α -лучи, β -лучи и γ -лучи одинаковой энергии, мы видим, что α -лучи теряют всю свою энергию на создание большого количества ионов на пути в несколько сантиметров в воздухе; β -лучи создают намного меньше ионов на сантиметре пути и преодолевают много большее расстояние в воздухе; γ -лучи пролетают через воздух, оставляя на единице пути очень малое число ионов, γ -луч передает часть своей энергии электронам отдачи при случайных встречах. Но-в конце концов он отдает какому-то электрону всю свою энергию. В этом случае электрон выбрасывается из атома с очень высокой скоростью и является подобным β -лучу — он создает много ионов при своем замедлении. (Хотя γ -луч может создать β -луч, отдавая всю свою энергию электрону, он отказывается от «выбора» подходящего электрона при столь многих встречах, что успевает внедряться в вещество на большие расстояния.) Нарушения, вызванные такими лучами, иногда могут быть полезны для подавления роста злокачественных образований.

1) Какое излучение и почему вы порекомендуете пациенту для лечения кожи: α -, β - или γ -излучение?

2) Как глубоко заденет кожу и лежащую под ней мягкую ткань обработка излучением?

3) Что может применяться для облучения внутренних органов?

Задача 18

а) Около вас могут пронести 1 г радиоактивного элемента с коротким периодом полураспада или 1 г радиоактивного элемента с большим периодом полураспада. Какой из них является для вас более опасным?

б) Разные изотопы плутония имеют различные периоды полураспада. Первый изотоп плутония был произведен циклотронной бомбардировкой. Он имеет относительно небольшой период полураспада. Был ли он в силу этого более безопасным при проведении предварительных экспериментов, которые должны были выполняться для определения химических свойств плутония в то время, когда первые урановые реакторы еще строились? (См. гл. 43 .)

Задача 19

Через трубку выпускается тонкая струя пара из парового котла. На расстоянии первых нескольких сантиметров от конца трубки пар практически невидим, но дальше образуется маленькое облако. Один изобретатель пытался «устранить облако электрически», пропуская искры через струю у самого среза сопла. Объясните, почему его попытка потерпела неудачу. (Найдите доказательство невозможности «электрического устранения облака».)

Задача 20. Возможности использования индикаторов

Предположим, ваш дядя, вице-президент маленькой корпораций, спросил вас, как радиоактивные индикаторы могут использоваться для решения производственных проблем его бизнеса. Он изучал физику много лет назад, к тому же физику в основном классическую, с небольшими сведениями по атомной физике. Он, конечно, ничего не знает о радиоактивных индикаторах. Объясните ему, как вы будете использовать индикаторы, в примерах, приведенных ниже, и ответьте на два его вопроса: 1) «Однако предмет будет оставаться навсегда радиоактивным?» 2) «Зачем мне знать период полураспада и что это значит — «учитывать распад»?».

а) Ваш дядя управляет фермой, где выращивают цыплят, и он нашел, что слишком много яиц имеет мягкую скорлупу. Он сказал: «Не стоит больше добавлять в пищу устричную скорлупу. Куры используют кальций только тогда, когда они высиживают цыплят!» Объясните ему, как вы будете применять индикатор для того, чтобы узнать, будет ли мел (карбонат кальция), даваемый курам в пищу, быстро попадать в яичную скорлупу. (Предположите, что вы можете получить небольшое количество Са 47с периодом полураспада 4,8 дня. Этот изотоп сейчас можно купить.)

б) Ваш дядя управляет сталелитейной компанией, прокатывающей тонкие стальные листы 30 см шириной и несколько тысячных долей сантиметра толщиной. Как может он быть уверен, что лист имеет постоянную толщину, когда он еще горячий и находится в движении? Предположите, что вы получаете Fe 59с периодом полураспада 46 дней» Объясните, почему индикатор не создает никакой опасности для потребителей стали.

Настоящая глава представляет собой обзор атомной теории от идей греков до ранней модели атома, содержащего ядро.

Ранние представления об атомах и молекулах

Еще задолго до того, как появились реальные данные, ведущие к понятиям атомов и молекул, греческие мыслители представляли себе материю созданной из огненных движущихся частиц, названных «атомами», что означает неделимые бесконечно малые объекты, которые казались непостижимыми. Вероятно, эта картина возникла в результате действительно научных рассуждений — о движении в природе, а может быть, созданию ее благоприятствовала детская жажда определенных правил и упрощенных представлений, которые позволят считать трудный для понимания окружающий мир менее сложным, более понятным. Мы не должны презирать это убеждение в простоте природы, даже если подозреваем, что основы этого убеждения ненадежны. Современная наука построена на более взрослом представлении, что в природе все закономерно . Мы постоянно имеем дело с простыми законами, описывающими наши экспериментальные данные, и при создании теории добиваемся простоты. Первичная основа всей нашей науки может состоять из простых недоказанных положений, используемых в качестве исходных точек для сложных выводов, результаты которых затем проверяются и применяются для описания материального мира.

Представления греков об атомах были только удачными догадками, но они создали основу, облегчившую ученым будущих времен постановку вопроса о теории атома, когда экспериментальные данные были собраны и настало время для создания научных теорий [132].

Убеждение греков в возможности простого сведения природы к четырем элементам — Земле, Воздуху, Огню и Воде — развивалось в последующие века. Подобное убеждение было и у нас, подготовив тем самым к восприятию гипотезы Проута; позднее она была блестяще подтверждена с помощью масс-спектрографа. Однако как ученые мы не удовлетворены ее простотой, а обращаем внимание на небольшие отклонения от этой простоты, что ведет к новой области знаний — к представлениям об атомной энергии.