Основные типы радиоактивности
(альфа-, бета-и гамма-распады)
-излучение:
отклоняется эл. и магн. полями; высокая ионизирующая способность; малая проникающей способность (поглощается Al толщ 0,05 мм); поток ядер гелия - заряд равен +2е, а масса = массе ядра изотопа гелия 4Не.
-излучение:
отклоняется эл. и магн. полями; ионизирующая способность на два порядка < у чем -лучей; проникающая способность > (поглощается Al толщ. 2-3 мм); поток быстрых электронов или позитронов. 1
-излучение: не отклоняется электр. и магнит. полями; слабая ионизирующая способность;
большая проникающая способн. (проходит Pb толщ. 5 см); дифрагируют на кристаллах; коротковолновое электромагнитное излучение с <10-10 и,. поток частиц - квантов (фотонов).
Альфа-распад происходит самопроизвольное испускание ядром - частицы (ядра нуклида 4Не):
ZA X AZ 42Y 42 He X - символ материнского (М) ядра, Y – дочернего (Д).
-частицы испускают тяжелые ядра. Кин. энергия ед. МэВ, формируется
разницей энергии покоя М - ядра над суммой энергий покоя Д - ядра и - частицы.
Разница делится -частицей и Д - ядром, обратно пропорц. их массам.
-частицы испускаются группами с разной энергией
2
Наличие групп с дискретными значениями энергии указывает на дискретность уровней энергии в ядрах
Д - ядро может возникать и в возбужденных
состояниях. Переход в основное – через - излучение
Наиболее интенсивная группа перехода сразу в основное состояние.
Покидая ядро - частица преодолевает потенциальный барьер
Внутренняя сторона барьера обусловлена ядерными силами, внешняя силами
кулоновского отталкивания.
3
Бета-распад - самопроизвольный процесс, исходное ядро превращается в ядро с тем же А, но Z отличаются от исходного на ±1. Бывает 3-ех видов
1) электронный - распад. Испускается |
A X |
A Y |
0e % |
|
электрон и Z ядра становится Z + 1: |
||||
Z |
Z 1 |
1 |
Может сопровождаться и - излучением.
|
|
На нейтрино указывает: |
|
|
|
|
|
|
1) Отсутствие у электронов части энергии |
||||
|
|
при - распаде, она уносится нейтрино |
||||
|
|
2) Без нейтрино не |
1 |
1 |
0 |
0 |
Emax MMД M |
me |
удовлетворяется |
{0 n {1 p {1e {0 % |
|||
равенство спинов, |
1/2 |
1/ 2 |
1/ 2 |
1 2 |
||
Энергия электронов |
например: |
|
|
|
|
|
- распад нейтрона может происходить как в |
m m |
|
||||
|
|
ядре, так и вне ядра |
n |
|
p 4 |
|
2) позитронный +-распад. Испускается |
A X |
A Y |
0e |
||||
позитрон и Z ядра становится Z – 1: |
|||||||
Z |
Z 1 |
|
|
1 |
|||
Например: |
11 p 01n 10e 00 |
|
|
|
|
|
|
+-распад протона может происходить только в |
m |
|
m |
||||
|
|
ядре |
|
p |
|
n |
|
3)К-захват (e-захват). Ядро захватывает один из электронов К- оболочки атома, Z становится равным Z – 1.
На освободившееся место переходит e- с другой оболочки. Возникает характеристическое рентгеновское излучение.
При этом типе -распада: |
1 p |
0e 1n 0 |
|
|
1 |
1 |
0 0 |
Из ядра вылетает только нейтрино
5
Электрон и позитрон – пара античастиц
Практически каждая частица имеет античастицу:
масса, время жизни и спин одинаковы;
электрический заряд и магнитный момент,
равны по модулю, но противоположны по знаку.
Примеры: p p%; |
n |
n%; |
e |
|
0 |
|
|
|
0 |
|
1e |
e |
e% |
1e; |
|||||
Взаимодействуя частицы и античастицы аннигилируют. |
|
||||||||
При аннигиляции |
10e |
10e |
|
появляются -кванты: |
|
||||
0e 0e 2
1 1
Наличие не менее 2-ух квантов - законом сохранения импульса.
Возможен и обратный процесс – рождение пары 10e 10e
X необходима для удовлетворения законов сохранения энергии и
импульса. |
6 |
|
Гамма-излучение - жесткое эл/маг. излучение, возникающее при переходах дочерних ядер из возбужденных энерг.
состояний в основное или менее возбужденные состояния и при ядерных реакциях;
время перехода 10-13 10-14 с; спектр линейчатый;
не самостоятельный тип радиоактивности, сопровождает - и -распады, не изменяет Z и A ядер.
Масса покоя -квантов =0, при прохождении излучения сквозь вещество: не замедляются, или поглощаются, или рассеивают.
7
Ядерные реакции и их основные типы.
Ядерные реакции – это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и - квантами) или друг с другом.
Это сильное взаимодействие при сближении частиц до 10-13 см
|
|
Символически запись: X + a Yилиb X a,b Y |
|
В Я.Р. выполняются законы сохранения: электрических зарядов; массовых чисел;
энергии, импульса и момента импульса Реакции происходят:
свыделением тепла Q>0 (экзоэнергетические)
споглощением темла Q<0 (эндоэнергетические)
8
Выход ядерной реакции.
Вероятность взаимодействия характеризуется эффективным сечения , или площадью сечения ядра, ее величина порядка нескольких барн
1барн 10 24 см 2
Если мишень площадью S из ядер X тонкая (сечение ядер не перекрываются), то ядра перекрывают площадь мишени как:
SnS n
или же: n
п- число ядер на единицу площади мишени.
|
N |
P |
-вероятности того, что какая-то |
|
N |
|
частица вызовет реакцию, |
|
|
|
|
|
|
|
= выходу ядерной реакции |
9
Типы реакций
а) С медленными частицами. Протекают в 2-этапа:
Первый - захват налетающей частицы ядром. Образуется составное (промежуточное) компаунд-ядро. Энергия перераспределяется между нуклонами и ядро может существовать долго 10-14 с
Второй – распад составного ядра происходит независимо от способа образования составного ядра
б) С быстрыми частицами (десятки МэВ). Реакция прямая. Энергия непосредственно передается нуклону и он вылетает.
К ним относится и реакция срыва. При попадании одно из нуклонов дейтрона в область действия ядерных сил он может быть захвачен ядром, а другой нуклон пролетит мимо.
Более быстрые частица могут приводить к «взрыву»
10