1.2.Виды радиоактивного излучения

Наиболее устойчивы ядра легких элементов, состоящие из одинакового числа протонов и нейтронов. У тяжелых ядер, состоящих из значительного числа нуклонов (с преобладанием нейтронов), может возникать самораспад - естественная радиоактивность. Это явление открыто в 1896 году французским физиком Беккерелем и впоследствии исследовано супругами Кюри. Все элементы, для которых это явление характерно получили название радиоактивных.

Радиоактивное излучение состоит из трехсоставляющих - α -, β- и ɣ- излучений. и- излучения отклоняются поддействием постоянных электрических и магнитных полей (рис.79) и представляют собой соответственно потоки положительных и отрицательных заряженных части Гамма - излучение с электрическим и магнитным полями не взаимодействует.

Рисунок 79.

Законы радиоактивного распада.

При - распаде ядро приобретает положительный заряд, равный по величине заряду электрона, а масса атома изменяется незначительно. Т. е. радиоактивный элемент в результате распада превращается в другой с атомным номером на единицу большим, но с тем же массовым числом.

При - распаде заряд ядра уменьшается на две единицы, а массовое число – на четыре.

Радиоактивный распад характеризуется периодом полураспада – время, в течение которого количество атомов исходного элемента уменьшается вдвое.

Активность того или иного радиоактивного элемента характеризуется числом атомных распадов за одна секунду.

Измеряется в кюри (Ku)

- излучение	- излучение	- излучение
Поток атомных ядер гелия	Поток быстрых электронов	Поток гамма - квантов, не имеющих заряд
Обладает малой проникающей способностью	Обладает малой проникающей способностью, но большой ионизирующей	Обладает огромной проникающей способностью
Дефект массового атомного ядра	Дефект массового атомного ядра

Изотопы– это элементы, вещества, ядра атомов которых имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.

1.3.Энергия связи. Дефект массы атомного ядра.

Энергией связи называется та энергия, которую необходимо сообщить ядру атома, чтобы разобщить все нуклоны.

Удельная энергия связи - это энергия, приходящиеся на один нуклон.

Наибольшая удельная энергия у элементов с массовым числом больше или равно 100.

Нуклоны связаны между собой ядерными силами. Энергия необходимая для их полного разобщения называется энергией связи атомного ядра. В соответствии с законом сохранения энергии, энергия нуклонов в ядре меньше энергии разобщенных нуклонов на энергию связи . С другой стороны, в соответствии с универсальным законом Эйнштейна:

Т.к. , то масса ядра должна быть меньше суммы масс нуклонов на величину, которая называется дефектом массы.

Энергия связи любого ядра (в джоулях) по его дефекту массы будет:

Z– Атомный номер

A– Массовое число

1.4.Виды ядерных реакций

Ядерная реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. При делении атомов с тяжелыми ядрами на атомы с более легкими выделяется энергия.

При синтезе ядер также выделяется энергия.

Выделение энергии происходит как при делении ядер так и при их синтезе, причем выделенная энергия равна разности энергий связи продукта реакции и исходного материала:

Реакция деления.

Возбужденное ядро распадается на две части. Для возбуждения ядра можно использовать ядра гелия, протоны и нейтроны. Наиболее эффективными являются нейтроны, т.к. они электрически нейтральны. Проникнув в ядро нейтрон возбуждает атом и, если энергия достаточна, то ядро распадается на два осколка и выбрасывается 2-3 мгновенных нейтрона с энергетическим спектром 1 эВ – 10 МэВ.

Для того чтобы получить значительные количества выделенной энергии реакция должна развиваться, т.е. быть цепной – при каждом делении должны появляться новые нейтроны, из которых хотя бы один вызывал следующее деление. Развитие ядерной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов.

где, - число нейтронов на предыдущем, а- на последующих этапах деления.

Если K<1 – реакция идти не будет;

K=1 – реакция с постоянной интенсивностью;

K>1– неуправляемая реакция

Масса делящегося вещества, в которой цепная реакция происходит с К=1 называется критической.

Реакция синтеза (термоядерная реакция)

Удельная энергия связи в ядре с увеличением массового числа возрастает, поэтому при соединении легких ядер в более тяжелые должна освобождаться энергия, так как в новом ядре нуклоны связаны сильнее. При малых значениях массового числа (водород и его изотопы) удельная энергия возрастает особенно быстро

Для осуществления такой реакции ядра необходимо сблизить и они должныиметь значительную кинетическую энергию, чтобы преодолеть электрические силы отталкивания между ними. Это возможно при высоких температурах (несколько десятков миллионов Кельвинов), когда кинетическая энергия ядер будет порядка 0,01 МэВ.

Действительно средняя кинетическая энергия теплового движения частицы равна Е = ЗкТ/2 → Т = 2Е/Зк = /= 77.10⁶ К. Поэтому такая реакция получила название термоядерной. В Земных условиях такие температуры могут быть созданы пока в течение небольшого промежутка времени, а в недрах Солнца и звездах они существуют. Атомы полностью ионизированы, и вещество находится в плазменном состоянии (отдельно атомы и отдельно электроны). Ядра водорода превращаются в ядра гелия с образованием двух позитронов, двух нейтрино и фотона и освобождением энергии порядка 25 МэВ