Гамма-лучи. Закон радиоактивного распада. Радиоактивные семейства. Радиоактивное равновесие

(17.7)

и в сотни раз меньше по сравнению с α-частицами. Соответственно и длина свободного пробега β-частиц в воздухе на 2 порядка больше и составляет метры.

4. Гамма-лучи не отклоняются в электрических и магнитных полях. Это указывает на то, что они аналогичны рентгеновским лучам и представляют собой электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны. С помощью кристаллических решёток удалось наблюдать дифракцию γ-лучей и измерить их длину λ. Она оказалась величиной порядка ≈10^–12 м, что в десятки раз меньше λ жёстких рентгеновских лучей.

Энергия γ-фотонов того же порядка 0,1-10 МэВ, как и у α- и β-частиц. Этой энергии соответствует диапазон длин волн γ фотонов λ ≈ (10-0,1)·10^–12 м.

Вследствие малых длин волн γ-кванты имеют ярко выраженный корпускулярный характер. Спектры γ-лучей линейчатые. Проходя через вещество, γ-кванты вызывают фотоэффект, испытывают комптоновское рассеяние и при энергиях hν ≥ 1,02 МэВ могут образовывать в электрическом поле ядер электрон-позитронные пары. Регистрируется γ-излучение, в основном, по вторичным электронам, выбитым или порождённым γ-квантами.

5. Закон радиоактивного распада. Опыт показывает, что любое физическое возмущение, не затрагивающее структуры ядер, не влияет на скорость их радиоактивных превращений. Все свойства вещества, которое испытывает радиоактивный распад, остаются неизменными. Отсюда следует, что радиоактивное превращение ядер есть процесс статистический, протекающий спонтанно. Для отдельно взятого ядра можно указать лишь вероятность какого-либо превращения в течение определённого промежутка времени.

Пусть λ-вероятность того, что ядро определённого сорта в течение 1 секунды испытает определённый тип превращений, например, α-распад. Если имеется система из N тождественных ядер, то при очень большом N > 1/λ можно достаточно надёжно утверждать, что в одну секунду распадётся λN ядер. Но это есть скорость убывания числа нераспавшихся ядер. Поэтому можно записать:

(Закон радиоактивного распада в дифференциальной форме) (17.8)

Проинтегрировав уравнение при начальном условии , получаем интегральный закон радиоактивного распада.

. (17.9)

Величину λ называют обычно постоянной радиоактивного распада. Наряду с λ используется и более наглядная величина Т – период полураспада, то есть время Т, в течение которого распадается половина ядер препарата N₀/2. Между λ и Т однозначная связь. Так как

то и (17.10)

Перейдя от λ к параметру Т, получаем закон радиоактивного распада в виде:

. (17.11)

Наряду с периодом полураспада Т радиоактивные изотопы характеризуют ещё средним временем жизни ядер τ. Найдём связь между Т и τ.

Суммарное время жизни тех dN ядер, которые распались спустя время t, равно t–dN. Суммарное время жизни всех N_0­ ядер препарата найдётся интегрированием. Выразив dN из формулы (17.9), получаем:

(17.12)

Интеграл вычисляется по частям. Пусть t = u, тогда dt = du. Выражение exp(–λt)dt =
= dv. Проинтегрировав, получаем v = –exp(–λt)/λ. Искомый интеграл

(17.13) Отсюда или (17.4)

6. Радиоактивные семейства. Все α- и β-радиоактивные элементы можно разделить на 4 радиоактивных семейства, или радиоактивных ряда. В каждом ряду атомная масса А выражается формулой

А = 4n + С, (17.15)

где С – постоянная для данного ряда величина, а n – переменное целое число. Каждый элемент ряда получается из предыдущего путём α- или β-превращения. Значению С = 0 (n ≤ 59) соответствует ряд тория, С = 1 (n ≤ 59) – ряд нептуния, С = 2 (n ≤ 59) – ряд урана, С = 3 (n ≤ 58) – ряд антиноурана (рис. 131). Ряд нептуния (С = 1) состоит из изотопов, не встречающихся в природе, но получающихся искусственно.

7. Радиоактивное равновесие.Если взять любой элемент ряда в произвольном количестве и запаять в сосуде, то в результате его распада образуется дочерний продукт, который будет распадаться сам и т.д. до конца ряда. По истечении достаточно большого времени между членами ряда установится равновесие.

λ₁N₁ = λ₂N₂ = λ₃N₃ = … Волновое уравнение. (17.16)

Чем меньше λ, тем устойчивее элемент, тем больше число его ядер. Поэтому в радиоактивных семействах могут возникать островки стабильности, характерные повышенным содержанием какого-либо элемента с относительно большим периодом полураспада.

Физические величины характеризующие радиоактивность, и единицы их измерения

(17.17) Здесь – начальная активность препарата. Если препарат представляет собой смесь изотопов, то активность препарата равна сумме активности каждого из изотопов в…

Б. Характеристика радиоактивного излучения.

Единица интенсивности Вт/м2. в. Характеристики взаимодействия излучения с неживым веществом. Их 3. Поглощённая доза излучения D есть отношение поглощённой энергии Е к массе облучаемого вещества m,

Проблема строения атомного ядра.

Альфа-частицы имеют энергию 7,58 МэВ и длину пробега в воздухе при нормальном давлении около 7 см. Держатель Д был установлен на таком расстоянии от… Кювета заполнялась разными газами, после чего наблюдались сцинтилляции… При заполнении кюветы азотом N2 на пластинке Пл наблюдались сцинтилляции и при давлениях, больших предельного.…

Свойства и модели атомных ядер

а. Рассеивание на ядрах быстрых электроновпозволяет определить электрический радиус ядра Rэл. Электроны, энергия которых должна быть не менее 100… б. Спектры мезоатомов, то есть атомов, один из электронов в которых заменен… в. Дифракция на ядрах нейтронов с энергией порядка 20 МэВ имеет то достоинство, что нейтроны испытывают ядерное…

Природа ядерных сил.

Квантовая модель электромагнитного поля.

Взаимодействие между электрически заряжеными частицами квантовая электродинамика рассматривает как процесс обмена квантами поля – фотонами(обмен… Электрон последовательно испускает ипоглащает квант поля с энергией аш ню.Хотя… Обменное взаимодействие между нуклонами в ядре. В 1934 г.Игорь Тамм высказал предположение,что взаимодействие между…

Деление ядер. Атомная бомба

Энергетическая классификация нейтронов такая же, как у всех других частиц. Энергии меньше 30 МэВ Называют низкими, энергии от 30 до 140 МэВ -… В свою очередь нейтроны низких энергий подразделяются на две большие группы:… Энергия тепловых нейтронов близка к средней энергии хаотического движения молекул при комнатной температуре Т=300К.…

Ядерная энергетика. Термоядерный синтез

Ядерные реакторы бывают двух типов: реакторы на медленных нейтронах и реакто­ры на быстрых нейтронах. Большинство АЭС в мире построены на основе… Мехаиизм выделения тепла в реакторе состоит в следующем. Возникающие при… Тепло, выделяющееся в реакторе, выносится с помощью жидкого или газообразного теплоносителя. В целом реактор с…

А. Протон - протонный цикл.

1 1р+1 2Н→2 3Не + у+10,98МзВ (τ= 5,7 лет) (22.8), 2 3He+ 2 3Н→2 3Не+ 1 1р+ 1 1р + 12,86MэВ (τ= 10г,лет) (22.9). В результате… 4 1 2р→2 4Не+2е++ 2v+ 26,73МэВ (22.10). Первая реакция синтеза прогонов… б. Углеродный цикл. Его предложил и исследовал в 1939 г. Ганс Бёте. Для его проте­кания необходимо, чтобы в реакторном…

Ускорители заряженных частиц. Источники нейтронов.

Простейшим ускорителем частиц является обычная газоразрядная трубка. Если в ка­тоде К и аноде А сделать отверстия, то при давлении газа в трубке р… На сегодняшний день в мире построено много разных типов ускорителей. Это очень… 2. Высоковольтный ускоритель с генератором Ван-де-Граафа. Главная проблема при создании высоковольтных ускорителей…

Детекторы частиц

Все детекторы делятся на два класса: детекторы-счетчики и трековые детекторы. Счетчики в основном регистрируют лишь факт появления микрочастицы. К… Трековые детекторы позволяют не только зарегистрировать факт и момент времени… 2. Ионизационная камера - это один из первых по времени появления детекторов. Ее использовал еще Резерфорд в своих…

Космические лучи

Первичные КЛ приходят на Землю из косу0са Они включают в себя галактические КЛ, приходящие из галактического пространства, и солнечные КЛ,… Вторичные КЛ рождаются в земной атмосфере. Они образуются при взаимодействии… Открытие КЛ связат!0 с изучением электропроводности воздуха. В начале XX в. было надежно установлено, что ^У0"…

Элементарные частицы

Выражение элементарные частицы не следует понимать как бесструктурные части­цы, не способные к превращениям. Содержание любого научного термина по… Наиболее важным свойством элементарных частиц является их способность… По времени жизни все элементарные частицы делятся на три группы: стабильные, не­стабильные и резонансы.