Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8



Сторінка2/22
Дата конвертації15.02.2018
Розмір1.55 Mb.
ТипЛекція
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

Лекція № 2 Види радіоактивних розпадів і випромінювань


У приповерхневих Земних умовах існують, в основному, два види радіоактивного розпаду:

1. альфа-розпад;

2. бета-розпад.
При цьому можуть виникати чотири види випромінювання:


  • альфа (α)-випромінювання;

  • бета (β)-випромінювання;

  • гамма (γ)-випромінювання;

  • випромінювання()нейтринне.

З цих видів випромінювань для радіоекології представляють інтерес тільки перші три. Оскільки саме вони мають властивість іонізації.

Крім того, в Земних породах існує процес спонтанного ділення ядер, в результаті якого можуть випромінюватися нейтрони (розпад і поділ - це різні поняття). Але внесок цього процесу в загальну радіологічну обстановку настільки малий, що його як правило не розглядають.
Альфа-випромінювання - потік ядер гелію Не2+ або, інакше, α-частинок. Альфа-частинка складається з двох протонів p і двох нейтронів n: 


альфа-частица

.

Отже,

  • електричний заряд α-частинки дорівнює двом елементарним електричним зарядам зі знаком (+);

  • відносно велика маса рівна 4 атомним одиницям маси (маса цих часток перевищує масу електрона в 7300 разів);

  • енергія альфа-частинок коливається в межах 2-11 МеВ (для кожного певного ізотопу енергія альфа-частинок своя і постійна).

warning

У ядерній фізиці енергію частинок виражають у електронвольт [еВ].

Електронвольт - енергія, яку набуває електрон, що проходить в електричному полі з різницею потенціалів в 1 В.



Виникають α-частинки при розпаді важких ядер. Ядра з порядковим номером Z більше 82 (Pb), за рідкісним винятком альфа-активні. В даний час відомо більше 160 альфа-активних видів ядер.
Процес альфа-розпаду можна представити так:

 де Х - символ вихідного ядра; Y - символ ядра продукту розпаду; Q - випромінюваний надлишок енергії (зазвичай у вигляді гамма-кванта і тепла); А - масове число; Z - порядковий номер елемента (заряд ядра).


Наприклад,

 


Енергія альфа-частинок дискретна. Тобто, альфа-частинки, що випускаються ядрами-якого ізотопу, мають строго визначеними значеннями енергії.

При альфа-розпаді елемент (дочірній) зміщується на дві клітини вліво відносно вихідного (материнського) в періодичній системі Д.І. Менделєєва.


Бета-випромінювання. Являє собою потік електронів або позитронів ядерного походження. Позитрон - елементарна частинка, подібна електрону, але з позитивним знаком заряду. Фізичні параметри електронів ядерного походження (маса, заряд) такі ж, як і у електронів атомної оболонки. Позначаються бета-частинки символом β-або β+.

Бета-частинки виникають всередині ядер при перетворенні нейтронів в протони або навпаки - протонів на нейтрони. Також при бета-розпаді виникають антинейтрино ν-або нейтрино ν +.



;
.

бета-частицы

Нейтрино - електронейтральна частка, яка рухається зі швидкістю світла, має масу спокою і володіє великою проникаючою здатністю; зареєструвати її дуже важко. Частка, що випускається разом з позитроном (β+), названа нейтрино і позначається (ν+), а випускається разом з електроном (β-) - антинейтрино (ν-).

Енергія, що звільняється при кожному акті розпаду, розподіляється рівномірно між бета-часткою і нейтрино. Тому, на відміну від альфа-частинок, бета-частинки одного і того ж радіоактивного елемента володіють різним запасом енергії (від нуля до деякого максимального значення). Якщо бета-частинка вилітає з ядра з великим запасом енергії, то нейтрино випускається з малим рівнем енергії і навпаки. Тому енергетичний спектр бета-випромінювання суцільний і безперервний. Середня енергія бета-частинок в спектрі дорівнює приблизно ⅓ їх Рис. 5. Розподіл бета-частинок по енергіях:


N - число бета-частинок; Е - їх енергія.

максимальної енергії (Мал. 5).

Максимальна енергія бета-частинок різних елементів має широкі межі - від 0,015-0,05 МеВ (м'яке бета-випромінювання), 3-12МеВ (жорстке бета-випромінювання).

Електронний (бета-мінус) розпад описується рівнянням




При цьому розпаді заряд ядра і відповідно атомний номер елемента збільшуються на одиницю, а масове число залишається без зміни. Тобто, дочірній елемент зсувається на одну позицію вправо від початкового.

Прикладом бета-мінус розпаду може служити розпад природного ізотопу калію з перетворенням його в кальцій:




Позитронний (бета-плюс) розпад можна записати у вигляді

 

Заряд ядра і відповідно атомний номер елемента зменшується на одиницю, і дочірній елемент буде займати місце в періодичній системі Д.І. Менделєєва на один номер вліво від материнського; масове число залишається без зміни.



Позитронний розпад спостерігається у деяких штучно отриманих ізотопів. Наприклад, розпад ізотопу фосфору з утворенням кремнію:

 .


Позитрон, вилетівши з ядра, зриває оболонки атома електрон або взаємодіє з вільним електроном, утворюючи пару «позитрон-електрон», яка миттєво перетворюється в два гамма-кванта з енергією, еквівалентної масі частинок (е- і е +). Процес перетворення пари «позитрон-електрон» в два гамма-кванта отримав назву анігіляції (знищення), а виникнення електромагнітного випромінювання - анігіляційного. В даному випадку відбувається перетворення матерії (часток речовини) в енергію - електромагнітну хвилю (гамма-фотони).

Таким чином, при позитронному розпаді в кінцевому результаті за межі материнського атома вилітають не частки, а два гамма-кванти, кожен з яких володіє енергією в 0,511 МеВ, рівної енергетичного еквіваленту маси спокою частинок - позитрона й електрона E = 2mec2 = 1,022 МеВ.

Існує і зворотна реакція - реакція утворення пари при «розщепленні» гамма-кванта достатньо великої енергії (Е ≥ 1,022 МеВ). Гамма-фотон, пролітаючи через речовину, під дією сильного електричного поля поблизу ядра перетворюється на пару «електрон-позитрон».

Електронне захоплення (К-захват). Перетворення ядра може бути здійснено також шляхом електронного захвату, коли один з протонів ядра захоплює електрон з однією з оболонок атома, найчастіше з найближчого до нього К-шару або рідше з L-шару, і перетворюється в нейтрон:


Порядковий номер нового ядра стає на одиницю менше порядкового номера вихідного ядра, а масове число не змінюється. Перетворення при К-захоплення записують в наступному вигляді:


Наприклад,

 


Звільнене місце, яке посідав у К-або L-шарі захоплений електрон, заповнюється електроном з більш віддалених від ядра шарів оболонки атома. Надлишок енергії, що звільнилася при такому переході, випускається атомом у вигляді характеристичного рентгенівського випромінювання. Атом, як і раніше зберігає електричну нейтральність, так як кількість протонів в ядрі при електронному захопленні також зменшується на одиницю.

Позитронний розпад і електронний захоплення, як правило, спостерігають тільки у штучно-радіоактивних ізотопів.

 

Гамма-випромінювання (γ) - потік електромагнітних хвиль великої енергії. Фізична природа цих хвиль така ж, як і у радіохвиль, видимого світла, ультрафіолетових і інфрачервоних променів, рентгенівського випромінювання (Мал. 2).

emspectРис. 2. Спектр електромагнітного випромінювання.
Рентгенівське випромінювання виникає при:

1. гальмуванні електронів е- в електричному полі ядер атомів речовини - гальмівне рентгенівське випромінювання;

2. переході електронів з далеких електронних оболонок на більш близькі до ядра під час іонізації або збудженні атомів і молекул - характеристичне рентгенівське випромінювання.

При різних переходах атомів і молекул зі збудженого стану в збудженому може також відбуватися випускання видимого світла, інфрачервоних і ультрафіолетових променів.


Частица (α или β)

γ-квант


Энергия ядра Е

Е1

Е2

Е3

Материнское ядро Х

Возбужденное (метастабильное) дочернее ядро mY

Дочернее ядро Y
Рис. 3. Утворення γ-квантів при радіоактивному розпаді.
Гамма-кванти - це електромагнітне випромінювання ядерного походження. Вони випускаються ядрами атомів при альфа-і бета-розпаді природних і штучних радіонуклідів в тих випадках, коли в дочірньому ядрі виявляється надлишок енергії, не захоплений корпускулярним випромінюванням (альфа-або бета-часткою). Цей надлишок миттєво висвічується у вигляді гамма-квантів (Рис. 3).

  • Гамма-кванти позбавлені маси спокою. Це означає, що фотони існують тільки в русі.

  • Вони не мають заряду, тому в електричному і магнітному полях не відхиляються.

  • Швидкість розповсюдження їх у вакуумі дорівнює швидкості світла (3 • 1010 см / с).

Енергія гамма-кванта Еγ дискретна. Вона пропорційна частоті коливань і визначається за формулою:



де h - універсальна постійна Планка, або енергетичний еквівалент (4,13 • 10-21 МеВ / с); ν - частота коливань, с-1.


Частота коливань гамма-квантів пов'язана з довжиною їх хвилі. Чим більше довжина хвилі, тим менше частота коливань, і навпаки, тобто частота коливань обернено пропорційна довжині хвилі. Чим менше довжина хвилі і більше частота коливань випромінювання, тим більше його енергія і, отже, проникаюча здатність. Енергія гамма-випромінювання природних радіоактивних елементів коливається від декількох кілоелектронвольт до 2 3 МеВ і рідко досягає 5-6 МеВ.

Гамма-випромінювачі рідко мають одне значення енергії квантів (моноенергетичні або монохроматичне спектр). Найчастіше існує «набір» певних значень, який для кожного ізотопу постійний і, відповідно, утворюється ¬ лінійний спектр випромінювання.




Прикладом моноенергетичного гамма-випромінювача може служити 137Cs. При ізомерному переході його дочірнього ядра 137Ва висвічуються кванти з енергією 0,661 МеВ.

Лінійчатий спектр випромінювання спостерігається при розпаді ізотопу йоду (131I), коли висвічуються п'ять груп квантів з енергіями 0,08; 0,163; 0,364; 0,637 і 0,722 МеВ.

Бром (82Br) випромінює 11 груп гамма-квантів з енергією в межах 0,248  1,453 МеВ, а кадмій (115Cd) - 13 груп від 0,335 до 1,28 МеВ.

Гамма-кванти, не маючи заряду і маси спокою, викликають слабку іонізуюче дію, але володіють великою проникаючою спроможністю. Шлях пробігу в повітрі досягає 100  150 м.


 Контрольні питання

1. Що таке альфа-частинки? Властивості альфа-частинки: заряд, маса, довжина хвилі?

2. Що таке бета-частинка? Властивості бета-частинки: заряд, маса, довжина хвилі?

3. Що таке гамма-квант? Властивості гамма-кванта: заряд, маса, довжина хвилі?

4. Як змінюються властивості (заряд, маса) материнського радіонукліда при альфа-розпаді?

5. Як змінюються властивості (заряд, маса) материнського радіонукліда при бета-плюс-розпаді?

6. Як змінюються властивості (заряд, маса) материнського радіонукліда при бета-мінус-розпаді?

7. Дискретна чи енергія у бета-випромінювання? Чому?

8. Як виникають гамма-кванти?

9. Як виникають бета-частинки?




Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

Схожі:

Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 icon9 клас І. Мистецтво в просторі культури Види і мова мистецтв
Види І мова мистецтв. Види мистецтва та специфіка їх художньо-образної мови. Просторові, часові та просторово-часові (синтетичні)...
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconЛекція №2 Основні аспекти інформатики. Архітектура персональних комп'ютерів Основні розділи лекції
Виникла на стику всіх медичних дисциплін, досліджує всі види медичної інофрмації, зв’язки між ними І формує системний підхід в осмисленні...
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconДіяльність В.І. Вернадського
Наукові праці присвячено дослідженням хімічного складу земної кори, атмосфери, гідросфери, міграції хімічних елементів у земній корі,...
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconСкладні речення, їх види
Мета: повторити, закріпити, узагальнити знання учнів про складні речення, їх групи, вдосконалювати вміння І навички визначати види...
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconЛекція Предмет та основні функції релігії Лекція 2
Термін "релігія" походить, за Цицероном, від латинського "геge1е" шанувати, почитати, І означає "богошанування", "культ"; або ж,...
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconПрограма курсу за вибором зі світової літератури «Мотиви й образи світової літератури в музичному мистецтві»
Заняття Мистецтво. Види мистецтва. Література, музика як види мистецтва
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconТема: Види мистецтва та специфіка їх художньо-образної мови. Просторові, часові та просторово-часові (синтетичні) види мистецтв. Поняття «образ» у мистецтві. Світ людини й образ світу у мистецьких шедеврах
Просторово-часові (синтетичні) види мистецтв. Поняття «образ» у мистецтві. Світ людини
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconТема: Види мистецтва та специфіка їх художньо-образної мови. Просторові, часові та просторово-часові (синтетичні) види мистецтв. Поняття «образ» у мистецтві. Світ людини й образ світу у мистецьких шедеврах
Просторово-часові (синтетичні) види мистецтв. Поняття «образ» у мистецтві. Світ людини
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconКурс лекцій київ «либідь» 1997 зміст передмова вступ тема східна азія. Тибет І великий степ у середні віки лекція китай (закінчення) Лекція великий степ
Головна редакція літератури з духовного відродження України та історико-філософських наук
Лекція №2 Види радіоактивних розпадів І випромінювань 8 iconМатеріали для опрацювання художнякультур а
Види мистецтва та специфіка їх художньо-образної мови. Просторові, часові та просторово-часові (синтетичні) види мистецтв. Поняття...


База даних захищена авторським правом ©biog.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка