Законы сохранения при радиоактивных распадах и ядерных реакциях.
Атомное ядро, испытывающее распад, называется материнским, возникающее ядро - дочерним.
Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра.
Правила смещения являются следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах.
1.Закон сохранения электрического заряда:
сумма зарядов возникающих ядер и частиц равна заряду исходного ядра.
2.Закон сохранения массового числа:
сумма массовых чисел возникающих ядер и частиц равна массовому числу исходного ядра.
Альфа распад.
-
лучи представляют собой поток ядер
.
Распад протекает по схеме
,
Х
– химический символ материнского ядра,
-
дочернего.
Альфа распад обычно сопровождается испусканием дочерним ядром - лучей.
Из схемы видно, что атомный номер дочернего ядра на 2 единицы меньше, чем у материнского, а массовое число на 4 единицы, т.е. элемент, получившейся в результате - распада, будет расположен в таблице Менделеева на 2 клетки левее исходного элемента.
Пример:
.
Подобно тому, как фотон не существует в готовом виде в недрах атома и возникает лишь в момент излучения, - частица тоже не существует в готовом виде в ядре, а возникает в момент его радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра 2-х протонов и 2-х нейтронов.
Бета – распад.
-распад
или электронный распад протекает по
схеме
.
Получающийся
в результате элемент
будет
расположен в таблице на одну клетку
правее (смещен) относительно исходного
элемента.
Бета – распад может сопровождаться испусканием - лучей.
Гамма излучение. Экспериментально установлено, что излучение не является самостоятельным видом радиоактивности, а только сопровождает - и -распады, возникает при ядерных реакциях, торможении заряженных частиц, их распаде и т.д.
Ядерной реакцией называется процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер). Взаимодействие реагирующих частиц возникает при сближении их до расстояний порядка 10-15м, т.е. до расстояний, на которых возможно действие ядерных сил, r~10-15м.
Наиболее распространенным видом ядерной реакции является реакция взаимодействия легкой частицы " " с ядром Х, в результате которого образуется легкая частица "в" и ядро Y.
Х –исходное ядро, Y- конечное ядро.
-частица, вызывающая реакцию,
в –частица, получающаяся в результате реакции.
В
качестве легких частиц а
и
в
могут фигурировать нейтрон
,
протон
,
дейтрон
,
-
частица,
,
-
фотон.
В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения:
1) электрических зарядов: сумма зарядов ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме зарядов конечных продуктов (ядер и частиц) реакции;
2) массовых чисел;
3) энергии;
4) импульса;
5) момента импульса.
Энергетический эффект ядерной реакции может быть рассчитан путем составления энергетического баланса реакции. Количество выделяющейся и поглощающейся энергии называется энергией реакции и определяется разностью масс (выраженных в энергетических единицах) исходных и конечных продуктов ядерной реакции. Если сумма масс образующихся ядер и частиц превосходит сумму масс исходных ядер и частиц, реакция идет с поглощением энергии (и наоборот).
Вопрос о том, при каких превращениях ядра происходит поглощение или выделение энергии можно решить с помощью графика зависимости удельной энергии связи от массового числа А (рис.1). Из графика видно, что ядра элементов начала и конца периодической системы менее устойчивы, т.к. у них меньше.
Следовательно, выделение ядерной энергии происходит как при реакциях деления тяжелых ядер, так и при реакциях синтеза легких ядер.
Данное положение является исключительно важным, поскольку на нем основаны промышленные способы получения ядерной энергии.