Типы ядерных превращений реферат
Обновлено: 02.07.2024
Ядерная реакция – это процесс взаимодействия одного ядра с другим или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ -квантов.
Результатом ядерных реакций является образование новых радиоактивных изотопов, которые не существуют на Земле в естественных условиях.
Осуществление первой ядерной реакции пришлось на 1919 год. Э. Резерфорд обнаружил протоны в продуктах распада ядер. Он бомбардировал атомы азота α -частицами. Во время соударений частиц шла ядерная реакция, для которой подразумевалась специальная схема:
N 7 14 + He 2 4 → O 8 17 + H 1 1 .
В ее процессе выполняются законы сохранения импульса, энергии, момента импульса и заряда. Ядерные реакции характеризуются законом сохранения барионного заряда (количества нуклонов). Применимы и другие законы, используемые в ядерной физике и физике элементарных частиц.
Протекание ядерной реакции идет с помощью бомбардирования атомов быстрыми заряженными частицами (протонами, нейтронами, α -частицами, ионами). Изначально она была проведена с помощью протонов, содержащих большую энергию, полученных на ускорителе, еще в 1932 году:
Li 3 7 + H 1 1 → He 2 4 + He 2 4 .
Больше всего ученых заинтересовали реакции, протекающие при взаимодействии ядер с нейтронами. Беспрепятственный их проход в атомные ядра связан с отсутствием заряда. Физик Э. Ферми занимался изучением реакций, вызываемых нейтронами. Он выявил, что такие превращения могут быть вызваны медленными и быстрыми нейтронами, движущимися с тепловыми скоростями.
Они сопровождаются энергетическими превращениями.
Энергетический выход – это величина Q = M A + M B - M C - M D c 2 = ∆ M c 2 ,
где M A и M B подразумевают массы исходных продуктов реакции, а M C и M D массы конечных. Значение ∆ M называют дефектом масс.
Любые ядерные реакции протекают с выделением Q > 0 или поглощением Q 0 энергии. Последняя из них говорит о том, что первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов не должна превышать величину Q , которая получила название порога реакции.
Чтобы у ядерной реакции был положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна равняться меньшему значению удельной энергии нуклонов конечных. Это значит, что ∆ M должно быть положительное.
Существуют два различных способа освобождения ядерной реакции: деление тяжелых ядер и термоядерные.
Деление тяжелых ядер
Данный способ освобождения ядерной реакции отличаются от радиоактивного распада ядер тем, что сопровождаются испусканием α - или β - частиц. Сама реакция – процесс деления нестабильного ядра на две крупные части сравнимых масс.
Ученые О. Ган и Ф. Штрассман в 1939 году открыли деление ядер урана. Продолжив исследования Ферми, они выявили, что бомбардирование урана нейтронами провоцирует появление элементов средней части периодической системы – радиоактивных изотопов бария Z = 56 , криптона
Z = 36 и других.
Уран можно встретить в виде двух изотопов U 92 238 ( 99 , 3 % ) и U 92 235 ( 0 , 7 % ) . Бомбардировка нейтронами ядра обоих изотопов расщепляет их на два осколка. Реакция деления U 92 235 происходит интенсивней на медленных (тепловых) нейтронах, а ядра U 92 238 вступают в реакцию только с быстрыми при наличии энергии, равной 1 М э В .
Большой интерес для ученых представляла реакция деления ядра U 92 235 . На данный момент существует около 100 различных изотопов с массовыми числами от 90 до 145 , которые возникают при его делении. Это можно изобразить в виде двух типичных реакций:
При делении ядра, инициированного нейтроном, появляются новые, которые вызывают реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана- 235 являются другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и др.
Энергия, выделяемая при делении одного ядра урана, достигает 200 М э В . Оценка энергии производится с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре. Для ядер с массовым числом A ≈ 240 удельная энергия связи нуклонов в ядрах порядка 7 , 6 М э В / н у к л о н , а для ядер с массовыми числами А = 90 - 145 она составляет – 8 , 5 М э В / н у к л о н . Отсюда следует, что процесс деления способен освободить энергию около 0 , 9 М э В / н у к л о н , то есть 210 М э В на один атом урана. Энергия, выделяемая при полном делении всех ядер 1 г урана сравнима со сгоранием 3 т угля или 2 , 5 т нефти.
Нестабильность продуктов деления ядра выражается в содержании избыточного числа нейтронов. По отношению N Z наиболее тяжелые ядра составляют примерно 1 , 6 , при массовых числах от 90 до 145 отношение порядка 1 , 3 – 1 , 4 . Отсюда следует, что ядра-осколки испытывают последовательные β - распады, в результате которых число протонов возрастает, а число нейтронов уменьшается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро.
Деление ядра урана- 235 вызвано столкновениями с нейтроном, после чего происходит освобождение еще двух или трех. При наличии благоприятных условий они попадают в другие ядра урана и вызывают их деления. Этот этап характеризуется нейронами в количестве 4 - 9 , которые далее вызывают его распад.
Лавинообразный процесс деления получил название цепной реакции.
На рисунке 6 . 8 . 1 представлена подробная схема такой реакции при делении ядер урана.
Рисунок 6 . 8 . 1 . Схема развития цепной реакции.
Чтобы такая реакция была осуществима, следует учитывать значение коэффициента размножения нейтронов, который должен быть больше 1 . Иначе говоря, каждое последующее поколение нейтронов должно быть больше, чем предыдущее. Коэффициент размножения определяется не только количеством образующихся нейтронов, но и условиями протекания самой реакции, так как их часть может поглощаться другими ядрами или выходить из зоны реакции.
Освободившиеся при делении ядер урана- 235 нейтроны могут вызывать дальнейшее деление, но только ядер данного урана, количество которого в природном уране всего 0 , 7 % .
Изотоп U 92 238 способен поглощать нейтроны, но цепной реакции это не вызовет. Ее возникновение возможно при повышенном содержании урана- 235 в самом уране, то есть при превышении критической массы. Небольшие куски урана имеют большинство нейтронов, которые при реакции не попали в ядра, в результате чего вылетают наружу.
Критическая масса для урана- 235 составляет 50 к г . Ее уменьшение производится с помощью замедлителей нейтронов. При распаде урана появляющиеся нейтроны обладают высокими скоростями, а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами урана- 235 в сотни раз больше, чем быстрых. Лучшим замедлителем считается тяжелая вода D 2 O . Ее получают при взаимодействии чистой воды с нейтронами.
Графит также считается хорошим аналогом, но его ядра не поглощают нейтроны. При упругом взаимодействии с ядрами дейтерия или углерода они замедляются до значений тепловых скоростей.
Для снижения критической массы до 250 г актуально применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая способна отражать их.
Атомные бомбы – это характерный пример цепной неуправляемой ядерной реакции, в результате которой происходит реактивное соединение двух кусков урана- 235 , каждый из которых обладает массой ниже критической.
Устройство, поддерживаемое управляемой реакцией деления ядер, называют ядерным (атомным) реактором.
На рисунке 6 . 8 . 2 изображена схема ядерного реактора на медленных нейтронах.
Рисунок 6 . 8 . 2 . Схема устройства ядерного реактора на медленных нейтронах.
Протекание ядерной реакции характерно для активной зоны реактора, которая заполнена замедлителем и пронизана стержнями с обогащенной смесью изотопов урана с повышенным содержанием урана- 235 (до 3 % ). Стрежни с кадмием или бором, поглощающие нейтроны, вводят в активную зону. Этот процесс позволяет контролировать скорость цепной реакции.
Охлаждение активной зоны производится с помощью прокачиваемого теплоносителя в качестве воды или металла с низкой температурой плавления (натрий). Передача тепловой энергии воде производится теплоносителем, находящимся в парогенераторе. Вода принимает состояние пара с высоким давлением, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, после чего вода попадает в конденсатор. Отсутствие утечки радиации обусловлено работой теплоносителя I и парогенератора II по замкнутым циклам.
Турбина атомной электростанции используется в качестве тепловой машины, которая определяет по второму закону термодинамики общую эффективность станций. Современные атомные электростанции имеют КПД= 1 3 . Чтобы произвести 1000 М В т электрической мощности, необходимо достичь значения 3000 М В т тепловой мощности в реакторе. Около 2000 М В т уносятся с водой, которая охлаждает конденсатор. Это может привести к локальному перегреву естественных водоемов, то есть появлению экологических проблем.
Основной трудностью работы таких станций является обеспечение полной радиационной безопасности находящихся на ней людей и предотвращения случайных выбросов радиоактивных веществ, которые накапливаются в активной зоне реактора. Данной проблеме уделяется особое внимание. После произошедших аварий на АЭС в Пенсильвании в 1979 году и в Чернобыле в 1986 году вопрос безопасности становится особенно необходимым.
Практический интерес вызывают реакторы, которые способны работать без замедлителя на быстрых нейтронах. Они содержат ядерное горючее, содержащее не менее 15 % изотопа υ 92 235 . Преимущество таких реакторов состоит в том, что, работая, ядра урана- 238 способны поглощать нейтроны при помощи двух последовательных β -распадов, которые превращаются в ядра плутония, используемые как ядерное топливо:
Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает значений 1 , 5 , то есть на получение 1 , 5 к г плутония приходится 1 к г урана- 235 . Обычные реакторы также образуют плутоний, но в меньших количествах.
В США первый ядерный реактор был построен в 1942 году под руководством Э. Ферми, а в нашей стране в 1946 году с И.В. Курчатовым.
Термоядерные реакции
Еще один путь для освобождения ядерной энергии связан с реакциями синтеза. Слияние легких ядер и образование нового сопровождаются выделением большого количества энергии. На рисунке 6 . 6 . 1 показана зависимость удельной энергии от массового числа А в виде кривой. Даже ядра с массовым числом 60 характеризуются увеличением энергии нуклонов с ростом А . Отсюда получаем, что синтез любого ядра с A 60 из более легких ядер идет с выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза меньше массы первоначальных частиц.
Реакция слияния ядер получила название термоядерных, так как их протекание возможно только при высоких температурах.
Для вступления двух ядер в реакцию синтеза необходимо сблизить их на расстояние ядерных сил порядка 2 · 10 - 15 м , преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для выполнения этого условия нужно, чтобы средняя кинетическая энергия теплового движения молекул превосходила потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Получение необходимой температуры Т дает величину 10 8 - 10 9 К . Она слишком высокая.
Температура 10 8 - 10 9 К указывает на нахождение вещества в ионизированном состоянии, то есть плазмы.
Энергия, выделяемая при термоядерных реакциях, в расчете на 1 н у к л о н в несколько раз превышает удельную энергию, которая выходит при цепной реакции деления ядер, показанная на примере формулы. То есть при реакции слияния ядер дейтерия и трития
H 1 2 + H 1 3 → H e 2 4 + n 0 1 + 17 , 6 выдает 3 , 5 М э в / к у л о н . Полное выделение энергии составляет 17 , 6 М э В . Ее считают наиболее перспективной термоядерной реакцией.
Возможность осуществления управляемых термоядерных реакций дает человеку новый и экологически чистый источник практически неисчерпаемой энергии. Но для получения сверхвысоких температур и удержания плазмы, нагретой до миллиарда градусов, требуется решение труднейшей научно-технической задачи для осуществления термоядерного синтеза.
Данный этап развития науки характеризуется наличием неуправляемой реакции синтеза в водородной бомбе. Достижение высокой температуры, необходимой для ядерного синтеза, производится путем взрыва урановой или плутониевой бомбы.
Роль термоядерных реакций важна в эволюции Вселенной. Энергия изучения Солнца и звезд характеризуется термоядерным происхождением. Примером служит ядерная реакция горения гелия, изображенная ниже.
Рисунок 6 . 8 . 3 . Возраст 10 7 лет.
Внутреннее строение звезды с массой 5 M ⊙ как функция возраста. Заштрихованы области протекания ядерных реакций. Конвективные зоны отмечены точками.
Работа содержит 1 файл
Ядерные превращения.doc
Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием излучений.
Радиоактивность открыта в 1896 году А.Беккерелем.
Ядерные превращения возникают как вследствие процессов радиоактивного распада ядер, так и вследствие ядерных реакций, сопровождающихся делением или синтезом ядер.
Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.
В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.
Ядра, подверженные радиоактивным превращениям, называются радиоактивными, а не подверженные - стабильными. Такое деление условно, так как, в сущности, все ядра могут самопроизвольно распадаться, но этот процесс в разных ядрах идет с различной скоростью.
Во многих случаях самопроизвольные превращения радионуклидов приводят к образованию новых радиоизомеров, образующих так называемые радиоактивные цепочки. В конечном счете, радиоактивные превращения заканчиваются стабильным нуклидом. Радиоактивные цепочки могут быть простыми (линейными) и сложными (с ветвлениями).
Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером , большим 82 (то есть начиная с висмута ), и многие более лёгкие элементы ( прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий , калий или кальций , часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).
Изменения, происходящие в ядрах, можно разбить на три группы:
1) изменение одного из нуклонов в ядре;
2) перестройка внутренней структуры ядра;
3) перегруппировка нуклонов из одних ядер в другие.
К первой группе относятся различные виды бета-распада, когда один из нейтронов ядра превращается в протон или наоборот. Первый (более частый) вид бета-распада происходит с испусканием электрона и электронного антинейтрино. Второй вид бета-распада происходит или путем испускания позитрона и электронного нейтрино, или путем захвата электрона и испускания электронного нейтрино (захват электрона происходит с одной из ближайших к ядру электронных оболочек). Заметим, что в свободном состоянии протон не может распасться на нейтрон, позитрон и электронное нейтрино – для этого необходима дополнительная энергия, которую он получает у ядра. Общая энергия ядра тем не менее понижается при превращении протона в нейтрон в процессе бета-распада. Это происходит за счет снижения энергии кулоновского отталкивания между протонами ядра (которых становится меньше).
Ко второй группе следует отнести гамма-распад, при котором ядро, первоначально находившееся в возбужденном состоянии, сбрасывает излишек энергии, излучая гамма-квант.
К третьей группе относятся альфа-распад (испускание исходным ядром альфа-частицы – ядра атома гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов), деление ядра (поглощение ядром нейтрона с последующим распадом на два более легких ядра и испускание нескольких нейтронов) и синтез ядра (когда в результате столкновения двух легких ядер образуется более тяжелое ядро и, возможно, остаются легкие осколки или отдельные протоны или нейтроны).
Радиоактивный распад
Виды радиоактивного распада:
Альфа-распад
Альфа-распад - вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание альфа-частицы . При этом массовое число уменьшается на 4, а атомный номер — на 2.
Альфа-частицы испускаются только тяжелыми ядрами, т.е. содержащими большое число протонов и нейтронов. Прочность тяжелых ядер мала. Для того чтобы покинуть ядро, нуклон должен преодолеть ядерные силы, а для этого он должен обладать достаточной энергией.
Как правило, α - радиоактивностью обладают ядра с зарядом Z > 82 (тяжелее свинца), причем энергия α - частиц растет с ростом Z ядра. Исключениями являются несколько ядер редкоземельных элементов (например, , и др.), а также некоторые искусственно полученные ядра с большим недостатком нейтронов.
Скорость вылета альфа-частицы 14000-20000 км/с. В общем виде формула альфа-распада выглядит следующем образом:
Пример альфа-распада для изотопа 238 U :
То ядро, которое распадается, называют материнским, а образовавшееся дочерним.
Дочернее ядро оказывается обычно тоже радиоактивным и через некоторое время распадается.
Процесс радиоактивного распада происходит до тех пор, пока не появится стабильное ядро, чаще всего ядро свинца или висмута.
β-распадом называется процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в ядро-изобар с зарядом, отличным на ΔZ = ±1, в результате испускания электрона (позитрона) или захвата электрона.
Период полураспада β-радиоактивных ядер меняется от ~10 -2 сек до ~2·10 15 лет.
Энергия β-распада заключена в пределах от 18 кэв (для 1He 3 ) до 16,6 Мэв (для 7N 12 ).
Простейшим примером электронного β-распада является (если не считать β-распад нейтрона) β-распад трития:
В β − -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон , при этом испускаются электрон и антинейтрино :
В β + -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино :
Таким образом, в отличие от β − -распада, β + -распад не может происходить в отсутствие внешней энергии, поскольку масса самого нейтрона больше массы протона. β + -распад может случаться только внутри ядер, где абсолютное значение энергии связи дочернего ядра больше энергии связи материнского ядра. Разность между двумя этими энергиями идёт на превращение протона в нейтрон, позитрон и нейтрино и на кинетическую энергию получившихся частиц.
Во всех случаях, когда β + -распад энергетически возможен (и протон является частью ядра с электронными оболочками), он сопровождается процессом электронного захвата , при котором электрон атома захватывается ядром с испусканием нейтрино:
Но если разность масс начального и конечного атомов мала (меньше удвоенной массы электрона, то есть 1022 кэВ), то электронный захват происходит, не сопровождаясь конкурирующим процессом позитронного распада; последний в этом случае запрещён законом сохранения энергии .
Когда протон и нейтрон являются частями атомного ядра , эти процессы распада превращают один химический элемент в другой. Например:
Измерения β-спектров показали, что в процессе β-распада испускаются электроны всех энергий от нуля до энергии (Te)макс приблизительно равной (в случае β - -распада) разности энергетических состояний исходного и конечного атома:
Средняя энергия электронов, испускаемых тяжелыми ядрами, обычно составляет около 1/3 максимальной энергии. Интерпретация непрерывного характера энергетического спектра электронов β-распада в свое время вызвала очень большие трудности. Казалось, что подобно α-распаду, при котором испускающиеся α-частицы имеют вполне определенную энергию, β-распад также должен приводить к испусканию монохроматических электронов.
Для объяснения несовпадения энергии электронов с энергией, освобождающейся при β-распаде, была выдвинута гипотеза (Паули, 1931 г.) о том, что в процессе β-распада наряду с электроном с энергией Te испускается еще одна частица - нейтрино, которая уносит часть энергии, так что суммарная энергия электрона и нейтрино равна энергии β–распада.
Первая теория β–распада была построена Ферми в 1934 году, когда экспериментальные доказательства существования нейтрино еще не были получены, но участие этих частиц в процессах β–распада считалось более чем вероятным. При построении теории считалось, что электроны и нейтрино (которых в ядрах нет) рождаются в процессе β–распада благодаря новому виду взаимодействия. Это взаимодействие не тождественно ни электромагнитному, ни, конечно, ядерному взаимодействию. Новый тип взаимодействия получил название слабого взаимодействия. Радиус действия сил слабого взаимодействия очень мал и составляет примерно 10 -16 см. Это в тысячу раз меньше радиуса действия ядерных сил. На расстояниях порядка атомных радиусов (10 -8 см) слабые силы практически не проявляются.
Большинство изотопов, существующих в природных условиях на Земле, бета-стабильны, но существует несколько исключений с такими большими периодами полураспада , что они не успели исчезнуть за примерно 4,5 млрд лет, прошедшие с момента нуклеосинтеза . Например, 40 K , который испытывает все три типа бета-распада (бета-минус, бета-плюс и электронный захват), имеет период полураспада 1.277×10 9 лет.
Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии
Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.
1. Типы ядерных превращений
Ядра многих изотопов являются неустойчивыми из-за нарушения энергии связи между нуклонами. Обладая излишком энергии, такие ядра претерпевают самопроизвольные радиоактивные превращения, в результате которых изменяется их первоначальный состав. Ядро атома материнского элемента превращается в ядро другого (дочернего) атома, имеющего новые физико-химические свойства. Переход нестабильных ядер в устойчивое состояние сопровождается α-, β- и γ-излучениями.
Существует три типа ядерных превращений:
1) α-распад. Теория альфа-распада была разработана в 1928 г. независимо друг от друга советским (а затем американским) физиком Георгием (Джорджем) Гамовым, английским ученым Р. Гёрни и американским физиком Эдвардом Кондоном.
При этом типе происходит испускание лучей ядром нестабильного атома, представляющих собой поток α-частиц. Вследствие потери с альфа-частицей 2p и 2n ядро материнского элемента превращается в ядро дочернего, в котором заряд (порядковый номер) уменьшается на 2, а массовое число — на 4 единицы.
Например: 88Ra 226 ® 2He 4 + 86Rn 222 + Q
В результате α-распада может образоваться дочерний элемент с также неустойчивым ядром. В таком случае он вновь претерпевает либо α, либо другой тип распада.
В основном альфа-распад наблюдается у большинства тяжелых по массе элементов как естественного, так и искусственного происхождения. Известно более 200 α-активных ядер, расположенных в основном в конце периодической системы, за свинцом, которым заканчивается заполнение протонной ядерной оболочки с Z=82.
2) β-распад. Этот тип встречается у легких и средних по массе ядер. При этом существуют β + (позитронный) и β — (электронный) распады. Бета-распад имеет место у элементов всех частей периодической системы. Тенденция к β-превращению возникает вследствие наличия у ряда изотопов избытка нейтронов или протонов по сравнению с тем количеством, которое отвечает максимальной устойчивости изотопа. Известно около 1500 β-радиоактивных изотопов всех элементов периодической системы, кроме самых тяжёлых (Z ≥ 102).
Позитронный распад происходит с ядрами тех элементов, в которых количество нейтронов меньше, чем в ядрах стабильных изотопов. При этом один из протонов превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино. Нейтрон остается в ядре дочернего элемента, а позитрон и нейтрино вылетают из него.
Поэтому в новом ядре образованного при этом элемента будет на один протон меньше и на один нейтрон больше при равной атомной массе.
Например: 6C 11 ® 5B 11 + e + +υ +Q
Данный тип распада наблюдается также у N 13 , O 15 , F 18 , Na 22 , Co 56,58 и др.
Позитроны были открыты в 1932 г. в потоке космических лучей американским физиком Карлом Андерсоном (Нобелевская премия по физике, 1936).
Позитрон стабилен, но в веществе существует лишь короткое время из-за аннигиляции с электроном. Так, например, в свинце позитроны аннигилируют, в среднем, за 5×10 -11 сек.
Электронный распад наблюдается у изотопов тех элементов, в ядрах которых имеется большее число нейтронов в сравнении со стабильными изотопами. В этом случае один из нейтронов превращается в протон, электрон и антинейтрино. При этом протон остается в ядре, а электрон и антинейтрино вылетают из него. Таким образом, в ядре нового элемента при той же атомной массе будет на один протон больше и на один нейтрон меньше, чем у материнского.
Например: 15P 32 ® 16 S 32 + e — +υ ~ + Q
Такой тип распада присущ также радиоизотопам Be 10 , Mg 27 , Si 31 , Cl 36 , Zr 86 и др.
3) электронный (K-, L-, М-) захват был открыт в 1937 г. американским физиком Луисом Альваресом (Нобелевская премия по физике, 1968), хотя был предсказан еще в 1935 г. японскими учеными Х.Юкавой и С.Сакатой.
Он происходит в том случае, когда масса (в единицах энергии) материнского атома больше массы дочернего атома на величину, большую энергии связи захватываемого электрона. Если это превышение больше, чем 2 mc 2 =1,02 МэВ (где m — масса покоя электрона, а с — скорость света), то с электронным захватом начинает конкурировать позитронный, т.е. β + — распад.
При этом типе распада происходит захват ядром атома электрона с одной из ближайших орбит. К-захват происходит в 100 раз чаще, чем L. Захваченный ядром электрон, соединяясь с протоном, превращается в нейтрон, а из ядра вылетает нейтрино.
Освободившееся место на К-, L— или М— орбите сразу же заполняется электроном с более отдаленной от ядра орбиты, а сам атом дополнительно испускает квант характеристического рентгеновского излучения.
Например: 25Mn 54 + e — K ® 24Cr 54 +υ + C-квант + Q
Такой тип распад присущ также Na 22 , Al 26 , Ca 41 , Fe 52 , Zn 62 и ряду др.
Ядра некоторых изотопов могут одновременно подвергаться нескольким типам распада. Так, у самого распространенного на Земле радиоизотопа К 40 наблюдаются электронный и позитронный распады:
19K 40 ® 20Ca 40 + υ ~ + +Q или 19K 40 ® 18Ar 40 + e + + υ + Q
Существуют следующие виды ядерных превращений: альфа-распад, бета-распад (электронный и позитронный), электронный захват, внутренняя конверсия.
Альфа-распад – состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием α-частицы
Бета-распад – заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный распад, при котором один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускается электрон и антинейтрино.
При позитронном распаде ядро испускает частицу такой же массы, как и электрон, но имеющую заряд +1, и нейтрино, а один из протонов превращается в нейтрон.
Электронный захват – один из протонов ядра забирает электрон с одной из оболочек атома, чаще всего с ближайшего к нему слоя и превращается в нейтрон.
Внутренняя конверсия – переход возбуждённого ядра в состояние с меньшей энергией может происходить путём внутренней конверсии, или конверсии с образованием электронно-позитронных пар. Ядро передаёт энергию возбуждения одному из электронов внутренних слоёв, который в результате этого удаляется за пределы атома. Есть два пути, которые зависят от избыточной энергии: 1 путь- энергия меньше 1, 022 МЭВ, 2 путь- энергия больше или равна 1, 022 МЭВ.
11. Закон радиоактивного распада. Период полураспада
Закон: в единицу времени распадается 1 и та же доля ядер конкретного изотопа радиоактивного вещества. .лямбда- постоянная радиоактивного распада. Она показывает количество ядер определённого изотопа, распадающегося в единицу времени.
12. Активность радиоаткивного элемента и единица измерения.
Активность излучателя определяется числом атомных ядер, распадающихся за единицу времени. Единицы А. Единицей активности в абсолютной системе координат служит распад в секунду – беккерель.
Внесистемной единицей является кюри (Кu) – такое количество любого радиоактивного вещества, в котором число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7∙1010.
Альфа-распад (б — распад) — вид радиоактивного распада атомных ядер, когда испускается альфа-частица, заряд ядра уменьшается на 2 единицы, массовое число — на 4. При б-р аспаде исходного ядра атомный номер образовавшегося ядра уменьшается на две единицы, а массовое число уменьшается на 4 единицы, согласно схеме: Примерами б — распада могут служить распад изотопа урана — 238: Рис. Схематическое… Читать ещё >
Типы ядерных превращений ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Альфа-распад
Основные особенности
Альфа-распад (б — распад) — вид радиоактивного распада атомных ядер, когда испускается альфа-частица, заряд ядра уменьшается на 2 единицы, массовое число — на 4.
б — радиоактивность (альфа-излучение) — поток альфачастиц, испускаемых при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образующихся в ходе ядерных реакций. Альфа-излучение обладает малой проникающей способностью (несколько сантиметров в воздухе и миллиметры в биологической ткани).
Рис. Схематическое изображение б-р аспада.
б-Р аспад (т.е. испускание ионов гелия, 2 4 Не 2+ ) характерен для радиоактивных элементов с большим атомным номером Z (элементы с Z>83, как правило, б-радиоактивны). Испускаемые б-частицы — моно энергетические. Главными характеристиками б-р адиоактивных ядер и испускаемых ими б-частиц являются период полураспада Т½, кинетическая энергия Еб и пробег R.
При б-р аспаде исходного ядра атомный номер образовавшегося ядра уменьшается на две единицы, а массовое число уменьшается на 4 единицы, согласно схеме:
Примерами б — распада могут служить распад изотопа урана — 238:
Здесь проявляется правило сдвига, сформулированное Фаянсом и Содди: элемент, образовавшийся из другого элемента при испускании б-лучей, по своим химическим свойствам занимает в периодической системе элементов место на две группы левее исходного элемента.
Читайте также: