Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЯФ / Учебные пособия / Бекман И.Н. Ядерная физика.pdf
Скачиваний:
2566
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
15.8 Mб
Скачать

4.4 Разветвленный распад

Разновидностью общей схемы радиоактивного распада является разветвленный распад. Ветвление означает, что при распаде радионуклида образуется не один дочерний нуклид, а два (иногда и несколько) нуклида:

A

λb

(45)

B

 

λc

 

 

C

 

Если число атомов вещества А в данный момент – NA, то скорость этого распада вещества составляет:

dN A

=−

λ λ

N

A

=−λ

N

A

(46)

dt

 

b

c

 

A

 

 

При рассмотрении общего процесса распада следует учитывать обе константы λb и λc; при этом изотоп В образуется со скоростью λbNA, однако вещество А распадается со скоростью (λb+λc)NA. Заметим, что А может иметь только один период полураспада, определяемый в этом случае равенством t1/2=0.693/(λb+λc). При

определении периода полураспада исходят из общей скорости уменьшения количества радиоактивного вещества вне зависимости от механизма процессов, приводящих к уменьшению активности.

Если имеется цепочка радиоактивных превращений, содержащая разветвления, то, применяя к ней общее решение константы λi в числителях слагаемых в точках разветвления следует заменить парциальными

константами λi*; каждую ветвь надо просчитывать самостоятельно. Если вслед за разветвлением цепочки после

ряда распадов снова соединяются (как это наблюдается в естественных радиоактивных семействах), то число атомов ниже этой точки получается суммированием радиоактивных превращений по обеим цепочкам.

При наличии разветвлений общая величина константы радиоактивного распада равняется сумме констант распада в каждом из возможных направлений: λ=Σλi Соответственно, вероятность каждого из возможных путей распада fi=λi/λ, а период полураспада данного i-го варианта радиоактивного превращения связан с наблюдаемым общим периодом полураспада соотношением Ti=T/fi

Если обозначить постоянную распада некоторого нуклида ряда как λi, то общая постоянная распада

 

λ λ1 + λ2 +...+ = λi

 

(47)

а общий период полураспада

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

1

N

1

 

=

+

+...

(48)

 

Т1/ 2

Т1,1/ 2

Т2,1/ 2

Тi,1/ 2

 

 

 

i=1

 

Доля распадов, происшедших по i-ой моде задаётся уравнением:

f

i

λi

=

λi

(49)

Σλ

 

 

 

λ

 

 

 

 

i

 

 

 

Аналогично, неточность в энергии, связанная с данным состоянием, Е, принципом неопределённости Гайзенберга, может быть рассчитана из времени жизни каждой моды распада. Тогда общая ширина уровня:

N

Г=Г123+…= Гi (50)

i=1

где Γ =

1

τ

i

 

i

Это соотношение особенно полезно в интерпретации состояний распада, сформированных внутриядерными реакциями, в которых конкурируют такие процессы, как α-распад, эмиссия протонов, эмиссия нейтронов и т.п. при снятии возбуждения ядра. В этом случае мы можем выразить общую ширину как

Г=Гαрn (51)

N5a (t)

N5b (t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 16. Распад радона-220 (торон) и его активного налета, Цепочка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tn(1)—ThA(2)—ThB(3)—ThC(4)—[(вилка)—66%ThC’(5a)—

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34%ThC’’(5b)],

 

N1(t)=N0*exp(-λ1t),

 

 

 

N 2 (t) = N10

 

 

λ1

 

 

 

 

(exp(λ1t)exp(λ2t)),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

2

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

exp(λ3t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ1t)

 

 

 

 

exp(λ2t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N3(t) = N10λ1λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

2

λ

)* (λ

3

λ

)

(λ

λ

2

)* (λ

3

λ

2

)

(λ

λ

3

)* (λ

2

λ

3

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ1t)

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ2t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

(t) = N

λ λ λ

(λ

λ )* (λ λ

 

)* (λ

4

λ )

(λ

λ

)* (λ

λ

 

)*

(λ

λ

2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

2

 

1

3

1

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

2

 

3

2

 

t)

4

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 1 2 3

 

 

 

 

 

exp(λ t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

3

 

 

 

+

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

)* (λ

λ )

*

(λ

λ )

(λ

λ

)* (λ

λ )* (λ

λ

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

2

 

 

3

 

 

4

3

 

 

 

 

1

 

 

4

2

 

 

4

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ1t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

2

λ )* (λ

3

λ )* (λ

4

 

λ

)

*

(λ

5a

 

 

λ

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ2t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

2

)*

(λ

3

 

λ

2

)*

(λ

4

 

λ

2

)* (λ

5a

λ

2

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ3t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= N10λ1λ2λ3λ4 pa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ (λ

λ

3

)*

(λ

2

 

λ

3

)*

 

(λ

4

 

λ

3

)*

 

(λ

5a

 

λ

3

) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ4t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

 

)*

(λ

 

 

 

 

 

 

 

)* (λ

 

λ

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

 

λ

4

)* (λ

3

 

λ

4

4

5a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ5a t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

5a

)* (λ

2

λ

5a

)* (λ

3

λ

5a

)

* (λ

4

 

λ

5a

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ1t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

2

λ )* (λ

3

λ )

*

(λ

4

λ

)

*

(λ

5b

 

λ

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ2t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

2

)* (λ

3

λ

2

)*

 

(λ

4

 

λ

2

)*

 

(λ

5b

 

λ

2

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ3t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1=N1*λ1; A2=N2*λ2, A3=N3*λ3, A4=N4*λ4, A5a=N5a*λ5a, A5b=N5b*λ5b. Т1=54.5 с;

= N10λ1λ2λ3λ4 pb +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

3

)* (λ

2

 

λ

3

 

)* (λ

4

λ

3

)*

(λ

5b

 

λ

3

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ4t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

4

)* (λ

2

λ

4

)*

(λ

3

 

λ

4

)*

 

(λ

4

λ

5b

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(λ5bt)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ

λ

5b

)* (λ

2

 

λ

5b

)* (λ

3

λ

5b

)* (λ

4

 

λ

5b

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т2=0,158 с; T3=3.852*104 с; Т4= 1.766*10-5 с; Т=2.9*10-7 с; Т5b=3.727*10-3

с; N10=10000. а) Активность изотопов 1 (кривая 1) и 2 (кривая 2). Ранние времена; б) Активность изотопов 1 (кривая 1) и 2 9кривая 2) Средние времена; в) Активность изотопа 3. Средние времена; г) Активности изотопов 3 (кривая 1) и 4 (кривая 2). Большие времена; д) Активности изотопов 4 (кривая 1), 5а (кривая 2), 5б (кривая 3) и суммарная активность изотопов 5 (кривая 4); е) Активность изотопа 4 (кривая 1) и суммарная активность изотопа 5 (кривая 2).

Рис. 17. Распад активного налета (дочерних продуктов распада)

торона (220Rn). Логарифмический масштаб.

Пример 1. Нуклид 64Cu (Т1/2=12,7 час) распадается по двум каналам: электронный захват (61%) и β- - распад (39%). Чему равны периоды полураспада по каждому каналу? Чему равна парциальная ширина распада по электронному захвату?

Решение. λ=ln2/12,7 час=5,46х10-3 ч-1; λ=λЭЗ+λβ=λЭЗ+(39/61)λЭЗ; λЭЗ=3,329х10-2 ч-1; Т1/2,ЭЗ=(ln2)/λЭЗ=20,8ч; λβ=(39/61)λЭЗ=2,128x10-2 ч-1; Т1/2,β=(ln2)/λβ=32,6 ч; τЭЗ=Т1/2,ЭЗ/ln2=30 ч=108131 с;

ГЭЗ=ħ/τ=6,582x10-22 МэВ c/ 108131 c=6,1x10-27 МэВ. Все радиоактивные ядра естественного происхождения имеют малые парциальные ширины. Как Вы заметили, 64Cu способен распадаться и на 64Zn и на 64Ni. Это не обычно, но всё же может происходить с некоторыми нечётно – нечётными ядрами.

В качестве других примеров, на Рис. 16 и 17 приведены кривые распада торона (радона – 220) и образование активного налета. Рассматривался участок ряда:

7

66% ThC' 2.9 x10 c

(52)

220 Rn 54.5c ThA 0.158c ThB 10.7часThC 10.9час

34% RaC'' 3.1мин

Здесь продукты распада существенно более долгоживущие по сравнению с радоном, но тоже имеется вилка.

4.5Степень равновесности

Взависимости от схемы распада радиоактивные цепочки могут быть простыми (линейные) или сложными (с ветвлениями). В сложных цепочках важно знать коэффициенты ветвления, характеризующие

приходящуюся на данный вид превращения долю переходов. Степень равновесности ηi дочерних радионуклидов по отношению к материнскому определяется соотношением их периодов полураспада,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ηi =

Ai

 

=

Ni λi

=

NiT1

 

 

 

 

 

(53)

 

 

 

 

 

 

 

Для первого дочернего элемента:

 

 

A1

 

N1λ1

N1Ti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2λ2

 

 

 

λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η

2

=

 

 

=

 

 

{1exp[

(λ

2

λ )t]}

 

 

(54а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N1λ1

 

 

λ2

λ1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp[(λ2 λ1 )t]

exp[(λ3 λ1 )t]

 

η3 =

N3λ3

= λ2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

λ3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

(54б)

N λ

 

(λ

2

λ )(λ

λ )

(λ

λ

2

)(λ

λ

2

)

(λ

λ

)(λ

2

λ

)

 

1 1

 

 

 

 

 

 

1

 

3

 

 

1

 

 

1

 

 

3

 

 

 

1

3

 

3

 

 

 

и т.д.

Таким образом, если символом А обозначить активность, гамма-эквивалент, энергетический выход или гамма-постоянную, то при наличии простой цепочки суммарные характеристики будут определяется соотношением:

n

 

A = A1 + Aiηi .

(55)

i =2

В сложной цепочке с коэффициентами ветвления ωi суммарные характеристики определяются соотношением:

n

 

A = A1 + ωi Aiηi .

(56)

i=2

Замечание. Приведенные здесь выражения следует учитывать при использовании значений энергетических выходов и гамма-постоянных радиоактивных нуклидов для дозиметрических расчетов.

4.6 Примеры радиоактивных распадов

Ториевый ряд.

Два изотопа могут находиться в различном соотношении в зависимости от того, в каком равновесии они находятся. Пусть 212Pb(ThB) отделен от всех других изотопов. После истечения 10 час он придет в равновесие с дочерним 212Bi(ThC). В данном случае 212Bi находится в подвижном равновесии с 212Pb. Но 212Pb и 212Bi могут находиться в вековом равновесии с 232Th, родоначальником этого ряда. В первом случае количество дочернего 212Bi определяется из соотношения:

n

λPb

 

1.82 105

 

NBi = NPb

 

= NPb

 

 

= 0.105NPb

λBi λPb

1.91 104

1.82 105

 

 

 

Во втором случае с тем же количеством 212Pb находится уже другое количество 212Bi:

N Bib = NPb λλPb = 0.095NPb,

Bi

т.е.

N Bin

=

λBi

=1.105.

N b

 

 

 

λBi λPb

 

Bi

 

 

 

Этот пример показывает, что при соизмеримых периодах полураспада необходимо учитывать, какой тип равновесия связывает интересующую нас пару изотопов.

Распад мезотория. Если между двумя радиоактивными изотопами в ряду распада находится короткоживущий изотоп, то можно при расчетах принимать, что третий изотоп образуется непосредственно из первого. Примером

может служить переход MsThI (228Ra) через MsThII (228Ac) в RdTh (228Th) MsTI λ1 MsThII λ2 RdTh λ3

Т1=6.7 года, Т2=6.13 часа, Т3=1.9 года.

Действительно, количество атомов RaTh:

N3 = N10λ1λ2[

 

 

eλ1t

 

 

+

 

eλ2t

 

 

+

 

eλ3t

 

 

]

(λ

2

λ )(λ λ )

(λ λ

)(λ λ

2

)

(λ λ )(λ

2

λ )

 

 

1

3

1

1

2

3

1

3

3

 

при условии λ2>>λ1 и λ2>>λ3, а также e-λ2t=0 имеем:

N

 

= N

λ λ

[

 

eλ1t

+

 

e

λ2t

] =

N

λ

(e

λ t

e

λ t

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 1

1

3

 

λ

(λ

λ )

λ

(λ

 

λ )

λ

λ

 

3

 

10 1 2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

1

 

2

 

3

 

3

1

 

 

 

 

 

т.е. практически накопление третьего изотопа цепочки происходит так, как будто он образуется непосредственно из первого.

Продолжим цепочку

MsTI λ1 MsThII λ2 RdTh λ3 ThX λ4

(Т4=3.64 дня) и рассмотрим образование ThX (224Ra).

Вследствие малого периода полураспада MsThII его количество можно не учитывать. Обозначим числа атомов в начальный момент времени (t=0) для MsThI, RdTh и ThX через M0, R0 и X0 соответственно.

Количество атомов ThX для момента времени t обозначим через Х; оно состоит из трех слагаемых: числа атомов, оставшихся к моменту времени t от начального количества их Х0, т.е. ϕ(Х0); числа атомов ThX, образовавшихся

из R0 атомов радиотория ϕ(R0), и числа атомов ThX, образовавшихся из M0 атомов MsThI ϕ(M0).

X=ϕ(X0)+ϕ(R0)+ϕ(M0)

Значение каждого из этих слагаемых вычисляется по общим формулам. Обозначим константы распада ThX, RdTh и MsThI через λX, λR, λM, может написать три выражения для определения чисел атомов, указанных выше:

ϕ(X 0 ) = X 0eλX t

 

 

 

ϕ(R ) =

R0λR

(eλRt eλX t )

 

 

 

 

 

 

 

0

λX

λR

 

 

 

 

 

 

 

ϕ(M 0 ) = M

 

 

eλM t

 

eλRt

0λM λR [

 

+

 

+

(λR λM )(λX λM )

(λM λR )(λX λR )

eλX t

+ (λM λX )(λR λX )]

Производя суммирование, получим выражение для общего количества атомов ThX к моменту времени t:

 

 

 

 

R

λ

 

+

 

 

 

 

M λ

 

λ

 

 

 

 

 

λ t

+

 

 

 

 

 

 

 

X = X 0

 

0

 

R

 

 

 

 

 

0

M R

 

 

 

e

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λX λR

 

 

(λM λX )(λR λM )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

λ

R

 

 

 

 

M

0

λ

M

λ

R

 

 

 

λ

t

 

 

 

M

0

λ

M

λ

R

 

λ t

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

+

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

λX λR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λR λM )(λX λM )

 

 

 

(λM λR )(λX λR )

 

 

 

 

 

Taк как величина радиоактивной постоянной λХ значительно больше двух других, а именно λХ=0.19 д-1, λR=10-

3 д-1, λХ=2.8x10-4 д-1, то можно упростить полученное выражение для случаев, когда значения времени очень

малы и очень велики.

Для малых значений t по сравнению с T1/2Х можно положить

eλRt = eλM t =1

Приняв во внимание, что λR<<λX и λM<<λX и произведя соответствующие преобразования, получим:

X = X 0e

λ t

M λ λ

 

R0

λ

 

λ

t

+

R

λ

 

 

+

2

 

 

e

 

 

0

 

R

 

X

 

0

M R

 

 

 

 

 

R

X

 

 

 

 

 

 

 

 

λX

 

 

 

 

λx

 

 

 

λX

 

или приближенно:

 

 

 

 

 

 

 

λR

(1eλX t

)

 

 

 

 

X X

 

eλX t + R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0 λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

Если выразить количества атомов ThX в единицах равновесного 232Th, получим для малых значений t:

X X0eλX t + R0 (1eλX t )

Для больших значений t, когда e-λXt=0, имеем:

X =

 

 

λ

 

+

 

 

M λ λ

λ t

+

 

M

 

 

λ λ

 

e

λ t

=

R0

 

R

 

 

0 M R

 

 

e

 

R

 

 

0

 

M R

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λX

 

 

 

(λM λR )λX

 

 

 

 

(λR λM )λX

 

 

 

=

λ

 

 

 

 

 

 

 

M λ

λ t

+

 

M λ

 

 

 

e

λ

 

t

] =

 

 

 

 

R

 

[ R0

 

 

 

 

0 M

e

 

 

R

 

 

0

 

M

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λX

 

 

 

 

(λM λR )

 

 

 

 

 

 

 

 

(λR λM )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

λR

[R eλRt +

M 0λM

 

 

(eλmt eλRt )]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λM λR )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λX

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В единицах равновесного тория получим следующее выражение для количества Х атомов тория при больших значениях t:

X = R eλRt +

M 0λR

(eλM t eλRt )

 

0

λR λM

 

 

 

Уран. Если между долгоживущим изотопом и его короткоживущим потомком находится промежуточный радиоактивный изотоп большой продолжительности жизни, например, в случае образования радия из урана

через ионий:

U (I + II ) →→→ Io →→→ Ra

238U +U →→→230Th →→→226Ra

T = 4.5x106 лет Т = 8300 летТ =1590 лет

то вычисление производится следующим образом. В общей формуле для числа атомов радия

N3 = N10λ1λ2[

 

 

eλ1t

 

 

+

 

eλ2t

 

 

+

 

eλ3t

 

 

]

(λ

2

λ )(λ λ )

(λ λ

)(λ λ

2

)

(λ λ )(λ

2

λ )

 

 

1

3

1

 

1

2

3

 

 

1

3

3

 

можно положить e-λ1t=0, тогда

 

 

1

 

 

 

eλ2t

 

eλ3t

 

 

N3

= N10λ1λ2

 

+

 

 

 

+

 

 

 

 

λ λ

λ

(λ

λ )

λ

(λ

λ )

 

 

2

3

2

2

3

 

3

3

2

 

Разлагая e-λ2t и e-λ3t в ряды и ограничиваясь членами второго порядка, находим:

N = N λ λ [ 1

 

+

1λ t

+

λ22t2

1 λ t +

λ32t2

 

 

 

2

 

2 +

 

 

3

2 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

10 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ λ

 

 

λ

(λ

λ )

 

λ

(λ λ )

 

2

3

 

2

2

 

3

 

3

3

2

 

После преобразования получаем:

N3 N10λ1λ2 t2

2

Радон. Начальный участок радиоактивного ряда 222Rn имеет вид:

0.04%RaC' 1.32 мин

222Rn 3.82дняRaA 3.05 минRaB 26.8 минRaC 19.7 мин

99.6%

1.6 x104c

RaC''

Здесь интересно участие вилки. На кривых изменения активностей радона, продуктов его распада заметны только два первых члена ряда, остальные быстро достигают векового равновесия и их кривые сливаются с предыдущими.