Альфа – распад
Явление –распада заключается в том, что
тяжелое ядро спонтанно распадается, излучая –частицу - 42 (ядро гелия - 42 He ) . Схема распада имеет вид:
AZ X AZ 42Y 42He
где - материнское ядро (которое распадается); Y - дочернее ядро.
Альфа распад характеризуется следующими особенностями, установленными экспериментально:
1.Наблюдается у тяжелых ядер (Z 82, А 200), а также у лантонидов с А=140 160. Общее количество таких ядер - более 200.
2.Период полураспада –активных ядер изменяется в широких пределах:
от 10-6с для Rn-215 до 1,4.1017 лет для Pb-206.
3.Энергетический спектр –частиц дискретный и имеет тонкую структуру.
4.Альфа–распад, как правило, сопровождается –излучением.
5.Альфа–частицы отклоняются в электрическом и магнитном полях,
обладают низкой проникающей способностью, но высокой ионизующей способностью.
Бета–распад
Явление бета – распада состоит в том,
что ядро спонтанно испускает |
|
||
0 |
0 |
~ |
), |
электрон ( 1e |
) и антинейтрино (0 |
|
|
или позитрон ( 01e ) и нейтрино ( 00 ), или поглощает один из электронов атомной оболочки (обычно К–оболочки), испуская нейтрино ( 00 ).
Схемы распадов имеют вид:
A |
A |
0 0 |
~ |
(электронный распад) |
Z X Z 1Y 1 e 0 |
|
|||
AZ X ZA1Y 01 e 00 |
(позитронный распад) |
|||
AZ X |
01 e ZA1Y 00 |
|
(электронный захват). |
|
Особенности бета-распада:
1.Известно более 1500 искусственных –изотопов; каждый элемент имеет хотя бы один –изотоп. .
2.При бета-распадах излучаются элементарные частицы - нейтрино или
антинейтрино с массой покоя и зарядом, равными нулю, и спином ћ/2 . Различие между нейтрино и антинейтрино заключается в ориентации спинов: у первых спин - антипараллелен, у вторых - параллелен импульсу.
3.Спектр энергий –частиц непрерывен и находится в пределах от 0 до Wмах.
Максимальная энергия, выделяемая во время одного акта –распада изменяется в широких пределах: от 0,02 МэВ для распада трития (Н-3) до 13,4 МэВ для распада изотопа бора (В-5).
4. Бета–распад сопровождается –излучением.
Электронный захват - испусканием рентгеновских лучей ( 10-9 10-12м). 5. Бета–частицы отклоняются в электрическом и магнитном полях,
имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность, чем –частицы.
Гамма–излучение
Гамма–излучение - это электромагнитное излучение с длиной волны 10-12 м.
Гамма–излучение не является самостоятельным видом излучения. Оно сопровождает – и –распады
и возникает во время некоторых ядерных реакций.
Особенности гамма-излучения :
1.Энергия –фотонов принимает значения от кэВ до нескольких МэВ.
2.Экспериментально установлено, что –излучение испускается дочерним ядром. Энергетический спектр -излучения дискретен.
3.Масса покоя –квантов равна нулю.
4.– излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями.
5.Проникающая способность –излучения велика: оно задерживается
лишь толстой свинцовой или бетонной плитой.
6. Ионизирующая способность намного меньше чем у – и –частиц.
Протонная и нейтронная радиоактивность
Ядра элементов с Z называются нейтронодефицитными, ядра элементов с называются нейтроноизбыточными
(здесь = А – — число нейтронов в ядре).
Для таких ядер характерно испускание запаздывающих частиц:
протонов в первом случае; нейтронов — во втором.
Сильно обогащенное протонами материнское ядро испытывает -распад. Сильно обогащенное нейтронами материнское ядро испытывает -распад.
При этом заселяются возбужденные состояния дочернего ядра – излучателя запаздывающих частиц.
Если энергия возбужденного уровня превышает энергию связи нуклона в дочернем ядре, то наряду с испусканием –фотонов возможно испускание
протонов в первом случае или нейтронов во втором.
Их называют запаздывающими, так как они испускаются после – распада материнского ядра.
9.1.6. Искусственные ядерные реакции. Опыты Резерфорда. Открытие нейтрона. Работы супругов Жолио-Кюри и открытие искусственной радиоактивности.
Метод меченых атомов. Основные типы ядерных реакций. Методологическое значение выполнения законов сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда
(зарядового числа), массы (массового числа) во всех ядерных реакциях.
Ядерными реакциями называются процессы, приводящие к изменению внутреннего состояния ядерных частиц или к их взаимному превращению.
Искусственные ядерные реакции осуществляются в обычных ускорителях
путём облучения мишеней из различных веществ пучками частиц, излучаемых радиоактивными источниками.
Первую искусственную ядерную реакцию превращения азота в кислород осуществил в 1919 году Э.Резерфорд.
Он облучал ядра азота N-14 -частицами с энергией 7,68 МэВ, излучаемыми ядрами полония, и получал ядра изотопа кислорода О-17 и протоны:
147N 42He 11H 178O |
или |
147 N( ,р)178 O . |
В 1932 году Джеймс Чэдвик, исследуя излучение, возникающее при облучении бериллия -частицами, обнаружил электрически нейтральные частицы - нейтроны:
49 Ве 42He 01n 126С или |
49 Ве( ,n)126С . |
В 1934 году супруги Ирэн и Филипп Жолио-Кюри открыли явление
искусственной радиоактивности, вызванной быстрыми -частицами
и получили ряд искусственных радиоактивных изотопов. Например:
1327 Al 42He 01n 1530P |
или |
2713 Al( , n)1530 P . |
Они открыли новые типы искусственной радиоактивности –
позитронный, нейтронный, протонный, дейтронный.
Искусственные радиоактивные изотопы лёгких элементов
не стойкие и поэтому могут находить широкое применение в промышленности, медицине, биологии, агрохимии.
Атомы радиоактивных изотопов называют «мечеными атомами».
Следя за движением «меченых атомов» в живых тканях или технических материалах и конструкциях с помощью, например, счётчика Гейгера, можно ставить медицинский, научный или технический диагноз происходящих в них процессов.
Ядерные реакции классифицируют по различным признакам (по типам):
- по роду участвующих в них частиц –
( ,р), (p,n), (p,pn ), (n, ), (d,p) и т.д.;
- по роду участвующих в них ядер –
на лёгких ядрах (А<50), на ядрах средней массы (50<А<100), на тяжёлых ядрах (А>100);
- по энергии вызывающих их частиц –
высокоэнергетические (более 10 МэВ) и низкоэнергетические (менее 10 МэВ);
-по характеру происходящих ядерных превращений –
сиспусканием заряженных частиц,
сиспусканием нейтронов,
реакции захвата частиц и т.д.
Во всех ядерных реакциях, независимо от их типа,
выполняются законы сохранения:
- зарядового числа (электрического заряда) –
сумма зарядовых чисел ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме зарядовых чисел ядер и частиц, образующихся в результате реакции;
- массового числа (полного числа нуклонов) –
количество нуклонов в ядрах и частицах, вступающих в реакцию, равна количеству нуклонов в ядрах и частицах, образующихся в результате реакции;
-массы-энергии –
визолированной системе полная масса-энергия сохраняется;
- импульса –
визолированной системе сумма импульсов ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме импульсов ядер и частиц, образующихся в результате реакции;
-момента импульса –
визолированной системе сумма моментов импульса ядер и частиц, вступающих
вреакцию, равна сумме моментов импульса ядер и частиц, образующихся
врезультате реакции.
Выполнение законов сохранения
в ядерных реакциях позволило на основе анализа экспериментальных фактов
выдвинуть гипотезы
о существовании ранее неизвестных элементарных частиц
(например, нейтрона, нейтрино, позитрона и других античастиц и т.п.),
которые впоследствии были открыты экспериментально.