Вопрос 30

Атом состоит из ядра и окружающего его электронного "облака". Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательныйэлектрический заряд. Протоны, входящие в состав ядра, несут положительный заряд.

В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда.

Изото́пы (от др.-греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре. Название связано с тем, что изотопы находятся в одном и том же месте (в одной клетке) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят практически только от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём) и почти не зависит от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, ¹²C, ²²²Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционныесобственные названия (например, дейтерий, актинон).

Пример изотопов: ¹⁶₈O, ¹⁷₈O, ¹⁸₈O — три стабильных изотопа кислорода.

Радиоактивность (от лат. radio - излучаю, radius - луч и activus - действенный), самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно - изотоп другого элемента). Сущность явления Р. состоит в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбуждённом долгоживущем (метастабильном) состоянии. Такие превращения сопровождаются испусканием ядрами элементарных частиц либо других ядер, например ядер ²He (a-частиц). Все известные типы радиоактивных превращений являются следствием фундаментальных взаимодействий микромира: сильных взаимодействий (ядерные силы) или слабых взаимодействий. Первые ответственны за превращения, сопровождающиеся испусканием ядерных частиц, например a-частиц, протонов или осколков деления ядер: вторые проявляются в b-распаде ядер. Электромагнитные взаимодействия ответственны за квантовые переходы между различными состояниями одного и того же ядра, которые сопровождаются испусканием гамма-излучения. Эти переходы не связаны с изменениями состава ядер и поэтому, согласно современной классификации, не принадлежат к числу радиоактивных превращений. Понятие "Р." распространяют также на b-распад нейтронов. Р. следует отличать от превращений составных ядер, образующихся в процессе ядерных реакций в результате поглощения ядром-мишенью падающей на него ядерной частицы. Время жизни такого ядра значительно превышает время пролёта падающей частицей расстояния порядка ядерных размеров (10^-21-10^-22 сек) и может достигать 10^-13-10^-14 сек. Поэтому условно нижней границей продолжительности жизни радиоактивных ядер считается время порядка 10^-12 сек.

альфа-излучение

(син. альфа-лучи нрк) - ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц, характеризующееся малой проникающей способностью и высокой относительной биологической эффективностью; используется в лучевой терапии; учитывается при противолучевой защите.

Бета-излучение

        поток электронов или позитронов (β-частиц), испускаемых при Бета-распаде радиоактивных изотопов.

         Действие на организм Б.-и. приводит к развитию всех признаков лучевого поражения (См. Лучевое поражение), вплоть до гибели клеток, тканей и всего организма. Действие Б.-и. сходно с биологическим действием ионизирующих излучений (См. Биологическое действие ионизирующих излучений) др. видов. При внешнем облучении организма (См. Облучение организма) Б.-и. поражает лишь поверхностные ткани, т.к. проникающая способность β-частиц не превышает нескольких миллиметров. При попадании ⁴⁵Са, ⁹⁰Sr и др. β-радиоактивных изотопов в организм особенности лучевого поражения зависят как от распределения их в органах и тканях, так и от периода их полураспада.Относительная биологическая эффективность Б.-и. близка к 1.

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — < 5·10⁻³ нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Основной закон радиоактивного распада

Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии. N=n₀ * e^-ln2/T. T - время, за которое распадается половина первоначально имеющегося количества ядер.

Основной закон радиоактивного распада

N=N₀e^-λt

где N — число нераспавшихся атомов в момент времени t; N₀— число нераспавшихся атомов в момент, принятый за начальный (при t=0); е — основание натуральных логарифмов; λ — постоян­ная радиоактивного распада.

Энергия связи ядра

Нуклоны связаны в ядра благодаря ядерным силам, которые значительно превосходят силы электростатического отталкивания, действующие между протонами. Для расщепления ядра необходимо преодолеть эти силы, т. е. затратить энергию. Соединение нуклонов с образованием ядра, напротив, сопровождается высвобождением энергии, которую называют энергией связи ядра E_св.

Под энергией связи ядра E_св понимают энергию, которая высвобождается в процессе образования из нуклонов атомного ядра.

У различных ядер она имеет разное значение.

Особенно важную характеристику представляет собой энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Как видно из рисунка, наибольшей энергией связи на нуклон обладают изотопы с массовым числом около50. Очевидно, что выигрыш в ядерной энергии удается достичь только в тех случаях, когда в результате превращения средняя энергия связи на нуклон увеличивается.

Ядерная энергия может выделяться при слиянии легких ядер (реакция синтеза ядер) или расщеплении тяжелых (деление ядер), поскольку в этих процессах увеличивается средняя энергия связи на нуклон.

Взаимосвязь энергии связи ядра и дефекта массы вытекает из соотношения Эйнштейна между энергией и массой E = mc².

Если

Eсв	энергия связи ядра,	Дж
Δm	дефект массы этого ядра,	кг
c	скорость света в вакууме, 3 • 108	м/с

то

1.	Eсв= Δmc 2 =(Zmп+ Nmн−mя)c 2

Используя принятые в атомной физике единицы (атомную единицу массы, а. е. м., и единицу энергии МэВ), после подстановки численного значения для с получаем:

Дефекту массы, равному 1 а. е. м., отвечает энергия связи ядра, равная 931.5037 МэВ.

2.	Eсв Δm = c 2 = 8.9876 · 10 16 Дж кг = 931.5 МэВ а. е. м.

Проникающая и ионизирующая способность радиоактивного излучения.

. Проникающая способность - излучения

- излучение характеризуется малой проникающей способностью и сильным ионизирующим действием. Численное значение проникающей способности -излучения соответствует пробегу - частицы. Пробегом -частицы называют длину траекторий (трека), по которой двигается частица в веществе с момента входа в вещество до полной стабилизации. Обычно треки -частиц прямолинейны.

В результате неоднородности поглощающего энергию -частиц вещества, не все -частицы с равной начальной энергией имеют одинаковый пробег. Поэтому для более точного определения пробега -частиц продифференцируем распределение числа стабилизировавшихся -частиц по длине трека. Эти данные можно получить очень трудоемким экспериментальным путем. В результате дифференцирования (как правило, графическим способом) определяют значение среднего пробега -частицы в веществе.