Л абораторная работа № 7.

Основные понятия о радиоактивности

1.1. Радиоактивность и виды ионизирующих излучений

Радиоактивность – самопроизвольное превращение ядер атомов одних элементов в другие, сопровождающееся испу­сканием ионизирующих излучений. Различают следующие виды радиоактивных превращений.

1. -Распад характерен для естественных радиоактивных эле­ментов с большими порядковыми номерами. Реакция этого вида превращения может быть показана на примере распада радия:

Таким образом, -распад приводит к уменьшению порядкового номера вещества на две единицы и массового числа на четыре единицы.

Закон превращения ядра при -распаде в общем виде может быть записан следующим образом:

где X – символ исходного ядра; Y – символ ядра – продукта распада.

- Излучение, испускаемое данным изотопом, по своей энергии или однородно, или разделяется на небольшое число групп. При распаде возникают возбужденные ядра (продукты распада), которые, переходя в основное состояние, испускают кванты.

2. Электронный β-распад характерен как для естественных, так и для искусственных радиоактивных элементов.

Этот вид радиоактивного распада может быть показан на сле­дующем примере:

,

т. е. ядро испускает электрон и при этом возникает ядро нового элемента при неизменном массовом числе. Энергетический спектр β-частиц непрерывный, так как вылет электронов сопровождается выбросом антинейтрино – элементарной частицы с массой, равной 1/2000 массы покоя электрона. Суммарная энергия β-частиц и нейтрино равна максимальной энергии, характерной для данного изотопа. В общем виде электронный распад может быть записан в следующем виде:

,

где – антинейтрино.

При испускании β-частиц ядра атомов могут находиться в возбужденном состоянии. Их переход в невозбужденное состояние сопровождается, как правило,

испусканием - квантов.

3 . Позитронный β -распад. Позитрон отличается от электрона лишь знаком заряда (положительным), наблюдается у некоторых искусственных радионуклидов, например,

.

и в общем виде:

.

Следовательно, при позитронном распаде порядковый номер распадающегося атома уменьшается на единицу, а масса практи­чески не изменяется. Спектр энергии позитронного излучения непрерывен.

4. К-захват (захват орбитального электрона ядром). При этом процессе ядро захватывает электрон с К-оболочки и происходит такое же превращение ядра, как и при позитронном распаде:

.

Реакция в общем может быть записана так:

.

Позитронный распад и К-захват – конкурирующие процессы. Если возможно испускание позитрона, то возможен и процесс К-захвата. При этом если энергия -кванта меньше энергии покоя электрона (Е₀<m₀с²), то единственным энергетически возможным процессом является К-захват.

При К-захвате из ядра вылетает нейтрино и возникает харак­теристическое рентгеновское излучение.

Ионизирующее излучение – любое излучение, вза­имодействие которого со средой приводит к образованию элект­рических зарядов разных знаков.

Примечание. Ультрафиолетовое излучение и видимый свет не относятся к ионизирующим излучениям.

Гамма-излучение – электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях или аннигиляции частиц (см. ниже).

Характеристическое излучение – фотонное излучение с дис­кретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома.

Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии за­ряженных частиц. Тормозное излучение возникает в среде, окру­жающей источник β-излучения, в рентгеновских трубках, уско­рителях электронов и т. п.

Рентгеновское излучение – совокупность тормозного и харак­теристического излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет 1кэВ – МэВ.

Корпускулярное излучение – ионизирующее излучение, со­стоящее из частиц с м ассой покоя, отличной от нуля (α- и β- ча­стицы, протоны, нейтроны и др.).

Нейтроны – корпускулярное излучение с массой, равной 1, и зарядом, равным 0.

Протоны – корпускулярное излучение с массой, равной 1, и зарядом +1.