II. Радиоактивность и закон радиоактивного распада.

I. Основные представления о радиоактивности и закон радиоактивного распада

Строение атома:

Атом - это мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства.

(Резерфорд)

 

Он состоит из положительного заряженного ядра и окружающих его электронов.

Электроны имеют отрицательный заряд и движутся вокруг ядра по своим орбитам как планеты вокруг солнца.

Они обладают разной энергией и скоростью.

 

В ядре сосредоточена основная масса атома. (более 99,95%)

Ядро в свою очередь состоит из положительно заряженных протонов (p) и не имеющих заряда нейтронов (n), масса которых приблизительно равна.

Протоны и нейтроны имеют общее название - нуклоны.

Общее число нуклонов, называют массовым числом А.

Различные типы ядер часто называют нуклидами. (радионуклиды)

Заряд ядра, а, следовательно, и количество протонов обозначают буквой Z.

 

Роль нейтронов состоит в том, чтобы поддерживать устойчивость ядер.

Без них положительно заряженные протоны отталкивались бы друг от друга и не смогли бы образовать такую устойчивую систему как атомное ядро.

 

Атомная масса, то есть количество нуклонов, определяет энергию связи ядраи, соответственно, энергию радиоактивного распада.

 

В ядерной физике масса измеряется в единицах, которые называются "атомная единица массы" (аем)

1 аем = 1/12 массы С

 

Если мы обозначим химически элемент буквой Х, то любой элемент можно обозначит как zX

 

Число протонов z, которое называется зарядовым числом или атомным номером.

Именно атомный номер определяет место химического элемента в таблице элементов Менделеева, например химический элемент азот, обозначается следующим образом 7N, следовательно занимает 7 место в таблице.

Обычно, количество электронов в атомной оболочке равно количеству протонов в ядре, следовательно, количество электронов в атомной оболочке азота - 7.

 

Атом, в котором количество протонов и электронов совпадает является нейтральным. Так как протоны имеют положительный заряд, а электроны отрицательный.

 

В ядрах одного и того же химического элементов число нейтронов может быть различно, а число протов всегда одно и то же.

 

Ядра, содержащие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов называют изотопами.

 

Понятие "изотоп" мы рассмотри на примере цезия.

 

Cs

 

Cs A(137); p=z(55); n(82)

 

Cs A (134); p=z(55); n(79)

 

А всего искусственно получили искусственных изотопов цезия 23. В таблице элементов все они занимают одно и то же место.

Они обладают одинаковыми химическими свойствами и отличаются лишь продолжительность. Жизни

 

II. Радиоактивность и закон радиоактивного распада.

Большинство ядер имеют устойчивый характер, однако при определенных условиях эта устойчивость теряется, например, кода соотношение протонов и нейтронов отличается от оптимального.

Если протонов больше, чем нейтронов, то протон способен превращаться в нейтрон и наоборот, если нейтронов больше, чем протонов, то нейтрон способен превращаться в протон.

И в том и в другом случае ядро переходит в соседнюю клетку таблицы Менделеева, образуя новый химический элемент.

Этот процесс называется радиоактивным распадом.

Потому что он сопровождается выделением энергии.

В данном случае в виде бетта-частицы.

Этот вид распада называется бетта-распад.

 

Другим видом радиоактивного распада является альфа-распад, который происходит не по причине отсутствия оптимального соотношения между протонами и нейтронами, а по причине избытка энергии в ядрах тяжелых элементов.

При радиоактивном бетта- и альфа- распаде могут выделяться также гамма-кванты, роль которых сводится также к выносу из ядра избыточной энергии.

 

Радиоактивный распад есть процесс превращения ядер неустойчивых химических элементов в ядра других более устойчивых химических элементов (дочерний ядра), который сопровождается выделением энергии в виде альфа- и бетта- частиц и гамма-квантов, то есть радиацией.

 

Закон радиоактивного распада

 

Неустойчивые ядра или радионуклиды подвергаются самопроизвольному (спонтанному) распаду, с выделением известных нам частиц, при этом может меняться как массовое (альфа-распад), так и зарядовое (бетта-распад) число нуклида. При альфа-распаде меняется и массовое и зарядовое число нуклидов.

 

Радиоактивность вещества представляет собой спонтанный процесс распада его радионуклидов.

При этом интенсивность процесса не поддается управлению и определяется исключительно индивидуальными физическими и химическими свойствами самих радионуклидов.

 

Есть нуклиды, распадающиеся очень быстро (за доли секунды) у других время распада Т может составлять сотки и тысячи лет.

 

Время Т, в течении которого распадаются половина исходного количества радионуклидов, называется периодом полураспада (Т 1/2)

 

Спустя еще один период полураспада распадается половина оставшихся после первого периода полураспада ядер, то есть останется одна четверть от исходного количества.

 

Очевидно, что спустя время 1Т 2Т 3Т и т.д. будет оставаться соответственно.

1/2 1/4 1/8 и т.д. часть радионуклидов от исходного количества.

В зависимость от длительность полураспада радионуклиды подразделяются на короткоживущие и долгоживущие.

К первым можно отнести йод-131 с полураспадом приблизительно 8 суток.

Ко вторым плутоний-239 с периодом полураспада приблизительно более 24 тысяч лет.

 

По закону радиоактивного распада время полного распада радионуклидов примерно можно определить по следующей формуле.

 

Т(тау) = Т 1/2 * 10.

 

Таким образом, через 10 периодов полураспада, количество радионуклидом уменьшается примерно в тысячу раз.

Остается 1/1024 часть.

 

Йод-131 период полураспада - 8 суток, полный распад - 80 дней.

 

Период полураспада и время полного распада радионуклидов ЧАЭС

 

Йоз-131 - 8 суток*10=80 суток

Цезий- 134 - 2, 5 года*10=25лет

Цезий - 137 - 30 лет*10=300 лет

Строций - 90 - 29 лет*10=290 лет

Плутоний - 239 - 24390 лет*10=243900 лет

 

Радиоактивность в источнике

Вещество считается радиоактивным, если оно содержит радионуклиды и в нем идет процесс радиоактивного распада.

Активность - физическая величина, позволяющая по числу распадов радиоактивных атомов в секунду определить количество (массу) радиоактивного вещества в образце, чем больше распадов, чем больше радионуклидом в данном образце. (Число распадов радиоактивных атомов в образце прямо пропорциоально их количеству в образце).

 

Активность вещества определяется интенсивностью или скоростью распада по следующей формуле

а= 3,57*10 (в5)m

А*Т1/2,где m - масса в граммах.

 

А (массовое число) и Т1/2- период полураспада в годах.

 

Таким образом, чем меньше период полураспада, тем выше активность. И наоборот.

_______________

Йод -131 8суток.

 

Единицы измерения активности

Активность данного количества вещества принимается за единицу, если в нем за одну секунду происходит распад одного нуклида.

Эта единица называется беккер'ель (Бк). Эта единица очень мала (один распад в секунду)

Чаще используются производные, такие как килобеккерель - тысяча (кБк) и мега биккерель - миллион (МБк).

Часто используется внесистемная единица Кюри. (Кu) Ее начали применять в начале 20 века, когда в распоряжении ученых не было других радиоактивных веществ, кроме радия, который был выделен (получен) в лаборатории супругами Кюри.

В одном грамме чистого радия за одну секунду распадается 37 миллиардов ядер и радиоактивность одного грамма радия была принята за единицу измерения.

Кюри - очень большая величина (37 миллиардов), поэтому так же используются производные милликюри (мКи) и микрокюри (мкКи)

 

Один кюри равен 3,7*10(в10) Бк. - взаимосвязь между кюри и беккерелем.

 

Для измерения активности в веществах на почве в воде и жидких продуктах питания используется физическая величина - удельная активность, то есть концентрация радиоактивных веществ (рн), соответственно, в единице массы на единице площади в единице объема, которая обозначается следующим образом

Am (в твердых продуктох питания); единицы измерения Беккерель на килограмм; Кюри на килограмм

As (активность на почве); единицы измерения; Беккерель на метр квадратный; Кюри на километр квадратный

Av (активность в воде); единицы измерения; Беккерель на литр метр в кубе: Кюри на литр или метр кубический