129. Основные характеристики ядер атомов. Радиоактивный распад. Виды распада.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯДЕР АТОМОВ.

1.Электрический заряд ядра. Заряд определяется числом протонов Z, входящих в состав ядра, и соответствуют порядковому номеру элемента в таблице Менделеева:

q_я = Z e, где q_я - заряд ядра, е - положительный заряд, равный заряду электрона.

2. Масса ядра. Массу ядра выражают в атомных единицах массы (а.е.м.). За 1 а.е.м. принята 1/12 массы ядра изотопа углерода с массовым числом 12.

1 а.е.м. = (1,66043  0,00031) х 10^-27 кг.

3. Массовое число. Ближайшее к атомной массе атома целое число (А), выраженной в а.е.м. Массовое число равно числу нуклонов в ядре.

А = Z + N, где N - число нейтронов в ядре.

Обозначение ядра: где Z – порядковый номер, А – массовое число элемента Х.

4. Радиус ядра. Радиус ядера вычисляют по приближенной формуле:

(м) или (фм) (1 фм = 10^-15м).

5. Спин ядра - равен сумме спинов нуклонов. Спины протона и нейтрона одинаковы: .

6. Магнитный момент ядра P_mя - выражают в ядерных магнетонах Бора _я . Магнитный момент протона ~ P_mp = 2,79 _я, нейтрона P_mn = -1,91 _я. Знак “” означает, что магнитный момент нейтрона или ядра ориентирован противоположно спину.

Энергию, необходимая для разделения ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Е_св: Е_св = [Zm_p + Nm_n - m_я]c²

1 а.е.м. обладает энергией  931,5 МэВ, тогда: Е_св = [Zm_p + Nm_n - m_я] 931,5, где массы протона, нейтрона и ядра в а.е.м., а Е_св - в МэВ.

Основные типы радиоактивного распада:

Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении одного ядра в другое ядро с испусканием а-частицы (ядра атома гелия ₂Не). Схема альфа-распада: где X и Y— символы материнского и дочернего ядер. Суммарная масса дочернего ядра и -частицы меньше массы материнского ядра, то же можно сказать относительно их энергий покоя. Разность этих энергий равна кинетической энергии -частицы и дочернего ядра.

При -распаде дочернее ядро может образоваться не только в нормальном, но и в возбужденных состояниях. Так как они принимают дискретные значения, то и значения энергии -частиц, вылетающих из разных ядер одного и того же радиоактивного вещества, дискретны. Энергия возбуждения дочернего ядра чаще всего выделяется в виде -фотонов. Именно поэтому -распад сопровождается -излучением.

Бета-распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида -распада.

1. Электронный, или ^-распад, который проявляется в вылете из ядра ^-частицы (электрона). Энергии ^-частиц принимают всевозможные значения от 0 до Е_maх, спектр энергий сплошной.

где — обозначение антинейтрино.

2. Позитронный, или ⁺-распад:где — обозначение нейтрино.

3. Электронный, или е-захват. Этот вид радиоактивности заключается в захвате ядром одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон: Схема:

130. Спектры альфа-, бета- и гам ма-излучений. Основной закон радиоактивного распада.

Основной закон радиоактивного распада

Радиоактивностью называют самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Характерным признаком, отличающим ее от других видов ядерных превращений, является самопроизволъность (спонтанность) этого процесса. Различают радиоактивность естественную и искусственную. Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях. Искусственной называют радиоактивность ядер, образованных в результате различных ядерных реакций. Принципиального различия между естественной и искусственной радиоактивностями нет. Им присущи общие закономерности.

N = N₀ e^t(где  — постоянная распада) – основной закон радиоактивного распада: число радиоактивных ядер, которые еще не распались, убывает со временем по экспоненциальному закону.

На практике вместо постоянной распада чаще используют другую характеристику радиоактивного изотопа — период полураспада Т. Это время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.

Работая с радиоактивными источниками, важно знать число частиц или -фотонов, вылетающих из препарата в секунду. Это число пропорционально скорости распада, поэтому скорость распада, называемая активностью, является существенной характеристикой радиоактивного препарата:

Таким образом, активность препарата тем больше, чем больше радиоактивных ядер и чем меньше их период полураспада. Активность препарата со временем убывает по экспоненциальному закону.

Ед. активности:

беккерелъ (Бк) — соответствует активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за 1 с происходит один акт распада; кюри (Ки) – 1Ки = = 3,7 • 10¹⁰ Бк = 3,7 • 10¹⁰ с^-1; резерфорд (Рд) – 1Рд = 10⁶Бк= Ю⁶ с^-1.

Для характеристики активности единицы массы радиоактив­ного источника вводят величину, называемую удельной массо­вой активностью и равную отношению активности изотопа к его массе (Бк/кг).