Радиоактивность. Радиоактивное излучение

Радиоактивностью называют самопроизвольное (спонтанное) превращение некоторых атомных ядер в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет, так как законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы. Превращения атомных ядер сопровождается радиоактивным излучением.

Радиоактивное излучение бывает трех типов: a-, b- и g-излучёние.

a-Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью (например, поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм). a-Излучение представляет собой поток ядер гелия; заряд a-частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия .

b-Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у a-частиц. b-Излучение представляет собой поток быстрых электронов.

g-Излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5см), при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. g-Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны l<10^-10 м.

Лекция 5. Элементы физики атомного ядра ( продолжение )

1. Закон радиоактивного распада. Правило смещения

Радиоактивным распадом называют естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро - дочерним. Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону радиоактивного распада:

где N₀ — начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t = 0), N — число нераспавшихся ядер в момент времени t, l - постоянная распада для данного радиоактивного вещества. Т.о. число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада T_1/2 и среднее время жизни радиоактивного ядра. Период полураспада T_1/2 – время, за которое исходное число радиоактивных ядер данного радиоактивного вещества уменьшается в двое.

 

Периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.

Среднее время жизни t радиоактивного ядра:

Активностью А нуклида (общее на звание атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N) в радио активном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца, в 1 с:

Единица активности в СИ — беккерель (Бк): 1 Бк — активность нуклида при которой за 1 с происходит один акт распада. Также в ядерной физик применяется и внесистемная единица активности нуклида в радиоактивном источнике — кюри (Ки): 1 Ки = 3.7-10¹⁰ Бк.

Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра. Правила смещения:

для a-распада

для b-распада

где — материнское ядро, Y — символ дочернего ядра, — ядро гелия (a-частица), — символическое обозначение электрона (заряд его равен —1, а массовое число—нулю). Правила смещения являются следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах,— сохранения электрического заряда и сохранения массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра.

Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, радиоактивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.

Следует отмерить, что при b-распаде вместе с электроном испускается еще одна частица – нейтрино. Нейтрино имеет нулевой заряд и близкую к нулю массу.

g-Излучение испускается дочерним ядром. Дочернее ядро в момент своего образования оказывается возбужденным, а затем переходит в основное состояние с испусканием g-кванта. При g-излучении A и Z ядра не изменяется.

Воздействие g-излучения (а также других видов ионизирующего излучения) на вещество характеризуется дозой ионизирующего излучения. Различаются:

Поглощенная доза излучения – физическая величина, равная отношению энергии излучения излучения к массе облучаемого вещества. Единица поглощенной дозы излучения – грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг – доза излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия любого ионизирующего излучения 1 Дж.

Экспозиционная доза излучения – физическая величина, равная отношению суммы электрических зарядов всех ионов одного знака, создаваемых электронами, освобожденными в облученном воздухе (при условии полного использования ионизирующей способности электронов), к массе этого воздуха.

Единица экспозиционной дозы излучения – кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р): 1 Р = 2.58 10^-4 Кл/кг.

Единица биологической дозы – биологический эквивалент рентгена (бэр): 1 бэр – доза любого вида ионизирующего излучения, производящее такое же биологическое действие, как и доза рентгеновского и g-излучения в 1 Р (1 бэр = 10^-2 Дж/кг).

Мощность дозы излучения – величина, равная отношению дозы излучения к времени облучения. Различают: 1) мощность поглощенной дозы (единица – грей на секунду (Гр/с)); 2) мощность экспозиционной дозы (единица – ампер на килограм (А/кг)).