5.3 Закон радіоактивного розпаду. Штучна і природня радіоактивність

При радіоактивному перетворенні ядер окремі ядра розпадаються незалежно одне від другого. Тому для ядер кількості dN, що розпадаються за час dt можна записати:

,

або

,

проінтегрувавши цей вираз отримаємо:

- закон радіоактивного розпаду,

де  - стала розпаду, N – кількість ядер, що не розпалися в момент часу t.

Кількість розпадів в радіоактивному препараті за одиницю часу називається активністю. Активність вимірюється в СІ розп/с. Допускаються несистемні одиниці Кюрі та розп/хв.

1 Ku=3,710¹⁰ розпад/с (кюрі)

Поскількі період напіврозпаду – це час, протягом якого розпадається половина початкової кількості ядер, то можна записати

і

.

Розрізняють природню і штучну радіоактивність. В природі існують три ряди (сімейства) радіоактивних елементів, що характеризуються різними початковими і кінцевими ядрами розпаду. Це -

U ²³⁸  Pb²⁰⁶

U²³⁵  Pb²⁰⁸

Th²³²  Pb²⁰⁷

Штучних радіоактивних ядер – більше 1000.

Гама-випромінювання виникає при радіоактивному розпаді, коли ядро, що утворилось, знаходиться в збудженому стані. При поверненні збудженого ядра в номальний стан, це ядро випромінює -промені, що являють собою електромагнітні хвилі довжиною від 10^-3 до 1 Å.

Застосування -променів

1. Металургія: дослідження процесів дифузії.

2. Машинобудування: визначення якості виготовлених деталей, або конструкцій.

3. Біологія і медицина: дослідження міграції, популяцій різних тварин, птахів, комах, лікування онкозахворювань.

5.4 Дефект маси ядра. Енергія зв’язку

Дефект маси – це різниця мас зв’язаних і вільних нуклонів.

де N – кількість нейтронів, m_n – маса нейтронів, m_p – маса протонів.

Енергія зв’язку – це енергія, яка необхідна для того, щоб розділити нуклони, що утворюють ядра, на відстань, при якій вони між собою не будуть взаємодіяти.

[Дж]

[МеВ]

Енергія зв’язку на один нуклон (питома енергія зв’язку), як видно із рис. 5.3, залежить від масового числа і досягає максимума для ядер, що лежать в інтервалі 50-60. Енергія зв’язку для цих ядер досягає значення 8,7 МеВ/нуклон. Така залежність питомої енергії зв’язку показує, що енергетично можливими є 2 процеси: 1) поділ важких ядер на більш легкі; 2) злиття легких ядер в одне ядро (синтез). Ці процеси повинні супроводжуватись виділенням великої кількості енергії. Порівняйте: при згорянні вугілля з’єднуються два атоми кисню з одним вуглецю і виділяється енергія 5 еВ. При з’єднанні двох ядер важкого водню мало б виділитись майже в 5 мільонів раз більше енергії.

5.5 Ядерні сили та їх властивості

Ядерні сили – це сили, що діють між нуклонами і визначають разом із електромагнітними силами будову і властивості ядер. Характерні особливості ядерних сил:

1. Ядерні сили - короткодіючі. Дія сил відбувається на відстані приблизно 10^-13 см.

2. Зарядовонезалежні: взаємодія між , , , незалежно від того, чи має частинка заряд є однаковою, якщо тільки ці частинки знаходяться в однаковому стані.

3. Вони залежать від відстані між нуклонами в ядрі, а також залежать від орієнтації спінів.

4. Ці сили - нецентральні.

5. Мають здатність до насичення.

Наявність взаємодії між нуклонами пояснюється тим, що нуклони при взаємодії обмінюються між собою віртуальними частинками -мезонами, які можуть бути як нейтральними, так і зарядженими.

Віртуальними в квантовій механіці називають такі частинки, що не можуть бути виявлені за час їх існування. -мезони утворюють поле ядерних сил.

Приклад схеми: .

Протон випускає віртуальний ⁺-мезон, перетворюючись в нейтрон. Мезон поглинається нейтроном, який внаслідок цього перетворюється в протон, потім процес іде в зворотньому напрямку.