4. Радиоактивные свойства вещества

Характеристики гамма-излучения некоторых радионуклидов

	Радионуклид	Период полураспада	Энергия гамма-квантов,	Квантовый выход, %
		Т1/2	МэВ
	Na22	2,58 года	1,275	99,9
			0,511	180
	Na24	15 часов	1,368	100
			2,754	99,9
	K40	1,28·109 лет	1,46	11
	Co60	5,27 года	1,333	100
			1,172	99
	Zn65	245 суток	1,12	49
			0,511	3,4
			1,045	2,2
	Ru106	1 год	0,624	12
			0,513	29,3
	I129	1,72·107 лет	0,04	4,0
	Cs137	26,6 года	0,661	82,5
	37Rb86	18,66 суток	1,077	8,8
	40Zr95	64,1 суток	0,724	43,7
			0,757	55,4
	41Nb95	35 суток	0,765	99,8

11

Деление ядер

Деление ядра - расщепление атомного ядра на два (реже три или четыре) ядра (осколка) с испусканием альфа-частиц, нейтронов и гамма-квантов.

Спонтанное деление – деление без внешнего возбуждения.

Спонтанное деление могут испытывать только ядра, содержащее большое количество протонов: Z2/A ≥45.

Спонтанное деление характерно для всех тяжелых ядер (начиная с тория 90Тh).

Вынужденное деление происходит под действием нейтронов:

92U+n→56Ba + 36Kr+kn

Вынужденное деление ядер с может быть вызвано любыми частицами: фотонами, нейтронами, протонами, дейтронами, α-частицами и т.д.

Если энергия их должна быть достаточна для преодоления

барьера деления.

12

Цепная реакция деление

Цепная ядерная реакция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности.

	Энергия, выделяющаяся при делении ядер, превращается в
	теплоту при торможении осколков деления. При делении ядра
	урана тепловой нейтрон с энергией ~ 0,1 эВ освобождает
	энергию ~ 200 МэВ.
	Три основных делящихся изотопа:
	Уран-235 получают из природного урана, содержащего изотопы
	урана-238 (99,2745 %), урана-235 (0,7200%) и урана-234 (0,0055
	%).
Цепная ядерная реакция	Плутоний-239 получают в реакторах, в которых природный уран-
	238 при воздействии нейтронного потока превращается в 239U,
	239Np и 239Pu.
	Уран-233 получают в реакторах, в которых природный торий-232
	перерабатывается в уран-233.
	Массовое распределение осколков
	деления 235U тепловыми нейтронами	13

Нейтроны

Нейтрон – элементарная частица, не имеющая электрического заряда.

Масса на ~0,14 % больше, чем масса протона.

Время жизни в свободном состоянии: 880.1 ± 1.1 секунды (период полураспада

— 611 секунд).

Нейтрон состоит из одного u-кварка и двух d-кварков (протон состоит из одного d-кварка и двух u-кварков, время жизни - 2,9·1029 лет - стабилен).

Классификация нейтронов по энергии:

1."Холодные" нейтроны , En < 5 10-3 эВ.

2.Тепловые нейтроны , En = 5 10 -3 ...5 10 -1 эВ.

3.Промежуточные нейтроны , En= 0,5 эВ...200 кэВ.

4. Быстрые нейтроны , En= 0,2...20 МэВ.

5. Сверхбыстрые нейтроны , En>20 МэВ.

14

Источники нейтронов

Радиоизотопные источники (ядерные реакции)

1.Спонтанное деление радионуклидов (например 252Cf)

2.Реакции типа (α,n)

Облучение легких изотопов (Li, Be, B) альфа-частицами (Pu):

9Be(α,n)12C (сплошной спектр нейтронов с энергий от 0 до 13 МэВ). 3. Реакции типа (γ,n)

Смесь радия и бериллия (ампула с солью радия внутри ампулы с порошком бериллия) - 9Ве(γ,n)8Ве (монохроматические нейтроны с энергией 110 кэВ).

Нейтронные генераторы (ядерные реакции с использованием ускорителей)

2H(d,n)3He, 3H(d,n)4He,

В результате этих реакций получаются нейтроны с энергиями около 2.5 МэВ и 14.1 МэВ (использование быстрых нейтронов позволяет проводить анализ легких элементов (C, N, O), которые плохо активирующихся тепловыми нейтронами).

Ядерные реакторы

Источники тепловых (< 0.5 эВ, доля в реакторе 90-95%), промежуточных (≈5%.) и быстрых нейтронов (> 0.5 МэВ, ≈ 2%.).

15

Закон радиоактивного распада

В результате распада количество ядер исходного радиоактивного изотопа со временем уменьшается. Данный процесс описывается основным законом радиоактивного распада:

где N – количество радиоактивных ядер исходного изотопа в момент времени t, N0 – количество ядер исходного изотопа в начальный момент времени t=0,

– величина называемая постоянной распада.

Для практического использования закон радиоактивного распада удобно записать в другом виде:

Величина T называется периодом полураспада.

За время T распадается половина первоначального количества радиоактивных ядер .

16

Радиационный фон Земли

Радиационный фон Земли обусловлен:

1.Космическим излучением.

2.Излучением от природных радионуклидов, рассеянных в земной коре, почве, воздухе, воде и других объектах внешней среды.

3.Излучением от искусственных радионуклидов, образовавшихся при испытаниях ядерного оружия, работе предприятий атомной промышленности или используемых в медицине, науке, технике и т.п.

17

Космическое излучение

Первичное космическое излучение - заряженные частицы, приходящие из галактического пространства и от Солнца.

Состав: протоны (~93%), ионы гелия (~7%), тяжелые частицы с атомным номером до 20, электронов, γ-кванты и нейтрино.

Энергия – от нескольких десятков до 1014 МэВ.

На высоте около 20 км первичное излучение почти полностью исчезает.

Вторичное космическое излучение - излучение, образованное при взаимодействии первичного излучения с атмосферой Земли.

Состав: электроны, γ-кванты, протоны, нейтроны, мезоны и т.д.

Именно это излучение определяет радиационный фон на поверхности Земли.

Интенсивность: увеличивается с высотной и с увеличением геомагнитной широтой вследствие эффекта магнитного поля Земли.

18

Природные радионуклиды

Природные радионуклиды, рассеянные во внешней среде, можно разбить на четыре группы:

1.Радионуклиды, непрерывно образующиеся при взаимодействии космического излучения с атмосферой (14С, 3Н и др.).

2.Радионуклиды, присутствующие в земной коре с начала образования Земли

ине образующие радиоактивные семейства (40К, 87Rb и др.).

3.Радионуклиды, присутствующие в земной коре с начала образования Земли

иобразующие радиоактивные семейства (238U, 235U, 232Th).

4.Дочерние продукты распада радионуклидов образующие радиоактивные семейства.

19

Радионуклиды, образующиеся при взаимодействии космического излучения с атмосферой

Углерод-14

Образуется в верхних слоях атмосферы по реакции 14N(n, p)14С.

Чистый β-излучатель (Емакс=0,155 МэВ).

Периодом полураспада 5730 лет (14С используется для определения возраста органических материалов).

Тритий

Образуется в верхних слоях атмосферы при взаимодействии космического излучения с азотом и кислородом воздуха.

Чистый β-излучатель (Емакс=0,0057 МэВ).

Период полураспада трития – 12,3 года.

20