Правила усунення - Студопедія
Закон радіоактивного розпаду.
Підрадіоактивним розпадом, або просторозпадом, розуміють природне радіоактивне перетворення ядер, що відбувається мимоволі. Атомне ядро, що зазнає радіоактивного розпаду, називаєтьсяматеринським, виникає ядро дочірнім.
Теорія радіоактивного розпаду будується на припущенні, що радіоактивний розпад є спонтанним процесом, підпорядковується законам статистики. Оскільки окремі радіоактивні ядра розпадаються незалежно один від одного, можна вважати, що число ядерdN, що розпалися в середньому за інтервал часу відtдоt + dt, пропорційно проміжку часуdtі числуNядер, що не розпалися, до моменту часуt:
де λ – постійна для даної радіоактивної речовини величина, яка називаєтьсяпостійною радіоактивного розпаду;
Розділивши змінні та інтегруючи, тобто.
,
отримаємо , (256.2)
деN0- початкове числонерозпалихядер (у момент часуt= 0),N- числонерозпалихядер у момент часуt. Формула (256.2) виражає закон радіоактивного розпаду, згідно з яким кількість ядер, що не розпалися, зменшується з часом за експонентом.
Інтенсивність процесу радіоактивного розпаду характеризують дві величини: період напіврозпадуТ½і середній час життя радіоактивного ядра.Період напіврозпадуТ½– час, за який вихідне число радіоактивних ядер у середньому зменшується вдвічі. Тоді, згідно (256.2),
звідки.
Періоди напіврозпаду для природно-раліоактивних елементів коливаються від десятимільйонних частоксекунди до багатьох мільярдів років.
Сумарна тривалість життяdNядер дорівнюєtdN = = Nt dt. Проінтегрувавши цей вираз по всіх можливихt(тобто від 0 до ¥) і розділивши на початкове число ядерN0отримаємосередній час життя t радіоактивного ядра:
(Враховано (256.2)). Отже, середній час життя t радіоактивного ядра є величина, зворотна постійної радіоактивного розпаду l.
АктивністюАнукліду (загальна назва атомних ядер, що відрізняються числом протонівZ,і нейтронівN) у радіоактивному джерелі називається число розпадів, що відбуваються з ядрами зразка в 1 с:
. (256.3)
Одиниця активності в СІ -беккерель (Бк); 1 Бк – активність нукліду, коли він за 1 з відбувається один акт розпаду. До цього часу в ядерній фізиці застосовується і позасистемна одиниця активності нукліду в радіоактивному джерелікюрі (Кі): 1 Кі = 3,7×10 10 Бк.
Радіоактивний розпад відбувається відповідно до так званих правил зсуву, що дозволяють встановити, яке ядро виникає в результаті розпаду даного материнського ядра. Правила усунення;
дляa-розпаду
, (256.4)
дляb-розпаду
, (256.5)
де – материнське ядро, Y – символ дочірнього ядра, – ядро гелію (a-частка), – символічне позначення електрона (заряд його дорівнює –1, а масове число – нулю).Правила усунення є нічим іншим, як наслідком двох законів, що виконуються при радіоактивних розпадах, - збереження електричного заряду та збереження масового числа: сума зарядів (масових чисел) виникаючих ядер і частинок дорівнює заряду (масовому числу) вихідного ядра.
Ядра, що виникають в результаті радіоактивного розпаду, можуть бути, у свою чергу,радіоактивними. Це призводить до виникненняланцюжка, аборяду, радіоактивних перетворень, закінчуються стабільним елементом. Сукупність елементів, що утворюють такий ланцюжок, називається радіоактивним сімейством.
З правил усунення (256.4) і (256.5) випливає, що масове число при a-розпаді зменшується на 4, а при b-розпаді не змінюється. Тому всім ядер однієї й тієї ж радіоактивного сімейства залишок від розподілу масового числа на 4 однаковий. Таким чином, існує чотири різних радіоактивних сімейства, для кожного з яких масові числа задаються однією з наступних формул:
деп -ціле позитивне число. Сімейства називаються по найбільш довгоживучому (з найбільшим періодом напіврозпаду) «родоначальнику»: сімейства торію (від Th), нептунія (від Np), урану (від U) та актинія (від Ас). Кінцевими нуклідами відповідно є Рb,Вi, Рb, Рb, тобто єдине сімейство нептунія (штучно-радіоактивні ядра) закінчується нуклідом Вi, а всі інші (природно-радіоактивні ядра) нуклідами Рb.
Пояснення a-розпаду дано квантовою механікою, згідно з якою виліт a-частки з ядра можливий завдяки тунельному ефекту - проникненню a-частки крізь потенційний бар'єр. Завжди є відмінна від нуля ймовірність того, що частка з енергією, меншою за висоту потенційного бар'єру, пройде крізь нього, тобто, дійсно, з a-радіоактивного ядра a-частки можуть вилітати з енергією, меншою за висоту потенційного бар'єру. Цей ефект цілком зумовлений хвильовою природою a-часток.
Імовірність проходження a-частки крізь потенційний бар'єр визначається його формою та обчислюється на основі рівняння Шредінгера.
Механізм походження електронів при b --розпаді наступний.
Електрон не вилітає з ядра і виривається з оболонки атома.b-Електрон народжується внаслідок процесів, що відбуваються. всередині ядра.Оскільки при b - -розпаді число нуклонів в ядрі не змінюється, аZ/ збільшується на одиницю (див. (256,5) ) , то єдиною можливістю одночасного здійснення цих умов є перетворення одного з нейтронів b - -активного ядра в протон з одночасним утворенням електрона та вильотом антинейтрино:
. (258.1)
Цей процес супроводжується виконанням законів збереження електричних зарядів, імпульсу та масових чисел. Крім того, це перетворення енергетично можливе, оскільки маса спокою нейтрону перевищує масу атома водню, тобто протона та електрона разом узятих. Цій різниці в масах відповідає енергія. рівна 0,782 МеВ. За рахунок цієї енергії може відбуватися мимовільне перетворення нейтрону на протон; енергія розподіляється між електроном таантинейтрино.
Антинейтрино (античастка по відношенню донейтрино ) має нульовий заряд, спинħ/2 і нульову (а скоріше -4me) масу спокою; позначається (нейтрино -).
Нейтрино єдина частка, яка не бере участі ні в сильних, ні в електромагнітних взаємодіях; єдиний вид взаємодій, в якому може брати участь нейтрино, - слабка взаємодія. Тому пряме спостереження нейтрино дуже важко. Іонізуюча здатність нейтрино настільки мала, що один акт іонізації у повітрі припадає на 500 км шляху. Проникаюча здатність нейтрино настільки величезна (пробіг нейтрино з енергією 1 МеВ в свинці становить близько 10 18 м!), що ускладнює утримання цих частинок у приладах.
Введення нейтрино (антинейтрино) дозволило не лише пояснитиуявне незбереження спина, але й розібратися з питанням безперервності енергетичного спектру електронів, що викидаються. Суцільний спектр b - -частинок зобов'язаний розподілу енергії між електронами та антинейтрино, причому сума енергій обох частинок дорівнюєЕтах.В одних актах розпаду велику енергію отримує антинейтрино. в інших - електрон; у граничній точці кривої (див. рис. 40), де енергія електрона дорівнюєЕтах, вся енергія розпаду виноситься електроном, а енергія антинейтрино дорівнює нулю.
Експериментально встановлено, щоγ -випромінювання (див. §255) не є самостійним видом радіоактивності, а тільки супроводжує α- і β-розпади і також виникає при ядерних реакціях, при гальмуванні заряджених частинок, їх розпад н т д.γ -Спектр є лінійчастимγ -Спектр - це розподіл числаγ- квантів за енергіями (таке ж тлумачення β-спектру дано і § 258) . Дискретністьγ -спекгра має важливе значення, оскільки є доказом дискретності енергетичних станів атомних ядер.
В даний час твердо встановлено, щоγ -ізлучення, що випускається дочірнім (а не материнським) ядром. Дочірнє ядро а момент свого утворення, виявляючись збудженим, за час приблизно 10 -13 - 10 -14 с, значно менше часу життя збудженого атома (приблизно 10 -8 с), переходить в основний стан з випромінюваннямγ - випромінювання. Повертаючись в основний стан, збуджене ядро може пройти через ряд проміжних станів, томуγ -випромінювання одного і того ж радіоактивного ізотопу може містити кілька групγ -квантів, що відрізняються одна від одної своєю енергією .
Приγ -випромінюванніAіZ.ядра не змінюються, тому воно не описується жодними правилами усунення.γ -Випромінювання більшості ядер є настільки короткохвильовим, що його хвильові властивості проявляються дуже слабо. Тут на перший план виступають корпускулярні властивості, томуγ -випромінювання розглядають як потік частинок -γ -квантів. При радіоактивних розпадах різних ядерγ -кванти мають енергії від 10 кеВ до 5 МеВ.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: