96) Природа ядерных сил. Энергия связей ядра. Дефект массы.

Протоны, имеющиеся в ядре, отталкиваются друг от друга кулоновскими силами. Однако это не приводит к разрушению ядер. Очевидно, между нуклонами в ядре действуют силы притяжения неэлектрической природы. Эти силы получили название ядерных. Взаимодействие нуклонов получило название сильного взаимодействия.

Свойства ядерных сил: зарядовая независимость; короткодействующий характер (ядерные силы действуют на расстояниях, не превышающих 2·10-15 м); насыщаемость (ядерные силы удерживают друг возле друга не больше определенного числа нуклонов).

Так как нуклоны прочно связаны в ядре ядерными силами, то для их разобщения необходимо затратить энергию. Энергия, необходимая для разобщения нуклонов – энергия связей ядра. Согласно закона сохранения энергии: W_связ=W_разобщ+ ΔW

Но согласно закона пропорциональности массы и энергии Эйнштейна: ΔW=Δmc²

Следовательно, масса атомного ядра должна быть меньше суммы нуклонов его составляющих. Δm – дефект массы.

97) Естественная радиоактивность.

Естественная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами (нуклидами) - естественными радионуклидами, содержащимися в земной коре и гидросфере и образовавшимися: в результате нуклеосинтеза еще при возникновении Земли и не распавшихся до настоящего времени (премордиальные радионуклиды). Периоды полураспада премордиальных нуклидов сопоставимы с возрастом Земли; в результате ядерных реакций под действием первичных и вторичных космических лучей, постоянно идущих в атмосфере, а частично также в литосфере и в метеоритах (космогенные радионуклиды).

Альфа-излучение.

Альфа-частица - устойчивая система из двух нейтронов и двух протонов (ядро атома гелия).

Альфа-частица испускается ядрами тяжелых радиоактивных элементов: плутоний-239, 238, уран-235, радон-222 и др.

При поглощении альфа-частиц живыми организмами могут возникнуть мутагенные, канцерогенные и другие отрицательные эффекты. Альфа-излучение - вид ионизирующего излучения; поток ядер атомов гелия (альфа-частиц).

Альфа-излучение: несет положительный заряд; отклоняется в электрическом и магнитных полях; обладает низкой проникающей способностью; разрушает структуру клеток, попадая внутрь организма.

Бета-излучение.

Тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом ядро может излучать бета-частицу (электрон или позитрон). В случае испускания электрона он называется «бета-минус» (β − ), а в случае испускания позитрона — «бета-плюс-распадом» (β + ). Энергии бета-частиц распределены непрерывно от нуля до некоторой максимальной энергии, зависящей от распадающегося изотопа; эта максимальная энергия лежит в диапазоне от 2,5 кэВ (для рения-187) до десятков МэВ (для короткоживущих ядер, далёких от линии бета-стабильности).

Бета-лучи под действием электрического и магнитного полей отклоняются от прямолинейного направления. Скорость частиц в бета-лучах близка к скорости света. Бета-лучи способны ионизировать газы, вызывать химические реакции, люминесценцию, действовать на фотопластинки.

Гамма-излучение.

Га́мма-излуче́ние, гамма-лучи (γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно маленькой длиной волны — < 5×10-3 нм и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами. Энергии квантов гамма-излучения лежат в диапазоне 105—109 эВ. На шкале электромагнитных волн оно граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот. Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями ядер элементов. Образуются при радиоактивных превращениях атомных ядер и при ядерных реакциях; γ-лучи в отличие от α-лучей и β-лучей не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью. Гамма-излучение используют при γ-дефектоскопии, контроле изделий просвечиванием γ-лучами и др.

Закон радиоактивного распада.

Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Период полураспада- основная константа радиоактивного элемента. Период полураспада характеризует скорость распада.

Выведем закон радиоактивного распада. Обозначим N-число ядер в момент времени t.

Так как n=t/T, то N=N₀·2^-t/T. Это и есть закон радиоактивного распада. За время t распадается число ядер, равное DN=N₀-N=N₀(1-2^-t/T).