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

Горизонтальный график радиоактивного распада
Фото/схема: Pradana Aumars / Wikimedia Commons / CC0 1.0

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

Винтажный циферблат с радиевой краской измеряют дозиметром.
Фото: Jan Helebrant / Wikimedia Commons / CC BY-SA

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

Цепочка распада U-238 → Pb-206
Фото/схема: Forwardbias / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

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 меняется в ядре после каждого распада

ВидЧто вылетаетМассовое числоЗаряд ядраКлетка в таблицеПримерЧто задержитВ магнитном поле
Альфа-распадядро гелия, два протона и два нейтрона−4−2на две влеворадий-226 → радон-222лист бумаги, верхний слой кожиотклоняется, заряд +2
Электронный бета-распадэлектрон и антинейтрино, нейтрон становится протономне меняется+1на одну вправоуглерод-14 → азот-14, тритий → гелий-3алюминий в несколько миллиметровотклоняется в сторону, противоположную альфа-частицам
Позитронный бета-распадпозитрон и нейтрино, протон становится нейтрономне меняется−1на одну влевофтор-18 → кислород-18алюминий в несколько миллиметровотклоняется туда же, куда альфа-частицы
Гамма-излучениегамма-квант, ядро сбрасывает лишнюю энергиюне меняетсяне меняетсяостается на местетехнеций-99м → технеций-99сантиметры свинца, метры бетонане отклоняется

Проверка любой строчки: сумма массовых чисел слева равна сумме справа, то же с зарядами. Альфа-частица записывается как 4 и 2, электрон как 0 и −1, позитрон как 0 и +1.

Закон распада: за каждый период полураспада число нераспавшихся ядер делится на два. Общий случай: оставшиеся = начальное число ÷ 2время ÷ период.

Периоды из статьи: фтор-18 около 110 минут, технеций-99м 6 часов, молибден-99 около 66 часов, тритий около 12 лет, радий-226 около 1600 лет, уран-238 около 4,5 миллиарда лет.

По кодификатору ЕГЭ по физике, раздел «Квантовая физика», пункты 4.3.2 и 4.3.3.

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.

Что стало с ядром, десять задач

Решите на полях в две колонки, массовое число и заряд, потом откройте ответ.

1

Полоний-210 (заряд 84) испытал альфа-распад. Какое ядро получилось?

Ответ
210 − 4 = 206, 84 − 2 = 82. Свинец-206.
2

Стронций-90 (заряд 38) испытал электронный бета-распад. Что получилось?

Ответ
Массовое число 90, заряд 39. Иттрий-90.
3

Натрий-22 (заряд 11) испытал позитронный бета-распад. Что получилось?

Ответ
Массовое число 22, заряд 10. Неон-22.
4

Возбужденное ядро бария-137м испустило гамма-квант. Как изменился заряд ядра?

Ответ
Не изменился. Массовое число тоже прежнее, получился барий-137.
5

Торий-232 (заряд 90) испытал альфа-распад. Назовите продукт.

Ответ
232 − 4 = 228, 90 − 2 = 88. Радий-228.
6

Уран-238 (заряд 92) испытал один альфа-распад и два электронных бета-распада. Что получилось?

Ответ
Массовое число 234, заряд 92. Снова уран, но уран-234, изотоп исходного.
7

Сколько альфа- и бета-распадов отделяют уран-235 (заряд 92) от свинца-207 (заряд 82)?

Ответ
28 ÷ 4 = 7 альфа-распадов, заряд падает до 78. До 82 не хватает четырех, значит, 4 бета-распада.
8

Сколько альфа- и бета-распадов отделяют радий-226 (заряд 88) от свинца-206 (заряд 82)?

Ответ
20 ÷ 4 = 5 альфа-распадов, заряд падает до 78. Еще 4 бета-распада.
9

Было 800 ядер, период полураспада 3 часа. Сколько ядер распалось за 12 часов?

Ответ
Четыре периода, осталось 50, распалось 750. Спрашивали про распавшиеся.
10

По графику масса изотопа упала с 640 до 320 мг за 5 суток. Сколько останется через 20 суток?

Ответ
Период 5 суток, прошло четыре периода: 640 → 320 → 160 → 80 → 40 мг.

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

Меняется ли период полураспада, если образец нагреть или сжать?

Заметно нет. Температура, давление и химические связи касаются электронных оболочек, распад идет в ядре. На этом держится и радиоуглеродная датировка.

Откуда берется электрон при бета-распаде, если в ядре электронов нет?

Он появляется в момент распада, когда нейтрон превращается в протон. Антинейтрино, которое вылетает вместе с ним, в школьных уравнениях часто не пишут.

Как считать, если время не делится на период нацело?

Нужна общая формула, где двойка стоит в степени минус время, деленное на период. В первой части числа обычно подобраны так, что хватает деления пополам.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Related Posts