- •Примеры и задачи
- •Список обозначений
- •1. Основные характеристики атомных ядер
- •Задача 1.1
- •Задача 1.2
- •Задача 1.3
- •З адача 1.4
- •Задача 1.5
- •Задача 1.6
- •Задача 1.7
- •Задача 1.8
- •Задача 1.9
- •Задача 1.10
- •Задача 1.11
- •Задача 1.12
- •Задача 1.13
- •Задача 1.14
- •Задача 1.15
- •Задача 1.16
- •Задача 1.17
- •Задача 1.18
- •Задача 1.19
- •Задача 1.20
- •Задача 1.21
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •2. Радиоактивные превращения ядер
- •2.1. Законы радиоактивного распада Задача 2.1
- •Задача 2.2
- •Задача 2.3
- •Задача 2.4
- •Задача 2.5
- •Задача 2.10
- •Задача 2.11
- •Задача 2.12
- •Задача 2.13
- •Задача 2.14
- •З адача 2.15
- •З адача 2.16
- •Задача 2.17
- •Задача 2.18
- •2.2. Альфа- и бета-распады, гамма-излучение ядер Задача 2.19
- •Задача 2.20
- •Задача 2.21
- •Задача 2.22
- •Задача 2.23
- •Задача 2.24
- •Задача 2.25
- •Задача 2.26
- •Задача 2.27
- •Задача 2.28
- •Задача 2.29
- •Задача 2.30
- •Задача 2.31
- •Задача 2.32
- •Задача 2.33
- •2.3. Статистика регистрации ядерного излучения Задача 2.34
- •З адача 2.35
- •Задача 2.36
- •З адача 2.37
- •Задача 2.38
- •Задача 2.39
- •Задача 2.40
- •З адача 2.41
- •Задача 2.42
- •Задачи для самостоятельного решения
- •3. Ядерные реакции
- •3.1. Законы сохранения в ядерных реакциях Задача 3.1
- •З адача 3.2
- •Задача 3.3
- •Задача 3.4
- •Задача 3.5
- •Задача 3.6
- •Задача 3.7
- •Задача 3.8
- •Задача 3.9
- •Задача 3.10
- •Задача 3.11
- •Задача 3.12
- •Задача 3.13
- •З адача 3.14
- •Задача 3.15
- •Задача 3.16.
- •Задача 3.20
- •Задача 3.21
- •Задача 3.22
- •Задача 3.23
- •Задача 3.24
- •З адача 3.25
- •Задача 3.26
- •Задачи для самостоятельного решения
- •4. Взаимодействие нейтронов с ядрами
- •Задача 4.1
- •Задача 4.2
- •Задача 4.3
- •Задача 4.4
- •Задача 4.5
- •Задача 4.6
- •Задача 4.7
- •Задача 4.8
- •Задача 4.9
- •Задача 4.10
- •Задача 4.11
- •Задача 4.12
- •Задача 4.13
- •Задача 4.14
- •Задача 4.15
- •Задача 4.16
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •5. Деление и синтез ядер Задача 5.1
- •Задача 5.2
- •Задача 5.3
- •Задача 5.4
- •Задача 5.5
- •Задача 5.6
- •Задача 5.7
- •Задача 5.8
- •Задача 5.9
- •Задача 5.10
- •Задача 5.11
- •Задача 5.12
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Приложение
- •Некоторые свойства нуклидов
- •Нейтронные сечения для некоторых нуклидов
- •Постоянные делящихся нуклидов
- •Плотность некоторых веществ
- •Основные константы
Задача 2.26
Как определяются энергии, освобождаемые при β--распаде, β+‑распаде и К-захвате, если известны массы материнского и дочернего нуклидов и масса электрона.
Решение а). Запишем выражение для нахождения энергии, освобождаемой при -распаде:
Qβ- = M(A,Z) – M(A,Z+1) – me.
Прибавим к правой части и вычтем Z·me:
Qβ- = M(A,Z) – M(A,Z + 1) – me + Z·me - Z·me.
Поскольку масса атома
Maт(A,Z) = M(A,Z) + Z·me – ΔWe(A,Z),
где ΔWe(A,Z) – энергия связи всех атомных электронов, то
Qβ- = Maт(A,Z) – Maт(A,Z+1) + ΔWe(A,Z) – ΔWe(A,Z + 1).
Но величина |ΔWe(A,Z) – ΔWe(A,Z + 1)| по порядку величины равна энергии связи валентного электрона в атоме. Поэтому с хорошей точностью
Qβ- = Maт(A,Z) – Maт(A,Z + 1). |
(2.26.1) |
б). Запишем выражение для нахождения энергии, освобождаемой при β+-распаде:
Qβ+ = M(A,Z) – M(A,Z – 1) – me.
Прибавив к правой части и вычитая Z·me, получим, выполняя преобразования аналогичные п. а),
Qβ+ = Mат(A,Z) – Mат(A,Z – 1) – 2me. |
(2.26.2) |
в). Запишем выражение для нахождения энергии, освобождаемой при К-захвате:
QК = M(A,Z) + me – M(A,Z–1).
Прибавим к правой части и вычтем (Z – 1)·me. Выполнив преобразования, аналогичные п. а), получим
QK = Mат(A,Z) – Mат(A,Z – 1). |
(2.26.3) |
Задача 2.27
Зная массу дочернего нуклида и энергию β-распада Qβ, найти массу нуклида
а) 6Не, испытывающего β--распад, Qβ = 3,50 МэВ;
б) 22Na, испытывающего β+-распад, Qβ = 1,83 МэВ.
Решение а). Схема распада 6Не: .
Используя формулу (2.26.1), получим
Maт(A,Z) = Maт(A,Z+1) + Qβ =
= 6 + 0,015126 + 3,50/931,5 = 6,0189 а.е.м.
б) Схема распада 22Na: .
Используя формулу (2.26.2), получим
Maт(A,Z) = Maт(A,Z–1) + 2me + Qβ - =
= 22 – 0,005565 + (2·0,511 + 3,50)/931,5 = 21,99944 а.е.м.
Задача 2.28
Установить, возможны ли следующие процессы:
а) β--распад ядер 51V (–0,05602);
б) β+-распад ядер 39Са (–0,02929);
в) К-захват для ядер 63Zn (–0,06679).
В скобках указаны избытки масс нуклидов в а.е.м.
Решение. Перечисленные процессы возможны, если энергия распада Qβ > 0. Для нахождения Qβ воспользуемся результатами решения задачи 2.26.
а). По формуле (2.26.1)
Qβ- = Maт(51V) – Ma(51Cr) = 51 + Δ(51V) – 51 – Δ(51Cr) = = –0,05602 + 0,055214 < 0; нет. |
б). По формуле (2.26.2)
Qβ+ = Mат(39Са) – Mат(39К) – 2me = 39 + Δ(39Са) – 39 – Δ(39К) – – 2me = -0,02929 + 0,036286 –2·5,486·10-4 = 5,89·10-3 > 0; да. |
в). По формуле (2.26.3)
QK = Mат(63Zn) – Mат(63Cu) = 61 + Δ(63Zn) – 61 – Δ(63Cu) = (-0,06679 + 0,070406) > 0; да. |
Задача 2.29
Ядро 32Р испытало β-распад, в результате которого дочернее ядро оказалось непосредственно в основном состоянии. Определить максимальную кинетическую энергию β-частиц и соответствующую кинетическую энергию дочернего ядра.
Решение. Процесс β-распада 32Р выглядит следующим образом:
32Р → + 32Si + , Qβ = 1,71 МэВ (см. табл. 1 приложения).
Высвобождаемая энергия в этом процессе представляется в следующим виде:
.
Вылету β-частиц с максимальной кинетической энергией соответствует нулевая энергии антинейтрино и для этого случая
; |
(2.29.1) |
, |
(2.29.2) |
если материнское ядро покоится. Здесь – величины импульсов дочернего ядра и β-частицы. Поскольку кинетическая энергия β-частиц сравнима с энергией массы покоя электрона (me = 0,511 МэВ), то кинетическая энергия β-частиц
. |
(2.29.3) |
Возведя в квадрат (2.29.2), имеем
. |
(2.29.4) |
Подставим (2.29.4) в (2.29.3). Затем полученное выражение в (2.29.1), найдем уравнение для нахождения Тя:
. |
(2.29.5) |
Уравнение (2.29.5) приводится к квадратному уравнению, решение которого может быть найдено обычным способом. Однако решение имеет громоздкий вид. Воспользуемся тем обстоятельством, что Тя << Q + mec2, и величиной Тя в левой части уравнения (2.29.5) можно пренебречь. Тогда
эВ. |
Подставляя последовательно полученные значение Тя в правую часть уравнения (2.29.5), из левой части этого уравнения находим более точные значение Тя. Предлагаем читателю убедиться, что оно будет мало отличаться от полученного выше. Точное значение Тя = 76,5 эВ.