36 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
Радиоактивность - самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп. Сущность явления радиоактивности состоит в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбуждённом долгоживущем состоянии Все известные типы радиоактивных превращений являются следствием фундаментальных взаимодействий микромира: сильных взаимодействий (ядерные силы) или слабых взаимодействий. Первые ответственны за превращения, сопровождающиеся испусканием ядерных частиц, например a-частиц, протонов или осколков деления ядер: вторые проявляются в b-распаде ядер.’
Типы радиоактивных превращений. Все известные виды радиоактивности можно разделить на две группы: элементарные (одноступенчатые) превращения и сложные (двухступенчатые).
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.
37 Цепная ядерная реакция, ее применение
Цепная ядерная реакция- самоподдерживающаяся реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра.
Цепная реакция осуществляется только на трех изотопах.
Ядро урана-235 под действием нейтрона делится на два радиоактивных осколка неравной массы, разлетающихся с большими скоростями в разные стороны, и два-три нейтрона. Например:
Нейтроны, вылетающие из ядра, могут вызвать реакцию деления соседних ядер 23592U, которые испускают нейтроны, способные вызвать дальнейшее деление. В результате число делящихся ядер урана быстро растет, возникает цепная реакция (рис. 118).
Скорость нарастания цепной ядерной реакции характеризуют величиной, называемой коэффициентом размножения нейтронов.
Коэффициент к размножения нейтронов характеризует быстроту роста числа нейтронов и равен отношению числа нейтронов в одном каком-либо поколении цепной реакции к породившему их числу нейтронов предшествующего поколения.
где Ni - число нейтронов в i-поколении, Ni-1- число нейтронов в предыдущем поколении. Необходимое условие протекания цепной ядерной реакции может быть выражено следующим образом: к >= 1.
Область применения ядерных реакций очень обширна. В настоящее время ядерные реакции применяются в следующих областях деятельности человечества:
1)Энергетика - Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, делались попытки создать ядерный двигатель для самолётов.
2)Военная сфера - оружия массового поражения.
3)Синтез новых элементов - при расщеплении или слиянии ядер получаются другие элементы таблицы Менделеева. Существуют несколько видов реакций - альфа-распад, бета-распад и гамма-распад.
4)Медицина - диагностических систем, таких как сцинтилляционные камеры, однолучевой и позитронно-эмиссионный томографы, низкоэнергетические детекторы типа многопроволочных пропорциональных камер и др.,
5)Научные исследования