1. А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относится атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома. Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. самопроизвольным превращением одного из нуклонов ядра в нуклон другого рода, а именно: превращением либо нейтрона (n) в протон (p), либо протона в нейтрон. Вылетающие при β - распаде электроны и позитроны носят общее название бета-частиц. Взаимные превращения нуклонов сопровождаются появлением ещё одной частицы - нейтрино (n) в случае β+ - распада или антинейтрино в случае β- - распада.

2. Энергия связи ядра E_св(A,Z) это минимальная энергия, необходимая, чтобы развалить ядро на отдельные, составляющие его нуклоны.

Е_св(A, Z) = [Z m_p + (A - Z)m_n - M(A, Z)]c²,

где Z - число протонов, ( A - Z) - число нейтронов, m_p - масса протона, m_n - масса нейтрона, М(A,Z) - масса ядра с массовым числом А и зарядом Z.  Энергия связи ядра, выраженная через массу атома M_ат, имеет вид:

Е_св(A, Z) = [Zm_H + (A - Z)m_n - M_ат(A, Z)]c² ,

где m_H - масса атома водорода.

Рис. 1

    Удельная энергия связи ядра ε(A, Z) это энергия связи, приходящаяся на один нуклон

ε(A, Z) = E_св(A,Z) / A.

    На рис. 1 показана зависимость удельной энергии связи ядра ε от числа нуклонов A. Видно, что наиболее сильно связаны ядра в районе железа и никеля (A ~ 55-60). Такой ход зависимости ε(A) показывает, что для легких ядер энергетически выгодны реакции синтеза более тяжелых ядер, а тяжелых - деление на более легкие осколки.

3. Дефе́кт ма́ссы (англ. mass defect) — разность между суммой масс покоя нуклонов, составляющих ядро данного нуклида, и массой покоя атомного ядра этого нуклида, выраженная в атомных единицах массы. Обозначается обычно  .

(во втором вопросе описаны Z,Nи т.д.)

4. Огромная энергия связи нуклонов в ядре указывает на то, что между нуклонами имеется очень интенсивное взаимодействие.Это взаимодействие носит характер притяжения.Оно удерживает нуклоны на расстояниях 10^-15м друг от друга, несмотря на сильное кулоновское отталкивание между протонами.Ядерное взаимодействие между нуклонами получило название сильного взаимодействия.Его можно описать с помощью поля ядерных сил.

1)Ядерные силы являются короткодействующими.Их радиус действия имеет порядок 10^-15м.На расстояниях, существенно больших 10^-15м, притяжение нуклонов сменяется отталкиванием.

2)Сильное взаимодействие не зависит от заряда нуклонов.Ядерные силы, действующие между протоном и нейтроном, двумя протонами или двумя нейтронами, имеют одинаковую величину.Это свойство называется зарядовой независимостью ядерных сил.

3)Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов.Так, например, нейтрон и протон удерживаются в ядре атома дейтерия только в том случае, если их спины параллельны друг другу.

4)Ядерные силы не являются центральными.Их нельзя представить направленными вдоль прямой, соединяющих центры взаимодействующих нуклонов.Нецентральность ядерных сил вытекает, в частности, из того факта, что они зависят от ориентации спинов нуклонов.

5)Ядерные силы обладают свойством насыщения(это означает что каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом нуклонов).Насыщение проявляется в том, что удельная энергия связи нуклонов в ядре с увеличением числа нуклонов не увеличивается, а остаётся примерно постоянной.Кроме того, на насыщение ядерных сил указывает пропорциональность размеров ядра количеству нуклонов в нём.

1. Капельная модель ядра (1936; Н. Бор и Я. И. Френкель). Капельная модель ядра является первой моделью. Она основана на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости. Так, в обоих случаях силы, дейст­вующие между составными частицами — молекулами в жидкости и нуклонами в ядре, — являются короткодействующими и им свойственно насыщение.

2. Оболочечная модель ядра (1949—1950; американский физик М. Гепперт-Майер (1906—1975) и немецкий физик X. Иенсен (1907—1973)). Оболочечная модель предполагает распределение нуклонов в ядре по дискретным энергетическим уровням (оболочкам), заполняемым нуклонами согласно принципу Паули, и связывает устойчивость ядер с заполнением этих уровней. Считается, что ядра с полностью заполненными оболочками являются наиболее устойчивыми. Такие особо устойчивые (магические) ядра действительно существуют.

 Радиоактивность – самопроизвольные превращения атомных ядер, сопровождающиеся испусканием элементарных частиц или более лёгких ядер. Ядра, подверженные таким превращениям, называют радиоактивными, а процесс превращения – радиоактивным распадом.  законом радиоактивного распада в дифференциальной форме dN/dt = -λN(t)

законом радиоактивного распада в ин­тегральной форме. N(t) = N_o exp(-λt)

 — Начальное число радиоактивных ядер при t=0

 — Период полураспада

 — Время распада

 — Постоянная распада (вероятность распада ядра в единицу времени)

 — Скорость распада

• — Скорость распада в начальный момент времени t = 0

Пери́од полураспа́да квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) — время T_½, в течение которого система распадается с вероятностью ½( уменьшится вдвое)

Период полураспада

Основная статья: Период полураспада

На практике получила большее распространение другая временная характеристика — период полураспада  , равная времени, в течение которого число радиоактивных атомов или скорость распада уменьшаются в 2 раза^[4].

Связь этой величины с постоянной распада можно вывести из соотношения  , откуда:

Среднее время жизни

Из закона радиоактивного распада можно получить выражение для среднего времени жизни радиоактивного атома. Число атомов, в момент времени   претерпевших распад в пределах интервала   равно  , их время жизни равно  . Среднее время жизни получаем интегрированием по всему периоду распада:

Подставляя эту величину в экспоненциальные временные зависимости для   и  , легко видеть, что за время   число радиоактивных атомов и скорость их распада уменьшаются в e раз^[4].

ПОСТОЯННАЯ РАСПАДА (λ) — статистическая вероятность распада атома за единицу времени; П. р. обратно пропорциональна средней продолжительности жизни (τ) атома изотопа λ=  Связана с периодом полураспада Т_½ соотношением λ= с⁻¹

5. Альфа-распад

-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома ⁴He).

α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

.

5. Бета-распад

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. β-распад — это проявление слабого взаимодействия.

β-распад (точнее, бета-минус-распад,  -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино.

Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом — электронным захватом (когда ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу). Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра.

Гамма-распад (изомерный переход)

 Гамма-излучение представляет собой поток частиц - гамма-квантов или фотонов, с энергиями Е = hν (h – постоянная Планка, равная 4.14·10^-15 эВ^.сек, ν - частота электромагнитных колебаний).

Гамма-излучение может также возникать при торможении быстрых заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение) или при их движении в сильных магнитных полях (синхротронное излучение).

 Частота гамма-излучения (> 3·10¹⁸ Гц) отвечает скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и с участием элементарных частиц

 Гамма-излучение ядер испускается при переходах ядра из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, и энергия испускаемого гамма-кванта с точностью до незначительной энергии отдачи ядра равна разности энергий этих состояний (уровней) ядра. 

 Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проходить сквозь большие толщи веществ. Основные процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом - фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (Комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте гамма-квант выбивает из атома один из его электронов, а сам исчезает. При Комптон-эффекте гамма-квант рассеивается на одном из слабо связанных с атомом или свободных электронов вещества.

9. 1) Физические характеристики результата облучения:

а) Поглощенная доза D - отношение энергии dE, переданной излучением облученному элементарному объему вещества, к его массе:

D = dE/dm

Поглощенная доза в веществе, находившемся в поле излучения, создавшем экспозиционную дозу X может быть вычислена по формуле:

D = C· (м^вещ /м^возд)·X

где, м^вещ и м^возд - массовые коэффициенты передачи энергии фотонов в облучаемом веществе и в воздухе соответственно, С - константа, зависящая от выбора единиц.

б) Керма К - дозиметрическая величина, характеризующая воздействие на среду косвенно-ионизирующего излучения - фотонов и нейтронов. Керма К - отношение суммы первоначальных кинетических энергий всех заряженных ионизирующих частиц, образованных действием косвенно-ионизирующего излучения в элементарном объеме к массе этого объема

K = dE_с^(е)/dm

в) Экспозиционная доза X - отношение заряда dQ ионов одного знака, образованного фотонным ионизирующим излучением в условиях электронного равновесия в элементарном объеме сухого воздуха при р = 101325 Па, Т = 273К, к массе объема:

X = dQ/dm

Экспозиционная доза определяет дозовые характеристики поля излучения, не

зависящие от свойств облучаемого вещества.

,

10

Я́дерная реа́кция — процесс образования новых ядер или частиц при столкновениях ядер или частиц.