Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практические работы по курсу «Радиоэкология». Учебное пособие
.pdf
ся неизменным. В периодической системе химических элементов дочерний элемент сдвигается на одну позицию влево
относительно материнского.
Позитронный распад типичен для искусственно полученных изотопов. Например:
30
30
14
15
~
+
βSiP
.
ν
++→
Электронный захват (К-захват). Превращение ядра
может быть осуществлено путём электронного захвата, когда
один из протонов ядра захватывает электрон с одной из оболочек атома, чаще всего, с ближайшего к нему К-слоя или,
реже, с L-слоя и превращается в нейтрон:
1
1
1
−
ν
+→+
nep
0
.
~
1
0
Порядковый номер нового ядра становится на единицу
меньше порядкового номера исходного ядра, а массовое число не меняется. Превращение при
К-захвате записывают сле-
дующим образом:
A
1
Z
YX
ν
e
+→+
1Z
−−
.
~
A
0
Например:
40
19
18
1
40
0
~
ArK
ν
+→+−e
.
Освободившееся место, которое занимал в
К- или L-
слое захваченный электрон, заполняется электроном из более
удалённых от ядра слоев оболочки атома. Избыток энергии,
освободившейся при таком переходе, испускается атомом в
11
виде характеристического рентгеновского излучения. Атом
по-прежнему сохраняет электрическую нейтральность, так
как количество протонов в ядре при электронном захвате
также уменьшается на единицу.
Позитронный распад и электронный захват, как правило, наблюдают только у искусственно-радиоактивных изотопов.
Гамма-излучение – это поток квантов электромагнит-
ной энергии (волн) высокой частоты (рис. 1.2). Физическая
природа этих волн такая же, как и у радиоволн, видимого
света, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, рентгеновского излучения.
При различных переходах атомов и молекул из возбужденного состояния в стабильное может также происходить
испускание видимого света, инфракрасных и ультрафиолетовых лучей.
Рис. 1.2. Спектр электромагнитного излучения
Гамма-кванты испускаются ядрами атомов при альфа-
и бета-распаде природных и искусственных радионуклидов в
тех случаях, когда в дочернем ядре оказывается избыток
энергии, не захваченный корпускулярным излучением (альфа- или бета-частицей). Этот избыток мгновенно высвечивается в виде гамма-квантов (рис. 1.3).
12
В
Е
Е
Е
М
В
я
1
Частица (α)
атеринское ядро Х
Частица (β-)
озбужденное до-
2
γ-квант
3
нутренняя энергия ядра Е
Рис. 1.3. Образование γ-квантов при радиоактивном распаде
чернее ядро
γ-квант
Стабильное дочернее
дро Y
*
Y
¾ Гамма-кванты лишены массы покоя. Это значит, что
фотоны существуют только в движении.
¾ Они не имеют заряда, поэтому в электрическом и
магнитном полях не отклоняются.
¾ Скорость распространения гамма-квантов в вакууме
равна скорости света (3·10
Частота колебаний гамма-квантов связана с длиной их
волны. Чем больше длина волны, тем меньше частота колебаний, и наоборот, т. е. частота колебаний обратно пропорциональна длине волны. Чем меньше длина волны и больше
частота колебаний излучения, тем больше его энергия и,
следовательно, проникающая способность. Энергия гаммаизлучения естественных радиоактивных элементов колеблется от нескольких килоэлектронвольт до 2÷3 МэВ и редко
достигает 5÷6 МэВ.
Гамма-излучатели редко имеют однозначную энергию
квантов (моноэнергетический или монохроматический
спектр). В состав потока гамма-излучения чаще входят кванты различной энергии. Однако «набор» их для каждого изотопа постоянен и образует линейчатый спектр
10
см/с).
излучения.
13
Гамма-кванты, не имея заряда и массы покоя, вызывают
слабое ионизирующее действие, но обладают большой проникающей способностью. Путь пробега в воздухе достигает
100÷150 м.
Ядерной реакцией называется процесс взаимодействия
ядра с другим ядром, элементарной частицей или фотоном, в
результате которого образуется одно или несколько новых
ядер. Кроме того, ядерная реакция сопровождается излучением фотонов или некоторых элементарных частиц. Первой
ядерной реакцией, осуществленной человеком, было превращение азота в кислород (Э. Резерфорд, 1919 г.):
14 4 17 1
NHe OH+→+.
72 81
Сокращенно эту реакцию можно записать так:
14 17
N( , ) Op
α
78
.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое радиоактивность?
2. Каких нуклидов больше – стабильных или радиоак-
тивных?
Что такое радиоактивные ряды? Приведите примеры.
3.
4. Существуют ли радиоактивные элементы, не входя-
щие в ряды?
5.
Что такое нуклон?
6. Как схематически обозначают тип атомного ядра?
Что такое изотопы, изобары и изомеры?
7.
8.
Что такое нуклиды?
9. Что представляет собой альфа-излучение, бета-
излучение, гамма-излучение?
10. Какую роль в бета-превращениях играет нейтрино?
11. Что такое ядерная реакция?
14
Задачи
α
1. Объясните, что изображено на рисунке:
2. Найдите элементы:
αββαβαβ
218
2.1. .....................Po
84
225
2.2. ..................Ac
89
→→→→→→→
βαβααα
→→→→→→
αβββαβαααα
230
2.3.
90
β
β
…
…
…
…
β
α
α
220
2.4. ...Rn
86
223
2.5. .....................Fr
87
→
α
α
β
β
…
…
15
α
α
β
β
…
…
…
…
βααβααβ
→→→→→→→
β
…
…
α
α
..............................Th
→→→→→→→→→→
3. Определите число α- и β-частиц (N
щихся при следующих переходах:
и Nβ), образую-
α
228
3.1. BiAc
89
226
3.2. PoRa
88
227
3.3.
89
212
→
83
214
→
84
215
AtAc
→
85
4. Найдите частицу (элемент) х в следующих реакциях:
65
1
68
4.1. x+→+ NinZn
30
30
4.2. x+→ SiP
15
214
4.3.
82
235
4.4. x++→+ n)(4ZnnU
92
130
4.5. x+→+ IHTe
52
64
4.6.
29
28
0
30
14
214
83
72
1
30
0
131
2
1
64
→+ x
28
x+→ BiPb
1
0
53
NiCu
5. На 1 тысячу распадов некоторого изотопа приходится:
943 α-частиц с Е=4,777 МэВ;
57 α-частиц с Е=4,589 МэВ;
57 γ-квантов с Е=0,188 МэВ.
Изобразите энергетическую схему распада этого изотопа.
16
6. Напишите полностью следующие реакции,
найдите х и y:
6.1.
6.2.
6.3.
x
Al( , )
13
35
Cl( , ) S;
x
x18
O( , ) F.pn
8y
nP;
α
np
30
y
y
16
Альфа-лучи нашли широкое применение для получения
тяжёлых ядер, расположенных за ураном:
6.4.
6.5.
x 240
U( , 2 ) Pu;n
α
92 94
239 x
Pu( , 2 ) Au.pn
α
94 95
Реакции с ускоренными ионами используют в исследовательских целях и для получения тяжёлых ядер, расположенных за ураном:
6.6.
6.7.
238 14 248
U( N, 3 ) Cf;pn
92 7 x
238 14 x
U( N, 5 ) Bk;n
92 7 97
α
6.8.
238 14 246
U( N,6 ) Es .n
92 7 x
Фотоядерные реакции индуцируются γ-квантами высоких энергий (до нескольких сотен мегаэлектронвольт):
6.9.
x20
Na( , 3 ) Na .n
γ
17
Практическая работа 2
ОСНОВНОЙ ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО
РАСПАДА И АКТИВНОСТЬ РАДИОНУКЛИДОВ
Скорость распада радионуклидов различна – одни распадаются быстрее, другие – медленнее. Показателем скорости радиоактивного распада является
тивного распада,
λ [сек-1], которая характеризует вероят-
постоянная радиоак-
ность распада одного атома за одну секунду. Для каждого
радионуклида постоянная распада имеет своё значение: чем
оно больше, тем быстрее распадаются ядра вещества.
Число распадов, регистрируемых в радиоактивном образце за единицу времени, называют активностью (a), или
радиоактивностью образца. Значение активности прямо
пропорционально количеству атомов N радиоактивного вещества:
a=λ·N, (2.1)
где
λ – постоянная радиоактивного распада, [сек
-1
].
В настоящее время, согласно действующей Международной системе единиц СИ, за единицу измерения радиоактивности принят беккерель [Бк]. Своё название эта единица
получила в честь французского учёного Анри Беккереля, открывшего в 1896 г. явление естественной радиоактивности
урана. Один беккерель равен одному распаду в секунду
Бк = 1
1
расп
сек
.
18
Однако до сих пор достаточно часто применяется внесистемная единица активности – кюри [Ки], введённая супру-
гами Кюри как мера скорости распада одного грамма радия (в
котором происходит ∼3,7·10
10
распадов в секунду), поэтому
принято считать
1 Ки = 3,7·1010 Бк.
Эта единица удобна для оценки активности больших
количеств радионуклидов.
Снижение концентрации радионуклида во времени в результате распада подчиняется экспоненциальной зависимости:
=
t
t
λ
−
eNN
, (2.2)
0
N
где
шихся через время t после начала наблюдения; N
– количество атомов радиоактивного элемента остав-
t
– количе-
0
ство атомов в начальный момент времени (t=0); λ – постоян-
ная радиоактивного распада.
Рис. 2.1. Кривая радиоактивного распада
Описанная зависимость называется основным законом
радиоактивного распада.
19
Время, за которое распадается половина от общего ко-
λ
λ
личества радионуклидов, называется периодом полураспада,
Т
. Через один период полураспада из 100 атомов радионук-
½
лида остаются только 50 (рис. 2.1). За следующий такой же
период из этих 50 атомов остаются лишь 25 и т. д.
Связь между периодом полураспада и постоянной распада выводится из уравнения основного закона радиоактивного распада. При
N
t=T
N =
и
½
0
2
получаем
N
0
=
2
T
λ
−
2/1
;
eN
0
1
T
λ
−
2/1
e
=
⇒
T
λ
2/1
;
2
=
e
2
⇒ 693,0=T
2ln=T
;
т. е.
693,0
λ
=
;
T
2/1
Поэтому закон радиоактивного распада можно записать
следующим образом:
t
20
=T .
2/1
693,0
eNN−=
0
693,0
λ
t
T
2/1
(2.3)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]