Радиоактивность и ядерные реакции

Радиоактивностью называют самопроизвольное испускание ядром одной или нескольких частиц, сопровождающееся его превращением в другое ядро (или переходом в другое состояние). Основные виды радиоактивности распады, которые, несмотря на различие физических процессов, описываются одним и тем же уравнением радиоактивного распада:

где - число нераспавшихся ядер к моменту времени , постоянная распада. Решение этого уравнения:

,

где - число ядер при - называется законом радиоактивного распада.

Число ядер, распадающихся в единицу времени, называют активностью радиоактивного образца А:

,

где - начальная активность образца. Кроме постоянной , вводят период полураспада - время за которое распадается половина ядер (, а также среднее время жизни ядра . Введенные характеристики связаны соотношениями: , .

Альфа - распад – радиоактивное превращение ядра, при котором испускается ядро гелия , которое называют - частицей и образуется ядро с порядковым номером и массовым числом :

- распад наблюдается только у тяжелых ядер ( ) с энергией - частиц 4÷9 МэВ.

Бета - распад – радиоактивное превращение ядра, в котором протон переходит в нейтрон (или наоборот) и участвуют электроны (или позитроны) и нейтрино (антинейтрино). Основные типы - распада:

а) Электронный - распад:

(пример – распад трития )

б) Позитронный - распад:

( пример распад искусственного изотопа азота )

в) Электронный К - захват:

(пример захват ядром бора электрона из К - оболочки , обычно сопровождается характеристическим рентгеновским излучением).

Важным отличием - распадов, от других видов радиоактивности является, то, что они затрагивают не все ядро, а представляют акт превращения одного нуклона в другой. Схемы таких превращений для перечисленных выше примеров таковы: а)

б)

в)

Гамма – распад – наблюдается при переходах возбужденного ядра на более низкие энергетические уровни без изменения и , но с испусканием - квантов. Свободный нуклон не может испускать - квант, поскольку это запрещено законами сохранения энергии и импульса. Однако внутри ядра импульс перераспределяется между всеми нуклонами, и излучение становится возможным. Испусканием - квантов, таким образом, является не внутринуклонным, а внутриядерным процессом.

Ядерной реакцией называется процесс перестройки ядра вида:

,

где: - налетающая частица, - начальное ядро, - конечное ядро, b – вылетающая частица. Ядерные реакции сопровождаются перестройкой ядра, т.е. могут происходить только при сближении вступающих в реакцию частиц до расстояния, меньшего радиуса ядерного взаимодействия м. При заданном составе частиц на входе реакции обычно реализуется несколько вариантов состава частиц на выходе. Например, результатом бомбардировки ядер протонами могут быть: упругое или неупругое столкновение протона с ядром, , и т.д.