Министерство образования и науки Российской Федерации
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
В.П. Медведев, А.В. Очкин, М.А Семенов
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОХИМИИ
Под редакцией
доктора химических наук,
профессора А.В. Очкина
Москва
2011
УДК
Рецензенты:
1. Доктор физико-математических наук, профессор А.В. Оконечников.
2.
Физические основы радиохимии. / В.П. Медведев, А.В. Очкин, М.А. Семенов; Под редакцией А.В. Очкина. – М.: Изд-во НИЯУ МИФИ, 2011. – 195 с.
В учебном пособии представлен теоретический материал по первой части дисциплины «Основы ядерной физики, радиохимии и дозиметрии», изучаемой студентами специальности «Химическая технология материалов современной энергетики» в РХТУ им. Д.И. Менделеева и Озерском технологическом институте – филиале НИЯУ МИФИ.
В книге приведена краткая историческая справка возникновения и развития учения о радиоактивности, краткие сведения о строении и устойчивости ядер, закономерностях радиоактивных превращений и их видах, о взаимодействии ионизирующих излучений с веществом, методах регистрации и обработке результатов измерения радиоактивности. Пособие состоит из девяти глав. Каждая глава содержит вопросы для самоконтроля и задачи для самостоятельного решения.
Книга может быть полезна студентам других специальностей, изучающих основы радиохимии, радиоэкологии и дозиметрии.
Условные
обозначения
А — активность радиоактивного нуклида
А.е.м. —атомная единица массы
Есв — энергия связи
ε — средняя энергия связи
с — скорость света,
NА — постоянная Авогадро.
μ — магнитный момент
m — дефект масс
λ — постоянная распада
Т1/2 — период полураспада
Rmax — максимальный пробег электронов
RЭ — экстраполированный пробег электронов
l — линейный коэффициент ослабления
μd — массовый коэффициент ослабления
v— скорость движения частицы
σ - сечение реакции
R — газовая постоянная
Т — температура
t —время
V — объем
z- заряд ядра
Содержание
ПРЕДИСЛОВИЕ 6
Глава 1. История развития учения о радиоактивности 7
Глава 2. Общие сведения о строении 15
2.1 Элементарные частицы 15
2.2 Свойства атомных ядер 20
2.3 Масса ядра и энергия связи 21
2.4 Вопросы для самоконтроля и задачи для самостоятельного решения 32
2.4.1 Вопросы для самоконтроля 32
2.4.2 Задачи 33
Глава 3. Радиоактивный распад 35
3.1 Основной закон радиоактивного распада 36
3.2 Статистический характер радиоактивного распада 39
3.3 Радиоактивный распад в природе 41
3.4 Последовательный распад радиоактивных ядер. Радиоактивное равновесие 44
3.5 Определение периода полураспада 51
3.6 Определение возраста минералов 52
3.7 Вопросы для самоконтроля и задачи для самостоятельного решения 53
3.7.1 Вопросы 53
3.7.2 Задачи 54
Глава 4. Виды радиоактивных превращений (физические основы) 57
4.1 Альфа-распад 57
4.2 Бета-распад 64
4.2.1. Особенности бета-распада 65
4.2.2 Схемы бета-распада 67
4.2.3 Условия бета-распада 68
4.2.4 Бета-спектр и факторы, влияющие на его формирование 72
4.3 Фотонное излучение 74
4.3.1 Гамма-излучение 75
4.3.2 Место гамма-излучения в электромагнитном спектре 78
4.3.3 Рентгеновское излучение 79
4.4 Спонтанное деление ядер 81
4.5 Вопросы для самоконтроля 86
Глава 5. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом 88
5.1 Взаимодействие альфа-частиц с веществом 89
5.2 Взаимодействие электронов и позитронов с веществом 94
5.3 Черенковское излучение 106
5.4 Взаимодействие гамма-квантов с веществом 111
5.4.1 Фотоэффект 112
5.4.2 Комптоновское рассеяние γ-квантов 113
5.5 Вопросы для самоконтроля и задачи для самостоятельного решения 121
5.5.1 Вопросы 121
5.5.2 Задачи 122
Глава 6. Детекторы ионизирующих излучений 125
6.1 Газонаполненные ионизационные детекторы 125
6.1.1 Ионизационные камеры 131
6.1.2 Пропорциональные счетчики 132
6.1.3 Счетчики Гейгера-Мюллера 135
6.2 Сцинтилляционные детекторы 141
6.2.1 Основные характеристики сцинтилляторов 143
6.2.2 Основные виды и типы сцинтилляторов 145
6.2.3 Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) 153
6.3 Полупроводниковые (твердотельные) детекторы 158
6.3.1 Физические основы полупроводниковых детекторов 159
6.3.2 Принцип действия полупроводниковых детекторов 162
6.3.3 Типы полупроводниковых детекторов 164
6.4 Вопросы для самоконтроля 167
Глава 7. Методы измерения ионизирующих излучений 168
7.1 Радиометрия 169
7.1.1 Абсолютная и относительная активность 169
7.1.2 Радиометр как цепь измерительных преобразователей 170
7.2 Спектрометрия 171
7.2.1 Гамма-спектрометрия 174
7.2.2 Альфа-спектрометрия 179
7.3 Вопросы для самоконтроля 185
Глава 8. Статичтическая обработка радиометрических измерений 186
8.1 Общие положения 186
8.2 Распределение Пуассона при радиометрических измерениях 187
8.3 Погрешность скорости счета 189
8.4 Определение необходимого времени проведения радиометрических измерений с заданной точностью 190
8.5 Проверка правильности работы счетной аппаратуры 191
8.6 Оценка погрешности результата вычислений 193
8.7. Вопросы для самоконтроля 194
Рекомендованная литература 195
ПРИЛОЖЕНИЕ 197