Виды распадов

Распад радиоактивного вещества идёт по ядерным реакциям, в которых выполняются законы сохранения:

- закон сохранения заряда,

- закон сохранения массы (массового числа)

В этих реакциях могут участвовать ещё две частицы, не имеющие электрические заряда, у которых ничтожно маленькая масса, но они переносят часть энергии процесса. Это нейтрино и антинейтрино: - нейтрино, - антинейтрино.

Кроме того, каждый распад сопровождается излучением электромагнитных волн высокой частоты (γ-излучение).

1)–распад, в общем виде:

→

Пример:

2) β-распад электронный, в общем виде:

 +

Пример: +

3) β-распад позитронный, в общем виде:

 +

Пример: +

4) K-захват

Это процесс не распада, а, наоборот, захвата ядром электрона с ближайшей К-орбитали атома.

Пример:

При всех этих процессах в ядре происходят превращения протонов и нейтронов друг в друга.

Радиоактивные свойства веществ широко применяются в лечебных и профилактических целях. Например, принятый peros радиоактивный йод накапливающиеся в щитовидной железе и распадаясь облучает её. Радиоактивный кобальт применяют для лечения злокачественных образований. Радиоактивный фосфор накапливается в трубчатом веществе костей, распадаясь, облучает и нормализует кровяное давление.

Радиоактивные изотопы – используются так же как индикаторы для диагностики заболеваний, за счёт их слабых излучений. Их называют «меченые атомы».

XXIII. Дозы излучения

Поглощенная доза – энергия излучения, поглощенная 1 кг вещества:

Д_п = .

Измеряется в единице грей: Гр = ; 10^-2 Гр = 1 рад.

Экспозиционная доза – доза ионизированного излучения, поглощенная в воздухе: Д_о = q/m;

где q – электрический заряд, образовавшийся в результате ионизации,

m – масса ионизированного воздуха; измеряется Д_о в единицах .

Мощность дозы – доза излучения, поглощенная в единицу времени, измеряется в единицах Гр/с = Вт/кг, внесистемная единица – рад/c.

Биологическая доза (Д_б) пропорциональна поглощенной дозе: Д_б = ƒД_п, где ƒ – коэффициент, называемый «относительная биологическая эффективность».

Биологическая доза измеряется в бэрах. 1 бэр – энергия излучения, эквивалентная 1 раду.

В основе биологического действия ионизирующих излучений лежат физико-химические процессы, возникающие в молекулах клетки, нарушение структур молекул, например, радиолиз воды. Разные части клеток по-разному чувствительны к одной и той же дозе. Наиболее уязвимо ядро клетки и больше всего страдает способность к делению клеток. Поэтому в первую очередь ионизирующее излучение поражает растущие ткани, слизистые оболочки желудка и кишечника, половые клетки, кроветворные ткани и органы.

XXIV. Элементы квантовой механики

На рубеже ХХ века был сделан ряд фундаментальных открытий, доказавших сложность строения атома. Дальнейшее развитие физики показало, что классическая физика не в состоянии объяснить и описать поведение микрочастиц, т.к. она не учитывает их волновых свойств. Это смогла сделать только квантовая механика.

Ветеринарный врач и зооинженер должны иметь представление о природе физико-химических процессов, происходящих в живом организме. В конечном итоге эти процессы разыгрываются на молекулярном уровне.

Несомненно, основным фундаментом такого изучения может быть только квантовая механика и ее специальные разделы в квантовой биофизике и в квантовой биохимии.

Квантовая механика – теоретическая механика, изучающая законы движения и взаимодействия микрочастиц с учетом их и корпускулярных и волновых свойств.

Одним из основных положений квантовой механики является соотношение неопределенностей Гейзенберга, по которому: ∆Р∆х≥h, где ∆Р – неопределенность в измерении импульса частиц, ∆х – неопре-деленность в измерении ее координаты, h – постоянная Планка. То есть: произведение неопределенности в импульсе на неопределенность в координате больше или равно постоянной Планка.

Так как ∆Р=m∆υ,

где ∆υ – неопределенность в измерении скорости,

то: .

Расчет по этому неравенству ∆υ электрона в атоме (если за ∆х взять некоторый усредненный размер атома) дает результат (∆υ≥7∙10⁶ м/с), то есть того же порядка, что и сама скорость электрона в атоме (например, при расчетах по Бору ∆υ=10⁶ – 10⁷ м/с).

А это значит, что скорость электрона в атоме в принципе нельзя точно определить, если задана его координата.

И для электрона в квантовой механике при движении его в атоме невозможно иметь представление об определенной траектории. Можно говорить лишь о вероятности нахождения электрона в той или иной точке пространства, но нельзя давать строгих и однозначных предсказаний.

Поэтому в качестве квантово-механической модели электрона принято представление о так называемом электронном облаке, как части пространства вокруг ядра, в котором может пребывать электрон. Понятие орбиты заменяется понятием орбиталь.

Электрон как бы размазывается вокруг ядра, образует «зарядное облако».

Поскольку микрочастица обладает волновыми свойствами, то ее состояние в квантовой механике описывается волновой функцией ψ.

Для сравнения – электромагнитная волна описывается через векторы напряженностей магнитного и электрического полей.

Основным уравнением квантовой механики является уравнение Шредингера. Подобно 2-му закону динамики это уравнение не имеет строгого вывода, хотя его можно получить из определенных механи-ческих и волновых представлений и соответствующих преобразований.

Его надо рассматривать как исходное, основное предположение, спра-ведливость которого доказывается тем, что все вытекающее из него следствия точно согласуются с опытными данными.

Применительно к стационарному состоянию (то есть – независимо от времени) нерелятивистское уравнение Шредингера имеет вид:

где Е и Е_п – полная и потенциальная энергия частицы (соответственно).

Из уравнения Шредингера и условий, налагаемых на волновую функцию, непосредственно следуют правила квантования энергии, уравнения, тождественные с постулатами Бора, уравнения радиусов разрешенных орбит и скорости электрона, тождественные уравнениям Бора.

Применение уравнения Шредингера к многоэлектронным атомам – методом Хартри – Фока (Фок – отечественный физик) дало возможность объяснить структуру и свойства многоэлектронных атомов.

Для выявления физического смысла волновой функции можно провести аналогию с электромагнитной волной, для которой квадрат напряженности электрического поля (Е²) характеризует плотность энергии электрического поля, т.е.: W_э = εε_оЕ²/2.

Аналогично этому, квадрат модуля волновой функции толкуется как плотность вероятности обнаружить действие частиц в элементе объема dv:

Квантовая механика не дает однозначных предсказаний о поведении частицы, а лишь определяет вероятность того или иного процесса. И основным утверждением квантовой механики является то, что величина характеризует плотность вероятности обнаружить действие частицы. А интеграл от этого выражения по всему объему (v) есть вероятность обнаружить действие частицы где-нибудь в пространстве, а так как существование частицы есть событие достоверное, то:

Это, так называемое, условие нормировки, которое говорит об объек-тивном существовании частицы во времени и пространстве. Поскольку электрон – частица, несущая заряд, то плотность вероятности обнаружить действие этой частицы можно рассматривать как плотность электронного зарядного облака.

Состояние каждого электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами, определяющими орбиталь. Орбиталь – это волновая функция, описывающая единичный электрон с помощью четырех квантовых чисел.

При этом выполняется принцип Паули, по которому в атоме не может быть двух (и более) электронов с одинаковым набором из 4-х квантовых чисел. Этот вопрос подробнее изучается в курсе неорганической химии.

Корпускулярно-волновой дуализм присущ всем частицам, но заметно проявляется только в микромире. Так для электрона вероятность дифракции определяется его волновыми свойствами. Но, в то же время, электрон может находиться только в одной из точек, разрешенных условиями дифракции – проявление корпускулярных свойств. То есть в пределах даже одного физического явления наблюдается единство корпускулярных и волновых свойств.

Соотношение неопределенностей является ярким проявлением корпускулярно-волновых свойств частиц. Оно дает границу применимости классических представлений к микромиру, а не границу познания.