Гамма – лучи

– лучи не отклоняются ни электрическим, ни магнитным полями, у - лучи представляют собой поток фотонов, имеющих очень высокую частоту – порядка Гц, что соответствует очень короткой длине волны – порядка м. Энергия гамма - квантов имеет порядок 1МэВ. Являясь крайне жестким электромагнитным излучением, – лучи во многом подобны характеристическим рентгеновским лучам.

Они не отклоняются электрическим и магнитным полями (рис.1), распространяются со скоростью света, при прохождении через кристаллы обнаруживают дифракцию. Но в отличие от рентгеновского излучения у - лучи испускаются атомным ядром (при его переходе из возбужденного состояния в нормальное).

Ионизирующая способность – лучей невелика: в воздухе она имеет порядок 100 пар ионов (в среднем ( ) пары ионов на 1 см «пробега»). Но обладают высокой проникающей способностью (проходят через слой свинца толщиной 5см), а через слой воздуха толщиной в несколько сотен метров. Тело человека – лучи пронизывают насквозь.

Вопрос 4. Типы радиоактивного распада.

- Альфа - распад состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием а - частицы.

Схему а - распада с учетом правила смещения записывают в виде:

2х-»£1¥+2а(1),где

X и Y - символы, соответственно материнского и дочернего ядра. Примером а - распада является превращение урана в торий:

2||U - 2ljTh + \а ;

или превращение полония в свинец

2S?Po-2g|Pb + Ja.

Как видим, химический элемент перемещается в таблице Менделеева на 2 клетки влево.

При a - распаде дочернее ядро может образоваться не только в нормальном, но и в возбужденных состояниях.

Так как они принимают дискретные значения, то и значения энергии а - частиц, вылетающих из разных ядер одного и того же радиоактивного вещества, дискретны. Энергия возбуждения дочернего ядра чаще всего выделяется в виде у

- фотонов. Именно поэтому а - распад сопровождается у -излучением.

Если дочерние ядра радиоактивны, то возникает целая цепочка превращений, концом которой является стабильное ядро.

- Бета - распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона.

1. электронный, или р - распад, который проявляется в вылете из ядра р - частицы (электрона). Энергии р т- частиц принимают всевозможные значения от 0 до Етах, спектр энергии сплошной (см. рис.2)

N "

О ^тах

Рис.

Это не соответствует дискретным ядерным энергетическим состояниям. В 1931г. В. Паули предположил нейтрино - д (см. выше). По предложению Э. Ферми, эта частица была названа нейтрино - д (од). Позже при р+ - распаде, а при Р" - распаде - антинейтрино -3.

Схема р~ - распада:

z*->zAY+-iP + d{2).

Например, \U -> jJHe + _?р + д, где _?р = _?е.

При р - распаде химический элемент перемещается в таблице Менделеева на одну клеточку вправо:

zX^z+iy+ie (3). Например, 2Цв\ -> 2%%Ро + ?е.

При р - распаде одна из нейтронов ядра превращается в момент распада в протон с одновременным образованием электрона и вылетом антинейтрино.

2. При искусственных превращениях ядер могут возникнуть изотопы, испускающие радиоактивное излучение - излучения. Они представляют собой позитрона, частицы, отличающиеся знаком заряда и возникающие в результате превращения протона в нейтрон:

\р -> Jn + +?е + ga, или I? -> jn + +?р + ga.

6 - излучение испускают ядра с относительным избытком нейтронов:

fx -> ZJ}Y + +0р + а (4), или иначе: £х -» Z_^Y + +?е + ga

Примером распада является превращение рубидия в криптон:

з?№ -> gKr + +?р + а, или *°Р - 3oSi + +ое + оа

Правила (1), (2) и (3), определяющие смещение радиоактивного элемента в периодической системе, называются законами смещения, которые были сформулированы в 1913г. немецким физиком и химиком К. Фаянсом и английским радиохимиком Ф. Содди.

3. Электронный захват заключается в захвате ядром одного атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон:

}P+-?P^z-iY(5)

Схема электронного захвата:

^X+.;p->z4Y(6) Примером может быть превращение бериллия в литий:

2Be + _?R-4Li;

В зависимости от того, с какой внутренней оболочки захватывается электрон, различают К - захват, L - захват и т.д. При электронном захвате освобождаются места в электронной оболочке, поэтому этот вид радиоактивности сопровождается характерным рентгеновским излучением. Именно по рентгеновскому излучению и был открыт электронный захват.

При р - распаде возможно возникновение у - излучения.

13.5. Основной закон радиоактивного распада. Активность.

Радиоактивный распад - статистическое явление. Невозможно сказать, что произойдет с данным ядром: оно может как претерпеть распад, так и сохраниться целым независимо того, сколько времени оно вообще существует. Можно только утверждать, что имеется некоторая вероятность распада каждого радиоактивного элемента за определенный промежуток времени. Следовательно, изменение радиоактивности со временем должно подчиняться статистической закономерности.

Одной из основных характеристик радиоактивного элемента является величина, которая определяет вероятность распада каждого отдельного атома за секунду - постоянная радиоактивного распада - Л.

Скорость распада различных радиоактивных элементов различна и характеризуется периодом полураспада.

Период полураспада - Т - промежуток времени, за который радиоактивное вещество распадается наполовину (см. рис.3).

Если в начальный момент времени t0 = 0 было N0 радиоактивных ядер, то через период полураспада tx = Т число ядер стало Ыг = —.

станет N2 = -~ = -г-

> т

Спустя еще такой же интервал времени t2 = 2Т число ядер

No

2 2 4 22 '

По истечении t=n*T радиоактивных атомов останется N = ~. Поскольку п = ^, то:

N = N0 х 2 (7) - одна из форм записи основного закона радиоактивного распада.

Иначе закон (7) можно представить через постоянную радиоактивного распада - Л. Так как X = ~ = ~~ то

N = N0 х e~At(8).

Величина, обратно пропорциональная постоянной распада, представляет среднее время жизни радиоактивного атома:

Следовательно: T= т x In x 2, откуда

* = £ = Ш = 1'44ТС10)-

т.е. среднее время жизни приблизительно в 1,5 раза больше периода полураспада.

Значения Т, А и т у различных радиоактивных электронов весьма различны. Например, у урана - 238 период полураспада Т=4,5х 109 лет, а у полония -214 только 1,5х 10"4с. Все изотопы элементов с порядковым номером большим 83 радиоактивна.

Активность - А радиоактивного вещества характеризует число распадов ядер за 1с.

Единицей активности является беккерель Бк=1 расп/с.

Литература:

Р.И. Грабовский. Курс физики. - СПо\- М.- Краснодар: Изд-во «Лань», 2006г.

В.Ф. Дмитриева. Физика.- М: Изд-во «Высшая школа», 2001.

И. И. Наркевич и др. Физика - Мн.: Издательство ООО «Новое знание», 2004г.

Л.А. Аксенович, Н.Н. Ракина. Физика. - Мн.: Изд-во «Дизайн про»,2001 г.

П.С. Кудрявцев. Курс истории физики. - М.: Изд.-во «Просвещение», 1974г.

И. А. Андрюшин и др. Укрощение ядра. Страницы истории ядерного оружия и ядерной инфраструктуры СССР - Саратов, 2003г.

«Альтернатива газу», С. Васильцов - Экономическая газета №80 (797) от 19.10.2004г.