Ответы на экзаменационные вопросы по физике / 29,30

Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада. Правило смещения.

Беккерель исследовал люминесценцию солей урана и обнаружил неизвестное излучение, которое действовало на фото пластинку, ионизировало воздух и проходило сквозь тонкие металлические пластинки. М. и П. Кюри, исследуя радий и полоний, обнаружили излучение, которое было названо радиоактивным излучением.

Радиоактивность – спонтанное превращение одних ядер в другие с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность бывает естественной (наблюдается у изотопов, существующих в природе) и искусственной (наблюдается у изотопов, полученных в ядерных реакциях). Распадающееся ядро называется материнским, получающееся ядро – дочерним. Радиоактивный распад – это естественное превращение одних ядер в другие, происходящее самопроизвольно.

Отдельные радиоактивные ядра претерпевают превращение независимо друг от друга. Число ядер , распавшихся в среднем за интервал времени от t до t +dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моменту времени t: , где - постоянная радиоактивного распада, знак минус показывает, что в процессе распада общее число радиоактивных ядер убывает. , N – число нераспавшихся ядер к моменту времени t. - это закон радиоактивного распада: Число нераспавшихся ядер убывает с течением времени по экспоненциальному закону.

Период полураспада – это время, за которое число радиоактивных ядер уменьшилось вдвое.

Суммарная продолжительность жизни ядер равна . Среднее время жизни одного радиоактивного ядра есть .

Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, которые являются следствиями закона сохранения заряда и массового числа. Существует три типа излучения - распад, - распад и -излучение. Экспериментально было обнаружено, что под действием магнитного поля - лучи отклоняются как положительно заряженные частицы, - лучи отклоняются как отрицательно заряженные частицы, а - лучи никак не реагируют на магнитное поле. Согласно правилам смещения - распад, - распад можно представить:

Особенности - распада.

-частица – это атом гелия . Энергии -частиц . При - распаде данного радиоактивного вещества испускается несколько групп частиц в пределах каждой группы их энергии практически постоянны. Это свидетельствует о том, что атомные ядра обладают дискретными уровнями энергии, а дочернее ядро может возникать не только в нормальном состоянии. - частица образуются в момент радиоактивного распада при встречи движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов. Закон Гейгера-Нэттола , , - пробег - частицы – расстояние, проходимое частицей до ее полной остановки, т.е. чем меньше , тем больше пробег - частицы и тем больше энергия частицы. Опыты Резерфорда по рассеиванию - частиц на ядрах урана показали, что ядро окружено потенциальным барьером высотой 8.8 МэВ. -частицы с энергией 4,2 МэВ, испускаемые ураном, могут пройти сквозь потенциальный барьер.

Особенности - распада.

Существует три разновидности - распада, в результате которого одно ядро превращается в другое

1. С испусканием электрона

2. С испусканием позитрона

3 ядро поглощает один из электронов К-оболочки – это е-захват (или К-захват).

Возникает три вопроса:

1. Из ядра вылетает электрон, а откуда он взялся, если в ядре его нет

2. Эксперимент показывает, что энергетический спектр вылетевших электронов непрерывен. Но материнское и дочернее ядра имеют определенные массы, поэтому и электрон должен вылетать с определенной энергией . При все процессы должны происходить с нарушениями законов сохранения.

3. Массовое число при - распаде не изменяется, т.е. спин ядра не изменяется, но вылетает электрон, имеющий спин , т.е. спин не сохраняется.

Эти противоречия привели Паули к гипотезе о том, что при - распаде вместе с электроном испускается нейтральная частица антинейтрино, имеющая спин ,

.

Вылет нейтрино позволил объяснить непрерывность энергетического спектра. Энергия распределяется между электроном и антинейтрино. Если , то вся энергия уносится электроном.

В ядре могут произойти следующее превращение

- - распад

- - распад

- e – захват – доказательство – наличие рентгеновского характеристического спектра.

-излучение.

-излучение – это электромагнитное излучение малой длины волны. Оно не является самостоятельным видом радиоактивности, а сопровождает и распад, ядерные реакции, т.к. дочернее ядро всегда оказывается в возбужденном состоянии. Дискретность -спектра – доказательство дискретности энергетических состояний ядра.