Теория нейтронная физика

1.α-распад - вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание дважды магического ядра гелияHe — альфа-частицы.

Скорость вылета альфа-частицы составляет от 9400 км/с (изотоп неодима 144Nd) до 23 700 км/с у изотопа полония 212mPo. Впервые альфа-распад был идентифицирован британским физиком Эрнестом Резерфордом в 1899 году.

Внешнее излучение от радиоактивных источников безвредно, поскольку альфа-частицы могут эффективно задерживаться несколькими сантиметрами воздуха или десятками микрометров плотного вещества — например, листом бумаги и даже роговым омертвевшим слоем эпидермиса (поверхностью кожи), не достигая живых клеток. Даже прикосновение к источнику чистого альфаизлучения не опасно, хотя следует помнить, что многие источники альфа-излучения излучают также гораздо более проникающие типы излучения (бета-частицы, гамма-кванты, иногда нейтроны). Однако попадание альфа-источника внутрь организма приводит к значительному облучению. Коэффициент качества альфа-излучения равен 20 (больше всех остальных типов ионизирующего излучения, за исключением тяжёлых ядер и осколков деления). Это означает, что в живой ткани альфа-частица создаёт оценочно в 20 раз большие повреждения, чем гамма-квант или бета-частица равной энергии.

Всё вышеизложенное относится к радиоактивным источникам альфа-частиц, энергии которых не превосходят 15 МэВ. Альфа-частицы, полученные на ускорителе, могут иметь значительно более высокие энергии и создавать значимую дозу даже при внешнем облучении организма.

2.β-распад (Распад ядер с чётным и нечётным А) - радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся вылетом из ядра электрона или позитрона. Этот процесс обусловлен самопроизвольным превращением одного из нуклонов ядра в нуклон другого рода, а именно: превращением либо нейтрона (n) в протон (p), либо протона в нейтрон.

3. Полоса β-стабильности

Если ядерная стабильность то:

Протоны и нейтроны, совместно называемые нуклеонами, плотно упакованы в ядро. При радиусе около 10-15 метров ядро довольно мало по сравнению с радиусом всего атома, который составляет

около 10-10 метров. Ядра чрезвычайно плотны по сравнению с объемным веществом, в среднем 1.8

× 1014 грамм на кубический сантиметр. Если бы плотность земли равнялась средней ядерной плотности, радиус земли составлял бы всего около 200 метров.

Для удержания положительно заряженных протонов вместе в очень небольшом объеме ядра требуется очень сильный силы притяжения, поскольку положительно заряженные протоны отталкивают друг друга на таких коротких расстояниях. Сила притяжения, которая держит ядро вместе, является сильной ядерной силой. Эта сила действует между протонами, между нейтронами и между протонами и нейтронами. Он сильно отличается от электростатического давления, которое удерживает отрицательно заряженные электроны вокруг положительно заряженного ядра. На расстояниях менее 10-15 метров и внутри ядра сильная ядерная сила гораздо сильнее электростатических отталкиваний между протонами; на больших расстояниях и вне ядра она, по сути, отсутствует.

График количества нейтронов против количества протонов для стабильных ядер показывает, что стабильные изотопы попадают в узкую полосу. Эта область известна как полоса стабильности

(также называемая поясом, зоной или долиной стабильности). Прямая линия на рис. 1

представляет ядра, имеющие отношение протонов к нейтронам (отношение n:p) в соотношении

1:1. Обратите внимание, что более легкие стабильные ядра, как правило, имеют одинаковое количество протонов и нейтронов. Например, азот-14 имеет семь протонов и семь нейтронов.

Однако более тяжелые стабильные ядра имеют все больше нейтронов, чем протоны. Например:

Стабильный нуклид железа-56 имеет 30 нейтронов и 26 протонов, отношение n:p равно 1.15, тогда как стабильный нуклид свинца-207 имеет 125 нейтронов и 82 протонов, отношение n:p равно 1.52.

Это связано с тем, что более крупные ядра имеют больше протонных репульсаций и требуют большего количества нейтронов, чтобы обеспечить компенсирующие сильные силы для преодоления этих электростатических репульсаций и удержания ядра вместе.

Ядра за пределами полосы стабильности нестабильны и проявляют радиоактивность: Они самопроизвольно изменяются или разложение на другие ядра, находящиеся либо в полосе стабильности, либо ближе к ней. Эти реакции ядерного распада преобразуют один нестабильный нуклид, или радионуклид, в другой нуклид, который часто более стабилен.

Можно сделать несколько замечаний относительно взаимосвязи между стабильностью ядра и его структурой.

Ядра с четным количеством протонов, нейтронов или и того, и другого более стабильны. Ядра с определённым количеством нуклеонов, известные как магические числа, устойчивы к ядерному разложению. Эти числа протонов или нейтронов (2, 8, 20, 28, 50, 82, и 126) сделать полные оболочки в ядре. Они по своей концепции схожи с устойчивыми электронными оболочками,

наблюдаемыми для благородных газов. Ядра, имеющие магическое количество протонов и нейтронов , называются “вдвойне магией” и особенно стабильны.

Ядерное взаимодействие

1.Притяжение - сильное взаимодействие, обеспечивающее устойчивость ядер несмотря на отталкивание одноименно заряженных протонов. Энергией связи нуклона в ядре называется физическая величина, равная той работе, которую нужно совершить для удаления нуклона из ядра без сообщения ему кинетической энергии.

2.Короткодействие - Ядерные силы являются короткодействующими силами. Они проявляются лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре 10-15 м.

Свойства ядерных сил:

-ядерные силы являются силами притяжения; - ядерным силам свойственна зарядовая независимость: ядерные силы, действующие между двумя протонами или двумя нейтронами, или между протоном и нейтроном, одинаковы по величине. Отсюда следует, что ядерные силы имеют неэлектрическую природу;

-ядерные силы являются короткодействующими – их действие проявляется только на расстоянии 10-15 м. При увеличении расстояния между нуклонами ядерные силы быстро уменьшаются до нуля, а при расстояниях, меньших их радиуса действия, оказываются примерно в 100 раз больше кулоновских сил, действующих между протонами на том же расстоянии.

Кроме полей, отвечающих электромагнитному, сильному и слабому взаимодействиям, - стандартной модели атома требуется ещё одно поле, которое практически неотделимо от пустого пространства и не совпадает с гравитационным полем. Его принято называть полем Хиггса – носителем которого является бозон Хиггса. .Пока нет точных оценок значения массы покоя этой частицы, теоретически она нестабильна и её можно обнаружить только косвенно, с той или иной долей вероятности по «продуктам» распада. Как добавить к СМ гравитацию, не понятно пока даже теоретически. Определённый прорыв вероятен при развитии теории струн и М-теории, однако эти теории окончательно не сформулированы.

3.Взаимодействие действительно СИЛЬНОЕ (пион-нуклон например) - одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в физике. В сильном взаимодействии участвуют кварки и глюоны и составленные из них частицы, называемые адронами (барионы и мезоны). Оно действует в масштабах порядка размера атомного ядра и менее, отвечая за связь между кварками в адронах и за притяжение между нуклонами (разновидность барионов

— протоны и нейтроны) в ядрах. Благодаря сильному взаимодействию образуются ядерные силы[ ], с помощью которых нуклоны могут образовывать стабильные системы

— атомные ядра. Вероятность сильных взаимодействий на порядки выше вероятности электромагнитных, поэтому ширины распада по сильным взаимодействиям велики и уровни ядерных спектров в области E > Eотд перекрываются – спектр ядра становится непрерывным. Главным механизмом распада высоковозбужденных состояний из этой области энергий является испускание нуклонов и кластеров (α-частиц и дейтронов). Излучение γ-квантов в этой области высоких энергий возбуждения E > Eотд происходит с меньшей вероятностью, чем испускание нуклонов. Возбужденное ядро имеет, как правило, несколько путей, или каналов, распада.

4.Насыщение - ядерным силам свойственно насыщение, т.е. каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. Насыщение проявляется в том, что удельная энергия связи нуклонов в ядре при увеличении числа нуклонов не растет, а остается приблизительно постоянной.

5.Энергия связи ядер - нуклона в ядре называется физическая величина, равная той работе, которую нужно совершить для удаления нуклона из ядра без сообщения ему кинетической энергии. Энергия связи ядра определяется величиной той работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии.

6.Дефект масс – на эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра.

Закона РАраспада

1. Виды радиоактивного распада

2.Постоянная распада - характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеет размерность с−1. Знак минус указывает на убывание числа радиоактивных ядер со временем.

3. Среднее время жизни

4. Активность

5. Период полураспада

6.Сложный радиоактивный распад

7.Радиоизотопное датирование - один из методов определения возраста различных объектов, в составе которых есть какой-либо радиоактивный изотоп. Основан на определении того, какая доля этого изотопа успела распасться за время существования образца. По этой величине, зная период полураспада данного изотопа, можно рассчитать возраст образца. Радиоизотопное датирование широко применяется в геологии, палеонтологии, археологии и других науках, используются разные изотопы разных элементов. Поскольку они сильно отличаются по химическим свойствам (и, следовательно, по содержанию в различных геологических и биологических материалах и по поведению в геохимических циклах), а также по периоду полураспада, у разных методов отличается область применимости. Самые известные методы радиоизотопного датирования — это радиоуглеродный, калий-аргоновый (модификация — аргонаргоновый), калий-кальциевый, уран-свинцовый и торий-свинцовый методы.