Радиоактивность

Радиоактивность – это способность некоторых ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивные излучения бывают трех видов: α-, β- и -излучение.

Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, а возникающее ядро – дочерним.

Закон радиоактивного распада , где N₀ – начальное число не распавшихся ядер, N – число не распавшихся ядер в момент времени t,  -постоянная радиоактивного распада.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуется периодом полураспада. Период полураспада (Т_1/2) – это время, за которое исходное число ядер уменьшается вдвое:

.

α-распад. Правило смещения

Поток α - частиц отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей и малой проникающей способностями. α - излучение представляет собой поток ядер гелия. Заряд α - частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра гелия _. Радиоактивный распад происходит в соответствии с правилами смещения, которые являются следствием законов сохранения электрического заряда и массовых чисел. Для α - распада правило смещения: , где Х – материнское ядро, Y – дочернее ядро, - ядро гелия (α - частица). α-частица образуется в момент распада при встрече движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов.

β - распад

Поток β – частиц также отклоняется электрическим и магнитным полями. Его ионизирующая способность гораздо ниже, чем у α - частиц, а проникающая способность – выше. Β β - излучение представляет собой поток быстрых электронов. Оно подчиняется правилу смещения: , где - электрон (β - частица).

β – электрон образуется при превращении одного из нейтронов в протон с одновременным образованием электрона и вылетом элементарной частицы – антинейтрино: .

 -излучение

 -излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает слабой ионизирующей и очень сильной проникающей способностью.  - излучение представляет собой электромагнитные волны с очень малой длиной волны < 10^-10 м. Его рассматривают как поток частиц -  -квантов (фотонов).  -излучение не является самостоятельным видом радиоактивного излучения, а только сопровождает  - и  - распады.

При  - излучении A и Z ядра не изменяются, поэтому оно не подчиняется правилу смещения.

Ядерные реакции

Ядерные реакции – это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами или друг с другом.

Символически ядерные реакции записываются так: X + a  Y + b, где X и Y – исходные и конечные ядра, а и b – бомбардирующая и испускаемая частицы. В любой реакции выполняется закон сохранения электрических зарядов и массовых чисел.

Реакция деления ядер. Цепная реакция

Реакция деления ядра заключается в том, что тяжелое ядро под действием нейтронов или других частиц делится на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе. Важной особенностью деления ядер является то, что оно сопровождается испусканием двух - трех вторичных нейтронов, называемых нейтронами деления. Осколки деления перегружены нейтронами и оказываются радиоактивными. Они претерпевают ряд  - превращений, сопровождаемых испусканием  - квантов, пока не превратятся в стабильный изотоп. Например, при делении ядра урана , затем

Минимальная энергия, необходимая для осуществления реакции деления ядра, называется энергией активации. Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать новые акты деления, что делает возможным осуществление цепной реакции деления, т.е. реакции, в которой частицы, вызвавшие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Минимальная масса делящегося вещества, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой. Цепные реакции делятся на управляемые и неуправляемые. Взрыв атомной бомбы является примером неуправляемой реакции. Управляемые ядерные реакции осуществляются в ядерных реакторах. В качестве делящегося вещества в реакторах используют природный уран , обогащенный ураном

Н ебольшие урановые блоки (1) разделяют замедлителем (2), т.е. веществом, в котором нейтроны замедляются до необходимых скоростей (графит). Управление цепной реакцией осуществляется управляющими стержнями (3) из материала, сильно поглощающего нейтроны (B, Cd). Введение стержней замедляет реакцию, а выведение ускоряют её. Ядерные реакторы используются в атомных электростанциях. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, снимается теплоносителем, циркулирующим в контуре. Теплоноситель отдает теплоту воде, превращая ее в пар, который и вращает турбину генератора.