yavor2 (553175), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Гамма- лучи сопровождают процессы а- и р-радиоактивных распадов. Рассмот им, как ядро испускает у-лучи. К ' усть материнское ядро, испустив а-частицу, превращается в дочернее ядро. Последнее, как правило, находится в возбужденном состоянии. Переходя в нормальное или в менее возбужденное состояние, дочернее ядро испускает у-фотон, подобно тому как атом, переходя из возбужденного состояния в нормальное, испускает фотон оптического или рентгеновского излучения. Механизм испускания у-лучей ядром такой же, как и механизм излучения фотонов атомом. Однако очень важное различие заключается в следующем: 389 энергии у-фотонов оказываются гораздо большими, чем энергии оптических фотонов.
Это связано с гораздо ббльшими разностями в энергетических уровнях ядра по сравнению с разностью уровней электронных оболочек атома. Электронные энергетические уровни в атоме раздвинуты на энергии порядка электрон-вольта. Измерения энергии у-фотонов показали, что энергии ядерных уровней раздвинуты примерно на 0,1 МэВ. Эти оценки для энергии электронных и нуклонных переходов легко получить, если воспользоваться формулой Ьв' = Гоо/2тао (см. формулу (1б.24)) и считать, что электрон и нуклон «заперты», соответственно, в области атома (а = 10 " м) и ядра (а 10 '4 м): !О-ов Дава 9.
Ш-во.!О-Яо. ! В. !О-Яо !Π— ов Я»Яда=9,! в го — яа,!о-м ! в ю-ао 0,1 МэВ. Таким образом, у лучи являются весьма коротковолновым электромагнитным излучением с длиной волны, не превышающей 10чы м, т. е. 0,1 А. 2. Гамма-излучение, сопровождающее ах-распад материнского ядра, испускается дочерним ядром. Для доказательства этого вывода рассмотрим а-распад радия, вследствие которого он превращается в радон. Если ядро радия испустит а-частицу с максимальной энергией, то дочернее ядро будет обладать минимальной энергией, т. е.
будет находиться в нормальном состоянии. Наоборот, если ядро радия испустит а-частицу с меньшей энергией, то дочернее ядро будет обладать не наименьшей энергией и будет, следовательно, находиться в возбужденном состоянии. Разность энергий между возбужденным и нормальным состояниями дочернего ядра должна равняться энергии излученного у-фотона. Экспериментальные данные полностью подтверждают эти рассуждения.
3. Изучение энергетического спектра сс-лучей и измерение энергий у-фотонов позволяет сделать вывод: подобно энергетическому спектру а-частиц, спектр у-лучей является линейчатым. Изучение энергетических спектров а-частиц и у-лучей является важным методом исследования энергетических уровней атомных ядер. 4. Большая энергия у-фотонов объясняет высокую проникающую способность у-лучей.
Она превышает способность рентгеновских лучей проходить сквозь вещества без заметного ослабления. На большой проникающей способности у-лучей основана гамма-дефектоскопия — метод обнаружения дефектов в изделиях путем просвечивания их у-лучами, широко применяемый в промышленности и строительстве (металлургия, судостроение и т. д.). Различные местные повреждения в сварных швах, металлических отливках и других объектах обнаруживаются по различной интенсивности у-лучей, прошедших через исследуемые тела.
В зависимости от состава, толщины, плотности н других свойств просвечиваемого 390 изделия будет изменяться интенсивность у-лучей, достигших приемника, поставленного за объектом. Таким методом определяют местоположение, размеры и формы дефектов (трещины, раковины, иепроваренные швы и т. п.). 5. Коротковолновые излучения — у-лучи и рентгеновские лучи — поглощаются в определенной мере и оказывают воздействие на вещества, в которых происходит поглощение. Воздействие у-излучения, а также других видов ионизирующих лучей на вещество определяется так называемой дозой излучения Р.
Дозой излучения называется отношение энергии излучения к массе облучаемого вещества. Единицей измерения дозы является джоуль на килограмм (Дж!кг) — доза излучения, при которой массе облученного вещества в 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемной единицей измерения дозы служит рад (рад): 1 рад=10-' Дж!кг. Л!ои4ность дозы излученин Ф вЂ” это доза, отнесенная к единице времени: А( =РИ. Единицей измерения мощности дозы служит ватт на килограмм (Вт(кг). 6. Экспозиционная доза излучения Р, представляет собой энергетическую характеристику излучения, оцениваемую по эффекту ионизации сухого атмосферного воздуха. Единицей измерения служит кулон на килограмм (Кл/кг) — это экспозиционная доза фотонного, рентгеновского или гамма-излучения, при которой сумма электрических ионов одного знака, созданных электронами, освободившимися в облученном воздухе массой 1 кг прп полном использовании ионизирующей способности, равна 1 Кл.
Внесистемной единицей измерения экспозиционной дозы служит рентген (Р): 1 Р= 2,58 10 4 Кл/кг. Рентген соответствует экспозиционной дозе, при которой в 1 см' сухого воздуха прн нормальном атмосферном давлении возникает суммарный заряд ионов одного знака, равный одной абсолютной электростатической единице заряда. Мощность экспозиционной дозы А(, — — Р,71 измеряется в амперах на килограмм (А/кг) — это мощность экспозиционной дозы фотонного излучения, при которой за время 1 с экспозиционная доза возрастает на 1 Кл!кг.
Внесистемные единицы мощности экспозиционной дозы: 1 Р!с =2,58 1О ' А!кг; 1 Ремни = 4,30 1О ' А/кг; 1 Р)ч =7,17 10 ' А!кг. 7. Эквивалентная доза излучения оценивается по биологическому воздействию излучения, Единицей измерения служит Дж!кг. 991 Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы излучения служит биологический эквивалент рентгена (бэр). Так называется поглогденная энергия излучения, биологически эквивалентная одному рентгену; 1 бэр =-10 ' Дж?кг.
Существуют расчетные формулы, позволяющие связать мощность дозы с активностью источника радиоактивного излучения, имеющего определенную геометрическую форму и находящегося пг определенном расстоянии от приемника. Для человеческого организма безопасной считается мощность дозы, примерно в 250 раз превосходящая мощность, создаваемую космическим фоном и радиоактивными излучениями из недр Земли. Смертельной для человека считается однократно полученная доза, превышающая 500 Р. $81.11. Эффект Мессбауэра 1, Когда мы говорим, что спектр излучения атома и спектр у-лучей являются линейчатыми, состоят из отдельных монохроматических линий, следует иметь в виду, что строго монохроматического излучения не бывает.
Причина этого заключается в конечности времени пребывания атома или ядра в возбужденном состоянии. Только в основном состоянии, в котором энергия минимальна, атом или ядро могут находиться как угодно долго. Все возбужденные состояния ядра имеют энергии, определенные лишь с точностью до величины Л|, вытекающей из соотношения неопределенностей (з 70.2): Ллу- Ф?Лг (81,14) где Лг — время жизни ядра в возбужденном состоянии. Лишь для основного состояния стабильного ядра Лг = оо и Л4Г = О.
Чем меньше величина Лг, тем большей становится неопределенность Лб" величины энергии возбужденного состояния. Неопределенность в энергии возбужденного состояния обусловит и неопределенность в частотах у-фотонов, испускаемых возбужденным ядром при его распаде, т. е. иемонохроматичность у-излучения ядер. Оценим ее. 2. Рассмотрим в качестве примера ядро иридия „1г"'. Оно имеет возбужденное состояние с энергией 6.
= 129 кэВ. Неопределенность энергии этого уровня равна Л8 ж ЬЛГ, где Лг — время жизни ядра в возбужденном состоянии. Как его оценить? Для оценочных расчетов просто примем, что Л( равно периоду полураспада ядра. Для рассматриваемого изотопа иридия это время Лг = Т =- 10г ы с. Тогда, на основании (81.14), неопределенность в энергии возбужденного уровня 129 кэВ составит 5 10 ' эВ.
Зта величина называется естественной шириной Г энергетического уровня 4", а величина Лч= Лф)Ь ж 1/ЛГ называется есгпесгпеенной шириной спектральная линии у-излучения частоты ч = 4'/й (ср. 2 72.8). В данном случае относительная ширина уровня (спектральной линии) равна Г/б. = .= 4.
10-". Отношение Г/4' характеризует степень немонохроматичности у-излучения. 3. Очень важной задачей ядерной физики являлось отыскание способов измерения весьма малых изменений энергии, сравнимых с естественной шириной уровня Г. Это давало бы возможность измерять энергию уровней в ядрах с весьма большой относительной точностью Г/4'. Методом измерения малых изменений энергии на величину, сравнимую с шириной уровня Г, является изучение резонансного ноглоиления у-лучей ядрами.
Если ядро поглощает у-лучи с частотой ч, то это значит, что разность энергий его возбужденного и нормального энергетических уровней равна Л4'=йч. Возможен процесс, который называется резонансным поглощением: ядро может поглощать у-лучи только таких частот, которые оно само способно испускать. Вспомним (2 71.4), что аналогичное явление происходит в области оптических частот: атом поглощает свет только таких частот, которые он сам испускает. Однако до 1958 г. применение этого метода затруднялось тем обстоятельством, что энергия излучаемых или поглощаемых гаммакваитов не совпадала с энергией перехода ядра между двумя уровнями.
Это обусловлено отдачей ядра при испускании и поглощении им у-фотона. При переходе ядра из возбужденного состояния с энергией е7 в основное состояние освобождающаяся энергия уносится не только в виде у-фотона, но и частично передается ядру вследствие отдачи. Излучающее ядро получает импульс, равный по величине импульсу излученного фотона, но направленный в противоположную сторону. Оценим энергию лУ„отдачи ядра: Р Р~ /Ьст' ! (йс)с 4" 2т„2т ( с ) 2т 2т сс 2т,сс ' В этой формуле р„— импульс, приобретаемый ядром при отдаче, он численно равен импульсу фотона рт — — йч/с Ц 68.5); пг„— масса ядра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
