Задание №17 огэ по физике
Содержание:
Режимы бета-распада
β — распад (электронная эмиссия)
Бета-распад. Бета-частица (в данном случае отрицательный электрон) испускается ядром . Антинейтрино (не показано) всегда испускается вместе с электроном. Вставка: при распаде свободного нейтрона образуются протон, электрон (отрицательный бета-луч) и электронный антинейтрино .
Нестабильное атомное ядро с избытком нейтронов могут претерпевать β — распад, где нейтрон превращается в протон , электрон, и электронное антинейтрино ( античастица из нейтрино ):
- п → п + е- + νе
Этот процесс опосредуется слабым взаимодействием . Нейтрон превращается в протон через испускание виртуального W — бозон . На кварковой уровне, W — излучение оказывается авансовый кварк в кварк, превращая нейтрон (один кварк и два нижних кварков) в протон (два верхних кварков и один вниз кварк). Виртуальный W — бозон затем распадается на электрон и антинейтрино.
β- распад обычно происходит среди побочных продуктов деления, богатых нейтронами, которые образуются в ядерных реакторах . Свободные нейтроны также распадаются посредством этого процесса. Оба эти процесса вносят вклад в обильное количество бета-лучей и электронных антинейтрино, производимых топливными стержнями реакторов деления.
β + распад (эмиссия позитронов)
Нестабильные атомные ядра с избытком протонов могут подвергаться β + -распаду, также называемому распадом позитрона, когда протон превращается в нейтрон, позитрон и электронное нейтрино :
- п → п + е+ + νе
Бета-плюс-распад может происходить только внутри ядер, когда абсолютное значение энергии связи дочернего ядра больше, чем у родительского ядра, т. Е. Дочернее ядро находится в состоянии с более низкой энергией.
Схемы бета-распада
Схема распада цезия-137, показывающая, что он изначально подвергается бета-распаду. Гамма-пик 661 кэВ, связанный с 137 Cs, фактически излучается дочерним радионуклидом.
На прилагаемой диаграмме схемы распада показан бета-распад цезия-137 . 137 Cs имеет характерный гамма-пик при 661 кэВ, но на самом деле он испускается дочерним радионуклидом 137m Ba. На диаграмме показаны тип и энергия испускаемого излучения, его относительное содержание и дочерние нуклиды после распада.
Фосфор-32 — это бета-излучатель, широко используемый в медицине, с коротким периодом полураспада 14,29 дней и распадается на серу-32 в результате бета-распада, как показано в этом ядерном уравнении:
-
32 15п → 32 16S1+ + е- + νе
При распаде выделяется 1,709 МэВ энергии. Кинетическая энергия электрона изменяется в среднем примерно на 0,5 МэВ, а остальная часть энергии переносится почти необнаруживаемым электронным антинейтрино . По сравнению с другими нуклидами, излучающими бета-излучение, электрон умеренно энергичен. Его блокирует около 1 м воздуха или 5 мм акрилового стекла .
Бета-спектр излучения
Бета-спектр 210 Bi. E max = Q = 1,16 МэВ — максимальная энергия
Бета-распад можно рассматривать как возмущение, как описано в квантовой механике, и, таким образом , можно применить золотое правило Ферми . Это приводит к выражению для спектра кинетической энергии N ( T ) испускаемых бета-сигналов следующим образом:
- N(Т)знак равноCL(Т)F(Z,Т)пE(Q-Т)2{\ Displaystyle N (T) = C_ {L} (T) F (Z, T) pE (QT) ^ {2}}
где T — кинетическая энергия, C L — функция формы, которая зависит от запрета распада (она постоянна для разрешенных распадов), F ( Z , T ) — функция Ферми (см. ниже), где Z — заряд ядра в конечном состоянии, E = T + mc 2 — полная энергия, p = √ ( E / c ) 2 — ( mc ) 2 — импульс, а Q — величина Q распада. Кинетическая энергия испускаемого нейтрино приблизительно равна Q минус кинетическая энергия бета.
В качестве примера справа показан спектр бета-распада 210 Bi (первоначально называвшегося RaE).
Функция Ферми
Функция Ферми, которая появляется в формуле бета-спектра, учитывает кулоновское притяжение / отталкивание между испускаемым бета и ядром в конечном состоянии. Аппроксимируя связанные волновые функции сферически-симметричными, можно аналитически вычислить функцию Ферми:
- F(Z,Т)знак равно2(1+S)Γ(1+2S)2(2пρ)2S-2еπη|Γ(S+яη)|2,{\ Displaystyle F (Z, T) = {\ frac {2 (1 + S)} {\ Gamma (1 + 2S) ^ {2}}} (2p \ rho) ^ {2S-2} e ^ {\ pi \ eta} | \ Gamma (S + i \ eta) | ^ {2},}
где p — конечный импульс, Γ — гамма-функция , и (если α — постоянная тонкой структуры, а r N — радиус ядра в конечном состоянии) S = √ 1 — α 2 Z 2 , η = ± Ze 2 c ⁄ ℏ p ( + для электронов, — для позитронов) и ρ = r N ⁄ ℏ .
Для нерелятивистских бета-версий ( Q ≪ m e c 2 ) это выражение можно аппроксимировать следующим образом:
- F(Z,Т)≈2πη1-е-2πη.{\ Displaystyle F (Z, T) \ приблизительно {\ frac {2 \ pi \ eta} {1-e ^ {- 2 \ pi \ eta}}}.}
Другие приближения можно найти в литературе.
Куриный сюжет
Kurie участок (известный также как сюжет Ферми-Kurie ) представляет собой график , используемый при изучении бета — распада , разработанной Франца ND Kurie , в котором квадратный корень из числа бета — частиц, импульсы (или энергии) лежат в пределах определенного узкого диапазона , разделенная на функцию Ферми, показана в зависимости от энергии бета-частицы. Это прямая линия для разрешенных переходов и некоторых запрещенных переходов в соответствии с теорией бета-распада Ферми. Пересечение оси энергии (ось x) графика Кури соответствует максимальной энергии, сообщаемой электрону / позитрону ( значение Q распада ). С помощью графика Кури можно найти предел эффективной массы нейтрино.
Радиоактивные превращения. Альфа- и бета-распад
- Подробности
- Просмотров: 552
Э. Резенфорд вместе с с английским радиохимиком Ф. Содди доказал, что радиоактивность сопровождается самопроизвольным превращением одного химического элемента в другой.
Причем в результате радиоактивного излучения изменения претерпевают ядра атомов химических элементов.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ЯДРА АТОМА
ИЗОТОПЫ
Среди радиоактивных элементов были обнаружены элементы, неразличимые химически, но разные по массе. Эти группы элементов были названы «изотопами» («занимающими одно место в
табл. Менделеева») . Ядра атомов изотопов одного и того же химического элемента различаются числом нейтронов.
В настоящее время установлено, что все химические элементы имеют изотопы.
В природе все без исключения химические элементы состоят из смеси нескольких изотопов, поэтому в таблице Менделеева атомные массы выражены дробными числами.
Изотопы даже нерадиоактивных элементов могут быть радиоактивны.
АЛЬФА — РАСПАД
-альфа-частица (ядро атома гелия)
— характерен для радиоактивных элементов порядковым номером больше 83
.- обязательно выполняется закон сохранения массового и зарядового числа.
— часто сопровождается гамма-излучением.
Реакция альфа-распада:
При альфа-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки ближе к её началу, чем исходный.
Физический смысл реакции:
в результате вылета альфа-частицы заряд ядра уменьшается на 2 элементарных заряда и образуется новый химический элемент.
Правило смещения:
При бета-распаде одного химического элемента образуется другой элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным (на одну клетку ближе к концу таблицы).
БЕТА — РАСПАД
— бета-частица (электрон).
— часто сопровождается гамма-излучением.
— может сопровождаться образованием антинейтрино ( легких электрически нейтральных частиц, обладающих большой проникающей способностью).
— обяэательно должен выполняться закон сохранения массового и зарядового числа.
Реакция бета-распада:
Физический смысл реакции:
нейтрон в ядре атома может превращаться в протон, электрон и антинейтрино, в результате ядро излучает электрон.
Правило смещения:
ДЛЯ ТЕХ, КТО ЕЩЁ НЕ УСТАЛ
Предлагаю написать реакции распада и сдать работу.( составьте цепочку превращений)
1. Ядро какого химического элемента является продуктом одного альфа-распада и двух бета-распадов ядра данного элемента ?
2.Ядро изотопа висмута получилось из другого ядра после одного альфа-распада и одного бета-распада.
Что это за ядро?
Следующая страница «Состав атомного ядра. Ядерные силы»
Назад в раздел «9 класс»
Строение атома — Класс!ная физика
Радиоактивность —
Радиоактивные превращения —
Состав атомного ядра. Ядерные силы —
Энергия связи. Дефект масс —
Деление ядер урана —
Ядерная цепная реакция —
Ядерный реактор —
Термоядерная реакция
Приложения
Бета-частицы можно использовать для лечения таких заболеваний, как рак глаз и костей, а также в качестве индикаторов. Стронций-90 — это материал, наиболее часто используемый для производства бета-частиц.
Бета-частицы также используются при контроле качества для проверки толщины предмета, такого как бумага , проходящего через систему роликов. Часть бета-излучения поглощается при прохождении через продукт. Если изделие сделать слишком толстым или тонким, соответственно будет поглощаться другое количество излучения. Компьютерная программа, контролирующая качество производимой бумаги, затем перемещает ролики, чтобы изменить толщину конечного продукта.
Осветительное устройство, называемое бета-светом, содержит тритий и люминофор . Когда тритий распадается , он испускает бета-частицы; они ударяют по люминофору, заставляя люминофор испускать фотоны , как электронно-лучевая трубка в телевизоре. Освещение не требует внешнего источника энергии и будет продолжаться, пока существует тритий (а люминофоры сами по себе химически не изменяются); количество света производится упадет до половины своего первоначального значения в 12,32 лет, в период полураспада трития.
Бета-положительный (или позитронный ) распад изотопа радиоактивного индикатора является источником позитронов, используемых в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ-сканирование).
§ 39. Закон радиоактивного распада
|
При всем разнообразии реакций самопроизвольного (спонтанного) распада ядер в этом процессе наблюдается общая закономерность, которую можно описать математически. Интересно, что зависимость количества распавшихся ядер от времени задается одной и той же функцией для различных ядер, участвующих в распаде. Перейдем к количественному описанию процессов радиоактивного распада. |
Большинство изотопов любого химического элемента превращается в более устойчивые изотопы путем радиоактивного распада. Каждый радиоактивный элемент распадается со своей, присущей только ему «скоростью». При этом для каждого радиоактивного ядра существует характерное время, называемое периодом полураспада , спустя которое в исходном состоянии остается половина имевшихся ядер. Таким образом, периодом полураспада называется промежуток времени, за который распадается половина начального количества радиоактивных ядер. Другая половина ядер превращается в более устойчивые изотопы посредством распада.Отметим, что период полураспада не зависит от того, в каком состоянии находится вещество: твердом, жидком или газообразном. Кроме того, период полураспада радиоактивного вещества не зависит от его количества, от времени, места и условий, в которых оно находится. Поэтому количество радиоактивных ядер «тогда» и «сейчас» непосредственно определяет промежуток времени , прошедший с момента уменьшения числа ядер от до .Невозможно точно предсказать, когда произойдет распад данного ядра. Однако можно оценить среднее число ядер, которые распадутся за данный промежуток времени. Таким образом, закон радиоактивного распада является статистическим и он справедлив только при достаточно большом количестве радиоактивных ядер.
 |
 |
Для записи закона радиоактивного распада будем считать, что в начальный момент времени () число радиоактивных ядер . Через промежуток времени, равный периоду полураспада, это число будет , еще через такой же промежуток времени — (рис. 218). Спустя промежуток времени, равный n периодам полураспада , радиоактивных ядер останется:
|
|
(1) |
Это соотношение выражает закон радиоактивного распада, который можно сформулировать следующим образом:
число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает с течением времени по закону, представленному соотношением (1).
Закон радиоактивного распада позволяет найти число нераспавшихся ядер в любой момент времени. Полученное выражение хорошо описывает распад радиоактивных ядер, если их количество достаточно велико.Приведем экспериментальные результаты, которые показывают, что при малом количестве радиоактивных ядер это выражение неприменимо. На рисунке 219 изображен график распада 47 ядер изотопа фермия , период полураспада которого . Из рисунка 219 видно, что пока ядер было достаточно много — от 47 до 12, то показательная функция хорошо описывала закон распада. Однако при меньшем числе ядер истинная зависимость существенно отличается от показательной функции.Периоды полураспада некоторых радиоактивных изотопов веществ приведены в таблице 11.
| Таблица 11. Периоды полураспада радиоактивных изотопов веществ | |
| Вещество | Период полураспада |
| 30,17 лет | |
| 5,3 года | |
| 8,04 суток | |
| 24 390 лет | |
| 1600 лет | |
| 3,8 суток | |
| 700 млн лет | |
| 4,5 млрд лет |
|
Впервые процесс радиоактивного распада для измерения промежутков времени был использован в 1904 г. Резерфордом. По отношению концентрации урана и его дочернего продукта распада (гелия) он определил возраст урановой породы. Эта работа положила начало ядерной геохронологии — определению возраста различных минералов Земли по радиоактивным долгоживущим веществам. В дальнейшем исследование процессов ядерного синтеза позволило перейти к ядерной космохронологии, т.е. к определению продолжительных промежутков времени, прошедших с момента образования элементов в масштабах Галактики и Вселенной. В основу ядерной космохронологии положена неизменность «скорости» радиоактивного распада. В 1927 г. американский ученый Г. Блюмгарт, используя изотоп , впервые определил скорость кровотока у людей. В 1934 г. венгерский ученый Дьердь фон Хевеши, используя дейтерий, впервые установил, что в организме человека вода полностью обновляется в течение 14 суток. В 1943 г. Дьердь фон Хевеши была присуждена Нобелевская премия по химии «за работу по использованию изотопов в качестве меченых атомов при изучении химических процессов». |
 |
Теория
Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе.
Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, полученных искусственным путём через соответствующие ядерные реакции.
Ядро, испытывающее радиоактивный распад, и ядро, возникающее в результате этого распада, называют соответственно материнским и дочерним ядрами. Изменение массового числа и заряда дочернего ядра по отношению к материнскому описывается правилом смещения Содди.
Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом; распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом (в настоящее время известно, что существуют типы бета-распада без испускания бета-частиц, однако бета-распад всегда сопровождается испусканием нейтрино или антинейтрино). Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Гамма-излучение часто сопровождает другие типы распада, когда в результате первого этапа распада возникает дочернее ядро в возбуждённом состоянии, затем испытывающее переход в основное состояние с испусканием гамма-квантов.
Энергетические спектры α-частиц и γ-квантов, излучаемых радиоактивными ядрами, прерывистые («дискретные»), а спектр β-частиц — непрерывный.
В настоящее время, кроме альфа-, бета- и гамма-распадов, обнаружены распады с испусканием нейтрона, протона (а также двух протонов), кластерная радиоактивность, спонтанное деление. Электронный захват, позитронный распад (или β+-распад), а также двойной бета-распад (и его виды) обычно считаются различными типами бета-распада.
Некоторые изотопы могут испытывать одновременно два или более видов распада. Например, висмут-212 распадается с вероятностью 64 % в таллий-208 (посредством альфа-распада) и с вероятностью 36 % в полоний-212 (посредством бета-распада).
Образовавшееся в результате радиоактивного распада дочернее ядро иногда оказывается также радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное ядро. Последовательность таких распадов называется цепочкой распадов, а последовательность возникающих при этом нуклидов называется радиоактивным рядом. В частности, для радиоактивных рядов, начинающихся с урана-238, урана-235 и тория-232, конечными (стабильными) нуклидами являются соответственно свинец-206, свинец-207 и свинец-208.
Ядра с одинаковым массовым числом A (изобары) могут переходить друг в друга посредством бета-распада. В каждой изобарной цепочке содержится от 1 до 3 бета-стабильных нуклидов (они не могут испытывать бета-распад, однако не обязательно стабильны по отношению к другим видам радиоактивного распада). Остальные ядра изобарной цепочки бета-нестабильны; путём последовательных бета-минус- или бета-плюс-распадов они превращаются в ближайший бета-стабильный нуклид. Ядра, находящиеся в изобарной цепочке между двумя бета-стабильными нуклидами, могут испытывать и β−-, и β+-распад (или электронный захват). Например, существующий в природе радионуклид калий-40 способен распадаться в соседние бета-стабильные ядра аргон-40 и кальций-40:
- 1940K+e−→1840Ar+νe,{\displaystyle {}_{19}^{40}{\textrm {K}}+e^{-}\rightarrow {}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}+\nu _{e},}
- 1940K→1840Ar+e++νe,{\displaystyle {}_{19}^{40}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}+e^{+}+\nu _{e},}
- 1940K→2040Ca+e−+ν¯e.{\displaystyle {}_{19}^{40}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{20}^{40}{\textrm {Ca}}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}
История
Анри Беккерель , экспериментируя с флуоресценцией , случайно обнаружил, что уран выставил фотографическую пластину, обернутая черной бумагой, с неизвестным излучением , которое не может быть выключено , как рентгеновские лучи .
Эрнест Резерфорд продолжил эти эксперименты и открыл два разных вида излучения:
- альфа-частицы, которые не появлялись на пластинах Беккереля, потому что они легко впитывались черной оберточной бумагой
- бета-частицы, которые в 100 раз более проницаемы, чем альфа-частицы.
Он опубликовал свои результаты в 1899 году.
В 1900 году Беккерель измерил отношение массы к заряду ( м / е ) для бета-частиц методом Дж. Дж. Томсона, который использовался для изучения катодных лучей и идентификации электрона. Он обнаружил, что e / m для бета-частицы такое же, как для электрона Томсона, и поэтому предположил, что бета-частица на самом деле является электроном.
Высвобождение энергии
Q значение определяются как суммарная энергия , выделяемой в данном ядерном распаде. Таким образом, в бета-распаде Q также является суммой кинетических энергий испускаемой бета-частицы, нейтрино и ядра отдачи. (Из-за большой массы ядра по сравнению с бета — частицы и нейтрино, кинетическая энергия ядра отдачи обычно можно пренебречь.) Таким образом , Бета — частицы могут излучаться с любой кинетической энергией в диапазоне от 0 до Q . Типичное значение Q составляет около 1 МэВ , но может варьироваться от нескольких кэВ до нескольких десятков МэВ.
Поскольку масса покоя электрона составляет 511 кэВ, наиболее энергичные бета-частицы являются ультрарелятивистскими , их скорости очень близки к скорости света . В случае 187 Re максимальная скорость бета-частицы составляет всего 9,8% скорости света.
В следующей таблице приведены некоторые примеры:
| Изотоп | Энергия ( кэВ ) | Режим распада | Комментарии |
|---|---|---|---|
| свободный нейтрон | 782,33 | β — | |
| 003 H (тритий) | 0018,59 | β — | Второй самый низкий известный бета — энергия, используется в KATRIN эксперименте. |
| 11 С | 960,4 1982,4 | β + ε+ | |
| 14 С | 156,475 | β — | |
| 20 F | 5390,86 | β — | |
| 37 К | 5125,48 6147,48 | β + ε+ | |
| 163 Ho | 0002,555 | ε+ | |
| 187 Re | 0002,467 | β — | Самая низкая известная β — энергия, используются в массивах микрокалориметра для эксперимента рения эксперимента |
| 210 Би | 1162,2 | β — |
β — распад
Рассмотрим общее уравнение для бета-распада
- А ЯИкс → А Я +1ИКС’ + е- + νе.
Значение Q для этого распада составляет
- Qзнак равномN(ИксZА)-мN(ИксZ+1А′)-ме-мν¯еc2{\ displaystyle Q = \ left c ^ {2}},
где — масса ядрамN(ИксZА){\ displaystyle m_ {N} \ left ({\ ce {^ {\ mathit {A}} _ {\ mathit {Z}} X}} \ right)}А ЯИксатома, — масса электрона, — масса электронного антинейтрино. Другими словами, полная выделенная энергия — это массовая энергия исходного ядра за вычетом массовой энергии конечного ядра, электрона и антинейтрино. Масса ядра m N связана со стандартной атомной массой m соотношением
ме{\ displaystyle m_ {e}}мν¯е{\ displaystyle m _ {{\ overline {\ nu}} _ {e}}}
- м(ИксZА)c2знак равномN(ИксZА)c2+Zмеc2-∑язнак равно1ZBя{\ displaystyle m \ left ({\ ce {^ {\ mathit {A}} _ {\ mathit {Z}} X}} \ right) c ^ {2} = m_ {N} \ left ({\ ce { ^ {\ mathit {A}} _ {\ mathit {Z}} X}} \ right) c ^ {2} + Zm_ {e} c ^ {2} — \ sum _ {i = 1} ^ {Z} Б_ {i}}.
То есть полная атомная масса — это масса ядра плюс масса электронов минус сумма всех энергий связи электронов B i для атома. Это уравнение перестраивается, чтобы найти , и находится аналогично. Подставляя эти ядерные массы в уравнение Q- значения, пренебрегая почти нулевой массой антинейтрино и разницей в энергиях связи электронов, которая очень мала для атомов с высоким Z , мы имеем
мN(ИксZА){\ displaystyle m_ {N} \ left ({\ ce {^ {\ mathit {A}} _ {\ mathit {Z}} X}} \ right)}мN(ИксZ+1А′){\ displaystyle m_ {N} \ left ({\ ce {^ {\ mathit {A}} _ {{\ mathit {Z}} + 1} X ‘}} \ right)}
- Qзнак равном(ИксZА)-м(ИксZ+1А′)c2{\ displaystyle Q = \ left c ^ {2}}
Эта энергия уносится как кинетическая энергия электроном и нейтрино.
Поскольку реакция будет протекать только тогда , когда Q значение положительное, β — распад может произойти , когда масса атомаА ЯИкс больше массы атома А Я +1ИКС’.
β + распад
Уравнения для β + -распада аналогичны с общим уравнением
- А ЯИкс → A Z −1ИКС’ + е+ + νе
давая
- Qзнак равномN(ИксZА)-мN(ИксZ-1А′)-ме-мνеc2{\ displaystyle Q = \ left c ^ {2}}.
Однако в этом уравнении массы электронов не сокращаются, и мы остаемся с
- Qзнак равном(ИксZА)-м(ИксZ-1А′)-2меc2{\ displaystyle Q = \ left c ^ {2}}
Поскольку реакция будет протекать только при положительном значении Q , β + распад может произойти, когда масса атомаА ЯИкс превосходит А Я -1ИКС’ как минимум вдвое больше массы электрона.
Электронный захват
Аналогичный расчет для электронного захвата должен учитывать энергию связи электронов. Это связано с тем, что атом останется в возбужденном состоянии после захвата электрона, а энергия связи захваченного самого внутреннего электрона значительна. Использование общего уравнения для захвата электронов
- А ЯИкс + е- → A Z −1ИКС’ + νе
у нас есть
- Qзнак равномN(ИксZА)+ме-мN(ИксZ-1А′)-мνеc2{\ displaystyle Q = \ left c ^ {2}},
что упрощает
- Qзнак равном(ИксZА)-м(ИксZ-1А′)c2-Bп{\ displaystyle Q = \ left c ^ {2} -B_ {n}},
где B n — энергия связи захваченного электрона.
Поскольку энергия связи электрона намного меньше массы электрона, ядра, которые могут подвергнуться β + -распаду, всегда могут также подвергнуться захвату электрона, но обратное неверно.
Разновидности излучения, свойства и характеристики
Ученые выделили 3 вида излучения:
- альфа-излучение (α) — поток ядер гелия (их называют альфа-частицами);
- бета-излучение (β) — поток электронов;
- гамма-излучение (γ) — электромагнитное излучение с большой проникающей способностью.
На основе излучения выделяют 3 основных типа радиоактивного распада:
- альфа-распад;
- бета-распад;
- гамма-распад, или изомерный переход.
Известны также распады с испусканием протонов (одного или двух), нейтрона и кластерная радиоактивность.
Процесс радиоактивного распада может быть продолжительным. Если дочернее ядро, полученное в результат радиоактивного распада, также является радиоактивным, то со временем и оно распадается. Так продолжается, пока не образуется стабильное нерадиоактивное ядро.
При этом некоторые изотопы могут одновременно испытывать более одного вида распада.
Альфа-распад
Альфа-распад, т.е. поток положительно заряженных частиц, характерен для изотопов всех тяжелых элементов, начиная с висмута.
Альфа-частицы покидают ядро со скоростью от 9400 до 23700 км/с. При этом в воздухе при нормальных условиях альфа-излучение способно преодолеть лишь расстояние от 2,5 до 7,5 см.
Эффективно задержать радиоактивное излучение альфа-частиц можно несколькими десятками микрометров плотного вещества. К примеру, листом бумаги или даже ороговевшим слоем кожи — человеческим эпидермисом. Это делает его относительно безопасным для человека.
Однако если источник альфа-излучения все же попадет в организм (например, в виде пыли), это может привести к серьезным последствиям. Альфа-частицы наносят примерно в 20 раз больше повреждений, чем бета- и гамма-частицы той же энергии.
Рассмотрим правило смещения Содди для α-распада:
X ZA→Y Z-2A-4+H 24e
ПримерКак уже было описано ранее, процесс радиоактивного распада продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. Рассмотрим такую цепочку на основе альфа-распада урана-238:
U 92238→α-распадT 90234h+H 24e→αR 88230a+H 24e→αR 86226n+H 24e→αP 84222o+H 24e→αP 82218b+H 24e
Бета-распад
Бета-излучение как отрицательное излучение малой массы обладает большей проникающей способностью, нежели альфа-частицы. Задержать его можно алюминиевой фольгой.
Среди всех видов радиоактивного распада бета-распад является наиболее распространенным. Он особенно характерен для искусственных радионуклидов.
Выделяют несколько подвидов бета-распада:
- бета-минус распад;
- бета-плюс распад;
- электронный захват.
Бета-минус распад представляет собой испускание из ядра электрона, образовавшегося в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. Такой электрон называют бета-минус частицей.
Правило смещения Содди для β—распада:
X ZA→Y Z+1A+e -1+ν¯e
Бета-плюс распад, или позитронный распад сопровождается испусканием из ядра позитрона (античастицы электрона), образовавшегося в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон. Получившуюся частицу называют бета-плюс частицей.
Правило смещения Содди для β+-распада:
X ZA→Y Z-1A+e++νe
Позитронный распад всегда сопровождается электронным захватом. Ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино. Заряд ядра также уменьшается на единицу.
Правило смещения Содди для электронного захвата:
X ZA+e-→Y Z-1A+νe
Гамма-распад
Гамма-распад чаще называют изомерным переходом. Такое название обосновано существованием изомерных состояний ядер. Большинство ядер способны существовать в возбужденном состоянии очень малое количество времени — менее наносекунды. Некоторые ядра способны существовать дольше — микросекунды, сутки или даже года. Такие долгоживущие состояния и называют изомерными.
При гамма-распаде изомерные состояния ядер переходят в основное состояние с излучением одного или нескольких гамма-квантов.
Гамма-излучение обладает намного большей проникающей способностью, чем альфа- и бета-излучение. Оно не имеет электрического заряда, обладает огромной энергией и может быть остановлено только толстым слоем железобетона, стали, свинца или другого серьезного препятствия.
