3.5. Правила радиоактивного смещения

Все ядерные превращения подчиняются определенным закономерностям.

1. -распад. При этом массовое число уменьшается на 4 единицы, а заряд – на 2 единицы, т.е. элемент, получающийся в результате -распада стоит на две клетки левее в таблице Менделеева:

.

2. -распад. Представляет собой самопроизвольное взаимное превращение протонов и нейтронов, происходящее внутри ядра и сопровождающееся испусканием или поглощением электронов, позитронов, нейтрино, антинейтрино.

а) электронный -распад (характерен для нейтроноизбыточных ядер):

(-антинейтрино);

б) позитронный -распад (характерен для нейтронодефицитных ядер):

(- нейтрино);

в) электронный захват ( происходит захват электрона с ближайшей к ядру оболочки):

.

Необходимо отметить, что правила смещения при радиоактивном распаде являются следствием закона сохранения массы и закона сохранения заряда.

3.6. Закон радиоактивного распада. Активность

Естественный радиоактивный распад протекает самопроизвольно, без всякого воздействия извне. Отдельный распад подчиняется статистическим (вероятностным) закономерностям. Но достаточно большая совокупность атомов подчиняется вполне определенным закономерностям, вполне точным законам. Найдем закон радиоактивного распада.

Пусть в начальный момент времени число ядер . Число нераспавшихся ядер к моменту времени равно . Убыль ядер за время пропорциональна числу этих еще нераспавшихся ядер и величине промежутка времени , т.е. . Чтобы записать знак равенства, необходимо ввести коэффициент пропорциональности, уравнивающий размерности. Обозначим его как и назовем постоянной распада. Тогда убыль ядер будет определяться следующим выражением:

Проинтегрировав это уравнение, получим:

.

Полученное выражение называется законом радиоактивного распада.

Число распадов в единицу времени называется активностью радиоактивного препарата и обозначается символом :

.

Единицу активности называется , и эта единица численно равна: .

Время, в течение которого распадается половина ядер, называется периодом полураспада . Найдем связь между постоянной распада и периодом полураспада . По определению периода полураспада можно записать:

.

Прологарифмируем это выражение:

.

Тогда уравнение радиоактивного распада можно переписать в виде:

.

Период полураспада меняется в широких пределах от миллионных долей секунды до нескольких миллиардов лет.

3.7. Методы регистрации радиоактивного излучения

Эти методы основаны на исследовании тех следов, которые оставляют частицы при прохождении через вещество.

Заряженные частицы осуществляют ионизацию молекул. Нейтральные могут быть обнаружены в момент распада на заряженные частицы или в момент соударения с ядром.

Приборы делятся на два класса:

1) приборы, которые регистрируют сам факт пролёта частицы и в некоторых случаях позволяют судить об энергии частицы (сцинтилляционный счётчик, счётчик Гейгера-Мюллера, черенковский счётчик и т.д.);

2) приборы, позволяющие наблюдать и фотографировать следы (треки), оставляемые частицей при прохождении через вещество (камера Вильсона, диффузионная камера, пузырьковая камера и т.д.).

Рассмотрим примеры счётчиков, относящихся к разным классам.

1. Счетчик Гейгера-Мюллера представляет собой тонкостенную металлическую трубку, по оси которой натянута проводящая нить (рис.18). Между стенкой трубки и центральной нитью приложено напряжение порядка тысячи вольт. В трубке находится газ под пониженным давлением (100-200 мм рт. ст). Ионизирующая частица проникает через поверхность трубки и вызывает ионизацию газа. Электроны под действием поля движутся к центральной нити. Поскольку нить малого диаметра, напряженность электри­ческого поля у ее поверхности очень велика, поэтому возникает коронный разряд, быстро распространяющийся по всей длине нити. В результате возникает импульс тока, который регистрируется соответствующим устройством.

Для счета -квантов трубку делают стеклянной, а внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем металла.

Для счета -частиц трубку делают толстостенной, а торец покрывают тончайшей фольгой.

2. Камера Вильсона. представляет собой цилиндр с поршнем (рис.19). При резком опускании поршня происходит адиабатическое расширение и охлаждение газа. Пары жидкости переходят в пересыщенное состояние и легко конденсируются на ионах. Таким образом, если в этот момент через камеру пролетает частица, на ее пути образуются ионы, на которых конденсируются пары жидкости. По характеру следа можно определить тип частицы.

Если поместить камеру Вильсона в магнитное поле, то по искривлению траектории можно судить о знаке заряда, а если известны масса и заряд частицы, то по радиусу кривизны можно определить энергию частицы и т.д.