Учебное пособие Алматы 2013 ббк удк номер
ГЛАВА II. Радиоактивность
жүктеу/скачать 1,73 Mb.
|
treatise11751
| ГЛАВА II. Радиоактивность
§2.1 Естественная и искусственная радиоактивность. Статистический характер распада. Закон радиоактивного распада Явление радиоактивности состоит в самопроизвольном распаде ядер с испусканием одной или нескольких частиц. Радиоактивным распадом будем называть такой процесс при котором ядро из начального состояния переходит в конечное состояние с меньшей энергией. Простейшим примером такого спонтанного перехода может служить испускание γ-кванта, в результате которого ядро, приведенное первоначального в возбужденное состояние, теряет свою энергию, переходя в состояние с меньшей энергией возбуждения и испуская фотон. Ядра, подверженные такому распаду, называют радиоактивными. Ядра, не испытывающие такого распада, называют стабильными. В процессе распада может изменяться как атомный номер Z, так и массовое число A. К числу радиоактивных процессов относится α-распад, β-распад (включая e-захват), γ-излучение, спонтанное деление тяжелых ядер. В процессе радиоактивного распада ядро может испускать не только частицы, входящие в его состав, но и новые частицы, рождающиеся в процессе распада. Процессами такого рода являются β- и γ- распады. При β-распаде в ядре происходит превращение n в p или наоборотeодновременным испусканием пары легких частиц –e- и или соответственно e+ и . β-распад происходит только за счет слабых взаимодействий, имеющих интенсивность в 1024 раз меньшую, чем ядерные силы. Гамма-распад состоит в испусканий ядром кванта очень жесткого (более жесткого, чем рентгеновское) электромагнитного излучения. Вызывающие этот распад электромагнитные взаимодействия всего лишь на 4 порядка слабее ядерных сил. Поэтому и времена жизни по отношению к γ-распаду, как правило, очень малы. Очевидно, что необходимым, но, конечно, не всегда достаточным условием радиоактивного распада является его энергетическая выгодность – масса радиоактивного ядра должна превышать сумму масс ядра – осколка и частиц, вылетающих при распаде. Радиоактивность, наблюдающуюся у существующих в природных условиях ядер, называют естественной радиоактивностью, а радиоактивность ядер, полученных в результате различных ядерных реакций – искусственной радиоактивностью. Принципиальной разницы между естественной и искусственной радиоактивностью не существует, так как свойства того или иного изотопа не зависят от способа его образования, не зависят от этого и законы радиоактивного распада. Мы уже видели, что ядра с большим числом нуклонов менее устойчивы, чем ядра со средним значением А. поэтому большинство естественно радиоактивных ядер в периодической системе элементов находятся за свинцом. Искусственным путем могут быть получены радиоактивные изотопы как с большим, так и с малым значением А. Впервые радиоактивность была обнаружена Беккерелем в 1896г. Основоположниками исследования естественной радиоактивности являются П. и М. Кюри. Исследование искусственной радиоактивности синтезируемых ядер было начато И. и Ф. Жолио-Кюри. Радиоактивный распад – явление принципиально статистическое. Одинаковые ядра распадаются за различное время. Мы не можем сказать, когда именно распадается данное ядро, а можем лишь указать, с какой вероятностью оно распадается за тот или иной промежуток времени. Радиоактивные ядра не «стареют» в процессе жизни. Для них существуют понятие среднего времени жизни, но не существует понятие возраста. Сходная ситуация имела бы место для среднего времени жизни человека, если бы люди не старели, гибли только от несчастных случаев. Впервые излучение радиоактивных ядер было проанализировано при помощи опытов по отклонению его в электрических и магнитных полях и по поглощению в веществе. В результате этих опытов было установлено, что радиоактивные вещества испускают 3 вида излучения: α-излучение, β-излучения и γ-излучение. Позднее было установлено, что источником всех 3-х видов излучения является ядро (открытое Резерфордом в 1911 г.). Область времен жизни радиоактивных ядер охватывает промежутки времени от сколь угодно больших до заметно превышающих характерное ядерное время пролета. В настоящее время известны α-радиоактивные ядра с временем жизни от 10-7 с до 5*1015 лет ( ). Очень велики диапазоны изменения Т1/2 также для β-распада и γ-излучения. Самым удивительным в явлении радиоактивности являются колоссальные в масштабах микромира времена жизни радиоактивных ядер. Действительно, характерное ядерное время имеет с, так что, например, в радиоактивном ядре , живущем 4,5*109 лет ( то есть с), нуклоны, грубо говоря, успевают сделать в ядре по 1038 оборотов по своим орбитам, и в ядре ничего не происходит. А на 1038+1 обороте ядро испускает вдруг α-частицу. Очевидно, должны существовать какие-то физические причины, за счет которых ядро существует в течение таких поистине гигантских промежутков времени и потом все-таки самопроизвольно распадается. Есть 2 основные причины, обеспечивающие большие порядки времен жизни радиоактивных ядер. Испускание тяжелых положительно заряженных частиц (α, d, p, и т.д.) сильно подавляется кулоновским барьером. Другой причиной может быть очень малая интенсивность слабых взаимодействий при β-распаде. Существуют еще 2 причины, в силу которых времена жизни нестабильных ядер могут изменяться на несколько (но уже не немного) порядков. Время жизни радиоактивного ядра зависит от энергии, выделяющейся при распаде. Если эта энергия мала, то время жизни резко возрастает. Время жизни радиоактивного ядра при малых энергиях, выделяющихся при распаде, сильно зависит от разности спинов исходного и конечного ядер. жүктеу/скачать 1,73 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|