.СТРОЕНИЕ АТОМА И ЕГО ЯДРА. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ. ИЗОТОПЫ И РАДИОНУКЛИДЫ.

Атом— это наименьшая частица химического элемента, которая состоит из положительного ядра, вокруг которого движутся электроны. Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся его масса и весь положительный электрический заряд. Все атомные ядра состоят из элементарных частиц: протонов и нейтронов, которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы—нуклона. Протон имеет положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда. В ядре каждого химического элемента находится строго определенное количество протонов, число нейтронов различно.

Атомы одного и того же химического элемента с одинаковым числом протонов, но с различным числом нейтронов называются изотопами. Термин изотопы используется, когда речь идет об атомах одного и того же химического элемента. Если речь идет о радиоактивных веществах различного характера используют термин радионуклиды.

Энергия связи атомного ядра— это такая энергия, которую нужно затратить для разделения ядра на составляющие его нуклоны. При этом предполагается, что нуклоны после разделения ядра будут покоящимися и свободными.

3.Активность и единицы ее измерения. Удельная, объемная и поверхностная активность. Связь между ними.

Активность есть мера интенсивности распада радиоактивных веществ (РВ) и определяется как количество распадов ядер атомов радиоактивного вещества в единицу времени, т.е. как скорость распада ядер. Единицей измерения активности в Международной системе единиц (СИ) является Беккерель (БК).

1 Бк = 1 расп/с.

На практике большее применение получила внесистемная единица измерения активности – Кюри.

1 Ки = 3,710¹⁰ Бк,

Отношение активности радионуклидов в источнике (образце) к массе, объему, площади поверхности (для поверхностных источников), называется, соответственно, удельной (Аm), объемной (Av), поверхностной (Аs) или линейной (Аl) активностью источника или образца.

Связь между объемной и удельной активностью:

, где  – плотность пробы,  = m/v; m – масса, кг; v – объем пробы, л.

4.Альфа-распад. Альфа-излучение и их ионизирующая и проникающая способность в веществах. Взаимодействие альфа- излучений с веществом. Источник альфа излучения. Защита от альфа-излучения.

Радиоактивное превращение атомного ядра, сопровождающееся вылетом из него альфа-частицы, называют альфа-распадом. Альфа-частицы представляют собой ядра атомов гелия – . В общем виде альфа-распад можно выразить уравнением:

Альфа-излучение – это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия. В некоторых случаях альфа-распад сопровождается гамма-излучением. Удельная ионизация альфа-частиц составляет от 25000 до 60000 пар ионов на 1см пути пробега в воздухе. Длина пробега альфа-частиц в воздухе при н.у составляет от 2,5 до 10см. В биологических тканях длина пробега 70мкм.

При взаимодействии альфа-частицы с веществом происходит отталкивание положительно заряженных ядер и притяжение отрицательно заряженных частиц.

По степени опасности для человека альфа-частицы занимают 1 место по внутреннему облучению человека. Источником альфа-излучения является распад радионуклидов с тяжелыми ядрами. Т.к. длина пробега альфа-частиц в воздухе составляет до 10см, защитой от альфа-излучения может служить тонкая фольга (до 60 мкм), тонкие листы пластмассы или стекла, хирургические перчатки, одежда и обувь.

5.Бета-распад. Бета-излучение, их ионизирующая и проникающая способность в веществах. Взаимодействие бета-излучений с веществом, источники бета-излучения. Защита от бета-излучения.

Бета- распадом называется процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в изобарное (имеющее то же самое массовое число, но иное зарядовое: Z = 1). Известны три вида бета- распада: ^- (электронный) ,  ;⁺(позитронный) ,

 ; электронный (или К-) захват ,  , здесь А – массовое число; Z – заряд ядра; Х и Y – символы химических элементов; v и – символы нейтрино и антинейтрино, М масса ядра; m_e – масса электрона.

Место захваченного электрона сразу же заполняется электроном с более высокого уровня, при этом испускается рентгеновское излучение. Ядро же такого атома остается неизменным по массе, превращается в новое ядро с зарядом, уменьшенным на единицу. Таким образом, при всех видах бета-распада массовое число ядра остается без изменения, а зарядовое число изменяется на единицу.Поток бета-частиц называется бета-излучением. Бета-частицы – это поток электронов, позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов при бета-распаде.Линейная плотность ионизации бета-частиц в воздухе составляет от 100 до 300 пар ионов на 1см пути. Максимальная длина пробега в воздухе составляет несколько метров, в биологических тканях несколько см, в металлах несколько микрон. Типичные представители бета-активных ядер: калий-40, стронций-90, цезий-137. Для защиты от бета-излучений используют стекло, алюминий.

6. Нейтронные излучения, их характеристики и процессы взаимодействия с веществом. Защита от нейтронного излучения.

Свободные нейтроны образуются в процессе спонтанного деления ядра, под которым понимается его расщепление, т.е. распад на два осколка, сумма масс которых примерно равна массе исходного ядра. Возникающие в процессе деления ядер нейтроны имеют энергию около 2 МэВ. Нейтрон(n)- элементарная, электрически нейтральная частица. Нейтрон в свободном состоянии нестабилен, он самопроизвольно превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино. Нейтроны при взаимодействии с веществом либо рассеиваются либо захватываются ядрами атомов вещества. Основной качественной характеристикой нейтрона является энергетический спектр- это распределение нейтронов по энергии. Различают: а)медленные (<0,5 эВ); б)промежуточные(0,5 эВ- 200 кэВ); в)быстрые(200 кэВ- 20 МэВ); г)сверхбыстрые(>20 МэВ). Нейтронное излучение является косвенно ионизирующим, это объясняется тем, что нейтроны практически не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и непосредственно не ионизируют атомы. Нейтроны движутся в веществе без потери энергии, пока не встретятся с ядрами. Ионизирующее действие нейтронов обусловлено вторичными эффектами: возникновением γ-квантов и заряженных частиц, образовавшихся при взаимодействии нейтронов с ядрами вещества. Проникающая способность нейтронов в воздухе сотни метров.

V

2.Радиоактивность.Закон радиоактивного распада. Постоянная распада, период полураспада и связь между ними.

Явление самопроизвольного (спонтанного) изменения структуры ядра атома одного элемента и превращение его в более устойчивое ядро атома другого элемента называется радиоактивностью.

Закон радиоактивного распада для любых превращений ядер устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля не распавшихся ядер данного радионуклида. Эту долю называют постоянной распада и обозначают . В общем виде этот закон выражается экспоненциальной зависимостью:

где N – число ядер, не распавшихся за время t; N_о – начальное число ядер радионуклида; е = 2,718;  – постоянная распада, зависящая только от устойчивости ядер.

Для характеристики устойчивости ядер радиоактивного вещества относительно распада используется понятие периода полураспада. Период полураспада радионуклида (Т_1/2) – это время, в течение которого первоначальное число радиоактивных ядер N_о уменьшается в два раза. Между постоянной распада () и периодом полураспада (Т_1/2) существует соотношение