24 (Лекции кафедральные (PDF))

PDF-файл 24 (Лекции кафедральные (PDF)) Физика (4549): Лекции - 4 семестр24 (Лекции кафедральные (PDF)) - PDF (4549) - СтудИзба2014-06-03СтудИзба

Описание файла

Файл "24" внутри архива находится в папке "Лекции по физике за 4 семестр". PDF-файл из архива "Лекции кафедральные (PDF)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "физика" в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

Семестр 4. Лекция 24.Лекция 24. Радиоактивность.Закон радиоактивного распада. Активность. Естественная и искусственная радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Эффект Мессбауэра. Радиоактивные ряды, законсложного распада. Источники радиоактивных излучений. Радиоизотопный анализ.Радиоактивность.Радиоактивностью называется самопроизвольное (спонтанное) превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием одной или нескольких частиц.Принято считать, что время радиоактивного распада ядер составляет не менее 10-12 с. Заэто время происходит большое число разнообразных внутриядерных процессов, полностьюформирующих вновь образовавшееся ядро.Ядра, испытывающие радиоактивный распад, называются радиоактивными. Ядра, неучаствующие в радиоактивных превращениях, называются стабильными.

Такое деление достаточно условно, поскольку практически все ядра могут претерпевать радиоактивный распад, однако скорость распада у разных ядер неодинакова.Радиоактивность ядер, существующих в природных условиях, называется естественной.Радиоактивность ядер, полученных с помощью ядерных реакций в лабораторных условиях (например, на ускорителях), называется искусственной. Между ними нет принципиальных отличий. И в том и в другом случае радиоактивные превращения подчиняются одним и тем же закономерностям. Распадающиеся ядра называются материнскими, а ядра, образующиеся в результате распада, - дочерними.К радиоактивному распаду относятся α- распад, β-распад, спонтанное деление тяжелыхядер, протонный распад и др.β-распад обусловлен слабым взаимодействием, все остальные виды радиоактивных процессов - сильным взаимодействием.При радиоактивном распаде должны выполняться законы сохранения энергии, импульса,момента импульса, заряда и др.Явление радиоактивности было открыто в 1896 г.

французским физиком А. Беккерелем.При радиоактивном распаде испускаются три вида радиоактивного излучения:α-излучение, β-излучение и γ-излучение.α-частицы представляют собой ядра гелия 24 He , β-частицы являются электронами е-, хотя возможен β-распад с испусканием позитронов е+, а γ-излучение представляет собой жесткоекоротковолновое (λ<10-10 м) электромагнитное излучение, испускаемое ядрами.Закон радиоактивного распада.Радиоактивный распад является принципиально статистическим явлением.

Нельзяпредсказать, в какой момент времени распадется то или иное возбужденное ядро. Но можно свысокой степенью точности указать, какая часть нестабильных ядер распадется за определенный промежуток времени. Выявляемые в радиоактивном распаде закономерности носят вероятностный характер и выполняются тем точнее, чем более велико число радиоактивных ядер.Пусть в момент времени t имеется N одинаковых радиоактивных ядер.

Будем считать,что ядра распадаются независимо друг от друга. Обозначим через λ вероятность распада ядра вединицу времени - эта величина называется постоянной распада. Смысл λ заключается в том,что из N нестабильных ядер в единицу времени распадается в среднем λN ядер. Тогда к моменту времени t + dt число радиоактивных ядер изменится (уменьшиться) наdN = -λNdt.Интегрируя по времени и считая, что постоянная распада λ не зависит от времени, получаемN=N0e-λtгде N - число нераспавшихся ядер в момент времени t, N0 — число нераспавшихся ядер в начальный момент времени t = 0. Это соотношение выражает закон радиоактивного распада: число нераспавшихся ядер убывает с течением времени по экспоненциальному закону.1Семестр 4. Лекция 24.Число ядер, испытавших радиоактивный распад за время t, равноN0 − N = N0(1 − e-λt).Интенсивность распада, происходящего в радиоактивном препарате, характеризуется величиной, называемой активностью А.

Активность определяется как число распадов, происходящих в радиоактивном препарате в единицу времени. Из физического смысла λ и определенияА следует, чтоdNA = λN == λN 0 e −λtdtгде A = λN0 — активность радиоактивного препарата в момент времени t = 0.Единицей измерения активности в СИ является Беккерель (Бк), равный одному распаду всекунду. Используется также внесистемная единица кюри (Ки), равная активности одного10грамма изотопа радия 226Бк).88 Ra (1 Ки = 3,7⋅10AАктивность единицы массы радиоактивного препарата a =называется удельной акmтивностью.Периодом полураспада Т1/2 называется время, за которое распадается половина первонаNчального количества радиоактивных ядер.

Согласно определению, 0 = N 0 e−λT1/ 2 . Логарифмируя2ln 2это равенство, получаем T1/ 2 =.λПериод полураспада разных ядер лежит в очень широких пределах. Он меняется от 10-6 с17для изотопа радона 215лет для изотопа свинца 20486 Rn до 14⋅1082 Pb .Найдем среднее время жизни ядра τ. Из всех N0 ядер распадается в промежуток временимежду t и t + dt количество ядер |dN| = λNdt.

Предположим, что среднее время жизни каждогоиз этих ядер равно τ. Тогда∞∫ tλNdtτ=0N0∞= λ ∫ te −λt dt =01.λ1увеличивается при уменьшеλнии вероятности распада ядра за единицу времени, которая определяется постоянной распада λ.Откуда период полураспада и среднее время жизни ядра связаны соотношениемln 2T1/ 2 =≈ 0 , 693 ⋅ τ .λЗакон сложного радиоактивного распада.Дочернее ядро, образующееся при распаде материнского ядра, также может быть нестабильным и испытывать радиоактивный распад. Пусть постоянная распада материнского ядраравна λ1, а дочернего ядра λ2.

Найдем, как будут меняться с течением времени числа материнских N1 и дочерних N2 ядер. Изменения dN1 и dN2 со временем определяются следующими дифdN1dN 2ференциальными уравнениями:= −λ1 N1 ,= λ1 N1 − λ 2 N 2 .dtdtРешение этой системы уравнений имеет вид:λ1λ1  −λ2tN1 = N10 e−λ1t , N 2 = N10e −λ1t +  N 20 − N10e .λ 2 − λ1λ 2 − λ1 Здесь N10 и N20 - числа материнских и дочерних ядер соответственно в начальный момент времени. Если первоначально имелись только материнские ядра, т. е. если N20= 0, то выражениеупрощается:Таким образом, среднее время жизни радиоактивного ядра τ =2Семестр 4.

Лекция 24.λ1e −λ1t − e −λ2t ) .(λ 2 − λ1Альфа-распад.α-распад представляет собой процесс самопроизвольного испускания радиоактивнымядром α-частиц (ядер гелия 24 He ). Он происходит по схемеN 2 = N10X → ZA−−42Y + 24 Heгде X и Y — химические символы распадающегося (материнского) и образующегося (дочернего) ядер соответственно. Массовое число дочернего ядра меньше массового числа материнскогоядра на четыре единицы, а зарядовое - на две единицы.В настоящее время известно более двухсот ядер, испытывающих α-распад.

Большинствоиз этих ядер получается искусственным путем.При распаде α-частицы вылетают из ядер с очень большими скоростями (vα ≤0,lc). Ихкинетическая энергия Еα равна нескольким МэВ. Двигаясь в среде, α-частица теряет свою энергию на ионизацию молекул вещества. Пробег α-частицы, т. е. расстояние, которое она проходитдо полной остановки, зависит от плотности среды. Так, в воздухе при нормальном давлении еепробег составляет несколько см, а в твердом теле – несколько мм .Обычно при α-распаде образуется несколько моноэнергетических групп α-частиц, незначительно отличающихся по энергиям (так называемая тонкая структура α-распада). Это объясняется тем, что дочернее ядро может образовываться не только в основном, но и в возбужденных состояниях.α-частица, покидая ядро, преодолевает потенциальный барьер, создаваемый силамиядерного притяжения и силами кулоновского отталкивания.

Поскольку высота барьера заметно(в несколько раз) превышает энергию α-частицы, то выход α-частицы из ядра возможен толькоза счет туннельного эффекта.Замечание. Радиоактивные ядра могут испускать и более крупные частицы, чем ядра гелия Не (α-частицы), например ядра углерода С или ядра неона Ne. Такие распады были экспериментально обнаружены в 80-х гг. В отличие от α-радиоактивности эти распады получили название кластерной радиоактивности. Поскольку массы ядер углерода и неона заметно превышают массу α-частицы, то вероятность таких распадов (вероятность туннелирования столь массивных частиц) очень невелика. Действительно, вероятность вылета ядра С примерно в 1010 разменьше вероятности вылета α-частицы.

Для ядра неона Ne это отношение достигает 1012 раз. Вдальнейшем было обнаружено самопроизвольное испускание тяжелыми ядрами ядер магния,кремния и серы.Бета-распад.β-распадом называется самопроизвольное превращение радиоактивного ядра ZA X в ядроAZизобар Z +A1Y или Z −A1Y . В этом процессе один из нейтронов ядра превращается в протон или одиниз протонов превращается в нейтрон. Таким образом, β-распад является не внутриядерным, авнутринуклонным процессом. Ответственным за β-распад является слабое взаимодействие нуклонов в ядре. Существует три вида β-распада: электронный (β−-распад), позитронный (β+распад) и электронный захват.1.

Электронный β-распад (β−-распад). В этом случае материнское ядро ZA X испускает электрон,поэтому зарядовое число дочернего ядра Z +A1Y увеличивается на единицу. Электронный β− - распад протекает по схемеAA0Z X → Z +1Y + −1 e + ν e .При этом наряду с дочерним ядром образуется электрон −10 e и электронное антинейтрино ν e .Здесь электрону присвоено зарядовое число Z = −l и массовое число А = 0, чтобы подчеркнутьсохранение электрического заряда и числа нуклонов в процессе распада. В основе электронногоβ-распада лежит превращение в ядре нейтрона в протон:3Семестр 4. Лекция 24.n → p + e− + ν e .Поэтому можно определить β− - распад как процесс самопроизвольного превращениянейтрона в протон внутри атомного ядра.Как показывают экспериментальные исследования, электроны, образующиеся при β−распаде, имеют широкий энергетический спектр от нуля до некоторого максимального значения.

Первоначально, до открытия нейтрино, казалось, что β--распад протекает с нарушениемзакона сохранения энергии. Паули в 1932 г. выдвинул гипотезу, согласно которой при β−- распаде испускается еще одна частица, которая уносит часть энергии. Так как эта частица никаксебя не проявляла, то следовало предположить, что она электронейтральна и обладает оченьмалой массой. Эта частица, названная Э. Ферми нейтрино, что дословно означает «маленькийнейтрон», была экспериментально обнаружена лишь в 1956 г.Установлено, что существует несколько типов нейтрино: электронное, мюонное, таулептонное и их античастицы. Тип нейтрино определяется заряженной частицей, вместе с которой нейтрино рождается и с которой взаимодействует.

β− -распад сопровождается испусканиемэлектронного антинейтрино.2. Позитронный β-распад (β+-распад). В случае позитронного β+-распада ядро испускает позитрон, в результате чего его зарядовое число Z уменьшается на единицу. Позитронный β+-распадосуществляется по схемеAA0Z X → Z −1Y + 1 e + ν e .Позитронный β+-распад сопровождается испусканием позитрона е+ и нейтрино νe, т. е. тех частиц, которые представляют собой античастицы по отношению к частицам, испускаемым приэлектронном β−-распаде . В основе β+-распада лежит превращение в ядре протона в нейтрон:p → n + e+ + ν e .Поскольку масса протона меньше массы нейтрона, то для свободного протона такой процессневозможен по энергетическим соображениям.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее