Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Радіоактивний розпад


CNO Cycle.svg

План:


Введення

Радіоактивний розпад (від лат. radius "Промінь" і āctīvus "Дієвий") - спонтанна зміна складу нестабільних атомних ядер ( заряду Z, масового числа A) шляхом випускання елементарних частинок або ядерних фрагментів [1]. Процес радіоактивного розпаду також називають радіоактивністю, а відповідні елементи радіоактивними. Радіоактивними називають також речовини, що містять радіоактивні ядра.

Встановлено, що радіоактивні всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим 82 (тобто починаючи з вісмуту), і багато більш легкі елементи ( прометій і технецій не мають стабільних ізотопів, а у деяких елементів, таких як індій, калій або кальцій, частина природних ізотопів стабільні, інші ж радіоактивні).

Природна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.

Штучна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом через відповідні ядерні реакції.

Енергетичні спектри α-частинок і γ-квантів, що випромінюються радіоактивними ядрами, переривчасті ("дискретні"), а спектр β-частинок - безперервний.

Розпад, що супроводжується випусканням альфа-частинок, назвали альфа-розпадом; розпад, що супроводжується випусканням бета-частинок, був названий бета-розпадом (в даний час відомо, що існують типи бета-розпаду без випускання бета-частинок, проте бета-розпад завжди супроводжується випусканням нейтрино або антинейтрино). Термін "гамма-розпад" застосовується рідко; випускання ядром гамма-квантів називають зазвичай ізомерних переходом. Гамма-випромінювання часто супроводжує інші типи розпаду.

В даний час, крім альфа-, бета-і гамма-розпадів, виявлені розпади з емісією нейтрона, протона (а також двох протонів), кластерна радіоактивність, спонтанне ділення. Електронний захоплення, позитронний розпад (або β + -Розпад), а також подвійний бета-розпад (і його види) зазвичай вважаються різними типами бета-розпаду.

Деякі ізотопи можуть відчувати одночасно два або більше видів розпаду. Наприклад, вісмут-212 розпадається з ймовірністю 64% в талій-208 (за допомогою альфа-розпаду) і з імовірністю 36% у полоній-212 (за допомогою бета-розпаду).

Утворене в результаті радіоактивного розпаду дочірнє ядро ​​іноді виявляється також радіоактивним і через деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивні ядро, а послідовність виникаючих при цьому нуклідів називається радіоактивним поруч. Зокрема, для радіоактивних рядів, що починаються з урану-238, урану-235 і торію-232, кінцевими (стабільними) нуклідами є відповідно свинець-206, свинець-207 і свинець-208.


1. Історія

Історія радіоактивності почалася з того, як у 1896 А. Беккерель займався люмінесценцією і дослідженням рентгенівських променів.

Беккерелю прийшла в голову думка: не супроводжується чи всяка люмінесценція рентгенівськими променями ? Для перевірки своєї здогадки він випадково взяв одну з солей урану, фосфоресцирующего жовто-зеленим світлом. Освітивши її сонячним світлом, він загорнув сіль в чорний папір і поклав в темному шафі на фотопластинку, теж загорнуту в чорний папір. Через деякий час, проявивши пластинку, Беккерель дійсно побачив зображення шматка солі. Але люмінесцентне випромінювання не могло пройти через чорний папір, і тільки рентгенівські промені могли в цих умовах засвітити платівку. Беккерель повторив досвід декілька разів і з однаковим успіхом. Наприкінці лютого 1896 р. на засіданні Французької Академії наук він зробив повідомлення про рентгенівському випромінюванні фосфоресціюючих речовин.

Через деякий час в лабораторії Беккереля була випадково виявлена ​​пластинка, на якій лежала не опромінена Сонцем уранова сіль. Вона, природно, не фосфорилася, але відбиток на пластинці вийшов! Тоді Беккерель став випробовувати різні солі урану (в тому числі роками лежать в темряві). Платівка незмінно засвічується. Помістивши між сіллю і пластинкою металевий хрестик, Беккерель отримав слабкі контури хрестика на платівці. Тоді стало ясно, що відкрито нові промені, які не є рентгенівськими.

Беккерель встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і абсолютно не залежить від того, в які з'єднання він входить. Тобто це властивість властиво не з'єднанням, а хімічному елементу - урану.

Своїм відкриттям Беккерель ділиться з ученими, з якими він співпрацював. В 1898 Марія Кюрі і П'єр Кюрі виявили радіоактивність торію, пізніше ними були відкриті радіоактивні елементи полоній і радій.

Вони встановлюють, що властивістю природної радіоактивності володіють всі сполуки урану і найбільшою мірою сам уран. Беккерель ж повертається до цікавлять його люмінофора. Правда, йому судилося зробити ще одне велике відкриття в атомній фізиці. Як-то для публічної лекції Беккерелю знадобилося радіоактивну речовину, він взяв його у подружжя Кюрі, і пробірку поклав у нагрудну кишеню. Прочитавши лекцію, він повернув власникам радіоактивний препарат, а на наступний день виявив на тілі під кишені жилета почервоніння шкіри у формі пробірки. Беккерель розповідає про це П'єру Кюрі, той ставить на собі досвід: протягом десяти годин носить прив'язану до передпліччя пробірку з радієм. Через кілька днів у нього теж спостерігається почервоніння, яке перейшло потім у важку виразку, від якої він страждав протягом двох місяців. Так вперше було відкрито біологічну дію радіоактивності.

Але й після цього подружжя Кюрі мужньо робили свою справу. Досить сказати, що Марія Кюрі померла від променевої хвороби.

У 1955 р. були обстежені записні книжки Марії Кюрі. Вони до цих пір випромінюють завдяки радіоактивному забрудненню, внесеного при їх заповненні. На одному з аркушів зберігся радіоактивний відбиток пальця П'єра Кюрі.


2. Закон радіоактивного розпаду

Наочна демонстрація закону.

Закон радіоактивного розпаду - закон, відкритий Фредеріком Содді і Ернестом Резерфордом експериментальним шляхом і сформульований в 1903. Сучасна формулювання закону:

\ Frac {dN} {dt} = - \ lambda N ,

що означає, що число розпадів за інтервал часу ~ T в довільному речовині пропорційно числу наявних у зразку атомів ~ N .

У цьому математичному вираженні ~ \ Lambda - Постійна розпаду, яка характеризує ймовірність радіоактивного розпаду за одиницю часу і має розмірність з -1. Знак мінус вказує на спад числа радіоактивних ядер з часом.

Цей закон вважається основним законом радіоактивності, з нього було вилучено декілька важливих наслідків, серед яких формулювання характеристик розпаду - середній час життя атома і період напіврозпаду [2] [3] [4] [5].


3. Види променів радіоактивного розпаду

Е. Резерфорд експериментально встановив ( 1899), що солі урану випускають промені трьох типів, які по-різному відхиляються в магнітному полі :

  • промені першого типу відхиляються так само, як потік позитивно заряджених частинок; їх назвали α-променями;
  • промені другого типу зазвичай відхиляються в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок, їх назвали β-променями (існують, проте, позитронні бета-промені, що відхиляються в протилежну сторону);
  • промені третього типу, які не відхиляються магнітним полем, назвали γ-випромінюванням.

4. Альфа-розпад

α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на дочірнє ядро і α-частинку (ядро атома 4 He).

α-розпад, як правило, відбувається у важких ядрах з масовим числом А ≥ 140 (хоча є кілька винятків). Усередині важких ядер за рахунок властивості насичення ядерних сил утворюються відособлені α-частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Новоутворена α-частинка схильна більшого дії кулонівських сил відштовхування від протонів ядра, ніж окремі протони. Одночасно α-частинка відчуває менше ядерне тяжіння до нуклонами ядра, ніж інші нуклони. Новоутворена альфа-частинки на кордоні ядра відбивається від потенційного бар'єру всередину, однак з деякою вірогідністю вона може подолати його (див. Тунельний ефект) і вилетіти назовні. Зі зменшенням енергії альфа-частинки проникність потенційного бар'єру експоненціально зменшується, тому час життя ядер з меншою енергією доступною альфа-розпаду за інших рівних умов більше.

Правило зміщення Содді для α-розпаду:

{} ^ {A} _ {Z} \ textrm {X} \ rightarrow {} ^ {A-4} _ {Z-2} \ textrm {Y} + {} ^ {4} _ {2} \ textrm { He} .

Приклад:

{} ^ {238} _ {92} \ textrm {U} \ rightarrow {} ^ {234} _ {90} \ textrm {Th} + {} ^ {4} _ {2} \ textrm {He} .

В результаті α-розпаду елемент зміщується на 2 клітки до початку таблиці Менделєєва, масове число дочірнього ядра зменшується на 4.


5. Бета-розпад

Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад - це прояв слабкої взаємодії.

β-розпад (точніше, бета-мінус-розпад, β - -Розпад) - це радіоактивний розпад, що супроводжується випусканням з ядра електрона і антинейтрино.

β-розпад є внутрінуклонним процесом. Він відбувається внаслідок перетворення одного з d-кварків в одному з нейтронів ядра в u-кварк, при цьому відбувається перетворення нейтрона в протон з випусканням електрона і антинейтрино:

{} ^ {1} _ {0} \ textrm {n} \ rightarrow {} ^ {1} _ {1} \ textrm {p} + {} ^ {0} _ {-1} \ textrm {e} + \ bar \ nu_e

Правило зміщення Содді для β - -Розпаду:

{} ^ {A} _ {Z} \ textrm {X} \ rightarrow {} ^ {A} _ {Z +1} \ textrm {Y} + {} ^ {0} _ {-1} \ textrm {e } + \ bar \ nu_e

Приклад:

{} ^ {3} _ {1} \ textrm {H} \ rightarrow {} ^ {3} _ {2} \ textrm {He} + {} ^ {0} _ {-1} \ textrm {e} + \ bar \ nu_e

Після β - -Розпаду елемент зміщується на 1 клітку до кінця таблиці Менделєєва (заряд ядра збільшується на одиницю), тоді як масове число ядра при цьому не змінюється.

Існують також інші типи бета-розпаду. В позитронному розпаді (бета-плюс-розпаді) ядро випускає позитрон і нейтрино. При цьому заряд ядра зменшується на одиницю (ядро зміщується на одну клітку до початку таблиці Менделєєва). Позитронний розпад завжди супроводжується конкуруючим процесом - електронним захопленням (коли ядро захоплює електрон з атомної оболонки і випускає нейтрино, при цьому заряд ядра також зменшується на одиницю). Однак зворотне невірно: багато нукліди, для яких позитронний розпад заборонений, відчувають електронний захоплення. Найбільш рідкісним з відомих типів радіоактивного розпаду є подвійний бета-розпад, він виявлений на сьогодні лише для десяти нуклідів, і періоди напіврозпаду перевищують 10 19 років. Всі типи бета-розпаду зберігають масове число ядра.


6. Гамма-розпад (ізомерний перехід)

Майже всі ядра мають, крім основного квантового стану, дискретний набір збуджених станів з більшою енергією (винятком є ​​ядра 1 H, 2 H, 3 H і 3 He). Збуджені стани можуть заселятися при ядерних реакціях або радіоактивному розпаді інших ядер. Більшість порушених станів мають дуже малі часи життя (менше наносекунди). Однак існують і досить довгоживучі стану (чиї часи життя вимірюються мікросекунд, цілодобово або роками), які називаються ізомерних, хоча межа між ними і короткоживучими станами вельми умовна. Ізомерні стану ядер, як правило, розпадаються в основний стан (іноді через кілька проміжних станів). При цьому випромінюються один або кілька гамма-квантів; збудження ядра може зніматися також за допомогою вильоту конверсійних електронів з атомної оболонки. Ізомерні стани можуть розпадатися також і за допомогою звичайних бета-і альфа-розпадів.


7. Спеціальні види радіоактивності

Література

Примітки

  1. Фізична енциклопедія / Гол. ред. А. М. Прохоров - М .: Радянська енциклопедія, 1994. - Т. 4. Пойнтінга - Робертсона - Стримери. - С. 210. - 704 с. - 40000 екз . - ISBN 5-85270-087-8.
  2. А. Н. Климов Ядерна фізика і ядерні реактори - Москва: Вища школа, 1985. - С. 352.
  3. Бартоломей Г.Г., Байбаков В.Д., Алхутов М.С., Бать Г. А. Основи теорії і методи розрахунку ядерних енергетичних реакторів - Москва: Вища школа, 1982.
  4. IRCameron, University Of New Brunswick Nuclear Fission reactors - Canada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.
  5. І. Камерон Ядерні реактори - Москва: Вища школа, 1987. - С. 320.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Радіоактивний елемент
Радіоактивний елемент
Протонний розпад
Альфа-розпад
Позитронний розпад
Розпад протона
Бета-розпад
Розпад Югославії
Розпад СРСР
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru