Радиоактивный распад (частично было в первой лекции)

У элементов с большим Z (более 82) ядерные силы притяжения значительно уменьшаются с увеличением размеров ядра. Такие ядра могут претерпевать самопроизвольное превращение в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием различных частиц и гамма-квантов. Этот процесс и называется радиоактивностью, а ядра, подвергающиеся превращению, называются радионуклидами.

Известны несколько типов естественного радиоактивного распада: альфа распад, бета распад, деление атомных ядер, а также редко встречающийся позитронный распад и протонная радиоактивность.

Радиоактивный распад применяется в атомных реакторах и в атомном оружии. 6 июня 1905 года Пьер Кюри, выступая с Нобелевской речью в Стокгольме, говорил, что в преступных руках радий способен быть очень опасным, но лично я (Кюри, кстати памятник в Обнинске его сыну Фредерику Жолио Кюри) полагаю, что человечество извлечет из новых открытий больше пользы, чем зла.

Энергия альфа-частиц различных радионуклидов находится в диапазоне 4–9 МэВ. Пример альфа распада (Вверху – массовое число, внизу атомный номер Z)

²¹⁰Po₈₄ → ²⁰⁶Pb₈₂ + ⁴He₂ n/p = 1.5

При избытке нейтронов в ядре один из них превращается в протон, а ядро испускает электрон (β^--распад). Так, в ядре кобальта-60 нейтронов 33, протонов 27, их отношение n/p = 1,222. После β^- распада это отношение становится равным 1,14.

⁶⁰Со₂₇ → ⁶⁰Ni₂₈ + β^-

Наоборот, при некотором избытке протонов в ядре один из них превращается в нейтрон, а ядро испускает позитрон (β⁺-распад). Так, в ядре цинка нейтронов 35, протонов 30, их отношение 1,166. После β⁺ распада это отношение становится равным 1,241.Этот распад, так же как и протонный распад, встречаются редко.

⁶⁵Zn₃₀ → ⁶⁵Cu₂₉ + β⁺

После α- и β- распадов ядра могут оказаться в состоянии возбуждения. Переход ядра из возбужденного состояния в основное сопровождается излучением γ-квантов. Переход ядра в невозбужденное состояние может происходить за счет т.н. внутренней конверсии, при которой избыточная энергия ядра передаётся ближайшим к ядру электронам (K- или L-оболочки). Процесс внутренней конверсии сопровождается характеристическим рентгеновским и оптическим излучениям, возникающими при перераспределении орбитальных электронов. Часть этого рентгеновского излучения может вызывать автоионизацию (Оже электроны).

Аналогичный процесс перестройки орбитальных электронов происходит и после так называемого К-захвата, при котором ядро, содержащее избыточное число протонов, захватывает электрон с внутренней К-оболочки атома. При этом протон превращается в нейтрон с одновременным испусканием нейтрино. Процесс этот по конечному изменению ядра подобен позитронному распаду.

Некоторые из тяжелых нуклидов могут не только подвергаться радиоактивному распаду, но и самопроизвольно или после поглощения ядром нейтрона делиться примерно на две равные части. При таком делении ядер выделяется большое количество энергии, и испускаются нейтроны, запускающие деление следующих ядер, что приводит к цепной реакции, используемой в атомной энергетике и в атомном оружии. Продукты деления (ксеноны, криптоны) часто газообразные и их массовые числа находятся в диапазоне от 80 до 160. Все вновь образовавшиеся осколки деления ядер исходного тяжелого элемента являются радиоактивными и распадаются с испусканием β^- частиц.

Если No – исходное число радиоактивных атомов, а λ постоянная радиоактивного распада, то

N = No·e^{- λt}

Задачи. Определить связь между константой радиоактивного распада и периодом полураспада T_1/2. Если N = No / 2 = No·e^{- λT} Отсюда 1/2 = e^{- λT} или – -λT = - ln 2. т.е.

λ= ln 2 /T = 0.693 / T_1/2

N = No·e^{- λt}

T_1/2 = 4 дня для радона. Через какой промежуток времени его активность упадет в 10, 100, 1000 раз?

Периоды спонтанного деления по мере перехода к более тяжелым трансурановым элементам сокращаются от многих млрд. лет до нескольких часов, минут и даже секунд!

Дата добавления: 2014-01-07