6.Закон радиоактивного распада.

Экспериментальное изучение радиоактивного процесса показало, что количество радиоактивных ядер уменьшается по определенному закону.

Каждое радиоактивное вещество характеризуется определенным перио­дом полураспада Т_1/2, равным времени, в течение которого количест­во радиоактивных ядер уменьшается вдвое. Период полураспада Т_1/2 различных радиоактивных ядер лежит в пределах от долей секунды до десятков миллиардов лет.

Рис. 2. Изменение количества ядер вещества при радиоактивном распаде.

Радиоактивный распад подчиняется статистическим законам. Это означает, что только в случаях, когда имеется большое число распа­дающихся ядер, выполняются определенные закономерности при их рас­паде.

Радиоактивный распад зависит только от внутреннего состояния ядра и при этом доля распадающихся в единицу времени ядер постоянна, что и называется постоянной радиоак­тивного распада данного нуклида λ, которая имеет размерность с^-1. Эта константа характеризует долю распадающихся за единицу времени ядер.

Число актов радиоактивного распада dN за интервал времени dt пропорционально количест­ву радиоактивных ядер N(t) в момент времени t:

dN = - λ N(t)dt.

Знак минус в дифференциальном уравнении указывает на убыль числа радиоактивных ядер со вре­менем. Следует отметить, что скорость радиоактивного распада dN/dt постоянно убывает пропорционально количест­ву радиоактивных ядер N(t).

Закон радиоактивного распада описывается уравнением:

N (t) = N₀ e ^-λt,

где N₀ – число радиоактивных ядер в начальный момент времени.

Величины периода полураспада Т_1/2 и постоянной радиоак­тивного распада данного нуклида λ связаны соотношением:

T_1/2 = 0,693/λ.

За единицу активности принят беккерель (Бк), соответствующий 1 распаду в секунду. Иногда используются внесистемная единица активности – кюри (Ки).

1 Бк = 1 расп./с

1 Ки = 3,7 · 10¹⁰ расп./с

7.Виды ядерных реакций.

Запись ядерной реакции в символьной форме похожа на запись химической реакции: слева — ядро и частица, вступающие в реакцию, справа — продукты реакции. В общем случае ядерные реакции записывают уравнениями вида:

или сокращенно

Тип ядерной реакции определяется видом бомбардирующей а- и образующейся b - частиц.

Обычно ядерные реакции протекают в две стадии:

• первая стадия состоит в поглощении бомбардирующей частицы a ядром-мишенью и образовании промежуточного (составного) возбужденного ядра. Вре­мя жизни составного ядра составляет порядка 10^-14 - 10^-13 с.

• вторая стадия представляет распад составного ядра с испусканием частицы b.

Энергия составного возбужденного ядра принимает определенные дискретные значения, и поэтому энергия возбуждения, которая может быть передана ядру, должна соответствовать некоторому энергетическому уровню составного ядра. Следовательно, ядер­ная реакция может идти только при фиксированных значениях кинети­ческой энергии частицы. Такие ядерные реакции называются пороговыми.

Для ядерных реакторов особое значение имеют ядерные реакции взаимодействия нейтронов с ядрами атомов, называемые нейтронными реакциями. В отличие от заряженных частиц нейтро­ну как нейтральной частице не требуется значительной энергии, для проникновения внутрь ядра, что повышает вероятность такого рода взаимодействий.

При взаимодействии нейтрона с ядром могут происходить следу­ющие нейтронные реакции:

• упругое рассеяние (n, n);

• неупругое рассеяние (n, n+γ );

• радиоактивный захват (n, γ );

• испускание заряженных частиц ( n, р ) ( n, α );

• деление (n, νn + kγ) + осколки деления.

Примеры основных типов нейтронных реакций, протекающих в ядерных реакторах при работе на мощности и в процессе пуска, приведены в Таблице 3.

Таблица 3. Основные типы реакций, протекающих в ядерных реакторах

Тип реакции	Уравнение реакции	Примечание
Упругое рассеяние (n, n)		Замедление нейтронов деления в замедлителе, активной зоне и биологической защите, отражение в отражателе.
Неупругое рассеяние (n, n + γ)		Замедление нейтронов деле­ния в активной зоне, кон­струкционных материалах, в биологической защите.
Радиационный захват (n, γ)		Поглощение нейтронов в ак­тивной зоне, конструкцион­ных материалах, теплоносителе, замедлителе, биологи­ческой защите.
		Поглощение нейтронов в регулирующих стержнях из кадмия.
Реакция деления (n, f)		Деление ядерного горючего.
Реакция удвоения нейтронов (n, 2n)		Используется для регистра­ции плотности потока нейт­ронов с энергией выше поро­говой.
Реакция испускания α-частиц (n, α)		Поглощение нейтронов в регулирующих стержнях, выполненных из бора. Регистрация замедленных нейтронов.
Реакция испускания протонов (n, p)		Реакция, приводящая к активации воды первого контура.
Реакция испускания нейтронов под действием α-излучения (α, n)		Используется для получения нейтронов в источниках нейтронов при физическом пуске реактора.
Фотонейтронные реакции (γ, n)		Фоторасщепление дейтерия имеет определеннее значение для увеличения числа ней­тронов перед физическим пуском реактора.