- •Глава 2. Физические основы радиохимии
- •2.1 Элементарные частицы
- •2.2 Протонно-нейтронный состав ядер
- •2.3 Свойства атомного ядра
- •2.3.1 Заряд, число нуклонов и масса ядра
- •2.3.2 Размеры ядер
- •2.3.3 Изотопы, изобары, изотоны
- •2.4 Энергия ядра
- •2.4.1 Энергия покоя
- •2.4.2 Энергия связи ядра
- •2.5 Устойчивость ядер
- •2.6 Ядерные силы
- •2.7 Ядерные модели
- •2.7.1 Капельная модель
- •2.7.2 Модель ферми-газа
- •2.7.3 Оболочечная модель
- •Вопросы
- •Глава 3. Радиоактивность
- •3.1 Законы радиоактивного распада
- •3.2 Абсолютная радиоактивность
- •3.3 Период полураспада
- •3.4 Радиоактивное равновесие
- •3.5 Радиоактивные семейства
- •Вопросы
- •Глава 4. Типы ядерных превращений
- •4.1 Альфа - распад
- •4.2 Бета - распад
- •4.3 Гамма - излучение ядер (изомерный переход)
- •4.4 Спонтанное деление
- •4.5 Испускание запаздывающего протона
- •4.6 Испускание запаздывающего нейтрона
- •Вопросы
- •Глава 5. Взаимодействие ядерного излучения с веществом
- •5.1 Взаимодействие альфа – частиц с веществом
- •5.2 Взаимодействие электронов с веществом
- •5.2.1 Ионизационные потери
- •5.2.2 Тормозное излучение (радиационные потери)
- •5.2.3 Излучение вавилова – черенкова
- •5.2.4 Электронно–позитронная аннигиляция
- •5.2.5 Пробеги электронов в веществе
- •5.3 Взаимодействие γамма – квантов с веществом
- •5.3.1 Фотоэффект (фотоэлектрическое поглощение)
- •5.3.2 Комптоновское рассеяние
- •5.3.3 Образование электрон-позитронной пары
- •5.3.4 Когерентное рассеяние
- •5.3.5 Ослабление гамма-излучения в веществе
- •5.4 Взаимодействие нейтронов с веществом
- •Вопросы
4.3 Гамма - излучение ядер (изомерный переход)
Под гамма - излучением понимается электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях.
Гамма - излучение является вторичным процессом, сопровождающим процессы - и -распада. Гамма- кванты испускаются не непосредственно радиоактивным веществом, а дочерним нуклидом, который находится не в основном, а в возбужденном состоянии. Переход дочернего ядра из возбужденного состояния в основное приводит к эмиссии - квантов.
При испускании гамма - квантов в ядре не изменяется ни число нуклонов А, ни его заряд Z.
Так как время жизни ядер в возбужденных состояниях очень мало (t 10-10 с), то при - и - распадах -квант вылетает практически одновременно с заряженной частицей. Поэтому обычно этот процесс не выделяют в самостоятельный вид распада, а говорят лишь о гамма - излучении, сопутствующем другим видам распада :
Th Ra + He + ;
Cl Ar +- +
Pa + e- Th +
Однако в некоторых случаях, из-за квантово - механических запретов время жизни ядра в возбужденном состоянии может оказаться весьма большим.
Внешне распад таких возбужденных ядер выглядит как обычный радиоактивный распад с испусканием только -квантов, т.е. как -распад.
Уровни ядер с аномально большими временами жизни 10 -10 с называют метастабильными уровнями, а ядро находящееся в метастабильном состоянии, называется изомером к ядру, находящемся в основном состоянии.
В случае изомерных переходов интенсивность -излучения убывает во времени по обычному экспоненциальному закону с периодом полураспада данного метастабильного уровня. Например: Bа образуется при позитронном распадеLa:
LamBа,
который затем путем эмиссии гамма- квантов с периодом полураспада 38,9 ч переходит в
133 Ba:
mBа Bа
Гамма-излучение имеет ту же природу, что и радиоволны, рентгеновские, видимый, ультрафиолетовый, инфракрасный цвет все эти виды излучения различаются условиями образования и свойствами (энергией, частотой, длиной волны). В таблице 4. 1 приведены основные виды электромагнитного излучения в зависимости от энергии фотонов и длины волны.
Таблица 4.1. Основные виды электромагнитного излучения в зависимости от энергии фотонов и длины волны
Вид излучения |
Энергия фотонов, эВ |
Длина волны, см |
Радио (до УВЧ) |
0,00001 (10-5) |
10 |
Микроволновое |
110-5 -110-2 |
0,01 - 10 |
Инфракрасное |
0,01 - 1 |
0,0001 - 0,01 |
Видимое |
1 - 6 |
10-5 - 10-4 |
Ультрафиолетовое |
6 – 103 |
10-7 -210-5 |
Рентгеновское |
103 -105 |
10-9 - 10-7 |
Собственно -излучение |
105 |
10-8 - 10-12 |
Как видно из таблицы, радиоволны, видимый свет, УФ и - излучения имеют одну и ту же природу, но различаются условиями образования и свойствами (энергией или частотой).
Во многих процессах -кванты проявляют себя как частицы, которые называются фотонами. Масса покоя их равна нулю. Скорость распространения гамма - квантов равна скорости света. Энергия фотона зависит от частоты или от длины волны гамма-излучения связь между которыми дается соотношением:
E = h = h, где с - скорость света, h - постоянная Планка.