Модель ядра. Естественная радиоактивность

В настоящее время нет единой последовательной теории атомного ядра. Поэтому при рассмотрении различных ядерных процессов используются несколько моделей ядра.

Наиболее известны капельная модель (Бор и Френкель) и оболочечная модель (Гепперт-Майер, Йенсен). Капельная модель построена на некоторой схожести свойств ядра и капли жидкости. Ядро - капля нейтронно-протонной жидкости, но процессы, происходящие внутри ядра подчиняются законам квантовой механики. Хорошо объясняла механизм реакции деления ядер.

Оболочечная модель предполагает распределение нуклонов в ядре по дискретным уровням (оболочкам), заполненными по принципу Паули. При этом ядра с полностью заполненными оболочками наиболее устойчивые (магические). Модель объясняет спин и магнитные моменты ядер.

Существует и оптическая модель ядра (синтез капельной и оболочечной). Применяется только при изучении взаимодействия ядер с налетающими частицами.

Естественная радиоактивность заключается в способности некоторых ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц,.

Это явление было открыто А. Беккерелем (1896 г.), изучалось П. Кюри и М. Кюри. Радиоактивность свойственна тяжелым элементам. Если образующиеся в результате превращения ядро, также оказывается неустойчивым, то оно испытывает дальнейшие превращения, пока не образуется стабильное ядро.

Экспериментально установлено, что на скорость радиоактивного распада внешние условия (температура, давление, химические реакции) не оказывает ни какого влияния. Это доказывает, что радиоактивность обусловлена процессами, происходящими в ядрах элементов, причем радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга.

Радиактивное излучение бывает трех типов: a, b и g - излучение.

Установлено, что для ядер радиоактивных элементов существует определенная вероятность l испытать превращение в единицу времени. Тогда доля ядер испытавших превращение за время dt определится выражением

dN = -lNdt

где N - общее число имеющихся ядер.

Это дает возможность найти закон радиоактивного распада:

, откуда

(24.4)

Здесь N₀ - первоначальное количество неустойчивых ядер. Величина l - называется постоянной распада и характеризует данный конкретный химический элемент.

Время, за которое распадается половина первоначального количества ядер, называется периодом полураспада T. Она определяется из закона радиоактивного распада , откуда

(24.5)

Для различных химических элементов величина Т меняется в пределах от 3*10^-7 сек. до 5*10¹⁵ лет. Наиболее часто встречающимся типом распада являются a-распад и b - распад. При a - распаде радиоактивное ядро испускает ядро атома Не:

a - распад сопровождается обычно испусканием g - лучей. При b -распаде испускается одновременно 2 частицы: электрон и антинейтрино или позитрон и нейтрино:

Нейтрино нейтральная элементарная частица с нулевой массой покоя. Антинейтрино - соответствующая ей античастица. Существование этих частиц было предсказано В. Паули на основании того, что при b -распаде (без учета нейтрино) нарушился баланс энергии. В настоящее время нейтрино обнаружены экспериментально.

При всех радиоактивных превращениях выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса (спина) и заряда. Сохраняется также и массовое число. Это позволяет по реакциям распада предсказывать, какой химический элемент возникает в качестве продукта реакции (закон смещения).

Ядерные излучения оказывают поражающие действие на живые существа. Воздействие излучений характеризуют дозой ионизирующего излучения.

Поглощенная доза излучения - это величина, равная отношению энергии излучения к массе облучаемого вещества. Единица поглощенной дозы излучения - грей (Гр). При этом 1Гр = 1 Дж/кг.

Экспозиционная доза излучения - это величина равная отношению суммы электрических зарядов в облученном воздухе (результат ионизации) к массе этого воздуха. Единица - (Кл/кг); внесистемная единица - рентген (Р). 1Р=2,58*10^-4 Кл/кг.

Биологическая доза - величина, определяющая воздействие излучения на организм. Единица - биологический эквивалент рентгена (БЭР). Он равен дозе любого вида излучения, который вызывает тот же биологический эффект, как и доза рентгеновского или g - излучения в 1 Р.

Лекция 25. ОБЗОРНАЯ ЛЕКЦИЯ

Дата добавления: 2014-01-04