2.4 Вопросы для самоконтроля и задачи для самостоятельного решения

2.4.1 Вопросы для самоконтроля

1. Дайте краткую классификацию элементарных частиц.

2. Какие известные Вам частицы относятся к: а) лептонам; б) барионам?

3. Назовите и дайте краткую характеристику фундаментальным взаимодействиям, к которым можно свести все действующие в природе силы?

4. Каков радиус сил слабого взаимодействия?

5. Каков радиус сил сильного взаимодействия?

6. Что такое барионный заряд?

7. Что такое лептонный заряд?

8. Для каких частиц вводится изотопический спин?

9. Какие элементарные частицы создают электромагнитное поле?

10. Какие частицы являются носителями слабого взаимодействия?

11. Какая энергия в МэВ эквивалентна 1 а.е.м. в физической шкале?

12. Какая энергия в МэВ соответствует массе покоя электрона?

13. Перечислите группы нуклидов и приведите в качестве примеров нуклиды, относящиеся к этим группам.

14. Что такое: дефект масс, энергия связи, удельная энергия связи?

15. Как зависит удельная энергия связи от массового числа?

16. Дайте анализ полуэмпирической формулы Вайцзеккера для энергии связи и сформулируйте основные выводы, вытекающие из этого анализа.

17. Какие нечетно-нечетные ядра являются стабильными?

18. Какие ядра называются: а) магическими; б) дважды магическими?

2.4.2 Задачи

1. Масса нейтрального атома ¹⁶О m_ат(А,Z) = 15,9949 а.е.м. Определить удельную энергию связи  ядра ¹⁶О.

2. Массы нейтрона и протона в энергетических единицах равны соответственно m_n = 939,6 МэВ и m_р = 938,3 МэВ. Определить массу ядра ²Н в энергетических единицах, если энергия связи дейтрона Е_св(2,1) = 2,2 МэВ.

3. Массы нейтральных атомов в а.е.м.: ¹⁶О – 15,9949, ¹⁵О – 15,0030, ¹⁵N – 15,0001. Чему равны энергии отделения нейтрона и протона в ядре ¹⁶О?

4. Альфа-частица имеет энергию 20 МэВ. Определить скорость этой частицы (см/с) без учета и с учетом зависимости массы от скорости.

5. Рассчитать кинетическую энергию электрона, который летит со скоростью 2,5∙10¹⁰ см/сек.

6. Используя справочные данные определить:

а) энергию связи на один нуклон в альфа-частице;

б) энергию связи нейтрона и альфа частицы в ядре ²²Ne;

в) энергию, необходимую для разделения ядра ¹⁸О на 4 одинаковые частицы.

7. Используя справочные данные, показать, что ядро самария-152 неустойчиво относительно альфа-распада, и вычислить энергию испускаемой альфа-частицы.

Глава 3. Радиоактивный распад

Как уже отмечалось ранее, радиоактивность есть свойство атомных ядер к самопроизвольному распаду, получившему название радиоактивный распад.

Проблема измерения количеств радиоактивных веществ возникла сразу после открытия в 1896 году А. Беккерелем явления радиоактивности. Поиски новых радиоактивных веществ, изучение природы радиоактивности и законов радиоактивного распада привело к необходимости выбора физической величины, связанной с количеством радиоактивного вещества, установления единицы ее измерения и разработки методов измерений этой новой физической величины.

В первые годы исследований в области радиоактивности наибольшее распространение в качестве основного радиоактивного источника получил радий, поэтому в первую очередь возникла необходимость измерения количества данного радиоактивного элемента. В 1910 году Международным конгрессом по электричеству и радиологии было предложено измерять количество радия в радиевых препаратах, сравнивая их по интенсивности гамма-излучения с радиевым препаратом, содержащим известное количество радия, выражая результата измерения в миллиграмм-эквивалентах радия.

Для измерения количества радона, образующегося при распаде радия, была установлена единица Кюри, названная в честь первооткрывателя радия и определенная как «количество радона, находящегося в радиоактивном равновесии с одним граммом радия».

С 1930 года под 1 Кюри подразумевалось количество любого элемента семейства радия, находящегося в равновесии с 1 г радия.

Определить же таким образом количество радиоактивного вещества, не относящегося к семейству радия, не представлялось возможным. Поэтому единицу Кюри стали трактовать как количество любого радиоактивного нуклида, в котором происходит 3,7·10¹⁰ актов распада за секунду.

Позднее, в 1962 году Кюри определили как единицу активности радионуклида, а не его количества.

Согласно рекомендациям ИЮПАК под активностью радиоактивного вещества понимают число ядерных распадов, происходящих в данном количестве вещества в короткий промежуток времени, отнесенный к этому промежутку времени:

, (3.1)

где – ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени . Единицей измерения активности в международной системе единиц (СИ) является один распад в секунду, называемый Беккерель, Бк (Bq в англоязычной литературе). Внесистемной единицей активности является Кюри. Численно 1 Кюри (Ки или Ci) равен 3,7·10¹⁰ Бк.

Распад радиоактивных атомов сопровождается испусканием α-, β^-, β⁺-частиц, конверсионных электронов, γ-квантов, иногда рентгеновского KX- и LX-излучения. Число распадов не всегда совпадает с числом испущенных частиц и еще реже с числом испущенных гамма-квантов. Поэтому не совсем корректным является применение таких терминов как «α-, β-, γ- активность». Чтобы определить число частиц и γ-квантов на единицу активности (в ядерной физике для обозначения этого используется термин «выход») необходимо знать схему распада данного радионуклида.