Основные характеристики ядер атомов.

Лекция 18.

Основные характеристики ядер атомов.

Радиоактивный распад. Виды распада. Спектры альфа-, бета- и гамма-излучений. Основной закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность и единицы активности. Методы получения радионуклидов.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. Линейная плотность ионизации, линейная передача энергии, средний пробег иони­зирующей частицы.

Особенности взаимодействия с веществом альфа-, бета-, гамма-излучений и нейтронов. Физические принципы защиты от ионизирующих излучений. Понятие об основных биологических эффектах ионизирующих излучений.

Физические основы радионуклидных методов диагностики и лучевой терапии.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯДЕР АТОМОВ.

1.Электрический заряд ядра. Ядра всех атомов заряжены положительно. Заряд определяется числом протонов Z, входящих в состав ядра, и соответствуют порядковому номеру элемента в таблице Менделеева:

q_я = Z e,

где q _я - заряд ядра, е - положительный заряд, равный заряду электрона.

2. Масса ядра. Массу ядра выражают в атомных единицах массы (а.е.м.). За 1 а.е.м. принята 1/12 массы ядра иотопа углерода с массовым числом 12. 1 а.е.м. = (1,66043 ± 0,00031) х 10^{-27 кг.}

Например: m_p = 1,00728 а.е.м.,

А = Z + N, где N - число нейтронов в ядре.

Обозначение ядра: Нижний индекс порядковый номер Z, верхний - массовое число А, элемента Х.

4. Радиус ядра. Радиус ядера вычисляют по приближенной формуле:

(м) или (фм) (1 фм = 10^-15м).

5. Спин ядра.- равен сумме спинов нуклонов. Спины протона и нейтрона одинаковы: . Спин ядра, состоящего из четного числа нуклонов равен целому числу или нулю. Например. спин ядра водорода равен , а ядра гелия - нулю.

Ядро, состоящее из нечетного числа нуклонов, имеет спин, равный нечетному числу . Например, спин ядра трития равен , а ядра индия .

6. Магнитный момент ядра P_mя. - выражают в ядерных магнетонах Бора m_я. Магнитный момент протона ~ P_mp = 2,79 m_я, нейтрона P_mn = -1,91 m_я; , m_я.

Знак “-” означает, что магнитный момент нейтрона или ядра ориентирован противоположно спину.

Энергию, необходимая для разделения ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. DЕ_{с в}: DЕ_св = [Zm_p + Nm_n - m_я]c²

DЕ_св = [Zm_p + Nm_n - m_я] 931,5,

где массы протона, нейтрона и ядра в а.е.м., а DЕ_св - в МэВ.

Радиоактивность. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Одним из распространенных источников ионизирующего излучения является радиоактивный распад атомных ядер. В главе наряду с этим вопросом рассматривается и взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.

Радиоактивность

Радиоактивностью называют самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Характерным признаком, отличающим ее от других видов ядерных превращений, является самопроизволъность (спонтанность) этого процесса. Различают радиоактивность естественную и искусственную.

Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях. Искусственной называют радиоактивность ядер, образованных в результате различных ядерных реакций. Принципиального различия между естественной и искусственной радиоактивностями нет. Им присущи общие закономерности.

Рассмотрим основные типы радиоактивного распада.

Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении одного ядра в другое ядро с испусканием а-частицы (ядра атома гелия ₂Не). Схему альфа-распада с учетом правила смещения (закона сохранения зарядового и массового чисел) записывают в виде

(27.1)

где X и Y— символы соответственно материнского и дочернего ядер. Примером a-распада является превращение радона в поло полоний, а полония в свинец

Суммарная масса дочернего ядра и a-частицы меньше массы материнского ядра, то же можно сказать относительно их энергий покоя. Разность этих энергий равна кинетической энергии a-частицы и дочернего ядра.

При a-распаде дочернее ядро может образоваться не только в нормальном, но и в возбужденных состояниях. Так как они принимают дискретные значения, то и значения энергии a-частиц, вылетающих из разных ядер одного и того же радиоактивного вещества, дискретны. Энергия возбуждения дочернего ядра чаще всего выделяется в виде g-фотонов. Именно поэтому a-распад сопровождается g-излучением.

Если дочерние ядра радиоактивны, то возникает целая цепочка превращений, концом которой является стабильное ядро.

Бета-распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида b-распада.

1. Электронный, или b^- -распад, который проявляется в вылете из ядра b^--частицы (электрона). Энергии b^--частиц принимают всевозможные значения от 0 до Е _maх, спектр энергий сплошной (рис. 27.1). Это не соответствует дискретным ядерным энергетическим состояниям. В 1932 г. В. Паули высказал предположение о том, что одновременно с b^--частицей из ядра вылетает еще и другая, нейтральная, с очень малой массой. По предложению Э. Ферми эта частица была названа нейтрино. Позже было установлено, что нейтрино возникает при b⁺-распаде, а при b^--распаде — антинейтрино.

Энергия, выделяющаяся при b-распаде, распределяется между b-частицей и нейтрино или антинейтрино.

Схема b^--распада с учетом правила смещения:

(27.2)

где — обозначение антинейтрино.

Примером b^--распада может быть превращение трития в гелий:

При b^- -распаде электрон образуется вследствие внутриядерного превращения нейтрона в протон:

(27.3)

2. Позитронный, или b⁺-распад. Схема b⁺-распада:

(27.4)

где n— обозначение нейтрино. Примером b⁺-распада является превращение рубидия в криптон:

При b⁺-распаде позитрон образуется вследствие внутриядерного превращения протона в нейтрон:

(27.5)

3. Электронный, или е-захват. Этот вид радиоактивности заключается в захвате ядром одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон:

(27.6)

Схема электронного захвата:

(27.7)

Примером е -захвата может быть превращение бериллия в литий:

В зависимости от того, с какой внутренней оболочки захватывается электрон, иногда различают К -захват, L -захват и т. д. При электронном захвате освобождаются места в электронной оболочке, поэтому этот вид радиоактивности сопровождается характеристическим рентгеновским излучением. Именно по рентгеновскому излучению и был обнаружен электронный захват.

При b-распаде возможно возникновение g-излучения.

Date: 2016-07-18; view: 343; Нарушение авторских прав