Учение радиоактивности.

Ионизирующее излучение – такое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в ней ионов, т.е. электрических зарядов разного знака.

Атомные ядра состоят из протонов⁺ и нейронов⁰, имеющие общее название – НУКЛОНЫ. Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом (А), число протонов в ядре (Z) –характеризует его заряд, а также число электронов на электронной оболочке.

Число нейтронов в ядре: равно А – Z

Совокупность атомов, имеющих одинаковый заряд ядра называется ХИМИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ(Пр: ₉ F, ₉₂U).

Совокупность атомов, ядра которых имеют определенное число протонов( p) и нейтронов( n )называется НУКЛИДОМ (Пр: , ).

Различные нуклиды одного и того же элемента называются ИЗОТОПАМИ. Они имеют одинаковые Z и различные А. (Пр: , , …)

Нуклиды, ядра которых претерпевают самопроизвольное превращение (распад), называются радионуклидами.

Ядра, имеющие одинаковый заряд и одинаковую массу, но обладающие разными энергиями, называются ИЗОМЕРАМИ.

Радиационные превращения характеризуются энергией, которая измеряется в электричестве. Одни (эВ) – это ускорение, которое приобретает электрон в электрическом поле с разностью потенциалов 1В.

1эВ = 1,602 * 10^-19 Дж

1.1. α - распад характерен для самых тяжелых ядер (Z > 82), в которых велики силы расталкивания положительно заряженных протонов.

α – частица представляет собой ядро Не, и состоит из 2х p⁺ 2х n⁰ .

Если обозначить через Х₁ – исходный распадающийся (материнский) элемент, Х₂ – новый вторичный (дочерний) элемент, то формула α – распада будет выглядеть в следующем виде:

Правило сдвига: ZàZ-2

AàA-4

Оно означает, в результате α - распада образуется новый элемент, смещенный в таблице Менделеева на 2 клетки влево. Атомная масса дочернего элемента на 4 единицы меньше материнского.

Энергия большинства α-частиц находится в пределах 4 ÷ 8 МэВ, но может быть и больше. Каждый распад характеризуется энергией распада - Е_р. Чем выше Е_р, тем быстрее происходит распад. Е_р распределяется между α-частицами и дочерними ядрами, обратно пропорционально их массам. Поскольку масса α-частицы намного меньше массы ядра, то максимум энергии E_p обычно достается α-частице.

Если α-частица получает всю энергию распада, то ядро остается в невозбужденном состоянии. Поэтому γ-излучения нет. Если же α-частица получает не всю энергию распада, то ядро остается возбужденным. При переходе ядра в основное состояние излучается один или несколько γ-квантов. При этом α-частицы излучаются в разных энергиях.

Схема α –распада строится следующим образом:

От энергетического уровня исходного ядра проводят вниз-влево стрелки : каждая из них отвечает энергии Е_αi К энергетическому уровню дочернего ядра ведет стрелка, отвечающая Е_αi - Е_р, т.е. энергии распада; γ-кванты показывают стрелкой вверх, вниз между уровнями Е_γ = равна разности энергии α-частиц, переход ядра из одного энергетического уровня к другому.

Энергетический уровень исходного ядра

Eα=4,2 МэВ

Энергетический уровень дочернего ядра

à , Eα_i=4,46; 4,48; 4,61; 4,68 МэВ

Eγ_i=0,07; 0,13; 0,2; 0,22 МэВ

Ep=4,68 МэВ

Здесь γ-кванты возникают при переходах ядра, отвечающим следующим энергиям α-частиц:

4,61 – 4,48 = 0,13 МэВ

4,68 – 4,46 = 0,22 МэВ

4,68 – 4,48 = 0,2 МэВ

4,68 – 4,61 = 0,07 МэВ

4,61 – 4,46 = 0,25 МэВ

Энергетический уровень ядра

Превращения

Различают β^- -распад (электронный распад); β⁺ -распад (позитронный распад); электронный захват (ЭЗ)

β^- -распад – характерен для ядер, имеющих относительный избыток нейтронов. При этом один нейтрон распадается на р⁺, электрон и нейтрино . Это превращение происходит на основе закона сохранения алгебраической суммы зарядов и механического вращения (закон сохранения).

Формула распада: à + +

Правило сдвига: Z →Z+1

A→A

В результате этого распада образуется новый элемент, смещенный в таблице ПСХЭ на 1 клетку вправо.

Пр:

à

β⁺-распад – характерен для ядер с избытком и связан с превращением протона в , позитрон и нейтрино.

à + β⁺+

Формула распада:

₁ à ₂+β⁺+

Правило сдвига: ZàZ-1

A=A

В результате этого распада образуется новый элемент, смещенный в таблице ПСЭХ на 1 клетку влево.

Взаимодействуя с электроном они аннигилируют (взаимоуничтожаются), образуя на каждый акт взаимодействия 2 γ-кванта по 0,511 МэВ. Среди естественно-радиоактивных элементов такого распада не наблюдается. Энергия β- распада по закону вероятности распределяется между дочерним ядром, β-частицей и нейтрино (или антинейтрино). В зависимости от углов разлета β-частицы и нейтрино уносят больше или меньше энергии. Поэтому энергия β-частиц распределяется непрерывно от О до Е мах, а наиболее вероятная энергия ~ 1/3 Емах.

β-излучение обычно всегда сопровождается γ-излучением.

Пр: построить схему β-распада по следующим данным:

Е_р = 4,81 МэВ

- энергетический уровень X₁

- энергетический уровень X₂

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ – в нейтронно-дефицитных ядрах один из протонов может превратиться в нейтрон путем захвата электрона с ближней к ядру орбиты (k – орбиты) по реакции:

+ ē → + υ

Правило сдвига: А → А

Z → Z - 1

Электронный захват обнаруживается по характеристическому рентгеновскому излучению, возникающему при переходе электрона с дальних орбит на освободившуюся ближнюю (k – орбиту). Энергия возбуждения атома нередко передается одному или нескольким орбитальным электронам. Они, преодолевая энергию их связи, покидают атом. Такие электроны получили название электронов Оже, которые в отличие от β-частиц имеют дискретное значение энергии.

Изомерный переход.

Ядра нуклидов могут находиться на различных энергетических уровнях. Один из них является основным, а остальные возбужденными. Переход ядра из возбужденного состояния в основное сопровождается излучением γ-кванта. Обычно при α- и β- распадах возбужденное состояние ядра длится < 10^-10сек. Потому γ-излучение сопутствует α и β-излучению. Если возникают уровни, где ядра находятся более 10^-10 сек, то эти уровни называются метастабильными. Переход из метастабильного состояния в основное называется изомерным переходом, при этом Z и А не изменяются. γ-излучение, как особый тип распада, рассматривается лишь при изомерном переходе.

Известно более 300 пар изомеров. Для некоторых ядер существует 3-4 изомерных состояния:

, ,

= Е воз = 0,4 МэВ, t =2,4 час

1.3. Другие виды распадов:

1. Спонтанное деление ядер - самопроизвольный распад материнского ядра на 2 осколка с близкими массами, при этом выделяется 1 или несколько нейтронов.

Каждое деление имеет период полураспада.

~ 2,3

~ 2,28 кол-во вылет.

~ 3,84