Пошук навчальних матеріалів по назві і опису в нашій базі:

Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер




245.42 Kb.
НазваРадіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер
Сторінка1/3
Дата конвертації22.10.2012
Розмір245.42 Kb.
ТипГлава
  1   2   3

Глава 5

РАДІОАКТИВНИЙ РОЗПАД ЯДЕР З ВИЛЬОТОМ ЧАСТИНОК




    1. Радіоактивність ядер



У попередній главі було розглянуто - випромінювання ядер. Можливий також і розпад ядра з вильотом однієї чи кількох частинок, а також його розвал на менш складні частини. Процес спонтанного розпаду ядра називається радіоактивністю. До таких перетворень схильні лише нестабільні радіоактивні ядра.

У процесі радіоактивного розпаду може змінитися як заряд ядра , так і його масове число , і схематично його можна зобразити у вигляді:

, (5.1)

де – материнське ядро, – дочірнє ядро, – інші частинки (серед останніх можуть бути і гамма-кванти і ядра, наприклад ). У випадку, коли масу частинок можна порівняти з масою ядра , то говорять не про утворення дочірніх ядер , а про розвал материнського ядра на уламки. Зазвичай радіоактивні процеси є двочастинкові або тричастинковими, тобто або 2 в (5.1). Раніше радіоактивність поділяли на природну, яка існує в природних умовах, та штучну, але ніякої принципової різниці між ними не існує, і тому зараз, як правило, такої класифікації не роблять.

Радіоактивність була першим ядерним процесом відкритим людством (А. Беккерель, 1886р.). Інколи до явищ радіоактивності не відносять розпад збуджених ядер. В цьому випадку до радіоактивності не відносять, наприклад, - випромінювання ядер. Відмітимо, що під радіоактивністю розуміють не будь-який процес розпаду, а стабілізований процес, що протікає за досить великий проміжок часу. На практиці до радіоактивних ядер відносять ядра, час життя яких включає проміжки часу від дуже великих до тих, що перевищують на декілька порядків характерний час прольоту (). Наприклад, час життя радіоактивного урану дорівнює років.

Необхідною умовою існування радіоактивного розпаду є його енергетична можливість, яка полягає в тому, що повинна бути додатною кінетична енергія продуктів розпаду. Останнє приводить до умови позитивності енергії розпаду ,

. (5.2)

Тому маса радіоактивного ядра завжди перевищує сумарну масу продуктів розпаду

(5.3)

Процеси з додатною енергією розпаду називаються екзотермічними і радіоактивність є прикладом такого процесу. Радіоактивний ізотоп постійно виділяє енергію, і тому його температура завжди вища за температуру оточуючого середовища.

Радіоактивні ядра можуть утворюватися різними шляхами:

1) внаслідок первинного синтезу хімічних елементів сонячної системи;

2)  у ланцюгу перетворень, що виникають при розпаді материнських ядер;

3)  внаслідок дії космічних промінів та дії первинного радіоактивного випромінювання на стабільні ядра;

4)  при бомбардуванні стабільних ядер прискореними частинками або іншими ядрами.

Існують дві основні причини, що приводять до великих значень часів життя радіоактивних ядер, тобто до стабілізації радіоактивного розпаду.

1. Наявність сил, що заважають розпаду. Наприклад, виліт позитивно заряджених частинок (протони, дейтрони,  частинки, т.д.) сильно подавляється кулонівськими силами. Збільшення часу життя ядра за рахунок кулонівських сил може здаватися парадоксальним, так як будь-які сили відштовхування між вільними частинками намагаються виштовхнути заряджену частинку з системи, тобто зменшити, а не збільшити час розпаду. Пояснення цього парадоксу лежить в тому, що заряджена частинка знаходиться в середньому полі, що формується ядерною та кулонівською взаємодіями. Як наслідок, поблизу поверхні ядра існує кулонівський потенціальний бар’єр, котрий частинка подолати не може, якщо вона рухається за законами класичної механіки та має енергію нижчу енергії бар’єру. В такому випадку розпад можливий лише за рахунок тунельного проникнення частинки через бар’єр, яке описується законами квантової механіки (див. §5.5). При малій ймовірності такого розпаду, час життя може бути дуже великим.

2. Іншою причиною великих значень часу життя радіоактивних ізотопів може бути дуже мала інтенсивність взаємодії, за рахунок якої протікає розпад. Наприклад, це виникає в тих випадках, коли процес радіоактивного розпаду енергетично можливий, але внаслідок різних заборон не може протікати ні за рахунок сильної, ні за рахунок електромагнітної взаємодій. Така ситуація реалізується в так званих -перетвореннях, в яких приймають участь електрони та позитрони, нейтрино і антинейтрино. Такі процеси обумовлені слабкою взаємодією, інтенсивність якої приблизно на порядків менша за інтенсивність сильної взаємодії. Мала інтенсивність електромагнітної взаємодії є також однією з причин досить довгого протікання процесу -розпаду.

В таблиці 5.1 представлені основні типи радіоактивних перетворень. В ній вказано «правило зсувів» і (зміни заряду та маси материнського ядра після радіоактивного розпаду) та схематично зображені процеси і типи взаємодії, що відповідають за цей розпад. Символи та означають відповідно сильну, електромагнітну та слабку взаємодію.

Табл. 5.1 Основні типи радіоактивних перетворень

Тип перетворення

Процес





Тип взаємодії

- розпад



–2

–4



- перетворення




1

0



- розпад (електронний)



+1

0



- розпад (позитронний)



–1

0



К- поглинання



–1

0



- випромінювання



0

0



Спонтанний поділ









Протонна радіоактивність



–1

–1



Двопротонна радіоактивність



–2

–2




Звернемо увагу на те, що поняття нейтронної радіоактивності не існує. Це пов’язано з тим, що в наслідок відсутності заряду у нейтрона, час життя збуджених систем, що виникають після розпаду нейтрона і випромінюють нейтрино, дуже малий.

Правила зсуву для та дозволяють згрупувати усі природні радіоактивні елементи в чотири великі родини, або кажуть - радіоактивні ряди, або ланцюги. Спочатку, ці правила для ланцюгів та - розпаду були встановлені емпірично і вони сформулюються наступним чином.

Усі ядра з масовими числами нестабільні по відношенню до -розпаду. Усяке таке ядро переходить у стабільне () шляхом декількох послідовних перетворень. Серед них обов’язково будуть -розпади, так як саме вони змінюють масове число, але частина ядер буде розпадатися внаслідок -перетворень. Останнє пояснюється тим, що при вильоті з ядра - частинки (2 протонів та 2 нейтронів) масове число зменшується і збалансоване співвідношення між числами та порушується. Ядро виходить за границі долини -стабільності, яка задається рівнянням (1.16) , , а потім повертається до неї внаслідок -розпаду, що протікає з перетворенням нейтрона в протон і випромінюванням електрона та антинейтрино. Проміжні ядра можуть утворюватися у збуджених станах і переходити у стани з меншою енергією випромінюючи -квант, але такі процеси не супроводжується зміною ізотопу. Однак, якщо якесь материнське ядро зазнає послідовні   та -розпади, то для кожного з його дочірніх ядер залишок від поділу їхніх масових чисел на 4 буде однаковим. Це пов’язано з тим, що при -розпаді масове число А змінюється на 4, а при - та - випромінюваннях воно не змінюється. Внаслідок цього, усі незбуджені природні радіоактивні ядра з , які розпадаються з вильотом частинок, групуються в 4 родини, для кожної з яких масові числа задаються однією з наступних формул :

(5.4)
де – деяке натуральне число і  .

Радіоактивні ряди дуже важливі у прикладних дослідженнях. Основні відомості про них приведені в табл. 5.2.
Табл. 5.2. Родини радіоактивних елементів

Родина

А

Початковий нуклід

, років

Кількість перетворень

Кінцевий нуклід

Торія







12



Нептунію







13



Урана







18



Актинія







16




Остання родина у табл. 5.2 отримала свою назву тому, що попередні до актинію елементи та були відкриті пізніше.

Нептуній, який є родоначальником другого ряду, відносно мало стабільний, і в складі земної кори він не зберігся. Родину нептунія спочатку передбачили теоретично, а лише потім його структуру реконструювали у лабораторії (Г.Сіборг, А.Гіорсо, 1950р.).

Кожний радіоактивний ряд містить також члени з більшими значеннями заряду і масового числа ніж вказані в таблиці 5.2, але вони мають порівняно невеликий час життя і тому в природі майже не зустрічаються. Усі елементи з об’єднуються загальною назвою трансуранові елементи. Елементи з також називають трансфермієвими.

Трансуранові елементи були синтезовані штучним шляхом і їхнє послідовне вивчення разпочалося в 40-х роках. Першим було синтезовано нептуній з (Е. Макміллан, П. Абельсон, 1940р.). Трансуранові елементи з були отримані при опроміненні урану або вже синтезованих елементів потужними потоками нейтронів від ядерних реакторів. При цьому спочатку утворювалася деяка комплексна система (ядро + нейтрон), і лише потім надлишок нейтронів ліквідувався за рахунок  розпаду. Так, наприклад, америцій вперше було синтезовано за допомогою наступного ланцюга перетворень :



(5.5)

Ізотопи ейнштейнія () та фермію () спочатку були відкриті при аналізі продуктів термоядерних вибухів.

Основною причиною нестабільності трансуранових елементів із значеннями зарядів до є -розпад. Але для трансфермієвих елементів істотним є спонтанний поділ, внесок якого збільшується із зростанням заряду ядра. Для відомих на цей час нуклідів з це основний тип розпаду. Із збільшенням заряду ядра (див., Табл. 5.3) час життя ядер монотонно і достатньо різко зменшується, що робить проблему синтезу та ідентифікації надважких елементів надзвичайно складною задачею, як з точки зору фізики, так і техніки.
Табл. 5.3. Періоди напіврозпаду деяких радіоактивних ізотопів



Символ

Назва

Кількість ізотопів





93

Np

Нептуній

12

237

2,2 106 років

99

Es

Ейнштейній

13

254

250 днів

104

Ku

Курчатовій

8

260

0,1 сек.


  1   2   3

Схожі:

Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconПрограма курсу " загальна фізика. Ядерна фiзика"
Загальні властивості ядер. Маси та електричний заряд ядер. Ізотопи, iзобаpи й ізотони. Енеpгiї зв'язку та лiнiя стабiльностi. Розмipи...
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconФізика ядра І елементарних частинок
Порівняти питому енергію зв’язку з енергією відокремлення нейтрону для ядер, та. Показати, що в наближені неперервної залежності...
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер icon6. Загальні закономірності ядерних реакцій
Зазвичай ядерна реакція викликається бомбардированням ядер деякої речовини потоком прискорених частинок: протонів, –частинок, нейтронів...
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconТема уроку. Будова атома: ядро й електронні оболонки. Склад атомних ядер
Д.І. Менделєєва, розширити знання учнів про радіоактивність і будову атома, дати уявлення про фізичний зміст періодичного закону
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconЗвіт про виконання лабораторної роботи №4 «Визначення часу життя μ-мезона»
Особливість - мезонів — їх радіоактивний розпад на (нейтрино) та (антинейтрино) в речовинах з високою густиною поглинання -мезонів...
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconВизначення ядер знань на графі компетенцій проектних менеджерів
В. Д. Гогунський, Д. В. Лукьянов, О. В. Власенко. Визначення ядер знань на графі компетенцій проектних менеджерів. Запропоновано...
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconРозділ V. фізика атомного ядра та елементарних частинок основні характеристики атомних ядер
Нейтрон (n) – нейтральна частинка з масою спокою, спіном І власним магнітним моментом. Протони І нейтрони називають нуклонами (від...
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер icon1 Обчислити енергію, що виділяється при поділі важких ядер (енергетичний вихід реакції поділу):. №2
Обчислити енергію, що виділяється при синтезі легких ядер (енергетичний вихід реакції синтезу)
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconПрограмма: 40 Экспериментальное и теоретическое исследование свойств атомных ядер Руководитель программы: проф. К. А. Гриднев
Программа: 40 Экспериментальное и теоретическое исследование свойств атомных ядер
Радіоактивний розпад ядер з вильотом частинок радіоактивність ядер iconУроку 56 : Розв ’ язування задач. Тема уроку 57 : Енергія зв’язку атомного ядра. Способи вивільнення ядерної енергії: синтез легких і поділ важких ядер
Тема уроку 57 : Енергія зв’язку атомного ядра. Способи вивільнення ядерної енергії: синтез легких і поділ важких ядер
Додайте кнопку на своєму сайті:
ua.convdocs.org


База даних захищена авторським правом ©ua.convdocs.org 2014
звернутися до адміністрації
ua.convdocs.org
Реферати
Автореферати
Методички
Документи
Випадковий документ

опубликовать
Головна сторінка