Закон радиоактивного распада

Радиоактивное излучение.

Радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и отрицательно заряженные и нейтральные. Эти три вида излучений были названы α-, β- и γ- излучениями.

Эти три вида радиоактивных излучений сильно отличаются друг от друга по способности ионизировать атомы вещества и, следовательно, по проникающей способности.

Наименьшей проникающей способностью обладает α- излучение. В воздухе при нормальных условиях α- лучи проходят путь в несколько сантиметров. β- лучи гораздо меньше поглощаются веществом. Они способны пройти через слой алюминия толщиной в несколько миллиметров. Наибольшей проникающей способностью обладают γ- лучи, способные проходить через слой свинца толщиной 5–10 см.

Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени.

N=N₀·2^-t/T закон радиоактивного распада

N - число ядер в момент времени t

Т - период полураспада

При реакциях самопроизвольного радиоактивного распада, также как и при искусственных ядерных реакциях выполняются следующие законы сохранения:

- сохранение зарядового числа

- сохранение массового числа

- сохранение энергии

Типы радиоактивных распадов:

α -распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в другое (дочернее) ядро, содержащее число протонов Z - 2 и нейтронов N - 2.

При β -распаде из ядра вылетает электрон. Внутри ядер электроны существовать не могут, они возникают при β -распаде в результате превращения нейтрона в протон. Этот процесс может происходить не только внутри ядра, но и со свободными нейтронами.

В отличие от α - и β -радиоактивности, γ -радиоактивность ядер не связана с изменением внутренней структуры ядра и не сопровождается изменением зарядового или массового чисел. Как при α -, так и при β -распаде дочернее ядро может оказаться в некотором возбужденном состоянии и иметь избыток энергии. Переход ядра из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием одного или нескольких γ -квантов, энергия которых может достигать нескольких МэВ.

Период полураспада - время, за которое общее количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое. Период полураспада характеризует скорость распада.

Скорость радиоактивного распада - число распадов в единицу времени. В общем виде скорость радиоактивного распада записывается, как:

I - Скорость распада

T - Период полураспада

t - Время распада

К началу 40-х годов прошлого века работами многих ученых было доказано, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины Периодической системы - лантан и барий.

Этот результат положил начало ядерным реакциям совершенно нового типа - реакциям деления ядра, заключающимся в том, что тяжелое ядро под действием нейтронов, а как впоследствии оказалось и других частиц делится на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе.

Особенностью деления ядер является то, что оно сопровождается испусканием двух-трех вторичных нейтронов, называемыхнейтронами деления. Так как для средних ядер число нейтронов примерно равно числу протонов (N/Z≈1), а для тяжелых ядер число нейтронов значительно превышает число протонов (N/Z≈1,6), то образовавшиеся осколки деления перегружены нейтронами, в результате чего они и выделяют нейтроны деления.

Правила смещения точно указывают, какие именно превращения претерпевает химический элемент, испуская радиоактивное излучение.

При α -распаде происходит смещение химического элемента на две клетки влево в таблице Менделеева. Формула α -распада:

При β -распаде химический элемент перемещается на одну клетку вправо в периодической системе Менделеева и, кроме электронов, испускается антинейтрино. Формула β -распада:

γ -излучение возникает при ядерных превращениях и представляет собой электромагнитное излучение. Имеет высокую энергию.

X - материнское ядро

Y - символ дочернего ядра

hv - квант энергии, испускаемой ядром

Ядерная реакция - это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.

Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции Q, равной разности энергий конечной и исходной пар в реакции. Если Q < 0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической; если Q > 0, то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической.

Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина:

Q = (M_A + M_B – M_C – M_D)c² = ΔMc²

M_A и M_B - массы исходных продуктов

M_C и M_D - массы конечных продуктов реакции

Величина ΔM называется дефектом масс

Для того чтобы ядерная реакция имела положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна быть меньше удельной энергии связи нуклонов в ядрах конечных продуктов. Это означает, что величина ΔM должна быть положительной.

При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.

Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения нейтронов был больше единицы. Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем. Коэффициент размножения определяется не только числом нейтронов, образующихся в каждом элементарном акте, но и условиями, в которых протекает реакция - часть нейтронов может поглощаться другими ядрами или выходить из зоны реакции.

Дата добавления: 2014-12-16