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 T1/2 и среднее время жизни радиоактивного ядра. Период полураспада T1/2 – 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)).