Явление радиоактивности

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие которые сопровождается излучением элементарных частиц. Атомное ядро состоит из элементарных атомных частиц протоны и нейтроны и атомного ядра _zX^a, где z- число протонов, а- массове число ядра, которое представляет собой общее число нуклонов ₉₂U²³⁸ z=92, a=238. Свободный протон (₁p¹) представляет собой стабильную частицу, которая обладает положительным зарядом – равным заряду электрона. Нейтрон (₀n¹) нейтрально заряженная частица, которая обладает массой близкой к массе протона и в отличие от протона свободный нейтрон не стабилен и распадется по следующей схеме: ₀n¹ → ₁p¹+e+ν. Среднее время жизни примерно 12,5 минут.

Ядра атомов с одинаковым зарядным число z но разным массовым числом а- называют изотопами. Большинство химических элементов имеют по несколько стабильных и не стабильных изотопов. Изотопы которые подвергаются распаду называются радиоактивными, их разделяют на природные и искусственные, в зависимости от того существуют ли они в природе, или их получают искусственным путем. В зависимости от механизма превращения нестабильных ядерных изотопов, различают следующие типы их распада:

• α-распад
• β-отрицательный
• β-положительный
• К-захват
• ядерные реакции

Преимущественно радиоактивный распад приводит к появлению нового ядра которое находится в состоянии возбуждения. Излишки энергии возбужденных ядер высвобождаются сражу же после превращения ядра и происходит это в виде гамма излучений или γ-фотонов. Интенсивность радиоактивного распада характеризуется его скоростью. Единицей измерения является Бк (Беккерель) в системе СИ. Один Беккерель соответствует одному распаду в секунду. Один Кюри - 1Кu = 3.7 * 10¹⁰ Бк. Активность радионуклидов часто характеризует период полураспада - Т_1/2 этому соответсвует еденице времени в течении которого активность уменьшается в двое Т_1/2= ln²/λ=0,693/λ.

λ – коэффициент пропорциональности, постоянной радиоактивного распада. Радиоактивность любого элемента, скорость распада ядер которые входят в его состав dN/dt - пропорционально числу нераспавшихся ядер – dN/dt = -λ*N.

Закон радиационного распада: N_t = N₀ * e^-λt

Альфа распад – тип спонтанного радиоактивного превращения тяжелых атомных ядер, который состоит в выбрасывании альфа частиц из ядра. α-частицы - ядра гелия, которые состоят из двух протонов и двух нейтронов. Энергия α-частиц, которая возникает во время α-распада составляет от 2 до 9 МэВ. Пробег α-частицы в веществе очень короткий в связи с тем, что дозовое поле α-частицы которое излучается во время распада тяжелых радионуклидов в клетке неоднородное. Тогда α-частица не может проникнуть вглубь ткани и доза накапливается в поверхностных слоях. К концу пробега энергия α-частиц уменьшается, причем настолько, что она уже не способна производить ионизацию и, присоединив к себе два электрона, превращается в атом гелия. Альфа распад характерен для тяжелых радиоактивных элементов (U, ²¹⁸Po, ²²⁸Th и ²³⁹Pu). Обладает большой ионизирующей способностью 2*10⁵ пар ионов, но малой проникающей способностью. Пробег в воздухе 11см, в мягкой ткани он измеряется микронами и α-частица полностью задерживаться листом бумаги.

Бета распад – радиоактивное превращение нестабильных атомных ядер. Различают электронный β-отрицательный распад и позитронный β-положительный распад. Бета отрицательный распад состоит в выбрасывании из ядра электрона, который образуется вследствие превращения нейтрона в протон (с выделением электрона и антинейтрино). Этот вид бета-отрицательного превращения происходит с периодом полураспада, приблизительно равным 15 минутам. Во время этого распада образуется ядро нового элемента, который является следующим в таблице Менделеева, поскольку в ядре на один протон становится больше. Бета положительный распад состоит в выбрасывании из ядра позитрона, который возникает впоследствии превращения протона на нейтрон (с выделением электрона и γ-фотона). Соответственно в дочернем ядре становится протонов на единицу меньше и поэтому дочернее ядро уже принадлежит атому элемента, который предшествует таблице Менделеева тому, который радиоактивно распался. β-частицы в электрических и магнитных полях отклоняются сильнее чем α-частицы, поскольку они сильно рассеиваются веществом, их ионизирующая способность где-то в сотни раз меньше чем у α-частицы и поэтому пробег больше. Так в газовых составляющих десятки метров, в металлах - несколько мм, в биологических тканях до 15 мм. Для защиты от β-частиц используют металлические либо пластиковые экраны.

К-захват – тип радиоактивного превращения ядра, который состоит в превращении ядром электрона с ближайшей электронной К-оболочки, в результате этого один из протонов превращается в нейтрон и при этом испускается нейтрино. В результате возникает ядро атомов элемента, который в таблице Менделеева предшествует тому, который преобразовался по данному типу. С внутренней электронной оболочки соответствующая орбиталь образует вакансию, в которой заполняется другими электронами оболочки атома. В связи с этим атом излучает рентгеновские лучи, которые возникают в следствии этих электронных переходов. По типу К-захвата преобразуются атомы ⁴⁰К.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: