1.2 Радиоактивность и ядерные реакции

  Материя состоит из элементов (92 – естественные; остальные получены искусственно). Элементы состоят из атомов, которые имеют ядро заряженное положительно «+» и вращающиеся вокруг него электроны (заряжено    «-» ). Ядро состоит из протонов (заряжено    «+») и нейтронов (электронейтральны). Мr протонов = Мr нейтронов > Мr электронов в 1800 раз.

 I (131, 53)- иод, 131 – атомная масса А

                                      53 – число протонов Z

                                      Нейтронов  =   А-Z          131-53=78

1.2.1 Изотопы

Изотоп – разновидность одного и того же химического элемента, отличающаяся массой атома. (пример : йод 131, йод 125).

Изотопы – элементы, занимающие одно и то же место в периодической системе элементов и имеющие одинаковые химические свойства, но отличающиеся друг от друга по величине атомного веса, физическим и радиоактивным свойствам, известно около 2000 различных изотопов. Среди естественных радиоактивных элементов имеются также ядерные изомеры -  изотопы с одним и тем же порядковым номером и одинаковыми массовыми числами, но с различными радиоактивными свойствами.

1.2.2 Виды излучений

Большинство изотопов стабильно, но некоторые из них неустойчивы и подвержены радиоактивному распаду, в результате которого образуются более устойчивые элементы. Каждый радиоактивный изотоп распадается специфическим образом, пропуская одну или несколько порций энергии. Существует несколько типов распада:

α – (альфа) излучение;

β – (бета) излучение;

γ – (гамма) излучение;               

внутренняя конверсия;

захват электронов.

1.2.2.1      α - излучение

При потере  α – частицы атомный номер элемента уменьшается на 2 ,

а атомная масса на 4 единицы.

 

 Например:

 

²³⁸ ₉₂  U  →  ²³⁴₉₀Th  +  ⁴₂He

 

α – частица – 4,18 Мэв (мегаэлектронвольт = 1,6 _*10 ^-19 Дж), представляет собой поток ядер атомов Гелия. Масса α – частицы в граммах равна 6,644 _* 10^-24.Она приблизительно в 7000 раз больше массы электрона, поэтому, переходя через элктронные оболочки атомов, α – частицы не испытывают  отклонения от прямолинейного направления своего движения. Энергия α – частицы затрачивается на ионизацию и возбуждение атомов вещества.

 

Альфа – распад ядра может сопровождаться гамма-излучением. Путь, который проходит α – частица до полной потери энергии, называется длиной пробега и является константой, характеризующей α – излучение. Пробег α – частицы  в воздухе при нормальных условиях (давление 760 мм.рт.ст., температура 15^ОС) колеблется от 2,5 до 8,53 см. Все α – частицы, испускаемые одним и тем же элементом, обладают одинаковым пробегом, характерным для данного вещества. Молекулы вещества, ионизированные  α – частицами, испускают электроны. Некоторые из этих электронов имеют большие скорости и благодаря образуемым ими ионам их пробеги становятся видимыми (в камере Вильсона). Такие электроны называют δ – лучами. Обычно при ионизации α – частицами электроны вырываются из внешних электронных оболочек.

 При вылете α – частицы из ядра атома последний испытывает отдачу. Отброшенный вследствие отдачи атом движется прямолинейно и может быть обнаружен. Такие атомы называются лучами отдачи. Пробег атомов отдачи в веществе составляет единицы процентов  пробега  α – частиц. Когда  α – частицы проходят очень близко от ядер лёгких атомов, то в результате действия кулоновских сил ядра атомов могут получить значительную энергию  и образовать поток заряженных частиц.

1.2.2.2   β - излучение 

Бета – излучение – это поток электронов, каждый из которых имеет заряд, равный одному элементарному заряду 4,8 * 10^-10Мэв. β – частицы (электроны) испускаются из ядра с превращением нейтрона в протон. Поэтому, атомный номер увеличивается на 1, а атомная  масса не меняется:

Например: ⁵⁹₂₆Fe    →    ⁵⁹₂₇Co   +    ⁰_-1 e

                    т.е. ⁵⁹ Fe   →     ⁵⁹ Co  +  β – частица (ат. масса=0)   

Скорость  β-частиц может быть значительно больше скорости альфа-частиц; в некоторых случаях она приближается к скорости света. Каждый радиоактивный изотоп испускает совокупность β-частиц весьма различной энергии, не превышающей, однако, определенной максимальной энергии, характерной для данного изотопа. Траектории β-частиц не прямолинейны. Величина максимального пробега β-частиц является функцией энергии β-излучения.

1.2.2.3  γ – гамма излучение

После испускания α и β частицы ядра могут находиться в состоянии возбуждения и перестраиваются, выделяя энергию возбуждения в виде γ-квантов.

γ -излучение – коротковолновое, электромагнитное излучение.

Например:  ⁶⁰₂₇Co    →       ⁶⁰₂₈Ni +  ⁰_-1 e   + γ (1.332 Мэв)

                    ⁶⁰Co    →       ⁶⁰Ni +  β  + γ (1.332 Мэв)

γ – излучение  представляет собой кванты  электромагнитного излучения с длиной волны порядка n _* 10^-11 см.  Гамма-кванты излучаются ядрами, находящимися в возбужденном состоянии после испускания  α и β частиц. Энергии γ – излучения естественных радиоэлементов изменяются в пределах от 0,02 до 2,62 МЭВ. Проникающая способность  γ – квантов  очень велика. Их пробег в воздухе может  достигать нескольких метров. Они способны проходить через слой твердого вещества.