- •«Элементы ядерной физики»
- •1. Радиоактивность, её особенности, виды и характеристика. Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.
- •2. "Α", "β" и "γ" излучения и их характеристика.
- •3. Законы смещения при "α" и "β" распаде.
- •4. Основной закон радиоактивного распада в дифференциальной и интегральной форме.
- •5. Период полураспада и его связь с постоянной распада.
- •6. Искусственные радиоактивные изотопы, их виды и характеристика.
- •7. Активность. Её виды, единицы измерения и количественная оценка. Формула активности.
- •3 Варианта записи формулы активности:
2. "Α", "β" и "γ" излучения и их характеристика.
Излучение радиоактивных веществ состоит из трёх компонентов:
α-лучи (α - частицы) – ядра гелия \s\up 7( 4He.
| q | = | 2е | = 3,2 · 10-19Кл.
Массовое число А = 4.
Порядковый номер (заряд ядра) Z = 2.
mα = 6,7 · 10-27 кг.
Свойства:
A. Отклоняются электрическим и магнитным полями.
Б. vα cp = 10 - 20000 км/с.
Еα = 1,8 ÷ 11,7 МэВ.
Спектр - линейчатый.
B. Пробег α - частицы зависит от вида среды
в воде - 0, 1 мм
в воздухе - 1 см.
Г. Обладают невысокими проникающими способностями (легко поглощаются тонкими слоями вещества; защитой от него являются лист картона, х/б ткань и т.п.).
Д. Имеют самую большую ионизационную способность из всех видов радиоактивных излучений (30 - 40 тысяч пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе).
Е. При прохождении через слой вещества число α - частиц не изменяется, а постепенно изменяется их скорость. Когда толщина слоя достигает определенной величины, α-частицы поглощаются веществом все сразу.
β-лучи (β - частицы) – электроны \s\up 7( 0е или позитроны \s\up 7( 0е.
| qе | = 1,6 · 10-19Кл
me = 9 · 10-31кг
Электроны и позитроны испускаются при ядерных превращениях или образуются при распаде нейтрона. Свойства:
А. Отклоняются электрическим и магнитным полем.
Б. vβ cp ≈ 150000 км/с.
Еβ = 0,018 ÷ 4,8 МэВ.
Спектр - сплошной.
В. Пробег β - частиц в среде зависит от вида среды и энергии β - частиц
в воде - до 1,5 см
в воздухе - до 100 см
Г. Обладают более высокой проникающей способностью, чем α – частицы (защитой от него является слой металла толщиной 3 мм).
Д. Ионизационная способность меньше, чем у α - частиц (300 - 400 пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе).
E. Электронный β - распад наблюдается в основном у тех ядер, у которых число нейтронов ( \s\up 7( 0n) больше числа протонов ( \s\up 7( 1P)
Nn > NP .
Позитронный β - распад наблюдается, если число протонов больше числа нейтронов
Nn < NP
Ж. β - частицы больших энергий, взаимодействуя с ядрами атомов, дают тормозное рентгеновское излучение.
γ-излучение - электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов с высокой энергией (Еф = 1 ÷ 3 МэВ).
Это коротковолновое излучение (λ ≈ 0,1÷ 10-5 нм) возникает как вторичное явление при α и β - распаде. Имеет природу, схожую с природой рентгеновского излучения.
Свойства:
A. Не отклоняется электрическим и магнитным полями.
Б. vγ = vсвета = 3 · 108 м/с.
Еγ = от 10 кэВ до 10 МэВ.
Спектр - линейчатый.
B. Длина пробега γ- лучей в воздухе - до нескольких сот метров.
Г. Обладает очень высокой проникающей способностью (защитой является слой свинца, толщиной 20 см и больше).
Д. Обладает ионизационной способностью меньшей, чем у α и β - лучей (3-4 пары ионов на 1 см пути пробега в воздухе).
В медицине широко используется для лечения глубоко расположенных злокачественных опухолей, в фармации — для стерилизации лекарств и лекарственных смесей.
3. Законы смещения при "α" и "β" распаде.
Законы смещения - это законы, по которым изменяются ядра радиоактивных элементов при "α" и "β" распаде.
При формулировке необходимо учитывать закон сохранения массы и закон сохранения заряда.
Закон сохранения массы: Массовое число исходного продукта должно быть равно сумме массовых чисел продуктов реакции.
Закон сохранения заряда:
Заряд ядра исходного продукта должен быть равен сумме зарядов ядер продуктов реакции.
Закон α - распада.
При α - распаде образуется новое ядро с массовым числом на 4 единицы и порядковым номером на 2 единицы меньше, чем у исходного.
\s\up 7( AX→\s\up 7( 4He + CombinY
CombinRa→\s\up 7( 4He + CombinRn + γ (фотон имеет энергию Е = 0,188 МэВ)
Особенность: в естественных условиях встречается у элементов с порядковым номером Z > 83.
Законы электронного β - распада - (β-).
При электронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 больше, чем у исходного:
\s\up 7( AX→ \s\up 8( A Y + \s\up 8( 0e
CombinK→ CombinCa + \s\up 8( 0e - распад изотопа калия с превращением его в кальций
Закон позитронного β - распада (β+)
При позитронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного.
\s\up 7( AX → \s\up 7( A Y + \s\up 7( 0 e
CombinP→ CombinSi + \s\up 7( 0 e Распад изотопа фосфора
Следствия из 1, 2 и 3 законов:
α и β - распаду в некоторых случаях сопутствует излучение γ - квантов. Это излучение наблюдается так же при изомерном переходе ядер (из возбужденного в невозбужденное состояние);
(X)* = X + n•γ число γ - квантов
возбужд. невозбужд.
состояние состояние
Электронный захват.
При захвате электрона исходным ядром образуется новое ядро с тем же массовым числом, и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного.
Ядро захватывает электрон с ближайшей к нему оболочки.
ZX + -1e Z-1Y
\s\up 7( 7Be + \s\up 7( 0e → \s\up 7( 7Li