Исследование - распада радиоактивного изотопа плутония
1. Радиоактивный -распад ядер
При
радиоактивном распаде ядер из них могут
вылетать -частицы,
которые представляют собой ядра атомов
гелия, состоящие из двух протонов и
двух нейтронов. Масса -
частицы равна
кг, спин и магнитный момент равны нулю.
Заряд частицы равен суммарному заряду
протонов, входящих в ее состав, т.е.
,
где
Кл. При
- распаде исходное "материнское"
ядро с зарядовым числом
Z и массовым
числом A
превращается в новое "дочернее"
ядро с порядковым номером
Z-2 и массовым
числом A-4.
Известно более 150
- радиоактивных ядер. Подавляющее их
число расположено в конце таблицы
периодической системы элементов.
Время
жизни
-
радиоактивных ядер колеблется в очень
широких пределах: от
секунд для
до
лет
для изотопа тория
.
Значения кинетических энергий E
альфа-частиц, испускаемых ядрами, лежат,
однако, в весьма узком интервале: от 2,0
до 8,8 МэВ. Опыт показывает, что
чем меньше среднее время жизни
радиоактивного
ядра,
тем больше
энергия E образующихся
- частиц.
Количественно связь между этими
величинами выражается законом
Гейгера-Нэттола
,
(1)
где - среднее время жизни альфа-радиоактивного ядра данного изотопа (выражается в секундах);
-
кинетическая энергия частицы (МэВ).
Измеряя
энергию
- частицы можно оценить среднее время
жизни
и период полураспада данного изотопа
Образовавшаяся
внутри ядра
- частица (как и нуклон) удерживается
там силами неэлектрической природы,
которые действуют лишь на расстояниях
10-15м.
Вне ядра между частицей и новым ядром
действуют силы кулоновского отталкивания.
Потенциальная энергия такого взаимодействия
имеет вид:
Рис.1.
Энергия взаимодействия
-частицы
с ядром:
-
энергия
-
частицы; rя-
радиус ядра;
-ширина
барьера для энергии Е
В зависимости от величины энергии - частицы возможны три случая.
1.
При
- частица находится в ядре.
2.
При
- частица не связана с ядром и может
находиться на любых расстояниях от
ядра.
3.
При
для
-частицы
существует отличная от нуля вероятность
обнаружения ее вне ядра.
Явление
прохождения частицы сквозь потенциальный
барьер называют туннельным
эффектом.
Вероятность туннелирования частицы
массой
с
энергией
сквозь барьер шириной
определяется квантово-механическим
соотношением
.
(2)
Согласно (2) вероятность туннелирования частицы из ядра с ростом увеличивается, а среднее время жизни ядер уменьшается.
2. Взаимодействие движущихся -частиц с веществом
Движущаяся
с большой начальной скоростью (
м/с)
массивная, положительно заряженная
частица теряет энергию, взаимодействуя
с электронами и ядрами вещества-поглотителя.
Возможны три вида потерь энергии быстрой заряженной частицы в веществе: а) на ионизацию и возбуждение атомов поглотителя, б) на образование ядер отдачи, в) на тормозное излучение электромагнитных волн.