ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 1 РАДИОАКТИВНОСТЬ И ЕЕ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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: АЛЬФА ( ) и БЕТА-РАСПАД – 3 -Х ВИДОВ: • • ЭЛЕКТРОННЫЙ ( - ) ПОЗИТРОННЫЙ ( +) И ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ ( е - захват ) БЕТА ( ) - е– захват +

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

В СОСТАВ АТОМА ВХОДЯТ: ПРОТОНЫ, НЕЙТРОНЫ p и n ЭЛЕКТРОНЫ. e Т. к. ПРОТОНЫ И НЕЙТРОНЫ ОБРАЗУЮТ ЯДРО ("НУКЛЕУС" - NUCLEUS), ИХ ОБЩЕЕ НАЗВАНИЕ – qp = 1 НУКЛОНЫ. qn = 0 mp = 1 mn = 1 qe = -1 (э. е. з. ) 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 – КОРПУСКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ. СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ АЛЬФА -ЧАСТИЦ, ИЛИ ЯДЕР АТОМОВ ГЕЛИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ: Z = 2, A = 4. ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ АЛЬФА-РАСПАДЕ. БЕТА-МИНУСИЗЛУЧЕНИЕ – • КОРПУСКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ. • СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ БЕТАМИНУС ЧАСТИЦ, ИЛИ ЭЛЕКТРОНОВ. • ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ БЕТА-МИНУС РАСПАДЕ.

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

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

АЛЬФА-РАСПАД ПРЕВРАЩЕНИЕ ЯДРА ОДНОГО ЭЛЕМЕНТА В ЯДРО ДРУГОГО ЭЛЕМЕНТА С ИСПУСКАНИЕМ АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ: ДОЧЕРНЕЕ ЯДРО МОЖЕТ ОБРАЗОВАТЬСЯ В ВОЗБУЖДЕННОМ СОСТОЯНИИ. 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 – ПРЕВРАЩЕНИЕ НЕЙТРОНА В ПРОТОН С ИСПУСКАНИЕМ ЭЛЕКТРОНА (БЕТА-МИНУС ЧАСТИЦЫ) и АНТИНЕЙТРИНО: • ДОЧЕРНЕЕ ЯДРО ИМЕЕТ ТУ ЖЕ МАССУ, ЧТО МАТЕРИНСКОЕ, НО НА 1 Э. Е. БОЛЬШИЙ ЗАРЯД:

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

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