ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ Лекция № 2

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ Лекция № 2 1. РАДИОАКТИВНОСТЬ И ЕЕ РАДИОАКТИВНЫЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ. ОБРАЗОВАНИЕ, 2. ВИДЫ ПРИРОДА РАДИОАКТИВНОГО И СВОЙСТВА РАСПАДА.

1. РАДИОАКТИВНОСТЬ И ЕЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОАКТИВНОСТЬ – ЕСТЕСТВЕННАЯ – свойственна неустойчивым ядрам, САМОПРОИЗВОЛЬНЫЙ РАСПАД АТОМНЫХ существующим в (МАТЕРИНСКИХ) ЯДЕР природе. С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВЫХ (ДОЧЕРНИХ) ЯДЕР ИСКУССТВЕННАЯ – И РАЗЛИЧНЫХ присуща ядрам, ИЗЛУЧЕНИЙ. возникающим в ядерных реакциях.

Основной закон радиоактивного распада ПРОТЕКАНИЕ ПРОЦЕССА ИСХОДНОЕ ДЛЯ ВЫВОДА РАДИОАКТИВНОГО ЗАКОНА УРАВНЕНИЕ: РАСПАДА ВО ВРЕМЕНИ d. N = - Ndt, ОПИСЫВАЕТ ОСНОВНОЙ ЗАКОН где N - число целых ядер, РАДИОАКТИВНОГО d. N - его изменение за РАСПАДА. промежуток времени dt, - постоянная распада, Вывод – см. лекцию по мат. анализу знак "-" показывает, что со I семестра (пример временем число ядер решения д. у. I порядка с уменьшается, т. е. d. N < 0. разделяющимися переменными).

Основной закон радиоактивного распада ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ВИД ЗАКОНА: Количественные характеристики N = N 0 e - t. р/а распада: В процессе радиоак- λ – постоянная распада, тивного распада число материнских Т 1/2 – период полураспада, ядер уменьшается А – активность. со временем по экспоненциальному закону.

ПОСТОЯННАЯ РАСПАДА ПУСТЬ - ВРЕМЯ ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ РЕЛАКСАЦИИ. ПОСТОЯННОЙ РАСПАДА ЗНАЧИТ, ЗА ВРЕМЯ ЧИСЛО ЯДЕР УМЕНЬШИТСЯ ПОСТОЯННАЯ РАСПАДА ОБРАТНА в "е" раз: ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ N = N 0 / e. ТОГДА (СРЕДНЕМУ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ ИЗОТОПА). N 0 e-1 = N 0 e- e-1 = e- 1 = = 1 / .

- характеристика способности ядер вещества к распаду ЧЕМ БОЛЬШЕ ПОЭТОМУ - ПОСТОЯННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСПАДА, СПОСОБНОСТИ ДАННОГО ЯДРА К РАСПАДУ, ТЕМ МЕНЬШЕ ВРЕМЯ или РЕЛАКСАЦИИ ВЕРОЯТНОСТИ РАСПАДА ЯДРА. И ТЕМ БЫСТРЕЕ ИДЕТ РАСПАД, (Р/а распад – СТАТИСТИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ. ) НЕЗАВИСИМО ОТ ИСХОДНОГО ДЛЯ РАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ КОЛИЧЕСТВА ЯДЕР. РАЗЛИЧНА.

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА ПЕРИОД СВЯЗЬ между И Т 1/2 : ПОЛУРАСПАДА – время, за которое N 0 / 2 = N 0 / e T распадается ПОЛОВИНА исходного 2 = e T количества ядер. ln 2 = T ЧЕМ БОЛЬШЕ ПОСТОЯННАЯ РАСПАДА, ТЕМ МЕНЬШЕ T 1/2 = ln 2 / ≈ 0, 69 / . ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА ЯДЕР ДАННОГО ВЕЩЕСТВА.

АКТИВНОСТЬ - СКОРОСТЬ РАСПАДА, т. е. ЧИСЛО ЯДЕР, ВНЕСИСТЕМНЫЕ РАСПАДАЮЩИХСЯ В ЕДИНИЦЫ: ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ: A = - d. N / dt. • КЮРИ, Кu 1 Ku = 3, 7 1010 Бк Размерность А (в СИ): • РЕЗЕРФОРД, Рд РАСПАД ЯДРА / СЕК = 1 Рд = 106 Бк БЕККЕРЕЛЬ, Бк.

Связь между активностью и другими характеристиками A = - d. N / dt = ln 2 / T 1/2 d. N = - N dt A = N 0 e - t = A 0 e - t, N где А 0 = N 0 - A = ln 2 исходная (начальная) T 1/2 активность. АКТИВНОСТЬ ТЕМ БОЛЬШЕ, (как и число ядер) ЧЕМ БОЛЬШЕ ЧИСЛО РАДИОАКТИВНЫХ ЯДЕР СО ВРЕМЕНЕМ УМЕНЬШАЕТСЯ ПО И ЧЕМ МЕНЬШЕ ПЕРИОД ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОМУ ПОЛУРАСПАДА. ЗАКОНУ.

Удельная активность • УДЕЛЬНАЯ МАССОВАЯ АКТИВНОСТЬ - активность единицы массы вещества, A / m [Бк / кг]. • УДЕЛЬНАЯ ОБЪЕМНАЯ АКТИВНОСТЬ активность единицы объема вещества, A / V [Бк / м 3].

2. ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА ДВА ОСНОВНЫХ ТИПА РАСПАДА: и АЛЬФА ( ) БЕТА ( ) БЕТА-РАСПАД – 3 -Х ВИДОВ: • ЭЛЕКТРОННЫЙ ( - ) - е– + захват • ПОЗИТРОННЫЙ ( +) И • ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ • ( е - захват )

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОЧАСТИЦ • ЗАРЯД ЯДРА РАВЕН ЧИСЛУ ПРОТОНОВ В ЯДРЕ. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ОПРЕДЕЛЯЕТ ПОРЯДКОВЫЙ ЧАСТИЦЫ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА В ТАБЛИЦЕ МЕНДЕЛЕЕВА: И АТОМНЫЕ ЯДРА qя = Np = Z. ХАРАКТЕРИЗУЮТ ЗАРЯДОМ И МАССОЙ, • МАССА ЯДРА РАВНА СУММЕ ЧИСЛА ПРОТОНОВ ВЫРАЖЕННЫМИ В И ЧИСЛА НЕЙТРОНОВ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ В ЯДРЕ (Т. Е. ОБЩЕМУ ЕДИНИЦАХ. ЧИСЛУ НУКЛОНОВ): mя = Nр + Nn = A. ЭТА СУММА НАЗЫВАЕТСЯ МАССОВЫМ ЧИСЛОМ.

В СОСТАВ АТОМА ВХОДЯТ: ПРОТОНЫ, НЕЙТРОНЫ и ЭЛЕКТРОНЫ. p n e Т. к. ПРОТОНЫ И НЕЙТРОНЫ ОБРАЗУЮТ ЯДРО ("НУКЛЕУС" - NUCLEUS), ИХ ОБЩЕЕ НАЗВАНИЕ – НУКЛОНЫ. qp = 1 qn = 0 qe = -1 (э. е. з. ) mp = 1 mn = 1 me = 0 (э. е. м. ) ПОЗИТРОН (АНТИЭЛЕКТРОН) НЕ ВХОДИТ В СОСТАВ ЯДРА, НО ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ + РАСПАДЕ. ХАРАКТЕРИСТИКИ: q = +1, m = 0.

ИЗЛУЧЕНИЯ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ПРИ РАДИОАКТИВНОМ РАСПАДЕ АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЕ – БЕТА-МИНУС- • КОРПУСКУЛЯРНОЙ ИЗЛУЧЕНИЕ – ПРИРОДЫ. • СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО • КОРПУСКУЛЯРНОЙ ДВИЖУЩИХСЯ АЛЬФА ПРИРОДЫ. -ЧАСТИЦ, ИЛИ ЯДЕР • СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО АТОМОВ ГЕЛИЯ. ДВИЖУЩИХСЯ БЕТА- • ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНУС ЧАСТИЦ, ИЛИ АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ: ЭЛЕКТРОНОВ. Z = 2, A = 4. • ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ • ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ БЕТА-МИНУС АЛЬФА-РАСПАДЕ. РАСПАДЕ.

ИЗЛУЧЕНИЯ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ПРИ РАДИОАКТИВНОМ РАСПАДЕ БЕТА-ПЛЮС- ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ • КОРПУСКУЛЯРНОЙ • СОПРОВОЖДАЕТ ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ. ПРИРОДЫ. • СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ – ДВИЖУЩИХСЯ БЕТА- • ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПЛЮС ЧАСТИЦ, ИЛИ (ВОЛНОВОЙ) ПРИРОДЫ. ПОЗИТРОНОВ. • МОЖЕТ • ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ СОПРОВОЖДАТЬ БЕТА-ПЛЮС РАСПАДЕ. КАК АЛЬФА-, ТАК И БЕТА-РАСПАД.

ИЗЛУЧЕНИЯ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ПРИ РАДИОАКТИВНОМ РАСПАДЕ ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА НЕЙТРИНО АНТИНЕЙТРИНО • ХАРАКТЕРИСТИКИ: ОТ НЕЙТРИНО q = 0, m = 0. ОТЛИЧАЕТСЯ ТОЛЬКО НАПРАВЛЕНИЕМ СПИНА. • ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ПОЗИТРОННОМ БЕТА- • ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ РАСПАДЕ. ЭЛЕКТРОННОМ БЕТА- РАСПАДЕ.

АЛЬФА-РАСПАД ПРЕВРАЩЕНИЕ ЯДРА ДОЧЕРНЕЕ ЯДРО ОДНОГО ЭЛЕМЕНТА МОЖЕТ ОБРАЗОВАТЬСЯ В ЯДРО ДРУГОГО В ВОЗБУЖДЕННОМ ЭЛЕМЕНТА СОСТОЯНИИ. С ИСПУСКАНИЕМ АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ: ЗАТЕМ ЭНЕРГИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВЫСВЕЧИВАЕТСЯ В ВИДЕ ГАММА-ФОТОНОВ.

БЕТА-РАСПАД • В ОСНОВЕ ВСЕХ ТРЕХ ВИДОВ – ВНУТРИЯДЕРНОЕ ВЗАИМНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ НЕЙТРОНА И ПРОТОНА. • ВОЗМОЖНО ВОЗНИКНОВЕНИЕ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ.

1. ЭЛЕКТРОННЫЙ (БЕТА-МИНУС) РАСПАД В ЯДРЕ – • ДОЧЕРНЕЕ ЯДРО ПРЕВРАЩЕНИЕ ИМЕЕТ ТУ ЖЕ МАССУ, НЕЙТРОНА В ПРОТОН ЧТО МАТЕРИНСКОЕ, С ИСПУСКАНИЕМ НО НА 1 Э. Е. БОЛЬШИЙ ЭЛЕКТРОНА ЗАРЯД: (БЕТА-МИНУС ЧАСТИЦЫ) и АНТИНЕЙТРИНО:

2. ПОЗИТРОННЫЙ (БЕТА-ПЛЮС) РАСПАД В ЯДРЕ – МАССА ЯДРА ПРЕВРАЩЕНИЕ НЕ МЕНЯЕТСЯ, ПРОТОНА В НЕЙТРОН ЗАРЯД С ИСПУСКАНИЕМ УМЕНЬШАЕТСЯ ПОЗИТРОНА НА 1 Э. Е. : (БЕТА-ПЛЮС ЧАСТИЦЫ) и НЕЙТРИНО:

3. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ ( е - ЗАХВАТ) ЭЛЕКТРОН ЗАХВАТЫВАЕТСЯ ЯДРОМ ВАКАНСИЯ С ОДНОЙ ИЗ ВНУТРЕННИХ ВО ВНУТРЕННЕМ СЛОЕ ОРБИТ АТОМА. СРАЗУ ЗАПОЛНЯЕТСЯ ЭЛЕКТРОНОМ ИЗ СЛОЯ, РАСПОЛОЖЕННОГО МАССА ЯДРА ДАЛЬШЕ ОТ ЯДРА. НЕ МЕНЯЕТСЯ, ЗАРЯД УМЕНЬШАЕТСЯ НА ВОЗНИКАЕТ ЕДИНИЦУ ХАРАКТЕРИСТИЧЕС- (КАК ПРИ БЕТА-ПЛЮС КОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ РАСПАДЕ): ИЗЛУЧЕНИЕ.