5. Радиоактивное излучение. Закон радиоактивного распада
Радиоактивное излучение – самопроизвольное испускание частиц и энергии некоторыми элементами (обнаружено Беккерелем в 1896 г.) частиц.
В настоящее время под радиоактивностью понимают способность атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.
Радиоактивность бывает: естественная (наблюдается в природе) и искусственная (посредством ядерных реакций, спровоцированных искусственно).
Радиоактивное
излучение бывает 3-х видов:
.
Излучение подчиняется правилам смещения,
позволяющим с большей долей вероятности
установить, какое ядро возникает в
результате распада данного материнского
ядра. Правила смещения:
для
- распада
,
где
- материнское ядро; Y –
символ дочернего ядра;
- ядро гелия ( -
частица);
для
- распада
,
где
- символическое обозначение электрона
(заряд его равен –1, а массовое число =
0);
для
- распада
.
Правило смещения является не чем иным, как следствием двух законов радиоактивного распада: 1) сохранение электрического заряда и сохранение массового числа; 2) сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра.
В 1931 году В. Паули предложил гипотезу о том, что при -распаде вместе с электроном испускается еще одна нейтральная частица – нейтрино, она имеет нулевой заряд и нулевую массу покоя. При -распаде происходит превращение одного из нейтронов в протон и с одновременным образованием электрона и вылетом антинейтрино:
,
где
- антинейтрино.
- излучение – поток ядер гелия: заряд +2е, масса совпадает с массой ядра изотопа гелия .
- излучение – поток быстрых электронов.
- излучение –
поток частиц -
квантов (фотонов) не отклоняется
электрическим и магнитным полями,
обладает большой проникающей способностью
и представляет собой коротковолновое
электромагнитное излучение с
.
Закон радиоактивного распада.
Под распадом понимается естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно.
Атомное ядро, испытывающее распад, называется материнским, возникающее ядро – дочерним.
Теория радиоактивного распада строится на спонтанности процесса, подчиняющегося законам статистики.
,
где dN – число ядер, распавшихся за время dt; - постоянная радиоактивного распада; N – число ядер, не распавшихся ко времени t.
Проинтегрировав это равнение, получим:
,
где
- начальное число не распавшихся ядер;
N – число не распавшихся
ядер в момент времени t.
Процесс распада
характеризует две величины:
- период полураспада и
- среднее время жизни радиоактивного
ядра.
- время, за которое исходное число радиоактивных ядер уменьшилось в 2 раза
;
,
;
где - время, за которое исходное число радиоактивных ядер уменьшилось в е раз.
Активность А нуклида или число распадов в 1 секунду (т.е. скорость реакции):
.
Еще используется
Кюри (ки) – 1 ки =
.
Литература
1, глава X, § 66 70.
2, глава 32, § 251 259.