5 Радиоактивность. Радиоактивные излучения
Радиоактивностью называется самопроизвольное (спонтанное) превращение одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием элементарных частиц. Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем в 1896 г. Большое вклад в изучение этого явления внесла семья Кюри. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдаемую у неустойчивых ядер, существующих в природе) и искусственную (наблюдаемую у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы и принципиального различия между этими двумя видами радиоактивности нет.
В процессе радиоактивного распада отдельные ядра претерпевают превращение независимо друг от друга. Общее число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону:
N=N0e-λt, (16.9)
где N0 – начальное количество ядер, N – число нераспавшихся ядер в момент времени t, λ – постоянная распада, характерная для данного радиоактивного вещества. Промежуток времени, за который число нераспавшихся ядер в среднем уменьшается вдвое, называется периодом полураспада Т1/2. Периоды полураспада для радиоактивных элементов колеблются от десятимиллинных долей секунды до многих миллиардов лет.
Радиоактивные превращения ядер сопровождаются радиоактивным излучением. Различают три вида излучений: α-излучение, β-излучение и γ-излучение.
α-излучение представляет собой поток ядер гелия 4Не. α-излучение возникает в процессе α-распада, примером которого может служить распад изотопа урана:
(16.10)
α-излучение обладает большой ионизирующей способностью и достаточно малой проникающей способностью.
β-излучение
представляет собой поток электронов
(
)
или позитронов (
).
Примером β-
- распада может служить распад изотопа
калия:
+
.
(16.11)
В процессе β--распада один из нейтронов β-радиоактивного ядра превращается в электрон, протон и антинейтрино:
.
(16.12)
β-излучение обладает большей проникающей способностью, нежели α-излучение, и меньшей ионизирующей способностью.
γ-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 10-12 м и обладает ярко выраженными корпускулярными свойствами. γ-излучение не является самостоятельным видом радиоактивности, а сопровождает α- и β- распады. Источником γ-излучения являются дочерние ядра (например, ядро атома тория). γ-излучение не отклоняется электрическими и магнитными полями, обладает относительно слабой ионизирующей и очень большой проникающей способностью. γ -излучение проходит через слой свинца толщиной 5 см.
Большая проникающая способность γ-излучения используется в гамма –дефектоскопии. Этот метод дефектоскопии основан на различном поглощении γ-излучения при распространении его на одинаковые расстояния в разных средах.
Контрольные вопросы
1 Опишите атом как квантовомеханическую систему.
2 Какими квантовыми числами характеризуется состояние электрона в атоме? Поясните физический смысл каждого квантового числа.
3 Какие частицы входят в состав атомного ядра? Определить состав ядер, предложенных преподавателем.
4 Какими свойствами обладают ядерные силы?
5 Дайте определение радиоактивности. Какие виды радиоактивных распадов Вам известны? Приведите примеры.
6 Сравните радиоактивные излучения по проникающей и ионизирующей способностям.
Модуль 6 Элементы физики твердого тела.