V.Закономерности радиоактивных распадов.

В заключении остановимся вкратце на основных закономерностях -,- и-распадов.

1. -Распад и туннельный эффект.

Радиоактивный распад находит свое объяснение на основе принципов квантовой механики. Изучение распределения электрического потенциала ядра показывает, что он может быть изображен в виде потенциального барьера, окружающего внутреннюю часть ядра.

На рисунке показано распределение потенциала φ (или потенциальной энергии W) единичного положительного заряда вблизи ядра. Расстояние rя– соответствует радиусу ядра. Этому расстоянию соответствует максимум потенциальной энергии (максимальная высота потенциального барьера) –W0. Наrrяпотенциал изменяется по кулоновскому закону. Приrrявступают в действие ядерные силы притяжения. Приrrяпотенциальная энергия убывает до некоторой отрицательной постоянной величины внутри ядра. Следовательно, внутри

ядра частицы находятся как бы окруженные потенциальным барьером.

Согласно законам классической механики частицы не могут выйти за пределы потенциального барьера, если их W_aW₀.

Квантовая механика допускает прохождение частицы сквозь потенциальный барьер.

Причины различия?

Классическая механика рассматривает частицу как классическую корпускулу, имеющую точечные координаты. По квантовой механике – любая частица вещества не локализована в точке, так как обладает волновыми свойствами. волны, как известно, обладают некоторой конечной вероятностью прохождения через потенциальный барьер. Значит, эту вероятность имеют и частицы ядра. Прохождение через потенциальный барьер носит название туннельного эффекта. Решение уравнения Шредингера показывает, что вероятность туннельного эффекта тем больше, чем меньшеW₀и ширина барьера (увеличение вероятности туннельного эффекта означает уменьшение периода полураспада).

Пройдя потенциальный барьер, частицы обладают кинетической энергией W_к.

Как показывают исследования, все -частицы для данных ядер обладают кинетической энергией только строго определенных величин. Это может быть объяснено только тем, что внутри ядра энергия этой частицы может принимать лишь дискретные значения:

E₀  E₁  E₂…,

где E₀– наинизший энергетический уровень –нормальный,

E_i– более высокие –возбужденные.

2. -Лучи и их взаимодействие с веществом.

Для перехода ядра из нормального состояния в возбужденное ему надо сообщить порцию энергии (E_i–E₀). В свою очередь, возбужденное ядро будет, как правило, переходить в нормальное состояние с испусканием кванта-лучей с энергией:

hν_i=E_i–E₀

Таким образом, наряду с испусканием -частиц происходит испускание-фотонов. Для данного сорта атомных ядер имеется дискретный набор частот-излучений, определяемый совокупностью энергетических уровней в атомном ядре.

Для случая - и -частиц имеются дискретные спектры излучения этих частиц.

При прохождении узкого параллельного пучка -лучей через вещество их интенсивностьJнепрерывно изменяется за счет поглощения и рассеяния. Уменьшение интенсивности –dJпри прохождении слояdxвыражается уравнением:

–dJ = μ·J·dx,

где – коэффициент пропорциональности, зависит от природы вещества и энергии падающих квантов.

Интегрируя, получим:

,

где - коэффициент линейного поглощения;

[] = м^-1.

Эта формула справедлива для однородного вещества.

Интерес представляет величина слоя (толщина) вещества, на котором интенсивность пучка падает в 2 раза. Ее обозначим: X_0,5

X_0,5называетсяслой половинного ослабления-лучей данным веществом.

Пример: для уменьшения интенсивности-излучения радиоактивного изотопа⁶⁰Co(кобальт) с энергией кванта1,25 МэВ необходима толщина защитного экрана: из свинца ≈ 8 мм; изFe≈ 16 мм.

Воздействие излучения на вещество характеризуется дозой облучения (Д)(это понятие применимо ко всем видам ионизирующих излучений – рентгеновские,,,и др.).

[D] = рентген (Р)

1Р – это поглощение такого количества рентгеновского и -излучения, при котором сопряженная с ним корпускулярная эмиссия образует в 0,0012932 воздуха (т. е. в 1 см³воздуха при нормальных условиях), количество ионов суммарного заряда по 3,33·10^-10Кл каждого знака.

Безопасная для человека доза облучения 0,05 рза рабочий день (космическое излучение и излучение земной коры за день ≈ 210^-4Р). При воздействии 50 ÷ 100 Р происходит временная нетрудоспособность до восстановления организма. Доза облучения500 Р – смертельный исход. Измерение дозы производят дозиметром.

Мощность дозы облучения:

– количество рентген за единицу времени.

Более полное выражение:

,

где b– коэффициент пропорциональности, зависит от типа излучения и свойств облучаемого вещества;

a– активность излучения;

r– расстояние (для точечного источника);

d– толщина защитного экрана.