Элементы ядерной физики

Лекция № 7

Естественная радиоактивность

Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента. Радиоактивность обнаруживается у некоторых тяжелых элементов таблицы Менделеева. Это - так называемая естественная радиоактивность.

Радиоактивность может быть вызвана и у легких элементов таблицы Менделеева при бомбардировке ядер этих элементов. Это - так называемая искусственная радиоактивность.

Естественная радиоактивность была открыта в 1896г. французским ученым Бекерелем. Он установил, что соли урана испускают лучи, способные проникать через слои непрозрачных веществ, ионизировать воздух, действовать на фотопластинку, вызывать люминисценцию ряда веществ.

Произведя тщательное разделение компонент большого количества урановой руды, в 1898г. Пьер Кюри и Мария Складовская-Кюри открыли два новых химических радиоактивных элемента. Эти элементы были названы «РАДИЙ» (лучистый) и «ПОЛОНИЙ» (в честь родины Складовской-Кюри Польши).

Они также установили, что радиоактивные вещества являются источниками трех видов излучения. Одно из них под действием магнитного поля отклоняется в ту же сторону, что и поток положительно заряженных частиц. Это излучение получило название α - лучей. Другой вид излучения отклоняется магнитным полем в ту же сторону, что и поток отрицательно заряженных частиц. Этот вид излучения получил название β - лучей. Третий вид излучения никак не реагировал на действие магнитного поля. Этот вид излучения был назван γ - лучами. Впоследствии выяснилось, что γ-лучи представляют собой излучение очень малой длины волны.

Закон радиоактивного распада

Для каждого радиоактивного ядра имеется определенная вероятность того, что оно испытает превращение в единицу времени. Обозначим ее через λ (другое название - постоянная распада). Если радиоактивное вещество содержит N атомов, то количество атомов, которое претерпит превращение за время dt, будет равно

Знак «-» взят для того, чтобы dN можно было рассматривать как приращение числа нераспавшихся атомов N.

Проинтегрировав это выражение, получим

,

где N_o – число нераспавшихся атомов в момент времени t=0;

N – число нераспавшихся атомов в момент времени t=t.

.

Откуда

- закон радиоактивного распада.

Время, за которое распадается половина первоначального количества атомов, называется периодом полураспада Т.

Величина его определяется из условия

Откуда

.

Период полураспада известных в настоящее время радиоактивных веществ находится в пределах от 3*10 ^-7 сек до 5*10 ¹⁵ лет.

Может случиться, что,возникающие в результате радиоактивного распада, ядра, в свою очередь, окажутся радиоактивными и будут распадаться. Новые продукты распада могут также оказаться радиоактивными и т.д. В результате возникнет целый ряд радиоактивных превращений.

В природе существует три радиоактивных ряда (или семейства), родоначальниками которых являются U²³⁸ (ряд урана), Th²³² (ряд тория) и U²³⁵ (ряд актиноурана). Конечными продуктами во всех трех случаях служат изотопы свинца Pb²⁰⁶, Pb²⁰⁸, Pb²⁰⁷.

Экспериментальные методы регистрации частиц

Для изучения различных свойств радиоактивных излучений, а также для исследования частиц в современной ядерной физике применяются различные методы, в основе которых лежат ионизирующее и фотохимическое действия излучаемых частиц.

Широкое проникновение методов ядерной физики в современную технику делает необходимым современного инженера любой специальности знание основных из этих измерительных приборов и понимание принципов их действия.

В настоящее время используются следующие методы наблюдения частиц:

1. метод камер;

2. метод толстослойных фотографических пластинок;

3. ионизационные счетчики всех систем;

4. сцинтилляционные счетчики;

5. черенковские счетчики;

6. полупроводниковые детекторы.

Дата добавления: 2014-01-06