Превращение атомных ядер Законы радиоактивного распада

Радиоактивностью называется способность атомных ядер превращаться в другие ядра с испусканием спектра частиц. Если превращение ядер происходит спонтанно (самопроизвольно), то радиоактивность называют естественной.

Если распад осуществляется искусственно, то радиоактивность искусственная.

Радиоактивность была открыта французским физиком Беккерелем в 1896 г., который впервые наблюдал испускание ураном проникающих излучений.

В 1890 Резерфорд и Содди использовали естественную радиоактивность (тория), а также радиоактивность легких элементов, вывели ряд закономерностей.

I. Естественная радиоактивность сопровождается тремя видами излучения.

1. -излучение представляет поток положительно заряженных -частиц. Поток ядер .

2. - излучение представляет поток отрицательных электронов.

3. -излучение – электромагнитное излучение с короткой длиной волны ~ рент. лучей Å.

II. Радиоактивность обусловлена внутренним строением ядер и не зависит от внешних условий

Более того, распад каждого ядра не влияет на распад других ядер.

III. Различные радиоактивные вещества сильно различаются между собой по количеству используемых радиоактивных излучений.

Радиоактивные вещества принято характеризовать количеством распадов в единицу времени.

Активность радиоактивного вещества

Оказалось, что количество распадов в секунду ~ общему количеству атомов радиоактивного вещества, то есть

- показывает, что число рад.ат. убывает

- постоянная радиоактивности и характеризует активность распада элемента

После интегрирования

- закон радиоактивного распада(Резерфорд)

- первоначальное количество радиоактивных ядер

- число нераспавшихся ядер к м.в. t

Продолжительность жизни радиоактивных ядер принято характеризовать периодом полураспада, то есть промежутком времени , за который число радиоактивных ядер уменьшится вдвое.

Исходя из этого определения легко найти связь между периодом полураспада и постоянной распада

среднее время жизни радиоактивных ядер определяется выражением

после интегрирования легко получит

, то есть период полураспада ядер

В экспериментах обычно измеряют активность вещества, то есть число распада ядер в 1 сек.

Однако чаще всего используется внесистемная единица

Существуют ядра с очень большим периодом полураспада (Уран 9500 лет) и существуют ядра и периодом полураспада несколько секунд ( - 5730 лет)

- распад – распад атомных ядер c испусканием - частиц. Этот вид радиоактивности характерен для элементов, расположенных в конце таблицы Менделеева. В настоящее время насчитывается около 40 естественных и более 100 искусственно вызванных -излучателей. Однако все элементы -распада за Pв

то есть в результате -распада заряд ядра уменьшается на 2 ед., а А - на 4

Пример

Получаем

- распад имеет 2 особенности

1. Постоянная распада и энергия вылетевшей -частицы оказались взаимосвязанными и подчиняется закону Гейгера Неттола

В₁ и В₂ – эмпирические постоянные

Закон показывает, что чем меньше продолжительность жизни, тем больше энергия вылетевшей -частицы.

2. Энергия -частиц при распаде заключена в узких пределах от , что значительно меньше энергии, которую  -частица должна бы получить после -распада при ускорении в электрическом поле ядра.

Энергия -частицы оказалась малой по сравнению с потенциальным барьером ядра.

3. Наблюдается тонкая структура излучаемых -частиц, то есть наблюдается некоторое распределение  по энергии вблизи некоторого среднего значения. Причем это распределение дискретно.

Электронный захват

Занимает энергию у других нуклонов.

-распад был объяснен только по завершению построения квантовой механики и объясняется с ее позиции. Классической трактовке он не поддается.

- глубина потенциальной ямы, высота потенциального барьера 30 М_эв

Согласно классической механики -частицы (Е_) не могут преодолеть потенциальный барьер.

В ядрах уже существуют по одной -частице, которые движутся внутри ядра с энергией .

Если бы не было потенциального барьера, то -частица покинула бы ядро с энергией

- энергия, которую она потратила бы на преодоление сил притяжения в ядре.

Однако в силу того, что ядро имеет оболочку, которая приводит к увеличению потенциального барьера приблизительно на 30 М_эв (см. черт.), то -частица может покинуть ядро. Только просочившись через потенциальный объект. Согласно квантовой механики частица, обладающая волновыми свойствами, может просачиваться через потенциальный барьер без затрат энергии. Явление называется туннельным эффектом.

Применение -распада обусловлено тем, что вероятность просачивания -частиц через барьер зависит от размеров ядер. Можно оценить размеры ядра, зная энергию -частицы Е_.