Введение в радиоактивность (2) (1133877)

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

Текст из файла

Введение в радиоактивностьСтепан Николаевич Калмыковтел. 939-32-20stepan@radio.chem.msu.ruhttp://radiochemistry-msu.ru/leaders/102-kalmykovhttp://lanbook.com/Радиоактивность• Альфа-распад• Бета-распад• Гамма-переход•Спонтанное деление••Испускание протона (147Tm, 151Lu)Испускание кластеров (223Ra1 Беккерель=1 распад/с1 Кюри=3,7х1010 Бк14C+209Pb)Стабильные и радиоактивные ядраРадионуклиды в природеПриродныеПервичные238U, 235U, 232Th,40K, и др.ИскусственныеКосмогенные14C, 7Be, 10Be, 32P и др.Радиоактивность – самопроизвольное изменение энергетическогосостояния ядра или его нуклонного составаРаспад – выгодный процесс, его энергия равна разности масспродуктов распада и исходных ядерМасса ядра всегда меньше, чем сумма масс составляющих егонуклоновДефект массы (Δm) соответствует энергии связи ядра.Если дефект массы выражен в атомных единицах, а энергия связив МэВ, то: ΔE=931.5ΔmПримерРассчитаем энергию связи ядра 16O.Масса 8 протонов: 8×1,00727 а.е.м.=8,05816 а.е.м.Масса 8 нейтронов 8×1,00866 а.е.м.=8,06928 а.е.м.Масса 8 электронов 8×0,00055 а.е.м.=0,00440 а.е.м.Итого – 16,13184 а.е.м.Масса атома 16O (экспериментально определенная величина) –15,99492 а.е.м.Дефект массы = 16,13184 - 15,99492 = 0,13692 (а.е.м.)Энергия связи 16O = 0,13692 а.е.м.

× 931,5 МэВ/а.е.м. = 127,5 МэВ.В пересчете на один нуклон 127,5 МэВ/16=7,97 МэВ.Определенное соотношение N/Z:N/Z ≈ 0,98 + 0,015A2/3легкие ядра: N/Z ≈ 1,Модель жидкой каплиEb  k1 A  k2 A2/3объемповерхность1/ 3 k3 Z A2КулоновскоеотталкиваниепротоновСпонтанное деление - один из видов радиоактивного распада1940 г.

Флеров и Петржак252CfМассовое распределение осколков деления различных ядерО. Ган, Ф. Штрасман235U+ nтепл → [236U]*Компаунд ядро:T1/2 ≈ 10-14 c[236U]* → 2 осколка + n[236U]* → 236U + γНаблюдениеСреди стабильных ядер:60 % с четным числом протонов и четным числом нейтронов в ядрах (четно-четные),40 % четно-нечетные или нечетно-четные,261410лишь 4 нечетно-нечетных ядра стабильны: 1 H 3 Li 5 B 7 NЭлементы с четными атомными номерами имеют больше стабильных изотопов, чемэлементы с нечетными атомными номерами:Числостабильныхизотопов47Ag48Cd49In28150Sn1051Sb52Te2853I135%Д оля в природ ной см ес и30%25%20%15%10%5%0%112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124AСодержание изотопов олова в природной смеси. Видно, что четных изотоповв природе большеОболочечная теория строения ядраНуклоны в ядре движутсясвободно, ядро представляетсяпотенциальной ямой (потенциалтрехмерного гармоническогоосциллятора, либо прямоугольнаяяма с бесконечными стенками).Спин-орбитальноевзаимодействие приводит красщеплению энергетическихсостояний начиная с p- на дваподуровня.

Уровни заполняютсяотдельно протонами инейтронами.Магические числа:2, 8, 20, 28, 50, 82, 126магические ядра:4He, 16O, 40Ca, 48Ca, 208PbКларки земной коры и каменныхметеоритов по А.П.ВиноградовуO100FeSiK CaTi1земная кораКларккаменные метеоритыBaSr0,01PbTh0,0001USe0,000001TeReПреобладают легкие элементы, у четных кларки выше, чем унечетных соседей (Г.Оддо (1914) – В.Гаркинс (1915-1928)). Ядратипа 4N составляют 86,3% земной коры (А.Е.Ферсман)Общее содержание элемента на Земле определяетсястроением ядра атома.AcAtTlIrTaTmTbPmLaIInRhNbRbAsCuMnScClAlFBH0,00000001Поиск острова стабильностиЛАБОРАТОРИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ им. Г.Н.ФЛЕРОВАОснована в 1957 году17ЦИКЛОТРОН У40018Слайд С.Н. ДмитриеваЧисло протоновКАРТА НУКЛИДОВЧисло нейтроновСлайд С.Н. ДмитриеваCompound Hg(Au)Reaction:242Pu(48Ca,3n)287114[0.5s]→α→283112[3.6s]and 112(Au)Слайд С.Н.

ДмитриеваElement 112 is a noble metal – like Hgroom temperatureСлайд С.Н. ДмитриеваThe Bk-249 was producedat ORNL (USA) by irradiation:of Cm and Am targets forapproximately 250 daysby thermal-neutron flux of2.5  1015 neutrons/cm²·sin the HFIR(High Flux Isotope Reactor).Слайд С.Н. ДмитриеваАльфа-распадХарактерный для ядра в целом – испускается кластер – альфа-частица, ядро гелия , 24 He1,00E+16PoT1/2, с1,00E+131,00E+10Pu1,00E+07Ra241Am951,00E+041,00E+011,00E-021,00E-051,00E-083000500070009000E, кэВ5389 (1,0%)0,1565443 (12,5%)5486 (86,0%)0,1025545 (0,3%)0,0590,00237Np93221217Fr53·10At213PoИмпульсы225Ac52·101·105221Fr04000500060007000E, кэВ8000900010000Эффект отдачи при альфа-распадеME Я  EMЯХимические последствия альфа-распадаБета-распадβ- распад:Характерен для нейтронно-избыточных ядер:10n p  e  e11β+ распад и электронный захват:Характерен для нейтронно-дефицитных ядер11p01n     e40K19 (89,5%)Emax=1,33 МэВK-захват(10,5%)E=1,46 МэВ40Ar1840Ca20Паули – придумал нейтрино (Ферми, «нейтрончик»)Детектирование нейтрино – Коуэн  p  e  nаннигиляцияe  e  2Cd  n Cd  108109«Кто умеет ждать, тот дождется»История открытия нейтрино описана ФредерикомРайнесом в Нобелевской лекции «The Neutrino:from poltergeist to particle», прочитанной им 8декабря 1995, спустя почти сорок лет послеоткрытияhttp://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1995/reines-lecture.pdfЭлектронный захват11p 1eорб 01n  eИспусканиехарактеристическогорентгеновскогоизлученияИспускание ОжеэлектроновГамма-переход и электронная конверсия• Обычно время жизнивозбужденного состояния ядра10-7 – 10-11 с,Импульсы100000• Встречаются долгоживущиевозбужденные состояния –ядерные изомеры,1063,7100001000100020040060080010001200E, кэВ9761000482Импульсы• Переход в основное состояниеможет сопровождатьсяиспусканием орбитальногоэлектрона (с последующимиспусканием характеристическогорентгеновского излучения).569,710485541001002004006008001000E, кэВСпектр γ-квантов (вверху) иконверсионных электронов (внизу)висмута-2071200nP+ЭЗN••••Альфа-распадБета-распадГамма-переходСпонтанноеделение••Испускание протона (147Tm, 151Lu)Испускание кластеров (223Ra14C+209Pb)РадионуклидыПриродныеКосмогенныеИскусственныеПервичныеКосмогенные радионуклидыПервичное космическое излучение: протоны (90%), -частицы (около 10%) итяжелые ядра (около 1%)Вторичное излучение: нейтроны, мюоны (80 %)Зависимость мощности эквивалентной дозы, создаваемой космическим излучением, отвысоты над уровнем моря (для средних широт)Высота,кмМощность эквивалентнойдозы, мкЗв/часСреднегодоваядоза*, мкЗв00,03530040,21750102,92012,7Космогенные радионуклиды, образующиеся в атмосфереРадионуклидПериодполураспадаХарактер распада, энергиячастиц, МэВ14С5720 лет12,25 лет53 сут2,6106 лет (0,155) (0,018) (11%)(0,39) (0,553) (0,48) (0,189) (1,708) (0,208)+ (95%)(0,54)Э.з.

(5%);  (1,28) (1,37; 4,17) (1,37; 2,75)Э.з.,  (0,815) (1,245; 2,55)Э.з.,  (0,716) (1,11; 2,77; 4,81) (1,60; 2,12) (1,65; 2,90) (0,36; 1,31) (0,15; 0,7) (0,15; 0,54)3H7Be10Be22Na87,1 сут14,3 сут25 сут2,6 лет24Na14,7 ч37Ar38Cl35 сут100 мин4105 лет37,2 мин39Cl55,6 мин85Kr10,27 лет35S32P33P41Ar36ClУдельнаяактивностьв воздухе,Бк/103м3Концентрацияв атмосферныхвыпадениях,Бк/103л0,02 – 0,200-40200 – 4000400 – 4000(4 – 40) 10-50,008 – 1,00,008 – 1,00,008 – 1,0(2 – 8) 10-420 – 20020 – 20020 – 2000,004 – 0,04(2 – 8) 10-34 – 40-200 – 3000-400 – 4000--Углерод-1414N(n,p)14CЯдра 14С распадаются с испусканием -частиц с максимальной энергией 156 кэВ.Период полураспада углерода-14 равен 5730  30 лет.В смеси природных изотопов углерода на долю 14C приходится 1,8х10-10 %, чтосоответствует 0,23 Бк/г.Бериллий-7, Бериллий-1014N(p,2)7BСредняя удельная активность 7Ве в дождевой водеравна 0,7 Бк/л.Бериллий-10 – реакции скалывания на ядрах кислородаСкорость образования ядер 10Ве в стратосфере 0,08 ат/(см2с)Основные первичные радионуклидыРадионуклидT1/2, летДоля в природной смеси изотопов, %238U4,510999,27235U7,01080,72232Th1,4101010040K1,31090,011787Rb4,9101027,8150Nd510105,6147Sm1,6101115,07176Lu3,610102,6138La110110,089Основной законрадиоактивного распадаdN NdtdN dtNNtdNN N   t dt00Nln tN0N  N 0e tN0ln tNln 2  T1/ 2dNA Ndt tA  A0 e7Beи 7BeF27Be@C6052,680,05 сут7Li(p,n)7Be710-47Be53,120,05 сутМасса --- активность;Определение периодов полураспада.Вероятности Р (т) того, что в течение промежутка времени t произойдет т актовраспада, если среднее число актов распада за время t равно μ:P(m)  me Распределение Пуассонаm!2пуасс пуасс ( N )  N  NiNIt пуасс ( I )  пуасс ( N )tNtItIitT1/2Уд.

активность, Бк/гU-2384,47 млрд лет12400Pa-234m1,17 мин2,5х1019Sr-9028,78 лет1,9х1012.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций