Виды радиоактивного распада
В настоящее время установлено, что в состав ядра любого атома входят два сорта частиц — протоны и нейтроны, называемые общим термином нуклоны. Охарактеризуем свойства каждой из этих частиц.
Протон имеет массу тр ≈ 1836,4 те ≈ 1,6726 ∙ 10-ЗТкг. За ряд протона по абсолютной величине равен заряду электрона но противоположен ему по знаку. Протон является стабильно] частицей, т.е. не распадается с течением времени. Нейтронимеет массу тп ≈ 1839,0 те ≈ 1,6749∙10-27кг . Нейтрон электрически нейтрален. Отсюда собственно и происходит его название Нейтрон — частица нестабильная. Он распадается с периодов полураспада T1/2 ≈ 11 минут по схеме
Здесь — электрон, ṽc — электронное антинейтрино. Разнице масс протона и нейтрона равна rnn - тр ≈ 2,6 те. Нуклоны удерживаются внутри ядра с помощью ядерных сил, которые обладают рядом специфических свойств. Перечислим основные из них.
1. Это короткодействующие силы — радиус их действия rя ~ 10-15 м.
2. При приближении нуклонов друг к другу ядерные силы меняют знак, т.е. становятся силами отталкивания.
3. Внутри ядра они примерно на два порядка превосходят по ве личине силы электромагнитного взаимодействия между про тонами. Поэтому протоны удерживаются внутри ядра.
4. Они не являются центральносимметричными силами, т.е. направлены не вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие нуклоны.
5. Не зависят от типа нуклона (протон, нейтрон).
6. Обладают свойством насыщения, т.е. каждый нуклон в ядр< взаимодействует лишь с ограниченным числом других ну клонов, окружающих его.
Учитывая некоторые свойства ядерных сил, их часто называют "гигантом с короткими руками". Ядро принято обозначать в виде . Здесь Z — порядковый номер элемента в таблице Менделеева, равный числу протонов в ядре; А — массовое число ядра, равное числу нуклонов в ядре. В настоящее время известны ядра с Z от Z=l до Z=107. Нуклонам (протону и нейтрону) приписывается массовое число, равное единице, электрону — нулевое значение А.
Ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами. Атомы, имеющие такие ядра, обладают одинаковыми химическими свойствами. Ядра, которые при одинаковом А имеют различные Z, называются изобарами. Число нейтронов в ядре может быть найдено по формуле: N = A - Z. В природе встречаются около 300 устойчивых изотопов химических элементов и имеются около 1000 искусственных (радиоактивных) изотопов.
Ядра атомов некоторых химических элементов способны самопроизвольно распадаться на части. Этот распад сопровождается радиоактивными излучениями, основными видами которых являются:
а-лучи, β-лучи и τ-лучи. Охарактеризуем подробнее каждый из этих видов излучений.
а-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия . Альфа-лучи отклоняются электрическим и магнитным полем. Скорости а-частиц от 14000 км/с до 20 000 км/с, что соответствует кинетическим энергиям от 4 МэВ до 9 МэВ. Эти частицы обладают высокой ионизирующей способностью. Поэтому их пробеги в веществе малы. Слой алюминия толщиной 0,05 мм полностью поглощает поток а-частиц; длина их пробега в воздухе 3-9 см.
β-лучи отклоняются электрическим и магнитным полями. Они представляют собой поток быстрых электронов, движущихся со средней скоростью порядка 160 000 км/с. Ионизирующая способность β-лучей примерно в 100 раз меньше, чем у а-лучей. Пробег β-частиц в воздухе ~ 40 м, в алюминии ~ 2 см, в биологической ткани ~ 6 см. Во время детального изучения β-распада в тридцатых годах двадцатого века была открыта новая элементарная частица, названная нейтрино.
τ-лучи представляют собой потоки фотонов высоких энергий с частотами ~ 1020 Гц и длинами волн ~ 10-12 м. Они не отклоняются электрическим и магнитным полями и распространяются со скоростью света. Гамма-лучи являются одним из самых проникающих видов излучения. Они пронизывают практически без ослабления слой воздуха толщиной несколько сотен метров. Они также свободно проходят через тело человека.
При радиоактивном распаде выполняются несколько законов сохранения, которые надо учитывать при записи уравнения, описывающего радиоактивный распад.
1. Закон сохранения энергии.
2. Закон сохранения импульса.
3. Закон сохранения момента импульса.
4. Закон сохранения электрического заряда.
5. Сохраняется общее число нуклонов до и после распада.
Так, для а и β распадов имеем:
При а-распаде элемент смещается в периодической системе на два номера влево с уменьшением массового числа на четыре единицы.
При β-распаде элемент смещается в периодической системе на один номер вправо без изменения массового числа. Правила (1), (2) называются также законами смешения.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 809;