6.2.Кинетика естественного радиоактивного распада

Естественный радиоактивный распад ядер протекает самопроизвольно, без воздействия извне. Скорость радиоактивного распада характеризуется временем Т, которое потребуется для того, чтобы половина наличных ядер испытала радиоактивный распад. Это время называется периодом полураспада.

Число ядер, распадающихся за малый промежуток времени, пропорционально числу наличных ядер N и времени dt: -dN = Ndt,

где  - постоянная величина, называется постоянной распада. Это уравнение легко интегрируется:

и N=N₀·e^-t (6.1)

где N₀ – начальное число распадающихся ядер (при t=0).

Число распадающихся ядер данного сорта убывает со временем по экспоненциальному закону, как это изображено на рис. 6.2.

Ч исло распадов в единицу времени называется активностью данного препарата (или нуклида):

Единица активности в СИ – беккерель. 1Бк = 1 распад в секунду. применяется также и внесистемная единица активности нуклида - Кюри:

1 Кюри = 3,7·10¹⁰Бк = 3,7·10¹⁰ распад/с – примерно соответствует активности 1г радия. (Нуклид – общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов и нейтронов)

Т.к. число распадающихся ядер уменьшается со временем по экспоненте (6.1), то и активность препарата убывает со временем по экспоненте:

a = ·N₀·exp(-t).

Постоянная распада  связана с периодом полураспада Т:

N(T) =N₀/2 = N₀·e^-T, следовательно e^-T=1/2 , т.е. e^T=2 и

6.3. Ядерные реакции и их классификация

Ядерная реакция – это превращение атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и с γ – квантами) или друг с другом.

Символическая запись ,

Х и Y – соответственно исходное и конечное ядро,

а и b – бомбардирующая и испускаемая (или испускаемые) в ядерной реакции частицы.

Первая в истории ядерная реакция осуществлена Э.Резерфордом (1911) при бомбардировке ядра азота α – частицами, испускаемыми радиоактивным источником:

,

где - протон.

Реакции могут проходить с выделением энергии (экзотермические ядерные реакции) и с поглощением энергии (эндотермические).

Классификация ядерных реакций:

1) по роду участвующих в них частиц – реакции под действием нейтронов, заряженных частиц, γ – квантов;

2) по энергии вызывающих их частиц – реакции при малых, средних и высоких энергиях;

3) по роду участвующих в них ядер – реакции с испусканием нейтронов; заряженных частиц; реакции захвата (в случае этих реакций составное ядро не испускает никаких частиц, а переходит в основное состояние, излучая один или несколько γ – квантов).

Ядерные реакции под действием нейтронов

Нейтроны, являясь электрически нейтральными частицами, не испытывают кулоновского отталкивания и поэтому легко проникают в ядра и вызывают разнообразные превращения. Ядерные реакции под действием нейтронов привели к появлению ядерных реакторов.

Характер ядерных реакций под действием нейтронов зависит от их скорости (энергии). Медленные нейтроны – их энергия менее 10^-7эВ – 10⁴эВ. Быстрые нейтроны – 10₄ – 10¹⁰эВ и больше. Так, тепловыми (медленными) нейтронами делятся ядра . ( - плутоний, - торий, - изотопы урана.) Высокоэнергичные нейтроны вызывают деление практически всех ядер.

Лекция 14

(Управляемая реакция деления ядер. Использование ядерных превращений. Ядерная энергетика. Атомная бомба. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций.)