Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду

Радіоактивність — довільне перетворення нестабільних хімічних елементів шляхом випромінювання мікрочастинок або поділу на інші, більш стійкі хімічні елементи.

Розрізняють природну (спостерігається за нормальних умов) і штучнурадіоактивність (відбувається в результаті зовнішнього впливу). Механізм радіоактивних перетворень однаковий в обох випадках.

Найпоширеніші радіоактивні перетворення:

1. Альфа-розпад — перетворення нестабільного ізотопу на інший хімічний елемент із випромінюванням альфа-частинок.

2. Бета-розпад — виникнення нового хімічного елемента в результаті перетворення нуклонів усередині ядра атома.

Особливістю радіоактивного розпаду є його незалежність від зовнішньої дії. Закон, за яким зменшується активність випромінювання (число розпадів у одиницю часу), був експериментально встановлений Резерфордом і Содді. Цей закон справедливий для всіх речовин і виконується для великої кількості числа атомів.

Кількість радіоактивних ядер, які не розпалися, зменшується з часом за показниковим законом. Для практичних цілей швидкість розпаду характеризуютьперіодом напіврозпаду – часом, за який розпадається половина початкової кількості ядер.

6.Що ж являють собою ядерні реакції? У підручниках фізики наведені різні означення цього поняття.

! Ядерні реакції – це процеси перетворення атомних ядер при їх взаємодії з елементарними частинками чи одне з одним.

! Ядерними реакціями називаються штучні перетворення атомних ядер, викликані їхніми взаємодіями з різними частинками або одне з одним.

Сьогодні відома велика кількість ядерних реакцій, а також певна кількість підходів до їх вивчення та розмежування. Але існують загальні закони, які використовуються при будь-яких реакціях. Це: -- закон збереження заряду;

-- закон збереження кількості нуклонів;

-- закон збереження імпульсу;

-- закон збереження енергії.

Розрізняють реакції, що відбуваються в природі та здійснюються штучно. Можна також розділити ядерні реакції за призначенням або іншими ознаками.

-- За значенням енергії частинок ядерні реакції можна поділити на: малі (1еВ), середні (10МеВ), великі (100МеВ).

-- За родом частинок: на реакції з нейтронами та реакції з зарядженими частинками.

-- За механізмом: на реакції обміну, пружного розсіювання, поділу, захвату.

Розгляньте уважно представлену класифікацію.

Для роботи розглянемо позначення, які використані:

γ- гамма-квант.

Н – протон.

n – нейтрон,

е – електрон,

е – позитрон,

Не – α-частинка.

Завдання для класу: розглянути представлені у таблиці реакції і перевірити закони збереження заряду і кількості нуклонів. Візьмемо для прикладу будь-яку реакцію і порахуємо загальну кількість протонів ядер до реакції і після. Тепер виконаємо з масовими числами.

Ядерні реакції. Таблиця 1.

γ-квантами (ядерний фотоефект)

Н + γ Н + n

Нейтронами: тепловими Н + n Н

Cu + n Cu + γ

Нейтронами: швидкими N + n C + Н

Електронами Ве + е Ве + n + е

Легкими ядрами:

Н: Al + Н Si + γ

Na + Н Mg + n

N + Н С + Не

Н: Li + Н Li + Н

Cа + Н К + Не

Н: Со + Н Со + Н

Не: Ве + Не Со + n

Важкими іонами:

Перенос нуклона N + N N + N

N + N С + О

Емісія частинок Al + N 2 Н + 2 Не + Si

U + N Es + 6 n

Таблиця 2. У Всесвіті.

Термоядерний синтез.

Водневий цикл: Н + Н Н + е + γ

Н + Н Не + γ

Н + Н Не + γ

Вуглецевий цикл: N + Н О = N + е

N + Н С + Не

На Землі: Н + Н Н + Н

Н + Н Не + n

Н + Н Не + n

Ділення ядер.

γ – квантами - 6МеВ

Н - 7МеВ

Н - 9МеВ

Не – 32МеВ

Нейтронами U + n Ва + Кr + 3 n

U + n Xe + Sr + 2 n

Спонтанне ділення U + n Се + Zr + 6 е + 2 n

Радіоактивний розпад.

α: Ra Rn + Не

β : n Н + е; C N + е

β : Н n + е; С В + е

Захват електрона: Н + е n; Ве + е Li

Прослідкуємо за таблицею.

Найлегшою є частинка, маса спокою якої дорівнює нулю. Ядерні реакції під дією гамма-квантів називаються ядерним фотоефектом.

Під дією теплових нейтронів відбуваються в основному реакції захвату, тобто коли ядро-мішень захоплює частинку, що налітає, і з основного стану переходить до збудженого.

Під дією електронів спостерігається невелика кількість реакцій, бо мала вірогідність такої взаємодії. Сам електрон у реакції участі не бере, для вибивання частинок використовується лише його енергія. Зверніть увагу, що це не орбітальний електрон атома.

Під дією протонів також можливі реакції захвату та вибивання нейтронів і α-частинок. Зверніть увагу на реакції з участю нейтронів і отриманням протонів, і, навпаки, з участю протонів і отриманням нейтронів. Такі реакції називаються взаємооберненими.

Дейтрон є особливо ефективною частинкою для реакції бомбардування, так як має невелику енергію зв’язку. Він може вибивати з ядра як протони, так і нейтрони. Такі реакції називаються рівновірогідними. При збільшенні енергії дейтрона він може вибити з ядра α-частинку.

Реакції з ядрами атома тритію, за виключенням синтезу ядер, є дуже рідкими, тому наводиться єдина реакція отримання радіоактивного ізотопу кобальту.

α-частинка є засновником усіх ядерних перетворень, тому наведені у таблиці реакції несуть додаткове історичне навантаження – реакції відкриття Чедвиком нейтрона та перша здійснена ядерна реакція Резерфорда.

Особливий випадок становлять реакції з важкими іонами. Вони можуть відбуватися двома шляхами: перенос нуклона – тобто від одного ядра до іншого переходить нейтрон і тоді утворюються два ізотопи, або протон; випромінювання частинок, тобто утворення не однієї, а декількох частинок після реакції.

Реакції з легкими ядрами можуть проходити за типом пружного розсіювання, тобто: частинка, яка налітає, захоплюється ядром; ядро переходить до збудженого стану; надлишок енергії ядро випромінює у вигляді іншої частинки. Загальним також є те, що всі продукти реакцій близькі за масовими числами та атомним номером мішені. Саме ці властивості дали змогу об’єднати реакції в одну групу.

ІІІ. Закріплення вивченого матеріалу.

Підсумок уроку.

Розглянемо приклади.

Al + n Na + Не

С + Н С + е

Mg + Н Na + Не

Mn + Н Fe + n

Al + γ Mg + Н.

Ядерні реакції – це складні процеси перетворення ядер, які відбуваються за певними законами, мають величезне наукове та практичне значення. Для отримання цілісної картини їх можна класифікувати за певними ознаками, які ми вивчили сьогодні на уроці.

Ланцюгова реакція — реакція, продукти якої, своєю чергою, вступають у взаємодію з початковими продуктами. Це хімічні і ядерні реакції, у яких поява проміжної активної частки (радикала, атома або збудженої молекули — у хімічних, нейтрона — у ядерних процесах) викликає велику кількість (ланцюг) перетворень початкових молекул або ядер внаслідок регенерації активної частки в кожному елементарному акті реакції (у кожній ланці).

У ядерній фізиці ланцюгові реакції виникають під час поділу ядра, зумовленому нейтроном. Поділ відбувається з вивільненням кількох, здебільшого 2-3 нейтронів, які в свою чергу можуть ініціювати поділ інших ядер. Ймовірність захоплення ядром нейтронів залежить від їхньої швидкості, тому для підтримання ланцюгової реакції нейтрони необхідно сповільнювати.

Оскільки частина нейтронів, утворених під час поділу, втрачається, поглинаючись без поділу іншими ядрами або вилітаючи за межі реактора, ланцюгову реакцію характеризують ефективним коефіцієнтом розмноження k - кількістю новостворених нейтронів під час одиничного акту поділу, які в свою чергу викликають поділ інших ядер. Якщо ефективний коефіцієнт розмноження більший за одиницю, то число актів поділу збільшується, реакція розганяється, вивільнюючи дедалі більше енергії і може завершитися вибухом. Така реакція називається надкритичною. Якщо k менший від одиниці, реакція згасає з часом. Такий режим називається підкритичним. Для k = 1 перебіг реакції залишається незмінним. Саме такий критичний режим використовується в ядерних реакторах.