- •Лекция 5. Законы статистические или вероятностные. Понятие вероятности
- •Классификация систем. Термодинамика и статистическая физика
- •Понятие состояния. Равновесные и неравновесные состояния
- •Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Лекция 6. Открытые системы. Самоорганизация в открытых системах
- •Классическая и неравновесная термодинамика
- •Ячейки Бенара
- •Кооперативное поведение в диссипативных системах
- •Лекция 7. Основы строения материи
- •Характеристика атомного ядра
- •Энергия связи ядра
- •Радиоактивность
- •Ядерное взаимодействие
- •Космологическая эволюция
- •Космологические модели Вселенной
- •Предсказание теорий нестационарности Вселенной
- •Открытие расширения Вселенной
- •Критическая плотность. Модели открытой и замкнутой Вселенной
- •Эволюция Вселенной. Физические процессы
- •Физический вакуум
- •Синергетический подход к эволюции Вселенной
- •Лекция 9 Элементарные частицы
- •Античастицы. Физический вакуум. Квантовая теория поля
- •Состав вещества. Физические и химические изменения
- •Структура вещества и химические системы
- •Основные химические законы
- •Реакционная способность веществ. Химические процессы. Самоорганизация и эволюция химических систем
- •Лекция 11. Возникновение и эволюция жизни
- •Лекция 12 Уровни организации живых систем. Онтогенетический уровень живых систем
- •Популяционный уровень
- •Биоценоз
- •Концепция Вернадского о биосфере
- •Переход от биосферы к ноосфере
- •Лекция 13.
Радиоактивность
Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер. К числу основных таких превращений относятся: 1) α - распад; 2) β - распад; 3) протонная радиоактивность; 4) спонтанное деление тяжелых ядер. Бывает искусственная и естественная. Закон радиоактивного распада. Для каждого радиоактивного ядра имеется определенная вероятность λ того, что оно испытает превращение в единицу времени. Количество атомов dN, которое претерпит превращение за время dt
dN = - λN dt (« - » – рассматривается приращение
нераспавшихся атомов)
N = Noe-λt ,
где N – количество нераспавшихся атомов; No – начальное число нераспавшихся атомов; λ – постоянная распада (вероятность того, что атом радиоактивного вещества испытает превращение в единицу времени).
No – N = No (1 – e-λt),
Т – период полураспада, 1/2 No = Noe-λТ,
Т = ℓn2/λ = 0,693/ λ
Период полураспада для известных в настоящее время радиоактивных веществ колеблется в пределах от 3·10-7 сек до 5·1015 лет. Новые продукты распада могут также оказаться радиоактивными. В результате возникает целый ряд радиоактивных превращений. Впервые была открыта французским ученым Беккерелем. Большой вклад внесли Пьер и Мария Склодовская-Кюри. Радиоактивное вещество является источником 3 видов излучения.
α – распад
α – лучи представляют собой поток ядер гелия 2Не4
ZXA → Z-2YA-4 + 2He4
92U238 → 90Th234 + 2He4
(образуется торий 90Th234)
Кинетическая энергия α - частиц возникает за счет избытка энергии покоя материнского ядра над суммарной энергией покоя дочернего ядра и α - частицы. Эта избыточная энергия распределяется между α - частицей и дочерним ядром в отношении, обратно пропорциональном их массам. Энергии α - частиц, испускаемых данным веществом, строго определенные. В большинстве случаев радиоактивное вещество испускает несколько групп α - частиц близкой, но различной энергии, так как дочернее ядро может возникать не только в нормальных, но и в возбужденных состояниях.
β - распад
Существуют три разновидности β - распада. Ядро может испускать электрон, позитрон, в третьем случае (к - захват) ядро поглощает один из электронов к - слоя атома.
Первый вид протекает по схеме:
ZXA → Z+1YA + -1eo + ν
β - распад может сопровождаться испусканием γ – лучей (λ ~ 10-8 см). Причина их та же, что и в случае α – распада – дочернее ядро возникает не только в нормальном, но и в возбужденном состояниях. Участие в β – распаде третьей частицы продиктовано законом сохранения момента импульса. Спин нейтрино (или антинейтрино) = ½.
Второй вид распада (β+ - распад) протекает по схеме:
ZXA → Z-1YA + +1eo + ν
Процесс β+ - распада протекает так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон, испустив при этом позитрон и нейтрино
р → n + e+ + ν
Третий вид распада (к – захват) заключается в том, что ядро поглощает один из к – электронов своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино
р + е- → n + ν
Возникшее ядро может оказаться в возбужденном состоянии. Переходя затем в более низкие энергетические состояния, оно испускает γ – фотоны
ZXA + -1eo → Z-1YA + γ
Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышележащих слоев, в результате чего возникают рентгеновские лучи.
Протонная радиоактивность
При протонной радиоактивности ядро претерпевает превращение, испуская один или два протона (набл. в 1963 г. группой советских физиков, руководимой Г.Н. Фировым).
Единица активности – распад/сек, внесистемные единицы – кюри, (активность такого препарата, в котором происходит 3,700 · 1010 актов распада в секунду).