БУДОВА ЯДРА АТОМА. Види розпаду

Радіоактивність - це здатність ядер атомів хімічних елементів самочинно перетворюватися на ядра атомів інших хімічних елементів з виділенням енергії у вигляді іонізуючих випромінювань.

Згідно загальновизнаної теорії будови атомного ядра, розробленої у 1932 році Д.Іваненко разом з Е.Гапоном, ядро – це складна квантово-механічна система, яка складається з нуклонів: протонів, нейтронів та інших частинок, що утримуються разом завдяки внутрішньоядерним силам зчеплення.

Протон- елементарна частинка з масою 1,67х10^-24г і зарядом +1.

Нейтрон - електронейтральна елементарна частинка з масою 1,009 атомних одиниць маси.

Електрон - елементарна частинка у стані спокою має масу 0,9х10^-27г і має заряд -1 (Дж.Томпсон, 1897).

Позитрон - має таку ж масу, як і маса електрона, а заряд +1 (К.Андерсон, 1932).

Кількість протонів у ядрі відповідає номеру хімічного елемента у періодичній таблиці Д.І.Менделєєва та кількості електронів на орбітах, і тому атом електронейтральний. Якщо в атомі протон перетворюється в нейтрон, або навпаки, то виникає атом іншого елемента. Сума протонів і нейтронів в атомі називається масовим числом.

Атоми даного хімічного елементу, що мають різну кількість нейтронів, називають ізотопами (ізос - рівний, топос - місце), тобто різновиди атома, які мають однакове місце в періодичній таблиці і належать до того самого хімічного елементу. Будь-яка різновидність атомів називається нуклідом.

Нестабільні атоми мають властивості перетворюватись із одного атому в інший, що є радіоактивним перетворенням. Розрізняють декілька видів радіоактивних перетворень:

1. Альфа розпад властивий для важких атомів з атомними номерами більше 83, а також для багатьох радіоактивних ізотопів рідкоземельних елементів. Він супроводжується викидом з ядра ядер атома гелію (Не). Теорія альфа-розпаду створена в 1928 р. Г.Гамовим та Р.Генрі.

При альфа-розпаді материнське ядро перетворюється в дочірнє, виникає новий нуклід, що розташований на дві клітини вліво у періодичній таблиці Д.І.Менделєєва і має масове число на 4 одиниці менше – перший закон радіоактивного розпаду.

Такий вид розпаду може не супроводжуватись гамма-випромінюванням (чисті альфа-випромінювачі). Відомо більше 200 альфа-випромінювачів.

2. Електронний бета-розпадвластивий радіонуклідам, що мають в ядрі нейтронів більше, ніж протонів. Материнське ядро переходить в ізобарне дочірнє ядро і випромінюється одна бета-частинка. При цьому утворюються атоми хімічного елемента, заряд ядра якого на 1 більше – другий закон радіоактивного зміщення.

Випромінювання гамма-квантів має місце в тому разі, якщо дочірнє ядро виникає у збудженому стані, тому при цьому виді розпаду гамма-випромінювання обов'язкове. Якщо воно відсутнє, материнський нуклід вважають “чистим” бета-випромінювачем. Теорія електронного бета-розпаду розроблена Е.Фермі в 1934 р. Типовими бета – випромінювачами є: ⁹⁰Sr; ³²P; ³⁵S; ¹⁴C.

3.Позитронний бета-розпад властивий нейтронодефіцитним ядрам. При цьому материнське ядро перетворюється в ізобарне дочірнє ядро і утворюються атоми хімічного елемента, що має на один протон менше, оскільки один протон перетворюється в нейтрон – третій закон радіоактивного зміщення. При цьому розпаді також може мати місце гамма-випромінювання. Цей вид розпаду було відкрито в 1934р. Фредеріком і Ірен Жоліо-Кюрі при вивченні їми штучної радіоактивності.

Під час вивчення процесів радіоактивного розпаду було встановлено, що ядра радіонукліду розпадаються не одночасно, а в кожну одиницю часу розпадається лише деяка частина від загальної кількості радіоактивних атомів. Це незмінний для кожного радіонукліду показник, який характеризує ймовірність розпаду (тобто яка частина атомів перетворюється за 1сек) і називається сталою розпаду (константою) і позначається літерою l, а період, за який розпадається половина радіоактивних атомів цього виду, називається періодом напіврозпаду і позначається літерою Т. Радіоактивні речовини, що мають Тменше 15 діб, прийнято вважати короткоживучими, більше 15 діб — довгоживучими. Виділяють ще і ультракороткоживучі з Т рівним секундам - хвилинам.

Існує закон, який визначає кількісну характеристику явища радіоактивного розпаду, тобто об'єднує всі види радіоактивного розпаду і є спільним для будь-якого радіонукліда. Це основний закон радіоактивного розпаду: за однакові проміжки часу відбувається ядерне перетворення однакової частки нестійких атомів радіоактивної речовини.

1. Джерела іонизизуючих випромінювань та види радіоактивних розпадів.

ДЖЕРЕЛАМИ ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ (ІВ) можуть бути ядра атомів природно радіоактивних речовин, які існують в природі і розташовані у кінці таблиці Д.І.Менделеева (z>83). Усі ці елементи утворюються як наслідок послідовних радіоактивних перетворювань і складають РАДІОАКТИВНІ РОДИНИ (їх 4):

1) родина урану U²³⁸₉₂;

2) родина торію Th²³²₉₀;

3) родина актинію Ас²³⁵₉₂;

4) родина плутонію Pu²³⁹₉₄ – отримано штучним шляхом (штучно радіоактивні, це елементи які набули цю ознаку неприродним шляхом).

Їх головами є елементи з максимальним подковим номером, а кінцевим членом – стабильний елемент свинець (Pb). На сьогоднішній час встановлені наступні види радіоактивного розпаду та перетворювань атомних ядер: альфа-розпад, бета-розпад, електронне захоплення, внутрішня конверсія, ізомерні перехіди, поділ важких ядер, синтез легких ядер.

Для лікування використовують радіонукліди (р/н), яким притаманні перші п’ять ядерних перетворювань. У ядрі протон та нейтрон з більшою частотою (10^-23 с) обмінюються пі-мезонами, перетворюючись одне на одного. Їх вважають двома станами однієї ядерної частки – нуклону. Нестабільність ядер може бути подвійною: або надлишок, або недостатність нейтронів.

α-радіоактивними є ядра атомів важких елементів з надлишком у ядрах і протонів і нейтронів. При цьому розпаді отримується новий елемент, номер котрого менше на 2, а маса на 4 одиниці ніж бтьківський. Це 1-й закон радіоактивного розпаду.

β- радіоактивними це атоми, в ядрах котрих мають надлишок або недостатність нейтронів. Він притаманний як природно радіоактивним, так і штучним р/н. Ядра, утворенні таким шляхом дають як наслідок ізобари (елементи, атоми котрих мають однакову масу, але різний заряд), кількість зарядів котрих збільшується на 1 (при β^-). Це 2-й закон радіоактивного розпаду.

Або зменьшується на 1 (при β⁺). Це 3-й закон радіоактивного розпаду.

Як α- так і β-розпади супроводжуються γ-випроміненням.Частіше це протікає дуже швидкоплинно, але іноді збуджений рівень нукліду має більш тривале життя (хвилини або години). Це метастабільний стан ядру (m). Такі р/н випромінюють лише γ-промені (наприклад, ^99mТс), що і використовують для діагностики та лікування в наслідок невеликого дозного навантаження та можливості отримувати їх у генераторних системах в лабораторних умовах (наприклад, генератор ^99mТс – молібден ⁹⁹Мо). α-випромінюючі р/н не взмозі бути β-випромінювачамиі навпаки.

ІЗОТОПИ (грец. «займаючі однакові місця») – речовини, ядра атомів котрих мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. На теперішній час отримані ізотопи усіх хімічних елементів таблиці Менделеева, але не усі з них радіоактивні.

Основну характеристику радіоактивної речовини становить його фізичний період напіврозпаду (Т1/2фіз.) – час, за котрий розпадаеться половина атомів р/н. Крім того ще е біологічний період напіврозпаду (Т1/2біол.) – час, за котрий з організму виводиться половина р/н та ефективний період напіврозпаду (Т1/2еф.) – сума двох попередніх. Наприклад, Т1/2 фіз. урану біля 5 млрд. років, радію – 1590 років, радону – кілька діб, радію А – кілька хвилин, радію С – 10^-4 сек. Ніщо не взмозі зруйнувати атоми стабільних елементів. А радіоактивні атоми, навпаки, руйнуються самостійно, і ніякі умови (ні Т⁰С, ні тиск) не взмозі їх зупинити, або прискорити, або затримати цей процес. Одиниця, для виміру енергії ядерних часток це ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ (ЭВ) – це кінетична енергія електрону, котрий пройшов різницю потенціалів в 1 вольт. 1 эв = 1,6 х 10^-19Дж.

Кулон (Кл) = 6,2 х 10¹⁸ електронів.

Активність – кількісне вимірювання радіоактивної речовини. Її системна одиниця - Бк (Беккерель) - 1 розпад за 1 секунду. Позасистемна - Ки (Кюрі) - 3,7 х 10¹⁰ розпаді за секунду. 1 Ки = 3,7 х 10¹⁰ Бк.

Дата добавления: 2015-06-12; просмотров: 1963;