- •1. Моделі атома Томпсона та Резерфорда. Позитивна сторона моделей і їх недоліки.
- •2.Спектр атома водню. Узагальнена формула Больцмана
- •3. Постулати Бота. Спектр атома водню по Бору
- •4. Гіпотеза Луї де Бройля. Корпускулярно-хвильовий дуалізм матерії;
- •5. Розмір, склад та заряд атомного ядра. Масове та зарядове число
- •6. Дефект маси та енергія зв’язку ядра. Питома енергія зв’язку
- •7 Ядерні сили. Властивості ядерних сил
- •8 Радіоактивне випромінювання та його типи
- •9 Закон Радіоактивного розпаду. Активність нукліда. Правило зміщення
- •10 Гама випромінювання та його властивості
- •11 Ядерні реакції та їх класифікація
- •12 Реакції поділу ядер. Ланцюгові реакції. Поняття про ядерну енергетику
9 Закон Радіоактивного розпаду. Активність нукліда. Правило зміщення
Із-за незалежності радіоактивних перетворень окремих ядер можна вважати, що кількість ядер dN, які розпадаються за проміжок часу dt, пропорційна до наявного числа ядер N і до величини проміжку часу dt, тобто
, (8.13)
де – постійна розпаду, яка характеризує ймовірність розпаду кожного ядра за одиницю часу; знак мінус вказує, що число ядер зменшується з часом. Інтегруючи (8.13) при умові , одержуємо закон радіоактивного розпаду
Рис. 8.3
Він показує, що число радіоактивних ядер N, які не розпалися до моменту часу t, зменшується з часом експоненційно (рис.8.3).
Або Виведемо закон радіоактивного розпаду. Нехай кількість радіоактивних атомів у початковий момент часу (t = 0) дорівнює N0. Тоді по закінченні періоду піврозпаду їх кількість дорівнюватиме N0/2. Ще через один такий інтервал часу їх кількість дорівнюватиме:
Через час t = nT, тобто через n періодів піврозпаду Т, радіоактивних атомів залишиться: .
Оскільки n = t/T, то .
Це і є основний закон радіоактивного розпаду. Чим менший період піврозпаду, тим менший час життя атомів, тим швидше відбувається розпад. Період піврозпаду радію дорівнює 1600 років, торію - 25, 64 години, а полонію - - 3·10-7 с.
Закон радіоактивного розпаду - це статистичний закон
Правило зміщення
α – розпад: перетворення атомних ядер, яке супроводжується випусканням α – частинок (ядер гелію ).
Правило зміщення:
- материнське ядро, - дочірнє ядро.
? – розпад: випускання ядрами електронів. Правило зміщення:
При β – розпаді номер хімічного елемента переміщується на одну клітинку вправо в періодичній системі Менделєєва.
γ – розпад: випромінювання γ – квантів збудженими ядрами, які поглинули деяку енергію. При цьому масове число і порядковий номер не змінюються.
10 Гама випромінювання та його властивості
Га́мма-випромі́нювання або гамма-промені — електромагнітне випромінювання найвищої енергії з довжиною хвилі меншою за 1 ангстрем. Утворюється в реакціях за участю атомних ядер і елементарних частинок в процесах розпаду, синтезу, анігіляції, при гальмуванні заряджених частинок великої енергії.
Позначаються грецькою літерою γ.
Гамма-промені спричиняють іонізацію атомів речовини, мають велику проникність, не заломлюються, породжують електрон-позитронні пари.
Одним із процесів утворення гамма-квантів є випромінювання радіоактивним ядром, яке було утворене в збудженому стані. Гамма-квант випромінюється при переході ядра із збудженого стану в основний. При цьому не міняються ні атомний номер, ні масове число ядра.
Гамма-кванти можуть з'являтися також у інших, складніших ядерних реакціях.
Іншим джерелом гамма-променів є гальмівне випромінювання високоенергетичних заряджених частинок. Заряджені частинки, рухаючись з прискоренням випромінюють електромагнітні хвилі. Спектр випромінювання залежить від енергії частинки. Для того, щоб частинка випромінювала гамма-кванти, її енергія повинна бути дуже високою, лежати в області принаймні десятків МеВ. Такі частинки можна отримати в прискорювачах, зокрема синхротронах.
Гамма-промені можуть також народжуватися при анігіляції частинок із античастинками. Оскільки в такому випадку сумарний імпульс частинок і античастинок в таких випадках зазвичай невисокий, утворені при анігіляції два гамма-кванти розповсюджуються в протилежних напрямках. Одночасне детектування двох гамма-квантів, що розповсюджуються в протилежних напрямках, є експериментальним свідченням акту анігіляції.
Властивості гамма-випромінювання. Гамма-випромінювання – це короткохвильове електромагнітне випромінювання. На шкалі електромагнітних хвиль воно поряд з жорстким рентгенівським випромінюванням, займаючи область вищих частот. Гамма-випромінювання володіє надзвичайно малою довгою хвилею (λ10 -8 см) і внаслідок цього яскраво вираженими корпускулярними властивостями, тобто поводиться подібно до потоку частинок – гамма квантів, або фотонів, з енергією hv (v – частота випромінювання, h – Планка постійна).
Гамма випромінювання виникає при розпадах радіоактивних ядер, елементарних частинок, при анігіляції пар частини-античастина, а також при проходженні швидких заряджених частинок через речовину.
Гамма-випромінювання, супроводжуюче розпад радіоактивних ядер, випускається при переходах ядра з більш збудженого енергетичного полягання в менш збуджене або в основне. Енергія γ – кванта рівна різниці енергій Δε станів, між якими відбувається перехід.
Збуджений стан.
<
Випускання ядром γ-кванта не спричиняє за собою зміни атомного номера або масового числа, на відміну від інших видів радіоактивних перетворень. Ширина ліній гамма-випромінювань надзвичайно мала (~10-2 эв). Оскільки відстань між рівнями у багато разів більше ширини ліній, спектр гамма-випромінювання є лінійчатим, тобто складається з ряду дискретних ліній. Вивчення спектрів гамма-випромінювання дозволяє встановити енергії збуджених станів ядер.
Гамма-кванти з великими енергіями випускаються при розпадах деяких елементарних частинок. Так, при розпаді π0- мезона, що покоїться, виникає гамма-випромінювання з енергією ~70Мэв. Гамма-випромінювання від розпаду елементарних частинок також утворює лінійчатий спектр. Елементарні частинки, що проте випробовують розпад, часто рухаються з швидкостями, порівнянними із швидкістю світла. Внаслідок цього виникає доплеровське розширення лінії і спектр гамма-випромінювання виявляється розмитим в широкому інтервалі енергій.
Гамма-випромінювання, що утворюється при проходженні швидких заряджених частинок через речовину, викликається їх гальмуванням до кулонівському полі атомних ядер речовини. Гальмівне гамма – випромінювання, також як і гальмівне рентгенівське випромінювання, характеризується суцільним спектром, верхня межа якого співпадає з енергією зарядженої частинки, наприклад електрона. У прискорювачах заряджених частинок отримують гальмівне гамма випромінювання з максимальною енергією до декількох десятків Гев.
У космічному просторі гамма-випромінювання може виникати в результаті зіткнень квантів м'якшого довгохвильового, електромагнітного випромінювання, наприклад світла, з електронами, прискореними магнітними полями космічних об'єктів. При цьому швидкий електрон передає свою енергію електромагнітному випромінюванню і видиме світло перетворюється на жорсткіше гамма-випромінювання.
Аналогічне явище може мати місце в земних умовах при зіткненні електронів великої енергії, що отримуються на прискорювачах, з фотонами видимого світла в інтенсивних пучках світла, що створюються лазерами. Електрон передає енергію світловому фотону, який перетворюється на γ-квант. Таким чином, можна на практиці перетворювати окремі фотони світла на кванти гамма-випромінювання високої енергії.
Гамма-випромінювання володіє великою проникаючою здатністю, тобто може проникати крізь великі товщі речовини без помітного ослаблення. Основні процеси, що відбуваються при взаємодії гамма-випромінювання з речовиною, - фотоелектричне поглинання (фотоефект), комптонівське розсіяння (комптон-ефект) і створення пара електрон-позитрон.