Бета(минус)- распад – спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием электрона и антинейтрино.
g-лучи — электромагнитные волны с очень малой длиной волны (10-10-10-13 м)
Скорость распространения - около скорости света.
Ядра обладают способностью самопроизвольно распадаться. При этом устойчивыми являются только те ядра, которые обладают минимальной энергией по сравнению с теми, в которые ядро может самопроизвольно превратиться.
Ядра, в которых протонов больше, чем нейтронов, нестабильны, т.к. увеличивается кулоновская сила отталкивания .
Ядра, в которых больше нейтронов, тоже нестабильны, т.к. масса нейтрона больше массы протона , а увеличение массы приводит к увеличению энергии.
Гамма-излучение – электромагнитное излучение, возникающее при переходе ядра из возбужденного в более низкие энергетические состояния.
Ядра могут освобождаться от избыточной энергии либо делением на более устойчивые части (α-распад), либо изменением заряда (β-распад).
α-распадом называется самопроизвольное деление атомного ядра на альфа частицу и ядро-продукт.
α -распаду подвержены все элементы тяжелее урана.
Способность α -частицы преодолеть притяжение ядра определяется туннельным эффектом (уравнением Шредингера).
При α-распаде не вся энергия ядра превращается в кинетическую энергию движения ядра-продукта и α-частицы. Часть энергии может пойти на возбуждения атома ядра-продукта. Таким образом, через некоторое время после распада ядро продукта испускает несколько гамма-квантов и приходит в нормальное состояние.
С учетом закона сохранения электрического заряда и числа нуклонов уравнение альфа-распада:
В результате альфа-распада порядковый номер элемента в таблице Менделеева уменьшается на две единицы, а массовое число на четыре.
Широко применяемым источником α-частиц является радий, превращающийся при распаде в радон:
β(минис)-распад представляет собой самопроизвольное превращение атомного ядра, в результате которого его заряд увеличивается на единицу за счет испускания электрона.
Но масса нейтрона превышает сумму масс протона и электрона.
Этот объясняется выделением еще одной частицы – электронного антинейтрино:
β(плюс)-распад
Не только нейтрон способен распадаться. Свободный протон стабилен, но при воздействии частиц он может распасться на нейтрон, позитрон и нейтрино.
Если энергия нового ядра меньше, то происходит позитронный β(плюс)-распад:
С учетом закона сохранения электрического заряда и числа нуклонов уравнение бета(минус)-распада:
В результате бета(минус)-распада порядковый номер элемента в таблице Менделеева увеличивается на единицу.
В процессе бета-распада один из нейтронов превращается в протон. Вследствие закона сохранения электрического заряда образуется электрон.
В результате выделяется энергия распада Ek = (mn – mp –me)c2
Теоретически практически вся эта энергия должна передаваться более легкой частице – электрону. Поэтому предполагали, что при бета-распаде электроны должны обладать примерно одинаковой энергией.
Эксперименты Чедвика (1914 г.) показали, что энергия электронов при бета-распаде может быть любой в пределах от нуля до теоретического максимума. Следовательно, не вся энергия передается электрону.
В 1931 г. австрийский физик Вольфганг Паули предположил, что при бета-распаде возникает еще одна электрически нейтральная частица, которая приобретает импульс и уносит часть энергии распада.
Эту частицу, появляющуюся всегда вместе с электроном, стали называть электронное антинейтрино (итал. neutrino – нейтрончик)
Отличие электронного антинейтрино от нейтрино состоит в противоположной ориентации их спинов. Спин нейтрино направлен противоположно его импульсу (направлению скорости движения), а спин антинейтрино – сонаправлен с ним.
Таким образом процесс превращения нейтрона в протон сопровождается вылетом не только электрона, но и электронного антинейтрино.
Электрон и антинейтрино не входят в состав атома, а рождаются в процессе бета-распада.
Распределение энергии распада между электроном и антинейтрино носит случайный характер: энергия уносится и электроном и антинейтрино.
Как и α-распад, β-распад также может сопровождаться γ-излучением.
Существует также еще один вид распада – спонтанное деление ядер.
Самым легким элементом, способным к такому распаду, является уран.
Энергия радиоактивного распада – суммарная кинетическая энергия продуктов распада.
Кинетическая энергия продуктов распада определяется разностью масс материнского ядра и продуктов распада:
Например, при распаде : Ek = (mRa – mRn –me)c2
См.ниже «Закон радиоактивного распада»
Радиоактивность широко используется в научных исследованиях и технике.
Разработан метод контроля качества изделий или материалов – дефектоскопия.
Гамма-дефектоскопия позволяет установить глубину залегания и правильность расположения арматуры в железобетоне, выявить раковины, пустоты или участки бетона неравномерной плотности, случаи неплотного контакта бетона с арматурой. Просвечивание сварных швов позволяет выявить различные дефекты.
Просвечиванием образцов известной толщины определяют плотность различных строительных материалов; плотность, достигаемую при формировании бетонных изделий или при укладке бетона в монолит, необходимо контролировать, чтобы получит заданную прочность всего сооружения.
По степени поглощения g-лучей высокой энергии можно судить о влажности материалов.
Построены радиоактивные приборы для измерения состава газа, причём источником излучения в них является очень небольшое количество изотопа, дающего g-лучи.
Радиоактивный сигнализатор позволяет определить наличие небольших примесей газов, образующихся при горении любых материалов. Он подаёт сигнал тревоги при возникновении пожара в помещении.
АЛЬФА-, БЕТА-, ГАММА- ИЗЛУЧЕНИЯ
См.выше «Радиоактивность»
ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА(уч.11кл.стр.363-367)
Радиоактивный распад – статистический процесс. Нельзя сказать, какие именно атомы распадутся за определенное время.
Период полураспада- промежуток времени, за который распадается половина первоначального числа атомов.
Период полураспада определяется скоростью радиоактивного распада.
Чем меньше период полураспада, тем быстрее происходит распад.
Найдем закон радиоактивного распада, т.е. число N нераспавшихся атомов в произвольный момент времени t. Пусть в начальный момент времени есть N0 атомов. Атомы распадаются независимо друг от друга.
Период полураспада не зависит от начального числа атомов.
Спустя период полураспада T1/2 число нераспавшихся атомов: N1/2 = N0/2
Через n полураспадов t = nT1/2 число нераспавшихся атомов: N = N0/2n
Учитывая, что n = t/T1/2 получаем закон радиоактивного распада – закон убывания числа радиоактивных атомов со временем:
N = N0.
где Т1/2 – период полураспада – время за которое распадается половина всех атомов, константа для данного изотопа.
Графиком такой зависимости является экспонента.
Скорость радиоактивного распада определяется производной = A, называемой активность радиоактивного распада.
Активность радиоактивного распада вещества – число распадов радиоактивных ядер за 1 с.
Единица измерения – Бк (Беккерель)
1 Бк – активность радиоактивного вещества, в котором за 1 с происходит один распад.
Зная число атомов N нераспавшихся и их начальное число, можно найти число атомов, распавшихся к моменту времени t (учитывая, что 2 = eln2):
Nрасп = N0 – N = N0 – N0 = N0 – N0
Тогда:
A = = – N0(- ) = N0
Учитывая, что N = N0 и 1/ln2 = 1.44, окончательно получаем:
A = .
Чем быстрее распадаются ядра, тем меньше период полураспада, тем больше активность вещества.
Активность пропорциональна числу нераспавшихся атомов, которое убывает со временем.
Активность одного грамма радия 3.7*1010Бк.
Эта величина часто используется на практике в качестве единицы активности – Кюри:
1 Ки (Кюри) = 3.7*1010Бк.
Время t = 1.44 T1/2 характеризует среднее время жизни радиоактивного изотопа.
МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЦ В ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ(уч.9кл.стр.189-192)
Метод фотоэмульсий
Сцинтилляционные счетчики
Газоразрядные счетчики
Камера Вильсона
Пузырьковая камера
Метод фотоэмульсий.
Быстрая заряженная частица при движении в слое фотоэмульсии в результате ионизации создает вдоль траектории своего движения центры скрытого изображения. После проявки по толщине следа в фотоэмульсии и его длине можно определить заряд частицы и её энергию
Сцинтилляционные счетчики
Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки называется сцинтилляцией.
Сцинтилляционный счетчик – прибор, в котором можно наблюдать превращение кинетической энергии быстрой частицы в энергию световой вспышки, которая, в свою очередь, инициирует фотоэффект (импульс электрического тока), который усиливается и регистрируется.
Метод сцинтилляций не дает необходимой точности, так как результат подсчета вспышек на экране в большой степени зависит от остроты зрения наблюдателя.
Газоразрядные счетчики
Для регистрации быстрых заряженных частиц и гамма- квантов применяют счетчик Гейгера –Мюллера, изобретенный в 1908 г.
Ионизационная камера представляет собой металлический цилиндр (катод), заполненный разреженным газом и натянутой внутри цилиндра нитью из тонкого проводника (анода). Катод и анод через большое сопротивление (порядка 109Ом) присоединены к источнику высокого напряжения (порядка 200-1000В). Между электродами возникает сильное электрическое поле.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98
