Закон радиоактивного распада
Используя закон радиоактивного распада, можно определить число нераспавшихся атомов какого-то количества радиоактивного вещества в любой момент времени:
Время, за которое распадается половина первоначального числа радиоактивных ядер, называется периодом полураспада (Т). Чем меньше период полураспада, тем меньше живут атомы, тем быстрее происходит распад. Для разных химических элементов величина периода полураспада различна : от миллионных долей секунд (например, полоний)до миллиардов лет (например, уран).
......
Период
полураспада - это постоянная
величина для
данного химического элемента, и ее
невозможно изменить.
Период полураспада
определяет скорость радиоактивного
распада.
Число нераспавшихся
радиоактивных ядер убывает со
временем по
экспоненте.
За
любой интервал времени распадается
одна и та же доля имеющихся атомов, т.е
с течением времени скорость
распада не меняется.
Радиоактивные атомы "не стареют". Распад любого атомного ядра - это "несчастный случай". Время существования отдельных атомов может колебаться от долей секунды до миллиардов лет вне зависимости от времени периода полураспада. Для радиоактивных ядер принято определять среднее время жизни.
Закон радиоактивного распада – статистический закон и справедлив в среднем для большого числа частиц.
Состав излучения при радиоактивном распаде.
Излучение
радиоактивных веществ. Естественные
радиоактивные элементы испускают три
вида излучений: альфа, бета и гамма. В
1899 Резерфорд идентифицировал альфа- и
бета-излучение; спустя год П.Вийар открыл
гамма-излучение.
Резерфорд
и английский физик Ф. Содди указали, что
испускание α-лучей
сопровождается превращением химических
элементов, например, превращением радия
в радон. В 1913 американский учёный К.
Фаянс и Содди независимо сформулировали
т. н. правило смещения, характеризующее
перемещение нуклида в периодической
системе элементов
при α- и β-распадах.
А
льфа-излучение. В
воздухе при атмосферном давлении
альфа-излучение преодолевает лишь
небольшое расстояние, как правило, от
2,5 до 7,5см. В условиях вакуума электрическое
и магнитное поля заметно отклоняют его
от первоначальной траектории. Направление
и величина отклонений указывают на то,
что альфа-излучение - это поток положительно
заряженных частиц, для которых отношение
заряда к массе (e/m) в точности соответствует
дважды ионизированному атому гелия
(He++). Эти данные и результаты
спектроскопического исследования
собранных альфа-частиц позволили
Резерфорду сделать вывод о том, что они
являются ядрами атома гелия.
Бета-излучение. Это
излучение обладает большей проникающей
способностью, чем альфа-излучение. Как
и альфа-излучение, оно отклоняется в
магнитном и электрическом полях, но в
противоположную сторону и на большее
расстояние. Это указывает на то, что
бета-излучение является потоком
отрицательно заряженных частиц малой
массы. По отношению e/m Резерфорд
идентифицировал бета-частицы как обычные
электроны.
рис.1 Схема
эксперимента, иллюстрирующего. отклонение
разных видов радиоактивного излучения
в магнитном поле
Гамма-излучение. Гамма-излучение
проникает в вещество гораздо глубже,
чем альфа- и бета-излучения. Оно не
отклоняется в магнитном поле и,
следовательно, не имеет электрического
заряда. Гамма-лучи были идентифицированы
как жесткое (т.е. имеющее очень высокую
энергию) электромагнитное излучение.
Разделение радиоактивного излучения
в магнитном поле на альфа-, бета- и
гамма-лучи схематично показано на
рисунке.
Реакция
цепного деления урана.
Цепная реакция деления ядер урана |
|
|
В 1938 r. О. Ган и Ф. Штрассман открыли: ядра урана при бомбардировке его нейтронами образуют другие элементы. А объяснение этому явлению было дано в 1939 г. австрийским физиком Л. Мейтнер и физиком О.Фришем:
|
|
|
Позже обнаружили, что при бомбардировке нейтронами U образуются 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление оказалось:
|
|
|
Этот процесс происходит с выделением энергии 200 МэВ =3,2.10-11 Дж. Энергия выделяется в виде: 1. Ек осколков 2,6-10-11 Дж. 2. Ек нейтронов 0,1-10-11 Дж. 3. - Излучения 0,5.10-11 Дж. 4. - Излучения. |
|
|
Механизм деления Н. Бор, Я.И Френкель предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление о ядре как о положительно заряженной капле жидкости. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обусловливается кулоновскими силами. |
|
|
Цепная
реакция деления ядер урана — это
реакция, в которой частицы (нейтроны),
вызывающие эту реакцию, образуются
в процессе деления ядра. Для осуществления
ценной реакции пригодны лишь ядра |
||
Ценную
реакцию чистого изотопа
осуществить
медленными нейтронами невозможно.
Для ее течения необходимо,
чтобы коэффициент
размножения к нейтронов
был k 1. В
этом случае число нейтронов Коэффициент размножения увеличивается при захвате медленных ядром или быстрых ядрами и с последующим делением, уменьшается при захвате нейтрона ядром без последующего деления, при вылете нейтрона из делящегося вещества, при захвате нейтрона продуктами деления, замедлителями и конструктивными элементами установки. |
||
С целью уменьшения вылета с куска урана увеличивают массу урана. Количество распавшихся ядер пропорционально массе урана, которая растет быстрее, чем площадь его поверхности, если форма урана с критической массой шарообразна. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 250г до сотен килограммов. Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая ценная реакция и управляемая цепная реакция. |
|
|
Неуправляемая цепная реакция протекает, если k>1.
В
качестве ядерного горючего используется
в основном если каждый из нейтронов, вылетевший при делении, взаимодействует с соседними ядрами делящегося вещества и вызывает в них следующую реакцию деления, то происходит лавинообразное нарастание числа актов деления: один нейтрон — первое поколение, два нейтрона — второе поколение, четыре нейтрона — третье поколение, восемь нейтронов — четвертое поколение и т. д. Быстрое выделение энергии в такой системе приводит к взрыву. |
|
|
|
|
|
.
Естественный уран состоит
из
(0,7%), 
(97,3%). Ядра
делятся
как быстрыми, так и медленными
нейтронами,
—
только быстрыми с энергией 1 МэВ.
Нейтронов с такой энергией при
делении 60%, но только один из
пяти производит деление.
увеличивается
или остается постоянным и ценная
реакция протекает. При k <1
число
убывает
и цепная реакция невозможна.
или 
,
если их масса больше или равна
критической массе.