16 (982798)

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

Текст из файла

Семестр 4. Лекция 16.Лекция 16. Радиоактивность.Закон радиоактивного распада. Активность. Естественная и искусственнаярадиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Эффект Мёссбауэра. Радиоактивные ряды, закон сложного распада. Источники радиоактивных излучений. Радиоизотопный анализ.Радиоактивность.Радиоактивностью называется самопроизвольное (спонтанное) превращение однихатомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием одной или нескольких частиц.Принято считать, что время радиоактивного распада ядер составляет не менее 10 -12с. 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 жезакономерностям. Распадающиеся ядра называются материнскими, а ядра, образующиеся врезультате распада, - дочерними.К радиоактивному распаду относятся - распад, -распад, спонтанное деление тяжелых ядер, протонный распад и др.-распад обусловлен слабым взаимодействием, все остальные виды радиоактивныхпроцессов - 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:-излучение, -излучение и -излучение.-частицы представляют собой ядра гелия 24 He , -частицы являются электронами е-, хотя возможен -распад с испусканием позитронов е+, а -излучение представляет собой жесткоекоротковолновое (<10-10 м) электромагнитное излучение, испускаемое ядрами.Закон радиоактивного распада.Радиоактивный распад является принципиально статистическим явлением. Нельзяпредсказать, в какой момент времени распадётся то или иное возбуждённое ядро. Но можно свысокой степенью точности указать, какая часть нестабильных ядер распадётся за определённый 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  вероятность распада ядрав единицу времени - эта величина называется постоянной распада. Смысл  заключается втом, что из N нестабильных ядер в единицу времени распадается в среднем N ядер. Тогда кмоменту времени t + dt число радиоактивных ядер изменится (уменьшиться) наdN = -Ndt.Интегрируя по времени и считая, что постоянная распада  не зависит от времени, получаемN = N0e-t1Семестр 4.

Лекция 16., где N - число нераспавшихся ядер в момент времени t, N0 — число нераспавшихся ядер вначальный момент времени t = 0. Это соотношение выражает закон радиоактивного распада:число нераспавшихся ядер убывает с течением времени по экспоненциальному закону.Число ядер, испытавших радиоактивный распад за время t, равноN0  N = N0(1  e-t).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  и определения А следует, чтоdNA  N  N 0 e t ,dtгде A = N0 — активность радиоактивного препарата в момент времени t = 0.Единицей измерения активности в СИ является Беккерель (Бк), равный одному распадув секунду. 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 удельнойmактивностью.Периодом полураспада Т1/2 называется время, за которое распадается половинапервоначального количества радиоактивных ядер.

Согласно определению, N 0  N 0 e T1/ 2 . Ло2гарифмируя это равенство, получаем: T1/ 2  ln 2 .Период полураспада различных радиоактивных ядер лежит в очень широких пределах.17Он изменяется от 10-6с для изотопа радона 215лет для изотопа свинца 20486 Rn до 141082 Pb .Найдем среднее время жизни ядра . Из всех N0 ядер распадается в промежуток временимежду t и t + dt количество ядер dN = Ndt. Предположим, что среднее время жизни каждогоиз этих ядер равно .

Тогда tNdt0N0   te t dt 01.1увеличивается при уменьшении вероятности распада ядра за единицу времени, которая определяется постоянной распада .Откуда период полураспада и среднее время жизни ядра связаны соотношениемln 2T1/ 2  0, 693   .Закон сложного радиоактивного распада.Дочернее ядро, образующееся при распаде материнского ядра, также может быть нестабильным и испытывать радиоактивный распад.

Пусть постоянная распада материнского ядраравна 1, а дочернего ядра 2. Найдем, как будут изменяться с течением времени числа материнских N1 и дочерних N2 ядер. Изменения dN1 и dN2 со временем определяются следуюdN1dN 2щими дифференциальными уравнениями: 1 N1 , 1 N1   2 N 2 .dtdtРешение этой системы уравнений имеет вид:11  2tN 2  N10e 1t   N 20  N10N1  N10 e 1t ,e . 2  1 2  1 Таким образом, среднее время жизни радиоактивного ядра  2Семестр 4. Лекция 16.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:1N 2  N10e 1t  e 2t  . 2  1Альфа-распад.-распад представляет собой процесс самопроизвольного испускания радиоактивнымядром -частиц (ядер гелия 24 He ). Он происходит по схемеX  ZA42Y  24 He ,где X и Y — химические символы распадающегося (материнского) и образующегося (дочернего) ядер соответственно.

Массовое число дочернего ядра меньше массового числа материнского ядра на четыре единицы, а зарядовое - на две единицы.В настоящее время известно более двухсот ядер, испытывающих -распад. Большинствоиз этих ядер получается искусственным путем.При распаде -частицы вылетают из ядер с очень большими скоростями (v  0,lc). Ихкинетическая энергия Е равна нескольким МэВ.

Двигаясь в среде, -частица теряет своюэнергию на ионизацию молекул вещества. Пробег -частицы, т. е. расстояние, которое она проходит до полной остановки, зависит от плотности среды. Так, в воздухе при нормальном давлении ее пробег составляет несколько см, а в твердом теле – несколько мм .Обычно при -распаде образуется несколько моноэнергетических групп -частиц, незначительно отличающихся по энергиям (так называемая тонкая структура -распада).

Этообъясняется тем, что дочернее ядро может образовываться не только в основном, но и в возбуждённых состояниях.-частица, покидая ядро, преодолевает потенциальный барьер, создаваемый силамиядерного притяжения и силами кулоновского отталкивания. Поскольку высота барьера заметно(в несколько раз) превышает энергию -частицы, то выход -частицы из ядра возможентолько за счет туннельного эффекта.Замечание. Радиоактивные ядра могут испускать и более крупные частицы, чем ядра гелия Не (-частицы), например ядра углерода С или ядра неона Ne. Такие распады были экспериментально обнаружены в 80-х гг. В отличие от -радиоактивности эти распады получилиназвание кластерной радиоактивности.

Поскольку массы ядер углерода и неона заметно превышают массу -частицы, то вероятность таких распадов (вероятность туннелирования стольмассивных частиц) очень невелика. Действительно, вероятность вылета ядра С примерно в1010 раз меньше вероятности вылета -частицы. Для ядра неона Ne это отношение достигает1012 раз. В дальнейшем было обнаружено самопроизвольное испускание тяжелыми ядрами ядермагния, кремния и серы.Бета-распад.-распадом называется самопроизвольное превращение радиоактивного ядра ZA X в ядAZро-изобар Z A1Y или Z A1Y . В этом процессе один из нейтронов ядра превращается в протон илиодин из протонов превращается в нейтрон.

Таким образом, -распад является не внутриядерным, а внутринуклонным процессом. Ответственным за -распад является слабое взаимодействие нуклонов в ядре. Существует три вида -распада: электронный (-распад), позитронный (+-распад) и электронный захват.1. Электронный -распад (- распад). В этом случае материнское ядро ZA X испускает электрон, поэтому зарядовое число дочернего ядра Z A1Y увеличивается на единицу. Электронный - распад протекает по схеме:AA0Z X  Z 1Y  1 e   e .3Семестр 4. Лекция 16.При этом наряду с дочерним ядром образуется электрон 10 e и электронное антинейтрино e . Здесь электрону присвоено зарядовое число Z = l и массовое число А = 0, чтобы подчеркнуть сохранение электрического заряда и числа нуклонов в процессе распада. В основе электронного -распада лежит превращение в ядре нейтрона в протон:n  p  e   e .Поэтому можно определить - распад как процесс самопроизвольного превращениянейтрона в протон внутри атомного ядра.Как показывают экспериментальные исследования, электроны, образующиеся при распаде, имеют широкий энергетический спектр от нуля до некоторого максимального значения.

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