ПӘндердің ОҚУ-Әдістемелік кешені



жүктеу/скачать 1,11 Mb.
бет4/8
Дата27.05.2018
өлшемі1,11 Mb.
#40968
1   2   3   4   5   6   7   8

Альфа-бөлшектер. 

Альфа бөлшектерге сәуленің затпен әрекеттесуінің екі түрі де тән: біріншіден альфа-бөлшектер орбитальды электрондармен әрекеттесіп, нәтижесінде атомдарды қоздыруы және ионизациялауы мүмкін. Екіншіден альфа-бөлшектер оң зарядталғандықтан, ядромен әрекеттесуі кезінде кулондық күштер пайда болады және бөлшек өзінің қозғалыс бағытын өзгерте тебіледі де, нәтижесінде альфа-бөлшектердің шашырауы мүмкін. Егер альфа-бөлшектер, әрекеттесулердің кулондық күшін жеңуге жеткілікті энергияға ие болатын болса, атомдық ядролармен әрекеттесуі байқалады. Осы кезде альфа-бөлшектер ядроға өтеді, нәтижесінде аралық ядро түзіледі. Ол зарядталған бөлшектерді, нейтрондарды немесе гамма-кванттарын шығара отырып ыдырайды. Практикада бұл құбылыс радиоизотоптардан нейтрондарды алу үшін қолданылады: . 

Бета-бөлшектер. Бета-бөлшектер затпен әрекеттескен кезде де әрекеттесулердің барлық түрлері байқалады. Орбитальды электондармен әрекеттескенде – атомдардың және орта молекулаларының қозуы және иондануы болады. Осы кезде бета-бөлшектер өзінің энергиясын толық жұмсап, ортаны иондау қабілетін жоғалтады. Бета-бөлшектердің орбитальды электрондармен электрлік әрекеттесулері байқалуы мүмкін. Бета-бөлшектер, теріс зарядталған электрондар әсерінен тебіледі және өзінің қозғалыс бағытын өзгертеді. 

Бета-бөлшектер атомдық ядроларда шашырауы мүмкін. Бұл кезде бета-бөлшектер ядроның электрлік өрісінде тежеледі және өзінің энергиясының бір бөлігін жоғалтады. Осындай әрекеттесу салдарынан электромагнитті сәулелену туындайды. Практикада әрекеттесудің мұндай түрі рентгендік трубкаларында рентген сәулелерін алу үшін қолданылады.

Нейтрондардың затпен әрекеттесуі. 

Нейтрондардың заряды болмайды, ал олардың массасы электрондардың массасынан көп үлкен. Сондықтан олардың өтімділік қабілеті жоғары және өзінің энергиясын тек атом ядросымен соқтығысқан кезде ғана жоғалтады. Энергиясына байланысты өте жылдам, аралық, баяу және жылулық нейтрондар болып бөлінеді.

Өте жылдам нейтрондар – ядролық реакторларда алады; олар ядрлық жарылыстарда пайда болады. Олардың энергиясы 10 – 50 МэВ. Ауыр элементтермен әрекеттескен кезде, өте жылдам нейтрондар олардың ядроларының бөлінуін тудырады. Бұл кезде күшті қозған ядролар түзіледі. Ядродағы протондар және нейтрондар қатынасының бұзылуы нәтижесінде, ядролық ілінісу күші азаяды және тебіліс күшінің әсерінен нуклондар қарама-қарсы полюстарға қарай жылжиды. Ядро бұрмаланып, екі-үш жарықшақтарға бөлінеді.

Жылдам нейтрондар – ядролық реакциялар нәтижесінде түзіледі. Олардың энергиясы 100 кэВ аспайды. Жылдам нейтрондар атом ядросымен соқтығысқан кезде оларға өзінің энергиясының бір бөлігін беріп, жылдам ұшатын ядроны түзеді. Мұндай ядролар, басқа зарядталған бөлшектер сияқты өзінің энергиясын ортаны ионизациялауға жұмсайды. Ядроға берілетін энергия үлесі ядро массасы төмендеген сайын артады. Нейтрондар сутегі ядросымен соқтығысқан кезде, оған нейтрон энергиясының 60%-ті беріледі, себебі бұл бөлшектердің массалары тең. Сондықтан жылдам нейтрондар, құрамында көп сутегі атомдары болатын жеңіл заттармен (су, парафин т.б.) жақсы баяулайды және ауыр заттардың (қорғасын және т.б.) үлкен қабаты арқылы еркін өтеді.

Аралық нейтрондар – энергиясы 100 эВ-тан 1 кэВ дейін жетеді. Олар затпен тығыз шашырау арқылы әрекеттеседі.

Баяу және жылулық нейтрондар – баяу нейтрондар энергиясы 1 кэВ-тан артпайды. Жылдам нейтрондарға қарағанда олар атом ядросын баяу жаулап алады және нәтижесінде тұрақты немесе радиоактивті изотоптар түзіледі. Сутекті заттарда сутегінің ядросын нейтрондар баяу жаулайды және ауыр сутегі ядросы - дейтериге айналады. Нейтрондардың радиациялық жаулап алуы, энергиясы 2,18 МэВ тең қатаң гамма-квантарын шығаруы арқылы жүреді.





Жылулық нейтрондардың энергиясы 0,025 эВ жетеді. Жылулық нейтрондар баяу нейтрондар сияқты сіңіруші ортамен жаулап алынады. Энергиясы төмен нейтрондардан қорғану үшін сіңірушілерден (су, бор немесе кадмий) басқа, гамма-сәулелерін әлсірету үшін ауыр материалдардан (қорғасын, барий) жасалған экрандарды қолдану қажет.

Гамма-сәулелердің затпен әрекеттесуі. 

Радиоактивті ыдырау кезінде ядро энергиялары бірнеше килоэлектроновольттан бірнеше мегаэлектроновольт аралығында болатын гамма-кванттарын шығарады. Гамма-кванттары – зат арқылы өткен кезде энергиясын жоғалтады. Нәтижесінде үш эффект: фотоэлектрлік сіңірілу (фотоэффект), комптондық шашырау (комптонэффект), электронды – позитрондық жұптардың түзілуі пайда болады (4-сурет). Осы эффектілердің әрқайсысының салыстырмалы шамасы сіңіруші материалдың атомдық нөміріне және фотон энергиясына тәуелді болады. 



4 сурет – Гамма-сәуленің затпен әрекеттесуінің түрлері

а) фотоэлектрлік сіңіру;

б) комптонэффект;

в) жұптардың түзілуі.

Фотоэффект. Фотоэлектрлік сіңіру кезінде гамма-квант сәлеленуші зат атомындағы берік байланысқан электронмен (көбінесе К-қабатының электрондарымен) соқтығысқан кезде, оған өзінің энергиясын толығымен беріп, өзі жойылады. Осы кезде электрон гамма-квант энергиясы мен атмодағы электронның байланыс энергиясы айырымына тең кинетикалық энергияға ие болады. Осылайша фотоэффект кезінде, бастапқы гамма-квантының барлық энергиясы атмодар мен молекулаларды иондайтын фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясына айналады. 

Орбитаның К-қабатындағы бос орынға L-қабатындағы электрон келіп орналасады, ал L-қабатына М-қабатының электрондары т.с.с. бірінің орынын бірі басады. Осы кезде рентген сәулелеріне тән кванттардың жарқырауы байқалады. 

Фотоэлектрлік сіңіру - гамма-квантының энергиясы 0,05 МэВ-тан аспаған кезде, сіңіруші заттың атомдық нөмірі үлкен болған жағдайда (мысалы, қорғасын) байқалады. Фотоэффект әлсіз байланысқан немесе бос электрондарда байқалмайды, себебі олар гамма-кванттарын сіңіре алмайды.

Комптонэффект. Бұл эффект гамма-кванттары электрондармен соқтығысқан кезде, оларға өзінің барлық энергиясын толық бермей, тек бір бөлігін ғана береді. Соқтығысу нәтижесінде өзінің қозғалыс бағытын өзгертеді, яғни шашырайды. Гамма-кванттарымен соқтығысу салдарынан электрондар белгілі бір кинетикалық энергияға ие болады және оны затты иондауға жұмсайды. Бұл екіншілік иондану деп аталады. Оның фотоэлектрлік сіңіру процессінен айырмашылығы, комптонэффектісі кезінде гамма-кванттары байланысы әлсіз болып келетін сыртқы валенттік электрондармен әрекеттеседі. Комптондық шашыраулары бос электрондарда да болуы мүмкін. 

Осылай комптонэффект нәтижесінде гамма-сәулелерінің қарқындылығы, гамма-кванттарының орта электрондарымен әртүрлі бағыттарға шашырауы және өз энергиясының бір бөлігін электрондарға беру нәтижесінде әлсірейді.

Электронды - позитронды жұптардың түзілуі. Энергиясы 1,022 МэВ төмен болмайтын кейбір гамма-кванттары зат арқылы өткен кезде, атом ядросының маңайындағы күшті электр өрісінің әсерінен «электрон-позитрон» жұптарына айналады. Бұл жағдайда материяның бір формасы - гамма-сәуле басқа түрге – заттың бөлшегіне айналады. Бұндай бөлшек жұптарының түзілуі гамма-кванттарының энергиялары электрон мен позитрон массаларына эквивалентті энергиядан кем болмаған жағдайда ғана түзіледі. Электрон мен позитронның массалары бірдей болғандықтан, олардың түзілуі үшін гамма-кванттарының энергиясы масса мен энергияны байланыстыратын қатынасты қанағаттандыруы қажет:





Егер гамма-кванттарының энергиясы 1,022 МэВ көп болса, онда оның артық мөлшері бөлшектерге беріледі. Осы кезде түзілген бөлшектердің кинетикалық энергиясы Ек, фотон энергиясы Е және электронның тыныштық күйіндегі екі еселенген энергиясы арасындағы айырымға тең болады: 



Түзілген электронды – позитронды жұптар, ары қарай энергиясы бөлшектің тыныштық күйдегі массасының энергетикалық эквивалентіне (0,511 МэВ) тең болатын екі екіншілік гамма-кванттарға айналып, жойылады. Екіншілік гамма-кванттар тек комптонэффект және соңында фотоэффект құбылыстарын шақыруға бейім, яғни энергиясын тек электрондармен соқтығысқанда ғана жоғалтады. Гамма – кванттарының энергиясы және сіңірушінің қабаты артқан сайын, электрон –позитрон жұптарының түзілу процессінің мүмкіндігі жоғарлайды.

  1. Радиоактивті ыдырау заңының практикалық мәні неде?

  2. Жартылай ыдырау периоды, радиоактивтілік ыдырау тұрақтысы және орташа өмір сүру уақыты дегеніміз не?


  3. Корпускулярлық және электромагниттік сәулелер затпен әрекеттескен кезде қандай эффектілер пайда болады?


  4. Радиоактивті ыдырау реакция теңдеуін аяқта:   


  5. Ядролық реация теңдеуін аяқтап, теңдеудің қысқартылған формасының сызба-нұсқасын құрыңыз:   




  6. 40К изотобы 40-ыдырау; б) Са изотобына айналған кезде радиоактивті ыдыраудың қандай типі іске асады: а) - - ыдырау; в) + - ыдырау; 

  7. г) электрон жаулап алу; д) спонтанды бөліну.


  8. - радиоактивті 24Na изотобының жартылай ыдырау периоды 148 сағат. Ыдырау реакциясының теңдеуін жаз және 29,6 сағатта 24 г 24Na изотобынан қанша грамм өнім түзіледі?


  9. 25,5 сағат сақтағаннан кейін қалған 81Sr изотобының (Т1/2 = 8,5 сағат) массасын тап. Егре оның бастапқы массасы 200 мг болса. 





Дәріс 5. Иондаушы сәулелердің дозиметриясы

Дәріс сабақтың мазмұны:


  1. Дозиметрияның негізгі түсініктері


  2. Сәуле дозасы және оның өлшем бірліктері


  3. Иондаушы сәулелерді анықтауға және тіркеуге арналған аппараттар





Радиоактивті сәулелерді адам ағзасының сезім мүшелері қабылдамайды. Бұл иондаушы сәулелерді – арнайы приборлардың және жұмыс істеу принципі сәуленің затпен әрекеттесуі кезінде пайда болатын физико-химиялық эффектілерге негізделген детекторлардың көмегімен анықтауға болады. 

Белгілі бір материалдармен иондаушы сәлелер энергиясының жұтылуын және шашырауын өлшеу – Дозиметрия (грек тілінен аударғанда dosis – доза, порция + metro - өлшеу) деп аталады. Сәулелену дозасы түскен сәуленің энергиясына және түріне, сол сияқты сіңіруші материалдың табиғатына қатаң түрде тәуелді болады. 

жүктеу/скачать 1,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8



©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет