Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Характеристики радиоактивного препарата

Радиоактивност ь – явление самопроизвольного распада атомных ядер с испусканием одной или нескольких частиц. Самопроизвольно распадающиеся ядра называются радиоактивными.

Общий вид уравнения радиоактивного распада: X®Y+a, X-материнское ядро, Y-дочернее ядро

Радиоактивный распад происходит с выделением энергии: m_X>m_Y + m_a.

Закон радиоактивного распада

Пусть имеется N ядер некоторого радиоактивного изотопа. Число ядер dN, распадающихся за малый промежуток времени dt,пропорционально N и dt: -dN=λNdt, λ –постоянная распада–характеристика радиоактивного вещества,[λ]=с^–1

Проинтегрируем выражение (в начальный момент времени было N0 ядер): ;

N=N₀e^-λt– основной закон радиоактивного распада. График зависимости изображён на РИС.

Активность препарата A – число радиоактивных ядер, распадающихся за единичный промежуток времени.

Из -dN=λNdt следует, что

 

 

Внесистемная единица: кюри (Ки); 1 Ки = 3,7∙1010 Бк.

Удельная активность – активность препарата единичной массы:a=A/m,

(здесь m – масса радиоактивного препарата).

 

 

Период полураспада T – время, за которое распадается половина начального количества радиоактивных ядер:

 

 

Среднее время жизни радиоактивного ядра:

(здесь сделана замена переменных z = –λt);

 

 

39) α-, β- и γ-радиоактивность

α-частица – ядро ⁴₂He.

α-распад – самопроизвольное испускание α-частицы ядром. Общий вид уравнения α-распада:

α-частицы испускают только тяжёлые ядра (Z> 82).

Кинетическая энергия α-частиц Wкα ~ 1 МэВ. Энергетический спектр α-частиц, испускаемых одним изотопом, дискретен: Wкα = Wкα1, Wкα2, …, так как дочерние ядра образуются в различных возбуждённых состояниях.

α-распад обусловлен сильным взаимодействием.

Покидая ядро, α-частица преодолевает потенциальный барьер (РИС.), высота которого больше её кинетической энергии: UC>Wкα. α-распад происходит благодаря туннельному эффекту.

β-распад – самопроизвольный процесс, в котором материнское ядро превращается в дочернее ядро с тем же массовым числом, но с зарядовым числом, отличающимся от исходного на ±1.

1. Электронный β-распад. При электронном β-распаде ядра вылетает электрон (и электронное антинейтрино), а заряд ядра увеличивается на единицу:

2. Позитронный β-распад. При позитронном β-распаде ядра вылетает позитрон (античастица электрона) и электронное нейтрино, а заряд ядра уменьшается на единицу:

3.K-захват – захват ядром электрона K-оболочки (оболочки с главным квантовым числом n = 1):

 

На РИС.представлен график экспериментальной зависимости плотности распределения β-частиц по энергиям dN/dW(W). Эта зависимость (в отличие от α-распада) непрерывна, так как в результате распада образуется не две частицы, а три – дочернее ядро, электрон (позитрон) и антинейтрино (нейтрино). Максимальная энергия вылетающей β-частицы (электрона или позитрона) , где mX и mY – массы материнского и дочернего ядер соответственно.

β-распад – внутринуклонный, а не внутриядерный процесс, обусловленный слабым взаимодействием. β-распадсводится к следующим процессам:

электронный β-распад – распад нейтрона:

позитронный β-распад – распад протона:

K-захват:

Гамма-радиоактивность – испускание γ-квантов ядром в возбуждённом состоянии при переходе ядра в основное состояние. Энергетическая диаграмма показана на РИС.

Энергия испускаемых γ-квантов Wγ = 10 кэВ ÷ 5 МэВ. Спектр γ-излучения - дискретный.

Существуют и другие виды радиоактивности:

спонтанное деление, протонная, кластерная радиоактивность.