Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 131
Текст из файла (страница 131)
242 и радин кэ((а. 22б Обнаруженное излучение было названо радиоактивным излучением, а само явление — испускание радиоактивного излучения — радиоактивностью. дальнейшие опыты показали, чта на характер радиоактивного излучения препарата не оказывают влияния вид химического соединения, агре4атнае состояние, механическое давление, температура, электрические н магнитные поля, т. е.
все те воздействия, которые могли бы привести к изменению состояния электронной оболочки атома. Следовательно, радиоактивные свойства элемента обусловлены лишь структурой ега ядра. В настоящее время под радиоактивностью понимают способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством идерпых реакций).
Принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет, так как законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы. Радиоактивное излучение бывает трех типов: ач (У- и У-излУчение. (!одРобное их исследование позволило выяснить природу и основные своиства. а-Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионнзируюшей способностью и малой проникающей способностью (например, поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм). а-Излучение представляет собой поток ядер гелия; зарнд и-частицы равен +2е, а масса совпадает 4 с массой ядра изотопа гелия 2Не. По отклонению а-частнп в электрическом в магнитном полях был определен нх удельный заряд Я/гп„, значение которого подтвердило правильность представлений об их природе. ()-Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизируюшая способность значительна меньше (примерно на два порядка), а пранииающая способность гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 2 чм), чем у а-частиц.
б-Излучение представляет собой поток быстрых электронов (это вытекает из определения их удельного заряда). Поглощение потока электронов с одинаковыми скоростями в однородном веществе подчиняется экспоненциальному закону )4(=%бе "", где ууб и дг — число электронов на входе и выходе слоя вещества толщиной к, р коэффициент поглощения, (У-Излучение сильно рассеиваетсн в веществе, поэтому р зависит не только от вещества, но и от размеров и формы тел, на которые ()-излучение падает. у-Излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см), при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию.
у-Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны 24( (О '"м и вследствие этого— нрко выраженными корпускулярными ! л з в а 32 Элементы физики атомного ядра 4!л Агб/2 = йгое "хгц2, откуда Т, з= -=0,693/Л. 1п 2 1/з 1 =Л ! 1ечн 31=— О (п — = — Л1, Ф ого получим М= гуре (256.2) свойствами, т. е. является потоком частиц — у-квантов (фотонов).
й 256. Закон радиоактивного распада. Правила смещения Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро— дочерним. Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиннюц!имся законам статистики. Поскольку отдельные радиоаитивные ядра распадаются независимо друг от друга, можно считать, что число ядер 4%, распавшихся в среднем за интервал времени от ! до 1+г)1, пропорционально промежутку времени г)! и числу Аг не- распавшихся ядер к моменту времени 1; г)М = — ЛЖ ОГ, (256.1) где Л вЂ” постоянная длн данного радио.
активного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается. Разделив переменные и интегрируя, т. е. — = — ЛО), 1 = — Л~ бй дЛ/ '"г д)у 'г где лГз — начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени 1=0), й( — число нераспавшикся ядер в момент времени й Формула (256.2) выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте. Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины; период полураспада Тыг и среднее время жизни т радиоактивного ядра.
Период полураспада Т,м — время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Тогда, согласно (256.2), Периоды полураспада для естественно- радиоактивных элементов колеблютсн от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет. Суммарная продолжительность жизни г)гУ ядер равна 1!3)т'! = Ллг1г)!.
Проинтегрировав это выражение по всем возможным ! (т. е. от О до оо) и разделив на начальное число идер лг„получим среднее время жизни т радиоаитивного ядра: т= — Лл11г)1= — — Л1!о1е "' Ж= ! г ! г д'а й!о (учтено (256.2)). Таким образом, среднее время жизни т радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада Л. Активностью А нуклида (общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов 2 и нейзронов л() в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в !с: А = — = ЛЖ. (256.3) г1 йг 31 Единица активности в СИ вЂ” беккерель (Бк): 1 Бк — активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада.
До сих пор в ядерной физике применяется и внесистемная единица актниности нуклида в радиоактивном источнике — кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 ° 1О'з Бк. 7. Элементы физики атомного 4!4 ядра и элементарных частиц Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра, Правила смещения: для а-распада ,Х ",',У+',Не, (256.4) для 6-распада 2Х -» 2„",у+ эе, (256.5) где 2Х вЂ” материнское ядро, У вЂ” символ А дочернего ядра, 42Не — ядро гелия (а-частица), ,е — символическое обозе начение электрона (заряд его равен — 1, а массовое число — нулю).
Правила сме- щения являются ничем иным, как след- ствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах, — сохранения электрического заряда и сохранения мас- сового числа: сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра, Возникающие а результазе радиоак- тивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, ра- диоактивных превращений, заканчиваю- шихся стабильным элементом. Совокуп- ность элементов, образующих такую це- почку, называется радмоактивным семей- ством.
Из правил смещения (256.4) и (256.5) вытекает, что массовое число при а-распа- де уменьшается на 4, а при 6-распаде не меняется. Поэтому для всех ядер одного и того же радиоактивного семейства оста- ток от деления массового числа на 4 оди- накор. Таким образом, существует четыре различных радиоактивных семейства, для каждого из которых массовые числа за- даются одной из следующих формул: А=4л, 4п+1, 4л+2, 4и+3, где и — целое положительное число, Се- мейства называются по наиболее долго- живущему (с наибольшим периодом полу- распада) «родоначальникухч семейства то- рна (от ~~2~»ТЬ), нептуния (от ~2~2~(х)р), урана (от "22(3) и актинии (от '„",Ас).
Конечными нуклидами соответственно являются 2еэззРЬ, зэзВ1, 22РЬ, '22РЬ, т. е. единственное семейство иептунин (искусственно-радиоактивные ядра) заканчивается нуклидом ВЬ а все остальные (естественно-радиоактивные ядра) — нуклидами РЬ. 9 257. Закономерности а-распада В настоящее время известно более двухсот а-активных ядер, главным образом тяжелых (А) 200, Я)82). Только небольшая группа а-активных ядер приходится на области с А = 140 †: 160 (редкие земли). 6-Распад подчиняется правилу смещения (256.4). Примером а-распада служит распад изотопа урана (/ с образовани. ем ТЬ: 238() 234.1 1 ( 411 Скорости вылетающих при распаде а-частиц очень велики и колеблются для разных ядер в пределах от 1,4 ° 10' до 2 10' и/с, что соответствует энергиям от 4 до 8,8 МэВ.
Согласно современным представлениям, а-частицы образуются в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов. а-Частицы, испускаемые конкретным ядром, обладают, как правило, определенной энергией. Более тонкие измерения, однако, показали, что энергетический спектр а-частиц, испускаемых данным радиоактивным элементом, обнаруживает «тонкую структуру», т. е. нспускается несколько групп а-частиц, причем в пределах каждой группы их энергии практически постоянны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
