Радиоактивный распад. Виды радиоактивных распадов. Закон радиоактивного превращения. Активность. Период полураспада, постоянная распада.

Ядерные силы вызывают нестабильность некоторых изотопов, и они распадаются с испусканием того или иного излучения.

Радиоактивность (радиоактивный распад) – спонтанное превращение одних атомных ядер в другие, при котором происходит испускание элементарных частиц, гамма-квантов или ядерных фрагментов.

По проникающей способности радиоактивное излучение делят на 3 типа: 

1) альфа-излучение - едва проходит через лист бумаги;

2) бета-излучение- проходит через алюминиевую пластинку толщиной до 3 мм;

3) гамма-излучение - проходит сквозь слой свинца толщиной в несколько см.

Альфа-излучение — поток ядер атомов гелия;

Бета-излучение — поток электронов и позитронов;

Гамма-излучение — поток квантов ЭМИ больших энергий;

Специальные виды радиоактивности: протонный, нейтронный, кластерный распады, спонтанное деление ядер и др.

Про альфа-, бета- и гамма-распады смотреть в предыдущем вопросе.

Электронный захват

Закон радиоактивного распада

Радиоактивность — вероятностный процесс.

Постоянная распада — константа λ, равная вероятности распада атомного ядра в единицу времени. Постоянная распада — характеристика нуклида, она не зависит от того, в состав какого вещества входят радиоактивные ядра, не зависит от температуры, давления и тому подобных факторов.

Убыль имеющихся ядер пропорциональна их количеству:

Закон радиоактивного распада: число нераспавшихся ядер экспоненциально убывает с течением времени:

Период полураспада

Эквивалентная запись закона радиоактивного распада:

Период полураспада:

За промежуток времени, равный периоду полураспада T, распадается ровно половина первоначально имевшихся ядер.

Активность

Активность A — число ядер, распадающихся в единицу времени:

Начальная активность радиоактивного препарата:

Единица измерения в СИ – беккерель (Бк)

Ядерные реакции. Виды и механизмы ядерных реакций. Законы сохранения. Эффективное сечение реакции.

Ядерные реакции – процесс взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, в результате которого образуются новые ядра и элементарные частицы.

Впервые ядерная реакция была осуществлена в 1919 году Резерфордом при бомбардировке ядер азота альфа-частицами, которые испускались радиоактивным источником.

Ядерные реакции записывают с помощью уравнений реакций:

В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения электрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (и массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (и сумме массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции. Выполняются также законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.

Механизмы ядерных реакций

Если кинетическая энергия сталкивающихся частиц не очень велика (не более 10 МэВ), то реакция протекает с образованием составного ядра в две стадии: сначала налетающая частица сообщает ядру мишени энергию, быстро перераспределяющуюся между всеми нуклонами образующегося промежуточного ядра, которое затем претерпевает распад, сопровождающийся испусканием какой-либо другой дочерней частицы.

При значительных кинетических энергия сталкивающихся частиц происходят прямые ядерные реакции за время, требующееся для того, чтобы бомбардирующая частица пересекла ядро мишени: происходит подхват (выбивание) налетающей частицей одного нуклона из ядра мишени или, наоборот, срыв (передача) одного нуклона налетающей частицы ядру мишени.

Экзо- и эндоэнергетические ядерные реакции

Пороговая энергия — минимальное значение кинетической энергии налетающей частицы, при которой становится возможной эндоэнергетическая реакция.

Для осуществления экзоэнергетических реакций также необходимо, чтобы налетающее ядро обладало некоторой кинетической энергией, поскольку для начала реакции ядра должны преодолеть действие кулоновских сил отталкивания, чтобы сблизиться на расстояние порядка размеров ядер и попасть в область действия ядерных сил.

Единственное исключение представляет нейтрон, который, не обладая электрическим зарядом, способен приблизиться к ядру-мишени, имея практически нулевую кинетическую энергию. Ввиду этого обстоятельства наибольшее практическое значение имеют реакции, вызванные именно нейтронами.

Эффективное сечение реакции

Основной величиной, которой оперируют физики, исследующие столкновение микрообъектов, является эффективное сечение или просто сечение (более полное название поперечное эффективное сечение).

Пусть мишенью является ядро золота, расположенное внутри объема пространства кубической формы с длиной ребра 1 см, и на одну из граней этого кубика под углом 90 градусов в единицу времени (1 с) падает j α-частиц, однородно распределенных в пространстве (j – плотность потока α-частиц и имеет размерность см^-2с^-1). Отметим, что других α-частиц помимо тех, которые бомбардируют кубик, нет. В результате взаимодействия с ядром из каждых j частиц N изменит траекторию (рассеется). Поэтому численно вероятность взаимодействия отдельной -частицы с ядром золота равна N/j. Именно это отношение с учетом его размерности и называют эффективным сечением σ: