А.А. Абрамов, Г.А. Бадун - Методическое руководство к курсу Основы радиохимии и радиоэкологии (1133870), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Оба названия, для которых вытекают из того, что ониобразовались в момент образования нашей планеты и их периоды полураспадабольше времени жизни Земли (107 – 108 лет) и поэтому они естественнымобразом существуют вместе с нашей планетой.Искусственные радионуклиды составляют большую часть. Их периодыполураспада меньше возраста Земли. Поэтому если они и были в моментобразования Земли, то в дальнейшем распались. Искусственные радионуклидымогутбыть полученыкак в различныхустройствахдляполучениярадионуклидов, так и под действием космического излучения на объектыокружающей среды.7Как уже было сказано радионуклиды претерпевают самопроизвольныепревращения,средикоторыхнаиболеераспространеннымиявляются-распад, -превращения, изомерный переход, испускание нейтронов (режепротонов), спонтанное деление ядер.

-излучение (фотонное) представляетсобой электромагнитное излучение (длина волны 10–11–10–14 м) сопровождаетмногие виды распада, а при изомерном переходе является единственным видомизлучения.Самопроизвольные ядерные превращения связаны с высвобождениемэнергии E за счет изменения массы покоя системы на величину m:E = mc2, где с- скорость света в вакууме.Испускание каждой частицы и (или) -кванта переводит ядро с энергетическиболее высокого уровня на более низкий уровень. Разность между исходным иконечным энергетическими уровнями (за вычетом энергии, связанной сэнергией покоя испускаемой частицы) характеризует полную энергию распада,которая не зависит от того, каким путем осуществляются переходы.1.3.

-Распад. Взаимодействие -частиц с веществом-Частицы – это ядра атомов 4He. Альфа распад характерен для ядертяжелых радионуклидов. На рис. 1.1 (а) представлены схемы распада 239Pu и 238U.Верхняя горизонтальная линия на обеих схемах характеризует энергетическийуровень ядер соответствующих нуклидов. Испускание -частиц и -квантовпереводят ядра на более низкий энергетический уровень:и234Th при распаде235U при распаде 239Pu238U.

Разность в энергиях ядер материнского (239Pu,дочерних продуктов (235U,234238U) иTh) определяет полную энергию распада. Каквидно из приведенных схем ядра материнского изотопа претерпевают распад,испуская несколько групп -частиц с различной энергией, а также -кванты сэнергией, равной разности между полной энергией распада и энергиейчастиц определенной группы. Спектр -частиц – дискретный (рис. 1.1(б)).Схематично -распад можно представить следующим уравнением8-AZX239A 4Z2 YPu23823994U23892PuU4,9109 л42,41110 л5,187 (11%)4,132 (22%)5,225 (20%)4,180 (78%)0,0395,238 (69%)0,0140,0480,05224,101 d7,13108 л2359223490 ThUРис.1.1 (а) Схемы распада 239Pu и 238U.% выхода«4238U5239E (МэВ)PuРис.

1.1 (б) -спектр смеси 238U и 239Pu.Наприведенныхнарис.1.1схемах(классическийвариант),группы- частиц изображены с помощью «жирных» стрелок (-частица – тяжелаячастица), направленных справа налево. Это сделано на основании правиласдвига (1913 г. Ф. Содди и К. Фаянс), в соответствии с которым, при-распаде материнский радионуклид превращается в дочерний, смещаясь вПериодической таблице на две клетки влево.Масса покоя -частиц в соответствии с релятивистским соотношениемm0с2 = E = 3755 МэВ (Мега электрон вольт). Для перевода энергии в систему9СИ напоминаем, что 1 эВ = 1,610–19 Дж. Кинетическая энергия испускаемых частиц лежит в пределах от 1,5 МэВ (142Ce) до 11,7 МэВ (212mPo).Основной механизм передачи энергии -частицами, также как и другимитяжелыми частицами (протонами, ядрами тяжелых изотопов водорода: 2Н(дейтерий), 3Н (тритий)) – неупругие соударения с атомами и молекуламисреды, вызывающие ионизацию и возбуждение атомов (молекул).

Электроны,получаемые при ионизации атомов (Еионизац.  34 эВ) имеют кинетическуюэнергию в среднем 100-200 эВ. Эти электроны (-лучи) также вызываютионизацию, причем эта ионизация в 3-4 раза больше, чем вызванная самой частицей. Таким образом, при взаимодействии -частиц с веществом 70-80%ионов образуется за счет вторичных процессов.Мы не будем подробно останавливаться на соотношении потерь энергии частиц на ионизацию и возбуждение. Для этого существуют соответствующиеэмпирические формулы. Отметим только, что возбуждению могут подвергатьсякак атомы, так и молекулы, особенно с сопряженными -связями. На этоммеханизме передачи энергии работают многие стинцилляционные детекторыдля регистрации частиц при радиоактивных превращениях нуклидов.

Пробег частиц небольшой и они могут быть поглощены листком бумаги. В табл. 1.2приведены данные о проникающей способности -излучения.Таблица 1.2Пробеги –частиц (см) в различных материалахE, МэВВоздухАлюминийБиол. ткань10,690,000360,0006853,390,00220,00331010,20,00620,0103Поток -частиц F (число частиц за единицу времени) при прохождении черезвещества практически не меняются. Частицы с одинаковой энергией имеютодинаковый пробег. Разброс в пробегах Rmin, Rсредн. и Rmax не превышает 3% исвязан со статистическими флуктуациями потерь энергий при столкновении сэлектронами.10В заключение приведем интересный и логичный факт. На рис. 1.3 приведенакривая Брэгга, из которой видно, что максимальная удельная ионизациядостигается при потере -частицами большей части энергии и замедлении ее всреде, с которой она вступает во взаимодействие.FRmiRRRсред.Рис.

1.2. Поток –частиц на расстоянии от источника.пар ионов на 1 мкм пробегаNR, см12Рис. 1.3. Зависимость удельной ионизации воздуха от пробега -частиц.1.4. -превращения. Взаимодействие -частиц с веществомПодобщимназванием-превращениярассматриваютсятрисамостоятельных вида превращений: –-распад (испускание электронов),11+-распад (испускание позитрона – античастицы электрона) и электронныйзахват.1.4.1. –-распадПроцесс –-распада можно записать следующим образом:AZX _AZ 1YВ соответствии с правилом сдвига в результате –-распада материнскогонуклида получается дочерний нуклид, стоящий на одну клетку правее вПериодической таблице. Поскольку, как и любой вид превращений –-распадэто ядерный процесс, то его можно представить как распад нейтрона в атомномядре10np  β  ν11Распад нейтрона сопровождается получением протона, который остается в ядреи испусканием двух частиц   и  (антинейтрино, которое не имеет заряда имассу, близкую к нулю).

Характерная особенность –-распада заключается втом, что испускаемые частицы могут вылетать из ядра под разными углами, икак следствие этого их энергии будут распределяться по законам вероятностимежду этими частицами.–-частицы получили свой термин, так как, по сути, являясь электроном,они не моноэнергетичны как орбитальные электроны и ряд другихиспускаемых электронов, которые будут рассмотрены далее.N-антинейтрино323215Р3216E, max = 1,71 МэВP  32S +  + SE- maxE- срE-Рис. 1.4. Схема распада 32Р и спектр испускаемых –-частиц.12На рис. 1.4 представлена схема распада фосфора-32 и спектр –-частиц.Как видно из рис.

1.4 энергия –-частиц изменяется в широком диапазоне.Обычно в справочных данных приводят максимальную энергию –-частиц (Е–max),так как именно по ее значению определяют максимальный пробег–-частиц в веществе или среднюю энергию Ē–ср., которую можно оценить поуравнению Ē   ≃ 0,4 Е–max.Приведенная схема распада фосфора-32 показывает, что он является«чистым» –-излучателем. Этого мы не наблюдаем при -распаде, когдаиспускание альфа частиц сопровождалось испусканием -квантов.При –-распаде «чистых » –-излучателей не очень много, но это как раз тенуклиды, которые используются для мечения органических соединений споследующимихиспользованиемвбиологическихимедицинскихисследованиях (3H, 14C, 35S), осколочный стронций-90 с дочерним иттрием-90 иряд других. На рис.1.5 представлена схема распада осколочного цезия-137, изкоторой видно, что радиоактивное превращение сопровождается испусканиемдвух групп –-частиц с различными значениями Е–max и разность между этимидвумя значениями компенсируется испусканием -квантов с энергией 0,661Мэв.137Cs13755 Cs33л0,523 (92%)137 m56 Ba2,60 м1,18 (8%)0,661137 Ba56Рис.

1.5. Схема распада 137Cs.13На рис. 1.6 представлены схемы распада широко используемых изотоповкобальта-60 и молибдена-99.99Mo99 Mo422,8 d60?Co6027 Co0,445 (13%)0,3675,27 л0,3011,225 (87%)0,7801,1720,7410,04099m Tc1,332436,6 ч6028 Ni0,0020,1420,1400,1812,12105л99 Tc43Рис. 1.6. Схемы распада кобальта-60 и молибдена-99.Как видно из приведенных схем распада они более сложные длявосприятия, но как раз и иллюстрируют многообразие и индивидуальностьпроцессов ядерных превращений.При прохождении –-частиц через вещество они расходуют свою энергиюна ионизацию и возбуждение атомов и молекул, а также при прохождениивблизи ядер атомов –-частицы замедляются, теряют часть своей энергии,котораявыделяетсяназываемоговтормознымвиде-квантовизлучением.электромагнитногоДолятормозногоизлученияизлученияувеличивается с ростом Е–max и порядкового номера материала среды.

Характеристики

Список файлов книги