lect8nucl (Лекции Огурцова (PDF)), страница 3

Внесистемная единицаактивности нуклида в радиоактивном источнике – кюри (Ки): 1 Ки=3,7·1010 Бк.8. Правила смещения.При радиоактивномэлектрических зарядовраспадевыполняетсязаконсохраненияZ Яe = ∑ Zieiи закон сохранения массовых чиселAЯ = ∑ Ai ,iгде Z Я e и AЯ – соответственно заряд и массовое число материнского ядра;Z i e и Ai – соответственно заряды и массовые числа частиц, получившихся врезультате радиоактивного распада.Следствием этих законов являются правила смещения, позволяющиеустановить, какое ядро возникает в результате распада данного материнскогоядра в различных типах радиоактивного распада:AA-44Z X → Z - 2Y + 2 HeAA0Z X → Z+1Y + -1 eAA0Z X → Z−1Y + +1 eгдеAZX–для α -распада,−для β -распада,+для β -распада,42 He0а +1 eматеринское ядро, Y – символ дочернего ядра,( α -частица),0-1 e– символическое обозначение электрона,1– ядро гелия– позитрона– частицы с массой покоя электрона, и спином 2 , несущей положительныйэлектрический заряд + e .Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, всвою очередь, радиоактивными.

Это приводит к возникновению цепочки, илиряда радиоактивных превращений, заканчивающихся стабильнымЯдерная физика8–88–25элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называетсярадиоактивным семейством.Естественно радиоактивные ядра образуют три радиоактивныхсемейства, называемых семейством урана232( 90Th )и семейством актиния235( 89 Ac ),238( 92 U ),семейством ториякоторые после цепочки α - и β 206208207распадов заканчиваются на стабильных изотопах свинца 82 Pb , 82 Pb и 82 Pb(имеющих особую устойчивость ядер, содержащих магическое число протонов– 82). Четвертое из известных семейств – семейство нептуния, начинаетсяот трансуранового элементазаканчивается на висмуте23793 Np ,полученного искусственным путем, и20983 Bi .9.

Альфа-распад.В основном α -распад характерен для тяжелых ядер ( A > 200 , Z > 82 ).α -Распад подчиняется правилу смещения, например, распад изотопа урана23892 U23490Th238234492 U → 90Th + 2 He .приводит к образованию торияСогласно современным представлениям, α -частицы образуются внутритяжелых ядер вследствие объединения двух протонов и двух нейтронов. Такаяобразовавшаяся частица сильнее отталкивается от оставшихся протонов ядра,чем отдельные протоны.

Одновременно α -частица испытывает меньшееядерное притяжения к нуклонам в ядре, чем отдельные нуклоны.Скорости вылетающих при распаде α -частиц очень велики –1,4 ÷ 2 ⋅ 10 7 м/с , что соответствует энергиям 4 ÷ 8,8 МэВ . Опыты Резерфордапоказали, что даже имея такие скорости α -частицы не могут приблизиться кядру на расстояние, при котором начинают действовать ядерные силы ирассеяниеα -частиц на ядре объясняется только кулоновскимвзаимодействием. Т.о. можно сделать вывод, что ядро окруженопотенциальным барьером, высота которого не меньше 8,8 Мэв.С другой стороны, α -частицы испускаемые ураном имеют энергию4,2 МэВ.

Следовательно, α -частицы вылетают из ядра с энергией,значительноменьшевысотыпотенциальногобарьеравследствиетуннельного эффекта.Для α -частиц характерна сильная зависимость между периодомполураспада T1 2 и энергией E вылетающих частиц. Эта зависимостьопределяется законом Гейгера-Нэттолаln λ = A + B ln Rα ,где A и B эмпирические (определяемые из опыта) константы, λ = (ln 2) T1 2 ,Rα – пробег α -частицы в воздухе – расстояние, проходимое частицей доее полной остановки.Т.о. чем меньше период полураспада, тем больше пробег α -частицы, аследовательно, и ее энергия.Пробег α -частиц в воздухе (при нормальных условиях) составляетнесколько сантиметров, в более плотных средах он гораздо меньше, составляяА.Н.Огурцов.

Физика для студентовКкамера Вильсона 8-13– ионизационная 8-13– пузырьковая 8-13кандела 1-2, 6-6капилляр 2-27катодолюминесценция 7-29квант 6-28– действия 6-28квантование пространственное 7-15квантовая статистикаБозе-Эйнштейна 7-18– – Ферми-Дирака 7-18квантовое число вращательное 7-22– – главное 7-5, 7-14– – колебательное 7-22– – магнитное 7-15– – орбитальное 7-14– – спиновое 8-4кварк 8-20кельвин 1-1-22К-захват 8-9килограмм 1-2, 1-9кинематические уравнениядвижения точки 1-4ковалентные связи 2-28когерентность 5-24, 6-7– временная 6-7– пространственная 6-7колебания 5-2– вынужденные 5-2, 5-14– гармонические 5-2– затухающие 5-12– поляризованные линейно 5-11– – циркулярно 5-11– – эллиптически 5-11– свободные 5-2– собственные 5-2колебательный контур 5-7количество вещества 2-4количество движения 1-9кома 6-5комбинационное рассеяние света7-22компаунд-ядро 8-14конденсация 2-30конденсатор 3-18консервативная система 1-13консервативные силы 1-12, 1-22, 3-6концентрация 2-6координаты вектора 1-29– полярные 1-6– сферические 7-14коэффициент затухания 5-12– мощности 5-19– поглощения 6-20– прозрачности потенциальногобарьера 7-12– Пуассона 1-18, 2-14– размножения нейтронов 8-17– теплопроводности 2-10– трансформации 4-19– холодильный 2-21краевой угол 2-26красная граница фотопроводимости7-29кривые фазового равновесия 2-31кристаллизация 2-30кристаллические тела 2-27кристаллическая решетка 2-27кристаллофосфор 7-30кристаллы атомные 2-28– ионные 2-28– металлические 2-28– молекулярные 2-28критерий Рэлея 6-17критическая точка 2-24, 2-32КПД кругового процесса 2-18– цикла Карно 2-22кюри 8-7Ллавинообразное размножение 3-32,8-17лазер 7-24ламинарное течение 1-21лептоны 8-20линза 6-3– собирающая 6-4– рассеивающая 6-4линия напряженностиэлектростатического поля 3-4– индукции магнитного поля 4-3– тока жидкости 1-19луч 6-2лучистость 6-5люкс 6-6люмен 6-6люминесценция 6-25люминофор 7-29Предметный указатель8–248–9Ззакон Авогадро 2-4– Ампера 4-6– Архимеда 1-19– Био 6-25– Био-Савара-Лапласа 4-4– Бойля-Мариотта 2-3– Больцмана (равнораспределения)2-12– Бугера 6-50– Видемана-Франца 3-30– всемирного тяготения 1-23– Гейгера-Нэттола 8-8– Гей-Люссака 2-4– Гука 1-18– Дальтона 2-4– Джоуля-Ленца 3-26, 3-30– Дюлонга и Пти 2-29– движения центра масс 1-10– инерции 1-8– Кирхгофа 6-27– Кулона 3-2– Максвелла 2-7– Малюса 6-22– Мозли 7-21– Ньютона первый 1-7– – второй 1-9– – третий 1-10– Ньютона (вязкость) 2-10– Ома 3-24, 3-27, 3-29– отражения 5-29, 6-2– Паскаля 1-19– полного тока для магнитного поляв веществе 4-25– преломления 5-30, 6-2– радиоактивного распада 8-6– излучения Вина 6-28– смещения Вина 6-27– сохранения барионного заряда8-20– – заряда 3-2– – импульса 1-10– – – релятивистского 1-26– – массовых чисел 8-7– – момента импульса 1-17– – механической энергии 1-13– – электрических зарядов 8-7– – энергии 1-13, 1-27– Стефана-Больцмана 6-27– Фарадея 4-14– Фика (диффузия) 2-10– Фурье (теплопроводность) 2-10заряд единичный 1-32– точечный 3-2– электрический 3-2– элементарный 3-2зеркало Ллойда 6-9зеркала Френеля 6-9зона валентная 7-26– проводимости 7-26– энергетическая 7-26зонная теория твердых тел 7-25зоны Френеля 6-13Иизлучательность 6-5излучение вынужденное 7-23– радиоактивное 8-5– рентгеновское 7-20– спонтанное 7-23– тепловое 6-25– тормозное 7-20– характеристическое 7-20изобара 2-4, 2-15изобары 8-3изопроцессы 2-15изотерма 2-3, 2-15– критическая 2-24изотермы реальных газов 2-23изотоны 8-2изотопы 8-2изотропность пространства 1-17изохора 2-4, 2-15импульс 1-9– релятивистский 1-26– силы 1-9– системы 1-11инвариантная величина 1-26инверсия населенностей 7-24индуктивность контура 4-16инжекция 7-31инертность 1-7интеграл определенный 1-28интервал между событиями 1-26интерференция волн 5-24– света 6-8интерферометр 6-12ионизация 3-30испарение 2-30источники поля 1-31, 4-31А.Н.Огурцов.

Физика для студентовсотые доли миллиметра ( α -частицы можно задержать обычным листомбумаги).Энергетический спектр α -частиц, испускаемых данным радиоактивнымэлементом, обнаруживает "тонкую" структуру, т.е. испускается несколько группα -частиц, причем в пределах каждой группы их энергии практическипостоянны.

Дискретный спектр α -частиц свидетельствует о том, что атомныеядра обладают дискретными энергетическими уровнями.10. Бэта-распад.Термином "бэта-распад" обозначают три типа ядерных превращений:−+электронный ( β ) и позитронный ( β ) распады, а также электронныйзахват (другие названия – e -захват или K -захват).Первые два типа превращений состоят в том, что ядро испускает электрон0-1 e(позитрон0+1 e )иэлектронноеантинейтрино00 νe(электронное0β -Электроны рождаются в результате процессов,нейтрино 0 ν e ).происходящих внутри ядра при превращении одного вида нуклона в ядре вдругой – нейтрона в протон или протона в нейтрон10n →11p→111p+10n +0−1 e +0+1 e +00 νe00 νe−( β -распад),+( β -распад).1Здесь 0 n и 1 p – обозначения нейтрона и протона.Энергия покоя нейтрона превышает энергию покоя атома водорода (т.е.протона и электрона вместе взятых) на 782 кэВ.

За счет этой энергии может−происходить самопроизвольное превращение нейтрона в протон – β -распад –в том числе и вне ядра. И действительно, β -электроны, рождающиеся прирадиоактивном распаде свободных нейтронов, имеют энергию 782 кэВ.β+ -Распад для свободного протона наблюдаться не может, однако дляпротона, связанного в ядре благодаря ядерному взаимодействию частиц, этареакция оказывается энергетически возможной.Энергетический спектр испускаемыхпри бэта-распаде электронов являетсянепрерывным, простирающимся до верхнейβ -спектра Emax .границыэнергииПолная энергия, теряемая ядром при бэтараспаде всегда равна Emax , но она поразному распределяется между электрономи антинейтрино.

Максимальное значениеэнергии электрона E = Emax означает, что вся энергия уносится электроном,нулевое значение энергии электрона соответствует тому, что вся энергияуносится антинейтрино.−Для β -радиоактивности свободных нейтронов Emax = 782 кэВ.В случае e -захвата ( K -захвата) превращение протона в нейтрон идет посхеме11p+ −10 e → 01n + 00 ν e .Ядерная физика8–108–23При этом исчезает один из электронов на ближайшем к ядру K -слоеатома.Протон, превращаясь в нейтрон, как бы "захватывает" K -электрон.Особенностью этого типа бэта-распада является вылет из ядра только0нейтрино 0 ν e .