Радиоактивность на ЕГЭ по физике, что меняется в ядре после каждого распада

Радиоактивность на ЕГЭ по физике, что меняется в ядре после каждого распада

В двадцатых числах сентября 2026 года Минобрнауки вынесло на обсуждение проект новых правил приема в вузы. Среди прочего там появилась обязательная физика для машиностроительных направлений. Пока это только проект, минимальных баллов он не касается, но для семьи, где ребенок посматривает в сторону инженерных специальностей, это повод открыть физику пораньше.

Ядерная физика в экзамене занимает немного места и при этом устроена проще всего остального. Формул почти нет, векторов нет, а график по сути один, кривая распада. Есть счет в пределах тысячи и таблица Менделеева. По опыту преподавателей, баллы здесь теряют на спешке, и это видно по черновикам. Первым делом после пробника стоит смотреть поля, где решалась задача про ядро. Если на них пусто и ответ написан сразу в бланк, ошибка обычно там и сидит.

Две колонки на полях

Любая строчка про распад решается одинаково. На полях рисуются два столбика. Слева массовое число, то есть сколько в ядре протонов и нейтронов вместе. Справа заряд, то есть сколько протонов. Каждый распад превращается в одну операцию с каждым столбиком, а в конце по заряду ищется клетка в таблице.

Альфа-распад снимает сверху четыре и снизу два, ядро выбрасывает гелий. Радий-226 с восемьюдесятью восемью протонами дает радон-222 с восемьюдесятью шестью. При обычном, электронном бета-распаде нейтрон внутри ядра становится протоном, наружу уходят электрон и антинейтрино. Массовое число стоит на месте, заряд прибавляет единицу. Углерод-14 так превращается в азот-14. В кодификаторе есть и позитронный бета-распад, про него на подготовке часто забывают. Там наоборот протон становится нейтроном, вылетает позитрон, заряд падает на единицу. Фтор-18 уходит в кислород-18. Гамма-излучение не трогает ни один столбик, ядро просто сбрасывает лишнюю энергию.

Звучит скучно, и выглядит на бумаге тоже скучно, никаких красивых стрелок. Зато единица, потерянная в уме, на полях не теряется.

Проверка занимает десять секунд. Сумма массовых чисел слева от стрелки должна совпасть с суммой справа, и так же с зарядами. У альфа-частицы в записи стоят четыре и два, у электрона ноль и минус один, у позитрона ноль и плюс один. Если суммы разошлись хоть на единицу, в строчке ошибка, и искать ее лучше сразу, пока условие перед глазами. Отдельная мелочь с позитроном. В магнитном поле он сворачивает туда же, куда альфа-частица, потому что заряжен положительно, и в задачах на отклонение это иногда путает.

Тритий, который светится в современных брелоках и часовых стрелках, распадается по схеме электронного бета-распада, в гелий-3. Период полураспада у него около двенадцати лет. Брелок, купленный к выпускному, лет через двенадцать будет светить примерно вдвое тусклее, а на деле еще слабее, потому что люминофор в нем тоже выгорает.

Ампула из циклотрона

Фтор-18 из предыдущего раздела живет недолго, его период полураспада около 110 минут. На этом изотопе держится позитронно-эмиссионная томография, ПЭТ, которую чаще всего назначают при онкологии. Фтор нарабатывают в циклотроне, вводят в аналог глюкозы и везут в отделение. Везти далеко нельзя. Через 110 минут от наработанного остается половина, через три часа сорок минут четверть, и доза для обследования просто не доезжает. Поэтому такие отделения стараются ставить рядом с циклотроном или хотя бы в пределах пары часов езды.

Задачи на период полураспада в экзамене устроены так же, только без глюкозы. Дано начальное число ядер, дан период, дано время. Если время делится на период нацело, решение укладывается в строчку. Тысяча ядер, период два часа, прошло шесть часов, это три деления пополам, остается сто двадцать пять.

Дальше начинается то, на чем реально горят. В условии спрашивают, сколько ядер распалось. Ответ 875. В бланк уходит 125, потому что считали оставшиеся и не перечитали последнюю строчку. Отдельная привычка, которая стоит балла, подчеркивать в вопросе глагол.

График полураспада выглядит как кривая, которая сползает вниз и все медленнее подходит к оси. До нуля она не доходит никогда. Период по графику ищут так. Берут начальное значение, делят пополам и смотрят, под какой точкой на оси времени кривая проходит через эту половину. Если на графике было 800 ядер и 400 осталось к трем часам, все дальнейшее считается без графика, к девяти часам останется сто.

Отдельно про одно ядро. Сказать, когда именно оно распадется, нельзя, закон работает только для огромного числа ядер. Ядро не стареет. Оно может распасться в следующую секунду или пережить всех.

Часы горчичного цвета

В шкафах у бабушек и дедушек до сих пор лежат советские часы и авиационные приборы с цифрами горчичного цвета. Светосостав постоянного действия на радии применяли в советских часах и приборах десятилетиями, пока его не сменили прометий-147 и тритий. Цифры давно не светятся, люминофор выгорел под постоянной бомбардировкой. Бытовой дозиметр возле такого циферблата при этом трещит.

Радий-226 теряет половину ядер примерно за 1600 лет, за полвека с небольшим распалось всего несколько процентов. Сам радий почти чистый альфа-излучатель, а альфа-частицы задерживает уже стекло циферблата. Дозиметр слышит другое. Дальше по цепочке распада идут свинец-214 и висмут-214, их гамма-излучение проходит и через стекло, и через корпус. Из того же радия рождается газ радон, который понемногу просачивается наружу. Такие приборы не разбирают и не царапают, главная опасность в пыли от старой краски, если она попадет внутрь организма.

На этих часах удобно запомнить весь ряд проникающей способности. Альфа-частицы останавливает лист бумаги или верхний омертвевший слой кожи. Бета-частицам нужен алюминий толщиной в несколько миллиметров, гамма-излучению сантиметры свинца или метры бетона. В камере Вильсона, фотографии из которой есть в любом учебнике, альфа-частицы оставляют короткие толстые треки, электроны тонкие и извилистые. В магнитном поле те и другие сворачивают в противоположные стороны, заряды у них разного знака. Гамма-кванты заряда не несут и идут прямо.

Технеций, который остается технецием

Самый частый изотоп в ядерной медицине, технеций-99м, распадается без всякой смены элемента. Буква «м» означает возбужденное состояние ядра. За шесть часов половина таких ядер сбрасывает лишнюю энергию гамма-квантом и становится обычным технецием-99. Массовое число прежнее, заряд прежний, в таблице ничего не сдвинулось. Получают его прямо в больнице, из небольшого генератора, где лежит молибден-99. Молибден с сорока двумя протонами бета-распадом переходит в технеций с сорока тремя, а период полураспада самого молибдена около 66 часов, поэтому генератор привозят раз в неделю и доят каждый день. В англоязычной практике генератор так и зовут, технециевой коровой, а получение раствора дойкой. Врачи любят этот изотоп за простую вещь. Гамма-кванты хорошо выходят из тела к детектору, а заряженных частиц, которые жгли бы ткани, почти нет.

На экзамене такой случай выглядит как ядро со звездочкой в уравнении. Звездочка означает ту же возбужденность. Если в задании спрашивают, как изменился заряд после гамма-излучения, правильный ответ не изменился, и ставить в бланк нужно именно это, без фантазий про сдвиг на клетку.

Цепочка на полстраницы

Самая длинная строчка в этой теме выглядит так. Сколько альфа- и бета-распадов отделяют уран-238 от свинца-206. Перебирать варианты бессмысленно, времени уйдет много. Порядок один и тот же. Бета-распад массу не трогает, значит, вся разница масс, тридцать два, набрана альфами. Тридцать два делится на четыре, получается восемь альфа-распадов. Восемь альф опускают заряд на шестнадцать, с девяноста двух до семидесяти шести. У свинца восемьдесят два, недостающие шесть вернули бета-распады. Ответ восемь и шесть. Торий-232 и свинец-208 разбираются тем же ходом, шесть альф и четыре беты.

Короткий кусок той же цепочки дает неожиданный результат. Уран-238 после одного альфа-распада становится торием-234, после двух бета-распадов подряд возвращается на свою клетку. Снова уран, только уран-234. Атомы одного элемента с разной массой Фредерик Содди назвал изотопами в 1913 году.

Период полураспада урана-238 около четырех с половиной миллиардов лет, почти как возраст Земли. Примерно половина урана-238, который был в веществе планеты при ее рождении, до сих пор не распалась.

Что из этого проверяют на ЕГЭ

По проекту демоверсии 2027 года экзамен по физике сохраняет структуру. Двадцать шесть заданий, из них шесть с развернутым ответом, 45 первичных баллов, 3 часа 55 минут. Правки касаются только тематики заданий 21 и 23.

В навигаторе ФИПИ 2026 года элементы квантовой физики, включая радиоактивность, проверяются заданиями 16 и 17. Под какими номерами тема окажется в 2027 году, до утверждения окончательной демоверсии честно сказать нельзя. Вместе с ядром в тех же номерах живут фотоэффект, строение атома и спектры, так что двух колонок на полях мало, нужна вся квантовая физика.

Порог Рособрнадзора по физике в 2026 году составлял 36 тестовых баллов. Вузы, подведомственные Минобрнауки, принимали от 41, годом раньше было 39, так установил приказ № 881 от 14 ноября 2025 года. На прием 2027 года такого приказа на конец сентября 2026 года еще нет.

Куда двигаться дальше

На всю тему хватает четырех вечеров по двадцать минут. В первый вечер прогнать через обе колонки десяток изотопов, по одному на каждый вид распада. Во второй сделать задачи на период полураспада и отдельно на распавшиеся ядра. Третий оставить на длинные цепочки. Через три дня вернуться и решить все заново без подсказок, потом еще раз через неделю и перед ближайшим пробником.

Общий план экзамена по физике и задания, на которых чаще всего срываются баллы, собраны в отдельной статье на classicum.ru. Первая консультация с методистом бесплатная. Физику ведут онлайн, в маленьких группах, по кодификатору нужного года.

Частые вопросы про радиоактивность на экзамене