Радиоактивность. 
Физика атомного ядра. 
Свойства и строение атомных ядер

Естественная радиоактивность

Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента. Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

Типы радиоактивности:

б-р аспад.

Испускание ядрами некоторых химических элементов б-системы двух протонов и двух нейтронов, соединенных воедино (а-частица — ядро атома гелия).

б-р аспад присущ тяжелым ядрам с А > 200 и Z > 82. При движении в веществе б-частицы производят на своем пути сильную ионизацию атомов (ионизация — отрыв электронов от атома), действуя на них своим электрическим полем. Расстояние, на которое пролетает б-частица в веществе до полной её остановки, называется пробегом частицы или проникающей способностью(обозначается R, [R] = м, см).. При нормальных условиях бчастица образует в воздухе 30 000 пар ионов на 1 см пути. Удельной ионизацией называется число пар ионов образующихся на 1 см длины пробега. бчастица оказывает сильное биологическое действие.

Правило смещения для б-распада:

• 2. в-распад.
• а) электронный (в^-): ядро испускает электрон и электронное антинейтрино
• б) позитронный (в⁺):ядро испускает позитрон и нейтрино

Эта процессы происходят, путем превращения одного вида нуклона в ядре в другой: нейтрона в протон или протона в нейтрон.

Электронов в ядре нет, они образуются в результате взаимного превращения нуклонов.

Позитрон — частица, отличающаяся от электрона только знаком заряда (+е = 1,6· 10^-19 Кл).

Из эксперимента следует, что при в — распаде изотопы теряют одинаковое количество энергии. Следовательно, на основании закона сохранения энергии В. Паули предсказал, что выбрасывается еще одна легкая частица, названная антинейтрино. Антинейтрино не имеет заряда и массы. Потери энергии в — частицами при прохождении их через вещество вызываются, главным образом, процессами ионизации. Часть энергии теряется на рентгеновское излучение при торможении в — частицы ядрами поглощающего вещества. Так как в — частицы обладают малой массой, единичным зарядом и очень большими скоростями, то их ионизирующая способность невелика, (в 100 раз меньше, чем у б — частиц), следовательно, проникающая способность (пробег) у в — частиц существенно больше, чем у б — частиц.

R_{в воздуха} =200 м, R_{в Pb}? 3 мм в^- — распад происходит у естественных и искусственных радиоактивных ядер. в⁺ — только при искусственной радиоактивности.

Правило смещения для в^- — распада:

в) К — захват (электронный захват) — ядро поглощает один из электронов, находящихся на оболочке К (реже L или М) своего атома, в результате чего один из протонов превращается, а нейтрон, испуская при этом нейтрино. Схема К — захвата:

Место е электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышележащих слоев, в результате чего возникают рентгеновские лучи.

г-лучи.

Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием глучей. г-лучи — это электромагнитное излучение, обладающее длинами волн от одного до сотых долей ангстрем л'=~ 1−0,01 Е=10^-10-10^-12 м. Энергия г-лучей достигает миллионов эВ.

W^г ~ MэB.

1эВ=1,6· 10^-19 Дж Ядро, испытывающее радиоактивный распад, как правило, оказывается возбужденным, н его переход в основное состояние сопровождается испусканием г — фотона. При этом энергия г-фотона определяется условием где Е ₂ и E₁ -энергия ядра.

Е ₂— энергия в возбужденном состоянии;

Е _1 — энергия в основном состоянии.

Поглощение г-лучей веществом обусловлено тремя основными процессами:

• · фотоэффектом (при hv < l MэB);
• · образованием пар электрон — позитрон;

или.

· рассеяние (эффект Комптона) ;

Поглощение г-лучей происходит по закону Бугера:

где млинейный коэффициент ослабления, зависящий от энергий г — лучей и свойств среды;

І₀— интенсивность падающего параллельного пучка;

I — интенсивность пучка после прохождения вещества толщиной х см.

г-лучи — одно из наиболее проникающих излучений. Для наиболее жестких лучей (hн_max) толщина слоя половинного поглощения равна в свинце 1,6 см, в железе — 2,4 см, в алюминии — 12 см, в земле — 15 см.