.

Радіоактивні перетворення ядер (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
2 2964
Скачать документ

Реферат на тему:

Радіоактивні перетворення ядер

План

1. Основні закономірності радіоактивного розпаду.

2. Радіоактивні процеси.

2.1. ?-Розпад.

2.2. ?-Розпад.

2.3. ?-Випромінювання. Ефект Мессбауера.

2.4. Інші види радіоактивності.

3. Поділ і синтез ядер.

Основні закономірності радіоактивного розпаду

).

До радіоактивних елементів належать ті, котрі мають порядковий номер
більший за 83. У періодичній таблиці Менделєєва вони розташовуються
після Вісмуту. Для цих елементів характерною є відсутність стабільних
ізотопів. Крім того, природна радіоактивність була виявлена й у деяких
ізотопів інших елементів. Наприклад, винятком можна назвати Технецій
(Те, Z = 43) і Прометій (Рт, Z= 61). Незважаючи на те, що їхні порядкові
номери менші за 83, вони не мають жодного стабільного ізотопу.

Радіоактивний розпад — природне радіоактивне перетворення ядер. При
цьому ядро, яке зазнає розпаду, називається материнським, а те, що
утворюється, — дочірнім.

Основним у теорії радіоактивного розпаду є припущення про те, що розпад
— спонтанний процес, який підкоряється законам статистики. Розпад
окремих радіоактивних ядер відбувається незалежно, що дозволяє зробити
такий висновок: швидкість розпаду (тобто кількість ядер, які
розпадаються за одиницю часу), пропорційна кількість ядер, які не
розпалися на цей момент часу:

Величина ? — коефіцієнт, що характеризує швидкість розпаду. Він
називається константою розпаду. Ця величина індивідуальна для кожного
радіоактивного ядра, її негативне значення вказує на те, що в процесі
розпаду загальна кількість радіоактивних ядер зменшується. Знайти
початкову кількість ядер, що не розпалися, дозволяє закон радіоактивного
розпаду:

N= N0e-?t

де N0 — початкова кількість ядер, що не розпалися, у початковий момент
часу

N — кількість ядер, що не розпалися, у момент часу t.

Основними характеристиками інтенсивності розпаду є: 0,693

;

2) середній час життя ядра:

Кількість розпадів, що відбуваються з ядрами за 1 с, називається
активністю нукліда:

Радіоактивні процеси

Для будь-якого радіоактивного процесу виконуються закони збереження
енергії, імпульсу, моменту кількості руху, а також електронного заряду.
При а-розпаді й у-випромінюванні виконується також закон збереження
парності.

Парність Р — квантове число, що характеризує симетрію хвильової функції
елементарної частинки або системи елементарних частинок щодо
дзеркального відображення. Парність частинки позитивна, якщо при
дзеркальному відображенні хвильова функція частинки не змінює знак:

Р=+1.

Якщо ж знак хвильової функції змінюється при відображенні, то парність
частинки негативна:

Р= – 1.

може мати парну хвильову функцію, і тоді протікання цієї реакції є
можливим.

?-Розпад

). Таким чином, дочірнє ядро має на два протони і два нейтрони менше,
ніж материнське. а-Розпаду зазнають головним чином важкі ядра (А > 200,
Z > 8а).

?-Розпад можливий тому, що маса, а отже, і енергія а-радіоактивного ядра
більша за суму мас (або сумарну енергію спокою) а-частинки і дочірнього
ядра, що утворюється в результаті а-розпаду. Надлишок енергії
материнського ядра звільняється у формі кінетичної енергії а-частинки і
дочірнього ядра. Швидкості а-частинок, що вилітають при розпаді,
коливаються в межах (1,4-2) 107 м/с. Це відповідає енергіям 4-9 МеВ.

Сучасна теорія ядерних взаємодій стверджує, що а-частинки утворюються в
результаті зустрічі двох протонів і двох нейтронів, які рухаються
усередині ядра.

Енергетичний спектр випромінюваних а-частинок складається з декількох
близько розташованих моноенергетичних ліній. Це означає, що в межах
кожної групи енергії частинок постійні. Дискретність спектра ?-частинок
ще раз доводить дискретність енергетичних рівнів атома.

Для ?-розпаду виконується така закономірність: зі зменшенням періоду
піврозпаду радіоактивного елемента збільшується пробіг і енергія
а-частинок, що ним випромінюються.

Цей взаємозв’язок був встановлений емпірично і називається законом
Гейє-ра-Неттола.

?-Розпад

У процесі ?-розпаду з радіоактивного ядра самодовільно випромінюється
електрон (електронний, або ?–розпад) або позитрон (позитронний, або
?+-розпад). Ці частинки виникають у ядрі безпосередньо в момент
?-розпаду, а до цього їх у ядрі немає. Крім того, існує ще третій вид
?-розпаду — захоплення ядром електрона з оболонки свого атома. Він
називається е-захоплення.

У кожнім випадку ?-розпаду відбувається випромінювання нейтрино (або
антинейтрино). Правило зміщення для ?-розпаду має вигляд:

?–розпад

?+-розпад

Як видно зі схеми, у випадку ?- -розпаду заряд ядра збільшується на
одиницю, у випадку ?+-розпаду — зменшується. У процесі е-захоплення
також спостерігається зниження заряду ядра на одиницю. Таким чином, ядро
перетворюється на ізобар, тобто нейтрон перетворюється на протон або
навпаки, при цьому загальне число протонів і нейтронів (масове число)
ядра залишається незмінним.

?-розпад стає можливим завдяки тому, що вихідне радіоактивне ядро має
більшу масу й енергію спокою, ніж продукти розпаду. Надлишок енергії
спокою звільняється у формі кінетичної енергії електрона або позитрона,
енергії антинейтрино або нейтрино і дочірнього ядра.

Оскільки електрон не вилітає з ядра і не відривається від електронної
оболонки атома, припустимо, що він народжується в ядрі як результат
процесів, що там відбуваються. Розглянемо це на прикладі ?–розпаду. У
силу того, що число нуклонів у ядрі не змінюється, а заряд збільшується
на одиницю, то єдино можливою ситуацією, у якій можуть одночасно
здійснюватися ці умови, буде перетворення одного з нейтронів ?-активного
ядра на протон з одночасним утворенням електрона й випромінюванням
антинейтрино.

Протягом тривалого часу вчених ставили у безвихідь безперервні спектри
електронів, що випромінюються при ?-розпаді. У зв’язку з цим навіть
виникла гіпотеза про те, що в процесі ?-розпаду порушується закон
збереження енергії. Однак припущення, а згодом і доказ існування
нейтрино пояснили цей факт. Справа в тому, що ?-активні ядра до і після
розпаду мають цілком певні енергії, але викидаються електрони, що мають
енергію в діапазоні від 0 до певної Е . Як виявилося згодом,
безперервність енергетичного спектра обумовлена тим, що енергія
розподіляється між електронами й антинейтрино, причому сума енергій обох
частинок дорівнює Етах. В одних актах розпаду більшу енергію отримує
антинейтрино, в інших — електрон.

Сучасна теорія ?-розпаду спирається на те, що всі перетворення, які
відбуваються в ядрі, протікають під впливом слабкої взаємодії (єдиного
виду взаємодії, у якому можуть брати участь нейтрино й антинейтрино).

Ядра, що мають ?-радіоактивність, можна створювати штучно, якщо
приєднати до стабільного ядра або відняти від нього один або кілька
однотипних нуклонів. При надлишку електронів у ядрі може спостерігатися
штучна р-радіоактивність. Такі ядра виходять у результаті опромінення
речовин нейтронами в ядерних реакторах. При надлишку протонів ядра
виявляють штучну ?+-радіоактивність або зазнають е-захоплення. їх
одержують опроміненням речовини на циклотроні позитивними іонами
(протонами). Уперше наведена ?+-радіоактивність була відкрита в 1934 р.
при опроміненні речовин а-час-тинками, а штучна ?–радіоактивність — при
опроміненні речовин нейтронами від нейтронних джерел.

?-Випромінювання. Ефект Мессбауера

Експериментально встановлено, що ?-випромінювання не є самостійним видом
радіоактивності. Воно супроводжує ?- і ?-розпади, виникає при ядерних
реакціях, гальмуванні заряджених частинок і т. ін.

У процесі ?-випромінювання ядро спонтанно переходить зі збудженого стану
до основного або менш збудженого. При цьому надлишок енергії ядра
звільняється у вигляді ?-кванта (кванта короткохвильового
електромагнітного випромінювання) і у вигляді енергії віддачі ядра (Tя?
10 –2 – 10 еВ).

Встановлено, що у-випромінювачами є дочірні ядра, які утворилися в
результаті ?- і ?-розпадів, тому що вони утворюються і в нормальному, і
в збудженому станах. Випускання у-випромінювання відбувається протягом
10 -13 – 10-14 с із моменту утворення дочірнього ядра, що значно менше
часу життя збудженого атома (10-8 с). При цьому перехід ядра зі
збудженого до нормального стану може проходити через ряд проміжних
станів, кожен із яких має свої енергетичні характеристики. Тому
у-випромінювання того самого радіоактивного ізотопу може містити кілька
різних за енергією груп у-квантів. Це доводиться і лінійчатим характером
у-спектрів. Узагалі ж ?-спектр — це розподіл усіх у-квантів відповідно
до їхніх енергетичних характеристик. Тому дискретність ?-спектра ще раз
доводить дискретність енергетичних станів атомних ядер.

Поряд із у-випромінюванням у ядрі може відбуватися конкурентний процес —
внутрішня конверсія. Справа в тому, що перехід ядра зі збудженого до
нормального стану може відбутися не тільки за рахунок випущення
у-кванта, але і при безпосередній передачі енергії збудження одному з
електронів того ж атома. При цьому випромінюється електрон конверсії.

Електронам конверсії відповідають дискретні значення енергії. їхня
величина залежить від роботи виходу електрона з оболонки і від енергії,
яку віддає ядро при переході зі збудженого до нормального стану.

Якщо вся енергія Е виділяється у вигляді у-кванта, то частота
випромінювання v визначається зі співвідношення:

E = hv.

У випадку випромінювання електронів внутрішньої конверсії енергії
електронів визначатимуться зі співвідношень:

E-Ak , E-AL;…,

де Ак, AL,…—робота виходу електрона з К-, L-, … -оболонок. Завдяки
тому, що енергія електронів кожного рівня суворо визначена, електрони
конверсії можна легко відрізнити від ?-електронів, спектр яких
безперервний. Крім того, внутрішню конверсія завжди супроводжується
характеристичним рентгенівським випромінюванням, що обумовлюється
переходом електронів верхніх оболонок на місця, що звільнилися в
результаті вилітання електронів.

При у-випромінюванні енергія у-квантів, що випускаються, виявляється
меншою за енергію збудженого стану ядра. Частина енергії переходить в
енергію віддачі ядра:

Е=Е?+Тя,

де Е — енергія збудженого ядра,

Е? — енергія у-кванта,

Tя — кінетична енергія віддачі ядра.

Хоча Tя — дуже маленька величина (Tя >> 0,01—10 еВ), проте Eg?Е. Тому
у-кванти, випущені ядром, не можуть перевести ядро того ж типу з
нормального стану (Е = 0) до збудженого. Для цього у-квант повинен мати
енергію:

E?= Е+Тя,

де Тя — енергія віддачі, яку у-квант повинен передати поглинаючому ядру.

Але існують умови, за яких енергія віддачі зведена до нуля (ядра у
вигляді кристалічних решіток при низькій температурі). У цьому випадку
стають можливими випускання й поглинання у-квантів без віддачі.

Крім того, має місце резонансне поглинання ?-квантів ядрами: ядро
поглинає ?-квант тієї ж частоти, що й частота випромінюваного ядром
у-кванта при переході зі збудженого стану до основного. Резонансне
поглинання можна отримати тільки при компенсації втрати енергії на
віддачу. Такій умові задовольняють ядра, що перебувають у зв’язаному
стані (кристалічна решітка) і при низьких температурах, щоб зупинити
коливання ядер у решітках. У цьому випадку імпульс і енергія віддачі
передаються не одному ядру (яке поглинає або випромінює у-квант), а всій
кристалічній решітці загалом. Маса кристала щодо маси окремого ядра є
набагато більшою величиною, тому відповідно до закону збереження
імпульсу

втрати енергії на віддачу стають нескінченно малими. Можна сказати, що
процеси випромінювання й поглинання у-випромінювання в цьому випадку
відбуваються абсолютно пружно, тобто практично без втрат енергії.

Явище пружного випромінювання або поглинання у-квантів ядрами атомів,
зв’язаними у твердому тілі, що не супроводжується зміною внутрішньої
енергії тіла, називається ефектом Мессбауера (від імені вченого, який
досліджував це явище і встановив його закономірності).

Інші види радіоактивності

а) Протонна радіоактивність — випромінювання протона з ядра в основному
стані. Звичайно цей процес спостерігається в штучно отриманих ядрах із
великим дефіцитом нейтронів.

б) Спонтанний поділ — самодовільне розщеплення ядер із Z >. 90 (торій,
протактиній, уран і трансуранові елементи) на два ядра-осколки з
приблизно однаковими масами (M1:М2СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики. Т.1. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. –К, 1999.–532 с. Матвеєв О.М. Механіка і теорія відносності. –К., 1993.–288 с. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 6 т. Т.1. Механика.–М., 1989.–520 с. Іванків Л.І., Палюх Б.М. Механіка.– К., 1995.– 227 с. Хайкін С.Е. Фізичні основи механіки.– К., 1966.– 743 с. Кушнір Р. Курс фізики. Ч.1: Механіка. –Львів, 2000.– 196 с. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т.1. Механика. Молекулярная физика.– М., 1987.– 416 с. Иродов Н.Е. Основные законы механики.– М., 1985.– 248 с.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020