1.Радіоактивність, типи радіоактивних перетворень. Природна та штучна радіоактивність.

Радіоакти́вність (від лат. radio — «випромінюю» radius — «промінь» і activus — «дієвий») — явище спонтанного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елемента в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Радіоактивність відкрив у 1896 р. Антуан Анрі Беккерель. Сталося це випадково. Вчений працював із солями урану і загорнув свої зразки разом із фотопластинами в непрозорий матеріал. Фотопластини виявилися засвіченими, хоча доступу світла до них не було. Беккерель зробив висновок про невидиме оку випромінювання солей урану. Він дослідив це випромінювання і встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і абсолютно не залежить від того, в які сполуки він входить. Тобто ця властивість властива не сполукам, а хімічному елементу урану.

В 1898 р. П'єр Кюрі і Марія Склодовська-Кюрі відкрили випромінювання торію, пізніше були відкриті полоній та радій. у 1903 році подружжю Кюрі було присуджено Нобелівську премію. На сьогодні відомо близько 40 природних елементів, яким властива радіоактивність.

Встановлено, що всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим за 83 — радіоактивні.

Природна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.

Штучна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції.

На сьогоднішній день відомо 5 видів радіоактивності:

1. Альфа 2)Бета 3)Поділ ядер 4)р – протонна 5)2р – двох протонна

2.Трекові камери. Камера Вільсона, дифузійна камера

Камера Вільсона. Найстаршим типом слідового реєстратора є камера Ч. Вільсона (1912р.). У цій камері робочою речовиною є переохолоджений пар, що знаходиться в нестійкому агрегатному стані (вода, етиловий спирт). Зареєстрована заряджена частинка конденсує пар на своєму шляху, залишаючи слід (або, що те ж саме, трек) з туману. Трек спостерігається візуально або фотографується. Зупинимося трохи на фізиці утворення крапель туману. У переохолодженому парі через випадкові флуктуації виникають краплі малого розміру. Про-е тиск пару над краплею відрізняється від тиску над плоскою поверхнею на величину тиску поверхневого натягу, обернено пропорційного радіусу краплі. Цей додатковий поверхневий натяг намагається випаровувати краплю іперешкоджатиме конденсації при невеличких пересиченнях і гарному очищенні від пилинок та інших великих центрів конденсації. Якщо ж крапля заряджена, то на її поверхні діють ще й електростатичні сили відштовхування, що зменшують тиск

Типова схема камери Вільсона зображена на рис.3.5. Скляний циліндр 1 наповнений нейтральним газом, зазвичай гелієм або аргоном, у який додана необхідна кількість парів води (часто в суміші з парами спирту). Знизу в циліндр вставлений поршень 3, яким змінюють тиск у камері. У робочому об’ємі створюють досить сильне (десятки В/см) стале електричне поле, що відсмоктує випадково виникаючі (за рахунок космічних променів і ін.) іони. Збоку камера підсвітлюється інтенсивним імпульсним освітлювачем 5. Поверх розташовується фотоапарат 4.

У камері відбуваються такі процеси. 1) До вмикання робочого циклу тиск у камері такий, що пар не пересичений, але близький до насичення. Камера неперервно очищується від випадкових іонів, що відсмоктуються полем. Перед самим початком робочого циклу відсмоктуюче поле вимикається (інакше воно розмаже трек). 2) Робочий цикл починається швидким адіабатичним розширенням газу приблизно на 20%. Пар стає пересиченим. На траєкторіях частинок, що пролетіли через камеру після зняття поля, утворяться треки з туману. 3) Треки освітлюються і фотографуються. 4) Камера повертається у вихідний стан. Камера може давати до 6 розширень за вилину. У камері фотографують-ся треки всіх частинок, що пролетіли через робочий об’єм за час між зняттям відсмоктуючого поля і фотографуванням. Треки мають товщину до 1мм, так що фотографування їх не пов’язано з якими-то труднощами. При опрацюванні треків можна отримати наступну інформацію про ядерні реакції. Насамперед, по геометрії треків встановлюється кількість заряджених частинок, що приймали участь в реакціях, і напрямки їх руху. По-друге, якщо весь треквміщується в камері, то по величині пробігу можна встановити енергію частинки. По-третє, порахувавши кількість крапель на одиницю довжини треку, можна визначити густину іонізації, тобто величину втрат. По втратах можна визначити швидкість частинки, тобто масу при відомій енергії, або навпаки, енергію при відомій масі. Для визначення заряду та імпульсу частинки камеру поміщають у сильне магнітне поле, що дає можливість по кривизні треку визначати за допомогою формули знак заряду та імпульс частинки. Це дозволяє визначати (по рахунку крапель і виміру кривизни) енергію і масу частинки навіть у тому випадку, коли трек не вміщується в камері Вільсона, тобто для реакцій високих енергій аж до сотень МеВ. Дифузійна камера (рис.3.6) являє собою різновид камери Вільсона. Вона має неперервну чутливість до іонізаційного випромінювання. Робочою речовиною в дифузійній камері теж є пересичений пар, але стан пересичення створюється не адіабатичним розширенням, а дифузією безперервного потоку парів спирту від нагрітої (до 10÷ 20ºС) кришки 2 до дна 3, що охолоджується (твердою вуглекислотою 4) до -60÷-70°С. У нижній частині камери є шар пересиченого пару 5. Товщина шару становить приблизно 5см. У цьому шарі заряджені частинки, що проходять через камеру, створюють треки, які за 3-5с йдуть донизу. Відсутність поршня дозволяє створювати в дифузійній камері тиски до 30-40атм, що значно збільшує ефективний об’єм.

Бульбашкова камера. В трековій камері робочою речовиною може бути не тільки пересичений пар, але і перегріта (вище точки кипіння) рідина. Така камера називається бульбашковою (Д.Глезер), тому що трек зарядженої частинки утворюється бульбашками пару. Запускається бульбашкова камера (рис.3.7) так само, як і камера Вільсона - різким скиданням тиску, що переводить рідину в нестійкий перегрітий стан. Механізм утворення бульбашок точно невідомий. Швидше за все, головними чинниками, тут є електростатичні сили і локальний перегрів рідини уздовж треку. Як і для камери Вільсона, в бульбашковій камері потрібна висока чистота рідини. Рідина повинна бути прозорою, інакше треки не можна фотографувати. Частіше усього використовуються рідкі водень, пропан, ксенон.

Білет №10