Сравнительная характеристика фотона и элементарных частиц атома

Показатели	Фотон ( )	Электрон ( )	Нуклоны
			Протон ( )	Нейтрон ( )
Масса покоя	0	m0=9,1095·10-31 кг M0=5,486·10-4а.е.м. 0,511 МэВ / c2	m0=1,6726·10-27 кг M0=1,00728 а.е.м. 938,28 МэВ / c2	m0=1,6749·10-27 кг M0=1,00866 а.е.м. 939,55 МэВ / c2
Заряд электрический	0	- e = -1	+e = 1	0
Энергия покоя (E0=m0c2)	0	0,511 МэВ	938,28 МэВ	939,55 МэВ
Спин J, (в единицах ћ)	1	1/2	1/2	1/2
Скорость	с (скорость света)	≈106 м/сек
Среднее время жизни (отдельной частицы)	Стабилен	Стабилен	Стабилен (≈15 мин)	(1,01±0,03)·103 сек

Таблица 4

Некоторые физические величины

Наименования	Показатели
Атомная единица массы Заряд электрический элементарный Единицы энергии Постоянная Планка Скорость света	1 а.е.м. =1/12 массы атома углерода = 1,66056 · 10-27 кг e = 1,602 · 10 -19 Кл 1 Дж = 6,24 · 1018 эВ, 1МэВ = 1,602 ·10-13 Дж h = 6,626 · 10 -34 Дж · сек = 4,134 · 10 -15 эВ · сек ћ = h/2π = 1,055 ·10-34 Дж · сек = 6,5 ·10-16 эВ · сек c = 299792458 м · сек -1 ≈ 3 · 108 м/сек ≈ 300000 км/сек

1.3. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

ИИ – любые излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию

в ней заряженных частиц разных знаков, т.е. ионов.

Вещества, способные испускать ИИ, называют радиоактивными, а явление их испускания – радиоактивностью.

Наиболее устойчивыми (нерадиоактивными)являются химические элементы, которые имеют следующее соотношение между числом нейтронов и протонов в ядре:

N / Z = 1…1,6

Ядра с избытком или недостатком нейтронов неустойчивы, а их химические элементы - радиоактивны.

В различных учебниках и пособиях даются отличные друг от друга определения понятия «радиоактивность»:

- так в справочниках по физике можно встретить такое: «Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого химического элемента, сопровождающееся испусканием некоторых частиц (например, ядер гелия)»;

- в справочнике по радиационной безопасности: «Радиоактивность - самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения.».

Следует, для ясности, заметить, что различают 2 вида радиоактивности:

а) естественную, которая наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в

природе;

б) искусственную, которая наблюдается у изотопов, получаемых человеком в

результате искусственных ядерных реакций.

Р/а излучение природных радионуклидов имеет, как правило, сложную структуру. Так, если поместить радий (Ra) в свинцовый контейнер с узкой щелью и фиксировать его излучение на фотопластинку, то обнаружится, что в магнитном поле его излучение разделится на 3 пучка:

β - излучение

γ – излучение

α - излучение

Рис. 9. Структура р/а излучения радия (Ra)

Распад любого р/а элемента происходит по определенному закону, называемым ЗАКОНОМ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА, который мы сейчас и выведем.

Для каждого радионуклида существует определенная вероятность распада ядра атома в единицу времени, которую мы обозначим греческой буквой λ (ламбда).

Если мы на какой то начальный момент времени имеем N ядер, то за единицу времени число распавшихся ядер будет λN, а изменение числа исходных ядер выразится соотношением

, где знак минус говорит об их уменьшении.

В результате ряда преобразований получаем:

Если мы обозначим N₀ – первоначальное количество ядер на момент времени t = 0 и возьмем C = lnN₀, то:

ln N = -λt +lnN0↔ ln N - lnN0= -λt ↔ e^{- λt}↔ N = N₀ e^{- λt}.

N = N₀ e ^{- λ t} – закон радиоактивного распада,где

N – количество нераспавшихся ядер на момент времени t;

N₀ – первоначальное количество ядер на момент времени t =0;

λ – постоянная распада радионуклида.

Напомню вам уже известные понятия:

1) Период полураспада Т – время, за которое происходит распад половины исходных ядер радионуклида.

Исходя из данного определения, можно составить такую цепь преобразований:

N₀/N = 2 ↔ N₀/ (N₀ e ^{- λ T}) = 2 ↔1/ e ^{- λ T} = 2 ↔ e ^{λ T} = 2 ↔ λT = ln 2 ↔ T = ln 2 / λ

Т.о., период полураспада Т и постоянная распада λ связаны между собой следующими соотношениями: Т = ln2/λ = 0,693/λ, λ = ln2/T = 0,693/T.

Подставив значение λ в формулу закона р/а распада, получим:

N = N₀ e ^{– ln 2 / T t} , а перейдя к основанию 2 степени: N = N₀ 2^{– t / T}.

Используя последнюю формулу, можно легко построить кривую радиоактивного распада, изображенную на Рис.10.

Примеры T:

Уран – 238 - 4,5 млрд лет

Радий – 226 - 1600 лет

Цезий – 137 - 30,17 года

Стронций – 90 - 28,6 года

Магний – 27 - 9,46 с

Примеры T:

Уран – 238 - 4,5 млрд лет

Радий – 226 - 1600 лет

Цезий – 137 - 30,17 года

Стронций – 90 - 28,6 года

Магний – 27 - 9,46 с

Рис. 10. Кривая радиоактивного распада

2) Активность радионуклида A – мера радиоактивности радионуклида, равная числу распадов ядер радионуклида в единицу времени:

A = = λN = λ N₀ e ^{- λ t} =A₀ e ^{- λ t} – закон р/а распада, выраженный через активность

Единицы измерения активности:

- междуждународные: 1 Бк (Беккерель)=1расп/с, 1кБк=1000Бк;

- внесистемные: 1 Kи (Кюри)= 37 · 10 ⁹ Бк = 37 · 10 ⁶ кБк .

Активность в 1 Ки имеет 1 г радия, открытый супругами Кюри, в честь которых и названа эта величина.

В радиационной безопасности различают несколько видов активности:

а) удельная активность А _m = А / m (Бк/кг);

б) объемная активность А _v = А / v (Бк/м³);

в) поверхностная активность А _s = А / s (Бк/м², Кu/км²: 1 Ки/км² = 37 кБк/м²).