Медведев Физические основы радиохимии 2011

УДК 545

ББК 24.13 М 42

Медведев В.П., Очкин А.В., Семенов М.А. Физические основы радиохимии: Учебное пособие / Под ред. А.В. Очкина. – М.: НИЯУ МИФИ, 2011. – 188 с.

Вучебном пособии представлен теоретический материал по первой части дисциплины «Основы ядерной физики, радиохимии и дозиметрии», изучаемой студентами специальности «Химическая технология материалов современной энергетики» в РХТУ им. Д.И. Менделеева и Озерском технологическом институте – филиале НИЯУ МИФИ.

Вкниге приведена краткая историческая справка возникновения и развития учения о радиоактивности, краткие сведения о строении и устойчивости ядер, закономерностях радиоактивных превращений и их видах, о взаимодействии ионизирующих излучений с веществом, методах регистрации и обработки результатов измерения радиоактивности. Пособие состоит из девяти глав. Каждая глава содержит вопросы для самоконтроля и задачи для самостоятельного решения.

Книга может быть полезна студентам других специальностей, изучающих основы радиохимии, радиоэкологии и дозиметрии.

Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития

НИЯУ МИФИ.

Рецензенты: доктор физ.-мат. наук, проф. А.В. Оконечников, доктор хим. наук, проф. В. В. Сергиевский.

ISBN-978-5-7262-1524-2 © Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2011

Условные обозначения

А — активность радиоактивного нуклида а.е.м. — атомная единица массы Есв — энергия связи ε — средняя энергия связи с — скорость света

NА— постоянная Авогадро μ — магнитный момент m — дефект масс

λ — постоянная распада Т1/2 — период полураспада

Rmax — максимальный пробег электронов

Rэ — экстраполированный пробег электронов μl — линейный коэффициент ослабления

μd — массовый коэффициент ослабления v — скорость движения частицы

σ –– сечение реакции R — газовая постоянная Т — температура

t — время V — объем

Z –– заряд ядра

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 240501 «Химическая технология материалов современной энергетики» и основано на курсах ядерной физики, которые в течение многих лет изучались в РХТУ им. Д.И. Менделеева и Озерском технологическом институте – филиале МИФИ. К сожалению, учебные пособия по данной дисциплине для студентов-химиков отсутствуют, а пособия, выпущенные для физиков (например, Мухин К.М. «Экспериментальная ядерная физика. Т. 1. Физика атомного ядра» различных годов издания), используют математический аппарат, выходящий далеко за пределы математической подготовки студентов данной специальности. Поэтому необходимость издания учебного пособия по ядерной физике для студентовхимиков была осознана уже в течение длительного времени.

Особенностью пособия является большой вводный раздел, посвященный истории развития учения о радиоактивности. На наш взгляд, современный инженер с вузовским образованием по данной специальности должен хотя бы в небольшом объеме знать историю развития учения о радиоактивности. Это поможет ему избежать некоторых ошибок, связанных с разделением ядерной физики и ядерной химии, которое произошло лишь в середине 20 века. Первые ученые в этой области умели сочетать обширные знания по физике с умением поставить химический эксперимент. Недаром Мария Кюри является единственным ученым, которому были присуждены нобелевские премии и по физике, и по химии.

В учебное пособие также включены стандартные разделы по строению ядра, радиоактивному распаду, ядерным реакциям и взаимодействию радиоактивных излучений с веществом. Несомненно, что без знания этих разделов невозможно подготовить специалиста в области радиохимии и химической технологии материалов современной энергетики. Завершается пособие тремя разделами, посвященными измерениям ионизирующих излучений и статистической обработке экспериментальных данных.

Следует отметить, что в учебном пособии отсутствуют разделы, связанные с делением ядра в ядерном реакторе. В силу специфики подготовки специалистов в двух вузах, эти разделы изучаются студентами в отдельных курсах в разном объеме и с различным акцентированием. К тому же эти разделы не связаны так тесно с последующим курсом радиохимии.

Не рассматриваются в пособии и вопросы радиационной безопасности

изащиты от ионизирующих излучений. На наш взгляд, они тесно связаны

скурсом радиохимии, где и должны изучаться.

6

В1898 году Пьер и Мария Кюри обнаружили, что некоторые урановые минералы являются более активными, чем металлический уран. Это послужило основанием для предположения о наличии в урановых минералах неизвестных радиоактивных элементов.

Ив этом же году супруги Кюри сообщили об открытии нового радиоактивного элемента – полония (названного так в честь родины Марии Склодовской-Кюри Польши) и радия (по латыни – «лучистый»).

В1899 году Эрнст Резерфорд, изучая прохождение излучения через вещество, выделил в лучах Беккереля две компоненты – легко поглощаемую часть излучения он назвал α-лучами, а менее по-

глощаемую – β-лучами.

В декабре того же года Мария Кюри предложила называть явление испускания излучения радиоактивностью. Наконец, в 1899 году было установлено, что лучи Беккереля отклоняются в магнитном поле.

Вскоре было обнаружено, что радиоактивные вещества являются источниками не двух, а трех видов излучений: α-, β- и γ-. Было также показано, что γ-лучи по своей природе близки к рентгеновским лучам.

9