ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Радиоактивность.Ядра атомов состоят из нуклонов, протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно атомному номеру Z данного элемента в периодической системе Д.И.Менделеева. Общее число протонов и нейтронов в ядре равно массовому числу А, соответственно число нейтронов N = А — Z.

Совокупность атомов, ядра которых имеют одинаковые А и Z, называют изотопами. Многие химические элементы имеют несколько изотопов, например, у водорода их три: ¹₁Н, ²₁Н, ³₁H. Первые два изотопа протий и дейтерий - стабильные, а третий - тритий - радиоактивный (нестабильный).

Изотопы, ядра которых пертерпевают самопроизвольные превращения, называют радиоактивными. Обычно эти превращения обладают двумя особенностями:

1 - для всех типов радиоактивных превращений справедлив один кинетический закон;

2 - количество типов радиоактивных превращений ограниченно. Различают следующие типы ядерных, т.е. радиоактивных превращений:

- распад,

- превращения, изомерный переход, нейтронный распад, протонный распад, спонтанное деление,

- излучение,

- излучение сопровождает многие из перечисленных типов превращений, а при изомерном переходе является единственным видом излучения.

Таблица 3

* - относительно нейтрона,

**- 1,60240* 10Кл.

для большого количества ядер число актов распада в единицу времени (скорость распада) пропорционально исходному количеству ядер N:

-dN/dt = λN (12.1)

Выражение (12.1) представляет собой дифференциальную форму закона радиоактивного распада, где N - число радиоактивных атомов в момент времени t; λ - константа, называемая постоянной распада или радиоактивной постоянной, с^-1. Интегральная форма закона радиоактивного распада получается интегрированием уравнения (12.1) в пределах от t₀ = 0 до t_t:

N_t = N₀*e^{-λ t} (12.2)

где N_t - число радиоактивных ядер в момент времени t=0;

N₀ - количество радиоактивных ядер в момент времени t.

Закон радиоактивного распада носит статистический характер: чем больше распадающихся ядер, тем точнее он выполняется. Скорость радиоактивного распада - (dN/dt) называют абсолютной активностью - (а) образца:

at = - dN/dt = λN (12.3)

Абсолютная активность выражается числом актов распада в секунду и подчиняется закону радиоактивного распада:

a_t = а₀*е^-λt (12.4)

Наряду с λ - радиоактивной постоянной, устойчивость радиоактивного изотопа можно охарактеризовать периодом полураспада. T_1/2 - это промежуток времени, в течение которого происходит распад половины имеющихся в наличии радиоактивных ядер элемента. Абсолютная активность ,а"за время Т_1/2 уменьшается вдвое:

аТ1/2 / а0 = ½ = е ^–λТ1/2 (12.5)

отсюда

λ*Т_1/2 = 1n2 = 0,693 (12.6)

Каждый радионуклид (химический элемент, подверженный радиоактивному распаду) имеет неизменный, присущий только ему, период полураспада, который может составлять от нескольких секунд до миллионов лет. Например, ²³⁸U распадается наполовину за 4470 млн лет, а ¹³⁸1 - всего лишь за 8 сут.