39. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Закономерность α,β,γ распада. Искусственная радиоактивность.

Радиоакти́вный распа́д  - спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z, массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов^[1]. Процесс радиоактивного распада также называют радиоакти́вностью, а соответствующие элементы радиоактивными. Радиоактивными называют также вещества, содержащие радиоактивные ядра. Энергетические спектры α-частиц и γ-квантов, излучаемых радиоактивными ядрами, прерывистые («дискретные»), а спектр β-частиц — непрерывный.

Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом; распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом. Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце.

Существует несколько формулировок закона, например, в виде дифференциального уравнения:

, Решение этого дифференциального уравнения имеет вид:

г де  — начальное число атомов, то есть число атомов для . Среднее время жизни получаем интегрированием по всему периоду распада:

Альфа-распад (α - распад) – вид радиоактивного распада атомных ядер, когда испускается альфа-частица, заряд ядра уменьшается на 2 единицы, массовое число – на 4. α - радиоактивность (альфа-излучение) - поток альфа- частиц, испускаемых при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образующихся в ходе ядерных реакций. Альфа-излучение обладает малой проникающей способностью (несколько сантиметров в воздухе и миллиметры в биологической ткани). Главными характеристиками α-радиоактивных ядер и испускаемых ими α-частиц являются период полураспада Т1/2, кинетическая энергия Еα и пробег R.

Бета-распад (β - распад) – самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (или поглощением) электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино. Известны типы бета-распада: электронный распад (превращение нейтрона в протон), позитронный распад (протона в нейтрон) и электронный захват.

Гамма-излучение иногда также рассматривается как особый вид радиоактивности, хотя оно и не

приводит к изменению состава ядра – ядро лишь переходит при этом с одного энергетического уровня на другой.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, создав новые радиоактивные изотопы, не наблюдаемые до этого в природе. Явление, открытое Жолио-Кюри, получило название «искусственная радиоактивность»

40. Ядерные реакции. Ядерные реакции деления и синтеза.

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

По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида:

1)реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергии сталкивающихся частиц (примерно до 10 МэВ).

2)прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Главным образом такой механизм проявляется при больших энергиях бомбардирующих частиц.

Если после столкновения сохраняются исходные ядра и частицы и не рождаются новые, то реакция является упругим рассеянием в поле ядерных сил, сопровождается только перераспределением кинетической энергии и импульса частицы и ядра-мишени и называется потенциальным рассеянием

Ядерная реакция деления — процесс расщепления атомного ядра на два ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра, нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзоэнергетический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения.

Ядерная реакция синтеза — процесс слияния двух атомных ядер с образованием нового, более тяжелого ядра.

Кроме нового ядра, в ходе реакции синтеза, образуются так же различные элементарные частицы и кванты электромагнитного излучения.

Без подвода внешней энергии слияние ядер невозможно, так как положительно заряженные ядра испытывают силы электростатического отталкивания — это так называемый «Кулоновский барьер. Это возможно в случае, если кинетическая энергия сближающихся ядер превышает кулоновский барьер.

Такие условия могут сложится в двух случаях:

1)Если атомные ядра (ионы, протоны или α-частицы) обладающие большой кинетической энергией встречают на своем пути другие атомные ядра.

2)Если вещество нагревается до чрезвычайно высоких температур в звезде или термоядерном реакторе.