Гамма-сәулелену

γ-сәулелену қатқыл электромагниттік сәулеленуге жатады. γ-сәулелену кезінде энергия ядроның қозған энергетикалық күйден негізгі немесе азырақ қозған күйге өтуі кезінде және де, ядролық реакция кезінде бөлініп шығады.

γ-сәулелену радиоактивтіліктің өзіндік емес түріне жатады.

γ-сәулелену процесі α- және β- ыдыраумен қатар жүреді және ядроның заряды мен массалық санына өзгеріс тудырмайды. γ-сәулені аналық ядро емес, туынды ядро шығарады. Туынды ядро бөлініп шыққан кезінде, қозған күйде болады. Ядроның қозған күйден негізгі күйге өткенше, шамамен 10^-13-10^-14сек уақыт ішінде туынды ядро, γ-сәуле шығарады, бұл уақыт қозған атомның өмір сүру уақытынан әлдеқайда кіші (шамамен 10^-8сек).

γ-сәулеленудің спектрі сызықтық болады, яғни бұл атом ядросының энергетикалық күйінің дискретті екендігін дәлелдейді.

γ-сәулеленудің қысқатолқындылығы соншалықты, оның толқындық қасиеті өте әлсіз байқалады да, алғашқы орынға корпускулалық қасиеті шығады. Сондықтан γ-сәулелену γ-квант бөлшектерінің ағыны деп қарастырылады. γ-квантының тыныштық массасы нольге жуық болғандықтан, ортада баяулайды, сондықтан γ-сәулелену заттан өту кезінде жұтылады немесе шашырайды.

γ-сәулелену заттан өту кезінде мынадай негізгі процестермен қоса жүреді.

• фотоэффект немесе γ-сәулеленудің фотоэлектрлік жұтылуы – атомнан шыққан γ-кванттың жұтылуынан атомның ішкі қабығынан электрондар жұлынып шығады, бұл рентгендік сәулеленудің сипатына ұқсас. Фотоэффект, γ-кванттың энергияның ең аз жұтылу аймағында жүзеге асатын құбылыс кэВ.

• комптон-эффект (комптондық шашырау) γ-кванттың кэВ-қа тең энергиясы кезіндегі затпен өзара әсерінің болатын құбылыс.

• электронды-позитронды қосақтың пайда болуы. ( ) γ-кванттық энергиясы МэВ мәнінде заттардың атомдарымен өзара әрекеттесуі негізгі процесс болады.

Егер γ-кванттың энергиясы ядродағы нуклонның байланыс энергиясынан ( асып түссе, онда γ-кванттың жұтылуы нәтижесінде ядролық фотоэффект құбылысы байқалады – нуклондардың бірігуінен нейтрондар бөлініп шыға бастайды.

Бақылау сұрақтары.

1. Радиоактивті изотоптың активтілігі - бұл:

2. Адам үшін қауіпті сәуле:

3. t уақыт ішінде ыдырамаған радиоактивті ядролар саны:

4. Радиактивті ыдыраудың жартылай ыдырау периоды дегеніміз – белгілі уақыт. Бұл уақыт ішінде:

5. Мына үш , - сәулелердің қайсысы электр және магнит өрісінде ығыспайды:

6.  - ыдырау дегеніміз:

7. Ядроның қандай модельдерi бар?

8. -ыдыраудың заңдылығын көрсетiңiз

9. -ыдыраудың заңдылығын көрсетiңiз

10. Қандай реакцияда нейтрон табылды?

11. Кез-келген ядролық реакцияларда қандай сақталу заңдары орындалады?

12. Жылу шығару арқылы жүретiн ядролық реакция қалай аталады?

13. Жылу жұту арқылы өтетiн ядролық реакция қалай аталады?

14. Изотоптар деп қандай ядроны айтады?

15. Изобарлар деп қандай ядроны айтады?

29-лекция.

Ядролық реакциялар. Атом ядроларының радиактивтi ыдырауы. Ядролық бөлiнудiң реакциясы. Ядролық реакциялар және оның негізгі түрлері

Ядролық реакциялар деп атом ядроларының элементар бөлшектермен (оның ішінде γ-квантпен) өзара әсерінен немесе бір-бірімен әсерлесуінен басқа атомға айналуын айтады.

Реакцияның жазылу түрі мынадай:

, немесе

мұндағы, Х және У – бастапқы және соңғы ядро, а және в – реакция кезінде соққылаушы және шығарушы бөлшектер.

Кез-келген ядролық реакцияда электр зарядының және массалық санның сақталу заңы орындалады: ядролық реакцияға түсуші ядролар мен бөлшектердің зарядтарының қосындысы (және массалық санының), реакция жүргеннен кейін алынған өнімдердің (ядролар мен бөлшектер) зарядтарының қосындысына (массалық сандарының қосындысына) тең болады. Және де, энергияның, импульстің және импульс моментінің сақталу заңдары орындалады.

Ядролық реакциялар экзотермиялық (энергияны бөліп шығаратын) және эндотермиялық (энергияны жұтатын) болуы мүмкін.

Ядролық реакциялар бірнеше кезең бойынша жүреді: бірінші кезеңта ұшып келе жатқан бөлшек ядро-нысанада бөгеліп, құрама ядро немесе компаунд-ядро құрайды, және оның энергиясы қандай да бір нуклонға берілмейді, энергия құрама ядроның барлық бөлшектерінің арасында бір қалыпты таралады, сондықтан олардың біреуі де, ядродан ұшып шығуға жеткілікті энергия ала алмайды.

Құрама ядроны сұйық тамшысындағы бөлшектер қозғалысына ұқсас қозған күйдегі статистикалық жүйе деп қарастыруға болады. Құрама ядродағы бөлшектердің арасында қозу энергиясының бірқалыпты таралуының кездейсоқ ауытқуы нәтижесінде, энергия бөлшектердің біреуіне ғана центрленеді де, ол бөлшек ядродан ұшып шығуға жететіндей энергия алады. Ядролық реакцияның осы екінші кезеңі бірінші кезеңнен τ_я уақыт өткеннен кейін жүреді, мұндағы τ_я – ядролық уақыт сипаттамасы (~10^-22c).

Компаунд-ядро құрылатын ядролық реакцияның схемасы:

мұндағы, –ядро-нысана, а – ұшып келе жатқан бөлшек, – құрама ядро, – ядролық реакция өнімі, в – реакция нәтижесінде ядродан ұшып шығатын бөлшек.

Егер болса, онда ядродан бөлшек шашырайды: болса, серпімді, болса, серпімсіз. Егер шығарылған бөлшек қармалған бөлшекке ұқсас емес (ав) болса, онда ядролық реакция жүреді деген сөз.

Ядролық реакциялар былай классификацияланады:

1) оған қатысатын бөлшектердің түріне байланысты – нейтронның; зарядталған бөлшектердің; γ-кванттық әсерінен жүретін реакция;

2) бөлшектердің энергиясына байланысты – аз, орта және жоғары энергия кезіндегі реакция;

3) оған қатысатын ядроның түріне байланысты – жеңіл (А>50); орта (50<A<100) және ауыр (A>100) ядролар.

4) ядролық айналудың жүру сипатына байланысты – нейтрондар, зарядталған бөлшектер бөлініп шығатын реакциялар; қармау реакциясы (осы реакциялар кезінде құрама ядро ешқандай бөлшек шығармайды, тек бір немесе бірнеше γ-квант шығара отырып, негізгі күйге өтеді).

Тарихта бірінші рет ядролық реакцияны Резерфорд азот ядросын α-бөлшекпен атқылау арқылы алды: