готовые шпоры

состав ядер. изотопы Резерфорд, исследуя прохожд а-частиц через тонкие пленки золота, пришел к выводу, что атом сост из положит заряж ядра и окруж его электронов. Ат ядра имеют р-ры прим 10-14 -10-15 м.Ат ядро состоит из элементар частиц—прот и нейтр (протон-но-нейтронная модель ядра).

Протон (р) имеет положит заряд, равн заряду электр, и массу покоя тр=1,6726 10-27 кг. Нейтрон (n)-нейтрал ч-ца с массой покоя т„-1,6749 10-27 кг. Протоны и нейтры наз нуклонами. Общ число нукл в ат ядре наз массовым числом А.

Ат ядро хар-ся зарядом Ze, где Z-зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпад с порядк номером хим элем в Периодич сист Мендел. Известн в наст время 107 элем имеют зарядовые числа ядер от Z= 1 до Z= 107.

Ядро обознач тем же символом, что и нейтрал атом: где X — символ хим элем, Z — ат номер (число протонов в ядре), А — массовое число (число нуклонов в ядре).

Т.к. атом нейтрален, то заряд ядра определ и число электр в атоме. От числа же электронов завис их распредел по состояниям в атоме, от кот зависят хим св-ва атома. Зн заряд ядра определ специфику данного хим элем, т.е. определяет число электро­нов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутри­атомного электрич поля.

Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т. е. с разными числами нейтронов N=A—Z) наз изотопами, а ядра с одинаковыми А, но разн Z — изо­барами. Напр, водород (Z= 1) имеет три изотопа: Н — протий (Z= 1, N=0), H — дейтерий (Z=l, N= 1), Н — тритий (Z=l, N=2). В больш-ве случаев изотопы одного и того же хим элем обладают одинаковыми хим свойствами (исключение-изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента. Радиус ядра задается эмпирич формулой R=RoA1/3. Из нее вытекает, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. зн плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер ( 1017 кг/м3).

Дефект массы и энергия связи ядра Ат ядра явл устойчивыми образованиями, в ядре между нуклонами сущ определ связь. Массу ядер очень точно можно определ с пом масс-спектрометров - из­мерит приборов, разделяющих с пом электрич и магнит полей пучки заряж частиц с разными удельными зарядами Q/m .Эти измеря показ, что масса ядра меньше, чем сумма масс составл его нуклонов. Но т.к. всякому изменению массы должно соответств измен энергии, то, при образов ядра должна выдел определ энергия. Из з-на сохр энергии вытекает и обратное: для раздел ядра на составн части необходимо затратить такое же кол-во энергии, которое выдел при его образов. Эн, кот необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельн нуклоны, наз энергией связи ядра.

Энергия связи нуклонов в ядре Eсв=[Zmp + (A-Z) тп-тя]c2 где тр, mп, тя - соответств массы прот, нейтр и ядра. В табл обычно привод не массы т, ядер, а массы т атомов. Поэтому для эн связи ядра польз формулой Ea=[ZmH+(A-Z)mK-m]c2 где тн -масса атома водорода. Т.к. тн больше тр на величину те, то первый член в квадрат скобках включ в себя массу Z электр.

Велич m=[Zmp+(A—Z)тя]—тя наз дефектом массы ядра. На эту велич уменьш масса всех нуклонов при образ из них атомного ядра.

Часто вместо эн связи рассматр удельную эн связи (эн связи, отнесенную к одному нуклону). Она хар-ет устойчивость ат ядер. Удельн эн связи зависит от массового числа А элем.

Уменьш удельной эн связи при переходе к тяж элем объясн тем, что с возрастанием числа протонов в ядре увелич и эн кулоновского отталкивания. Поэтому связь между нуклонами становится менее силь­ной, а сами ядра менее прочными.

Наиболее устойчи с энергетич точки зрения явл ядра средн части табл Мендел. Тяж и легк ядра менее устойчивы. Это означ, что энергетически выгодны след проц: 1) деление тяж ядер на более легкие; 2) слияние легк ядер друг с другом в более тяж. При обоих проц выдел огромное к-во энергии; эти проц в наст время осуществл практически: реакции деления и термоядерные реакции.

Естественная радиоактивность вещества При изуч люминесценции солей урана было обнаруж самопроизвол испускание ими излуч неизв прир, кот действ на фотопластинку, ионизировало воздух, проника­ло сквозь тонкие металлич пластинки, вызывало люминесценцию ряда в-в. Было выявлено, что это излуч св-но не только урану, но и др тяж элем. Обнаруж излуч было названо радиоакт излуч, а само явл - испуск радиоакт излуч - радиоактивностью.

На хар-р радиоакт излуч препара­та не оказ влияния вид хим соед, агрегат состояние, механи­ч давление, темпер, электрич и магнит поля, т. е. все те воздейст­вия, кот могли бы привести к измен состояния электрон оболочки атома.

В наст время под радиоактивностью поним способность некот ат ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в др ядра с испусканием различ видов радиоакт излуч и элементар частиц. Радиоактивность подраздел на естеств (наблюдается у неустойчивых изотопов, сущ в природе) и искусств (набл у изотопов, получ посредством ядерных реакций). Принципиального различия между этими двумя типами радиоактив­ности нет, так как законы радиоактив превращ в обоих случаях одинаковы. Радиоактив излуч бывает трех типов: а, в и у-излуч. Подробное их исслед позволило выяснить прир и основные св-ва.

а-излуч отклон электрич и магнитн полями, облад высокой ионизирующей способн и малой проникающ способн, а-Излуч представл собой поток ядер гелия; заряд а-частицы равен +2е.

в-Излучение отклоняется электрич и магнитн полями; его ионизирующая способн значит меньше (прим на 2 порядка), а проникающая способ­н гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной прим 2 мм), чем у а-частиц. в-Излучение представляет собой поток быстрых электронов (это вытекает из определения их удельного заряда).

у-Излучение не отклоняется электрич и магнитн полями, обладает от­носительно слабой ионизир способн и очень большой проникающей спо­собн (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см), при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию.

Закон радиоактивного распада. Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоак­тивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытыва­ющее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро — дочерним.

Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоак­тивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики. Так как отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, то можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t+dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моме­нту времени t:dN= -Ndt.где А — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоак­тивных ядер в процессе распада уменьшается. Разделив переменные и интегрируя:

где No — начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени (t=0), N — число

нераспавшихся ядер в момент времени t. Формула выражает закон радиоактив­ного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада T1/2 и среднее время жизни  радиоактивного ядра. Период полураспада Т1/2 - время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. N0/2=N0e-Т1/2 Периоды полураспад а для естественно-радиоактивных элементов колеблются от деся­тимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.

Активностью А нуклида (общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N) в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 с: A= модуль dN/dt = N

Единица активности в СИ — беккерель (Бк): 1 Бк — активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада. До сих пор в ядерной физике применяется и внесистемная единица активности нуклида в радиоактивном источнике — кюри (Кн): 1 Ки=3,71010 Бк.

Ядерные реакции. Ядерные реакции — это превращ ат ядер при взаимодействии с элементар частицами. Наиболее распрост­р видом ядерной реакц явл реакция, записываемая символич сле­д образом: X+a ->Y+b, где X и Y — исходное и конечное ядра, а и Ь-бомбардирующая и испуск в ядер реакц ч-цы.

В яд физике эффективность взаимод характеризуют эффект сечением . С каждым видом взаимод частицы с ядром связывают свое эффек­т сечение: рассеяния, поглощения. Эффективное сеч ядерной реакции = dN/nNdx где N — число частиц, падающих за ед врем на ед площади поперечн сеч вещ-ва, имеющего в ед объема n ядер, dN — число этих частиц, вступ в яд реакцию в слое толщиной dx. Эффект сеч  имеет размерность площади и хар-ет вероятн того, что при падении пучка частиц на вещ-во произойдет реакция.

Ед эффективного сеч ядерных проц — барн (1 барн= 10 в степени -28 м2).

В люб яд реакции выполн з-ны сохр электр зарядов и массовых чисел: сумма зарядов ядер и частиц, вступающих в ядер реакцию, равна сумме зарядов конечных продук­тов реакции. Выполн также з-ны сохр эн, импульса и момента импульса.

Ядерные реакции могут быть как экзотермич (с выделением энергии), так и эндотермич (с поглощением энергии).

Ядер реакции протек в две стадии по след схеме: X+a-> C->Y+A.

1 стадия — это захват ядром X частицы а, приблиз к нему на расстояние действия ядер сил, и образов промежут ядра С, наз составным. Энергия влетевшей в ядро частицы быстро распредел между нуклонами составного ядра, в рез-те чего оно оказывается в возбужд сост. При столкнов нуклонов составного ядра один из нуклонов или а-частица может получить эн, достаточную для вылета из ядра. В рез-те возможна 2 стадия ядер реакции — распад составного ядра на ядро Y и частицу Ь.

Некот реакции протекают без образов составного ядра, они наз прямыми ядер взаимодействиями. Ядерные реакции классифиц по след признакам:

по роду участвующих в них частиц — реакции под действием нейтронов, заряженных частиц, у-квантов;

по роду участвующих в них ядер — реакции на легких {А < 50); средних (50<А< 100); тяжелых ядрах (А> 100);

по характеру происходящих ядерных превращений — реакции с испусканием ней­тронов, заряженных частиц; реакции захвата.

Первая в истории ядерная реакция осуществлена Э. Резерфордом (1919) при бом­бардировке ядра азота а-частицами, испускаемыми радиоактивным источником.

радиоактивность геосфер. Изучение радиоактивности вод океана имеет не только чисто практическое значение. Это один из методов иссле­дования процессов, происходящих в океанах. Изотопы, находящиеся в океане, делят на три группы:

1)терригенные, обусловленные размывом и последующим сбросом реками в океаны материала, слагающего по­верхность материков. С помощью таких изотопов про­водят биохимические и геохимические исследования;

2)космогенные, выпадающие из атмосферы вместе с осад­ками — эти изотопы используются для изучения фи­зических процессов, протекающих на границе раздела океан-атмосфера;

3) искусственные, которые попадают в воду при взрывах. Основные задачи современной ядерной гидрофизики

заключаются в выявлении источников изотопов в океане, вдшдованпл полей радиоактивности на поверхности оке­ана, изучении глубинного распределения изотопов, созда­ния методов прогноза радиационной обстановки в океане, разработки методов исследования и способов измерения радиоактивного фона Мирового океана.

Виды ИИ, их характеристики ИИ - излучения, взаимодействие кот со средой приводит к образов зарядов противоположных знаков. Виды ИИ: 1) ЭМ часть ИИ: 1.1) рентгеновское : 1.1.1) тормозное (торможение потока электронов) - различные дисплеи; 1.1.2) характеристическое (изменение энергетического состояния электрона и переход его на др. орбиталь); 1.2) (гамма) - излучение; 2) Корпускулярная часть ИИ: 2.1) (альфа) - И (ядро гелия); 2.2) (бета) - И (электроны); 2.3) нейтронное И. Характеристики ИИ: Проникающая (спос-ть И проникать через вещество) и ионизирующая (спос-ть образовывать заряд) способности. При высокой проникающей сп-ти имеет место низкая ионизирующая сп-ть, и наоборот. Корпускулярное И: 1) : Пробег квазитронов альфа-частиц в воздухе составляет 8-9 см, проникновение в кожу - до неск-ких микрометров, т.е. проникающая сп-ть крайне мала. Ионизирующая сп-ть альфа-частиц высокая, т.к. это тяжелые частицы. 2) И: Поток электронов имеет максимальный пробег в воздухе - 1800 см, проникновение в живую ткань - 2,5 см. Ионизирующ способность высокая, но на 3 порядка ниже, чем у альфа. 3) Нейтронное И: Обладает высокой ионизирующей сп-тью, проникающая сп-ть при достаточно упругом взаимодействии невысока; при неупругом взаимодействии поток нейтронов вызывает вторичное И в виде других заряженных частиц и гамма-квантов. ЭМИ: Проникающая сп-ть растет от X-rays к гамма-И, а ионизир. сп-ть во много раз <, чем у корпускулярного И.

Биолог воздействие ИИ. Внешнее облучение - источники излучения вне организма. Внутреннее облучение - источник внутри. Как внешний источник опасно рентгеновское и гамма-излучение. Как внутреннее особо опасно корпускулярное излучение, т.к. нет естественной преграды кожи. Биологическ воздействие связано с ионизацией воды в организме человека. При этом образуется ион ОН - гидроксильн группа, резко ускоряются процессы окисления, нарушаются биохимическ реакции, что приводит : 1.Торможение ф-ций кроветворн органов; 2.Нарушение норм свертываемости крови;3.Повышение хрупкости кровеносн сосудов; 4.Расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта;5.Снижение иммунитета;6.Общ истощение организма.

2 вида эффекта облучения:пороговые и беспороговые.

Пороговые - порог, составляющий 0,1 Зв в год. Пороговый эффект облучения - это биологическ эффекты облучения, в отношении кот предполагается сущ порога, выше кот тяжесть эффекта зависит от дозы.

Порогов эффекты облучения (радиацион поражения):

1) острые поражения - острая лучевая болезнь (ОЛБ), наступает при облучении большими дозами, в течение малого промежутка времени:

1 стадия - первичная реакция: повышение температуры, учащение пульса, тошнота, головокружение, вялость;

2 стадия - период видимого благополучия (скрытый период);

3 стадия - разгар болезни (тошнота, кровоизлияния и т.п.);

4 стадия - либо выздоровление, либо летальный исход.

0,8 - 1,2 Зв; 80-120 Р - начальные признаки лучевой болезни (человек справляется сам).

2,7 - 3 Зв; 270-300 Р - тяжелые проявления ОЛБ (50% - летальный исход).

5,5 - 7 Зв - без лечения - 100% летальный исход.

2) Хроническая лучевая болезнь - профессиональное заболевание врачей-рентгенологов.

Беспороговые (стохастические) эффекты облучения - тяжесть эффекта не зависит от дозы; вероятность возникновения эффектов пропорциональна дозе.

Радиационн риск - риск, кот определ как вероятность того, что у чел в результате облучения возникнет тот или иной вредный эффект. К ним могут относиться различные онкологические заболевания, ослабление иммунной системы.

Сущ проблема оценки нарушения здоровья (область беспороговых эффектов - 0,1 Зв).

Радионуклиды ЧАЭС выброса.26 апреля 1986 года Реактор был разрушен,и в течение последующих девяти дней произошли значительные выбросы радиоактивных материалов в окруж среду. Суммарная активность всего радиоактивн материала, выброшенного во время аварии, составляет согласно оценкам, около 1,2 х 1019 Бк, включая около 7 х 1018 Бк активности инертных газов. В выбросах содерж около 3 % топлива, находившегося в реакторе во время аварии, а также до 100% инертных газов и 20-60% летучих радионуклидов. Радионуклидный состав материала, выброшен во время аварии, явл сложным. Наибольш значение с радиологической точки зрения имеют радиоактивные изотопы йода и цезия: изотопы йода, имеющие короткий период полураспада, оказывали наибольшее радиационное воздействие в начальн период аварии; изотопы цезия и стронция, периоды полураспада кот составляют десятки лет, будут оказывать большее радиацион воздействие в последующ период. Оценки активности количеств основных радионуклидов, содержащихся в выбросах следующие: 1311 ~ 1,3- 1.8* 1018 Бк; 134Cs ~ 0,05* 1018 Бк; 137Cs ~ 0,09* 1018 Бк. Эти величины соответствуют примерно 50-60% ш1, содерж в активной зоне реактора в момент аварии, и около 20-60% двух радиоактивных изотопов цезия. Содерж в выбросах в атмосферу радиоактивные в-ва широко распростр в атмосфере и в конечном итоге выпали на поверхность земли. Их можно было измер практически во всем Сев полушарии. Больш часть радиоактивности выпала в районах, прилегающ к площадке станции, причем плотность выпадения была весьма неодинаковой. Площади тер РБ, России и Украины, на кот измеренные уровни активности Cs превышают 37 кБк* м-2 составляют, согласно оценкам, соответст 46500 км2, 57000 км2 и 41800 км2.

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА- обл техники, основ на использовании р-ции деления атомных ядер для выработке теплоты и производства электроэнергии. Атомная энергетика - это сложное производство, включающ множество промышленных процес, кот вместе образ топливный цикл. Сущ разные типы топливных циклов, зависящ от типа реактора и от того, как протекает конечная стадия цикла, ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образов свободных

радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостностицепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу.

Ядерный реактор - устройство, в кот осущ и поддерж управляемая цепная р-ция деления некот тяж ядер.

Цепная ядерная р-ция в реакторе может осущ только при опред количестве делящихся ядер, кот могут делиться при любой энергии нейтронов. Из делящихся материалов важнейшим явл изотоп U235, доля кот в естеств уране составл всего 0,714 %.

Реакторы классиф:по уровню энергии нейтронов, участвующ в р-ции деления;по принципу размещения топлива и замедлителя;по целевому назначению;по виду замедлителя и теплоносителя и их физ состоянию.

По уровню энергетических нейтронов: реакторы могут раб на быстрых нейтронах, на теплов и на нейтронах промежуточн энергий и в соответствии с этим дел на ректоры на тепловых, быстр и промежуточн нейтронах.

В зависимости от назнач ядерные реакторы бывают: энергетические;конверторы и размножители;

исследовательск и многоцелев;

транспортн и промышленн.

Ядерные энергетич реакторы использ для выработки электроэнергии на АЭС, на АТЭЦ, на атомных станциях теплоснабжения (АСТ).

Возраст Земли и методы его опред

При установлении возраста Земли в целом в качестве исходного материала использ метеориты. Продолжительность же геолог этапа в жизни Земли опред по возрасту минералов и горных пород, слагающ земные толщи, имеющ слоистое строение. Кажд слой образов за определ промежуток времени. Суммарное время образован всех слоев будет характеризов возраст всей земной коры.

Известн неск методов опред возраста горных пород, кот можно объед в 2 группы. 1-ая включ методы опред относит возраста, 2-ая– абсолют.

Методы опред относит возраста горных пород явл приближен. К числу таких методов относ стратиграфическ, палеонтологический и петрографический.Все эти методы обычно использ в едином комплексе.

Методы опред абсолют возраста горных пород осн на изуч продуктов распада радиоактивн элементов горных пород. Радиоактивные элементы попад в породы при их формиров. Для опред возраста горной породы или минерала необходимо, чтобы они представл собой замкнутые системы, т.е. чтобы из них за длит геологич историю не мигрировали нач и конечн продукты радиоактивн распада.

Прежде всего стали использовать U238 и U235 , имеющ периоды полураспада 4,5.109 и 7,1.108 лет соответственно. Конечн продуктами их распада являются гелий и свинец с различн атомными массами (свинцовый метод).

Распад широко распростр в природе изотопа К40 (Т=1,25.109 лет) приводит к образов в одной цепочке кальция-40, а в друг – аргона-40. Методы, основ на использов этих конечных продуктов распада, получили назв калий-кальциевого, или кальциевого и калий –аргонового, или аргонового. Для опред возраста геолог образований использ и др природн радиоактивные изотопы: рубидий-87 (Т=5,25.1010 лет), самарий-147 (Т=1,06.1011 лет) и др. При бета-распаде рубидия-87 образ стронций-87 (рубидиево-стронциевый или стронциевый метод).

Для определ возраста молодых геологич образов примен метод, основан на распаде углерода-14 (Т=5685 лет). Конечным продуктом его распада явл азот-14.Этот метод наз. радиоуглеродным .

Закон радиоактивного распада:

N = N0e-kt (1)

Измер концентрация D дочернего изотопа. Тогда D = N0 – N = N0 (1 - e-kt ). (2)

Поделив (2) на (1), получим уравнение без N0 :

D = N (ekt - 1). (3)

По известным D и N опред возраст t.

В 1956 г. свинцовым методом впервые опред истинный возраст Земли и метеоритов, равный 4,55 0,07 млрд. лет.

Методы наблюдения ИИ

Дозиметрический контроль.

Методы:

1) фотографический;

2) химический (изменение цвета);

3) суинтилляционный (испускание фотонов видимого света при прохождении через него ИИ);

4) ионизационный (основан на явл ионизации газов под воздействием ИИ, в результате кот образ положит ионы и электроны).

Дозиметрический контроль:

1) для радиационной разведки местности - рентгенометр-радиометр;

2) для контроля облучения - дозиметры;

3) для контроля степени заражения поверхности веществ, продуктов питания.

РАДИОАКТИВН МЕТОД ДАТИРОВКИ

Он состоит в том, что сроки определяются по уровню распада радиоактивных материалов. Он одинаков для всех веществ - углерода, калия, урана - любого радиоактивного материала. Суть метода в том, что мы взвешиваем кусочек вещества, затем бомбардируем его элементарными частицами и по мере радиоактивного распада взвешиваем снова. Зная скорость распада и считая, что она была равнопеременной и в прошлом, мы можем определить его время.

1. Уран-свинцовый(основ на соотнош кол-ва нерасщепившихся атомов урана и вновь образов атомов Pb).

2. Свинцово-изотопный(основан на соотнош 207Pb/206Pb).

3. Калий-аргоновый (основ на том, что радиоакт изотоп 40К, распадаясь, привод к накопл в минер радиоакт изотопа 40Ar)

4.Рубидий-стронциевый (радиоакт распад изотопа 87Rb и превращ его в радиоген изотоп 87Sr).

5. Радиоуглеродный(позвол вычисл возраст породы по растит остаткам)