microbik.ru
1
адиоактивность. Закон радиоактивного распада

Новость: Открыт форум по астрономии.

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада

Тема3. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада

Треки частиц в камере Вильсона.

Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц

Для изучения ядерных явлений были разработаны многочисленные методы регистрации элементарных частиц и излучений. Рассмотрим некоторые из них, которые наиболее широко используются.

Треки протонов. название процесс принцип действия

Камера Вильсона Ионизация молекул газа быстрыми заряженными частицами При быстром опускании поршня, пар охлаждается вследствие адиабатного расширения и становится перенасыщенным. Заряженная частица, пролетая через рабочий объем, ионизирует молекулы пара. Вдоль траектории образуется цепочка ионов, которые являются центрами конденсации. Капельки жидкости обрисовывают след движения частицы.

Пузырьковая камера Ионизация жидкости Рабочий объем заполнен нагретым почти до кипения жидким водородом или пропаном, находящимся под высоким давлением. В перегретое состояние жидкость переводят резко уменьшая давление. Заряженная частица образует на своем пути цепочку ионов, что приводит к резкому закипанию жидкости. Вдоль траектории частицы появляются пузырьки пара (трек).

Счетчик Гейгера-Мюллера Ионизация молекул газа и газовый разряд Между цилиндром и нитью приложено высокое напряжение. Цилиндр заполнен газом. Пролетающая частица ионизирует газ. Цепочка образующихся ионов стекает к аноду и нейтрализуется. Электроны разгоняются электрическим полем, создавая искровой разряд, регистрируемый специальным устройством.

Метод сцинтилляций

Спинтарископ Свечение (люминесценция) При ударах частиц, испускаемых радиоактивным препаратом, наблюдаются отдельные точечные свечения люминофора.

Метод толстослойных фотоэмульсий Ионизация молекул фотоэмульсии Ядерные фотоэмульсии имеют толщину 600-1200мкм. Частицы, попадая в слой фотоэмульсии, вызывают ионизацию молекул, приводящую к почернению зерен. После химической обработки треки частиц становятся видимыми.

Радиоактивность

Явление самопроизвольного испускания химическими элементами излучения, обладающего значительной проникающей способностью и ионизирующими свойствами, получило название естественной радиоактивности. Элементы, испускающие такое излучение называются радиоактивными.

Радиоактивными являются все элементы с порядковым номером более 83 в таблице Менделеева.(Z >83).

Состав радиоактивного излучения

Излучение радиоактивных веществ состоит из трех компонент: a-,b-,g-излучения. Обнаружено, что a-,b-лучи отклоняются магнитным полем в разные стороны, а g-лучи не отклоняются совсем. Так были определены знаки зарядов составных частей радиоактивного излучения. Результаты исследования свойств излучения приведены в таблице.

Обозначение Природа Зарядовое и массовое число Энергия Скорость

a-лучи поток полностью ионизированных атомов гелия 2a4 или 2He4

4-9 МэВ 107 м/с

b-лучи поток быстрых электронов -1b0 или-1е0 непрерывный спектр энергий от 0 до 782 кэВ 108 м/с

g-лучи жесткое электромагнитное излучение (l=10-2 нм)

- линейчатый спектр энергий 3·108 м/с

Типы радиоактивных распадов

Наблюдения показали, что одновременно a-и b-излучения испускаются только веществами, содержащими несколько различных радиоактивных элементов. Чистые радиоактивные элементы испускают или a-излучение или b-излучение, каждому их которых сопутствует g-излучение. Радиоактивность возникает вследствие самопроизвольного распада ядер одних элементов и превращения их в ядра других. Превращения ядер бывают двух типов: a-распад и b-распад. Они подчиняются определенным закономерностям, называемым правилами радиоактивного смещения. Эти правила установил Содди.тип распада реакция правило смещения

a-распад ZXA =>Z-2YA-4 + 2a 4 при распаде образуется ядро элемента Y находящегося в таблице Менделеева на две клетки раньше исходного элемента X.

b-распад ZXA =>Z+1YA + -1e0 при распаде образуется ядро элемента Y, находящегося на одну клетку вправо от исходного элемента X

При реакциях самопроизвольного радиоактивного распада, также как и при искусственных ядерных реакциях выполняются следующие законы сохранения:

сохранение зарядового числа

сохранение массового числа

сохранение энергии

Закон радиоактивного распада

Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Период полураспада- основная константа радиоактивного элемента. Период полураспада характеризует скорость распада. Например: радий 88Ra226 имеет период полураспада Т=1600 лет; торий 90Th231 -25.64 часа; полоний 84Po212 -3·10-7 сек.

Выведем закон радиоактивного распада. Обозначим N-число ядер в момент времени t. Очевидно: при t=0 N=N0

t=T n=N0/2

t=2T N=N0/2·2=N0/4=N0/22

t=3T N=N0/23

- -

t=n·T N=N0/2n

Так как n=t/T, то N=N0·2-t/T. Это и есть закон радиоактивного распада. За время t распадается число ядер, равное DN=N0-N=N0(1-2-t/T)