Закономерности радиоактивных распадов. Ядерные реакции

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

″Сибирский автомобильно-дорожный университет ″

Курс лекций профессора

Бирюкова Сергея Владимировича

ФИЗИКА

Часть 2

(32 часов)

Лекция 16

Тема: Закономерности радиоактивных распадов. Ядерные реакции

План лекции

          16.1. Закономерности α-распада

          16.2. Закономерности β --распада. Нейтрино

          16.3. Гамма-излучение и его свойства

          16.4. Ядерные реакции и их основные типы

          16.5. Реакция деления ядра

Омск-2022

Лекция 16

Тема: Закономерности радиоактивных распадов. Ядерные реакции

16.1. Закономерности α-распада

В настоящее время известно более двухсот тяжелых α-активных ядер для которых А>200, Z>82. Только небольшая группа α-активных ядер приходится на область с А=140÷160 (редкие земли). α-Распад подчиняется правилу смещения ([pic 1]). Примером α-распада служит распад изотопа урана [pic 2] с образованием Th (торий):

[pic 3].

α-Частицы, испускаемые конкретным яд-ром, обладают определенной энергией. Радио-активным элементом, испускается обычно несколько групп α-частиц. В пределах каждой группы энергии α-частиц практически пос-тоянны. Для α-распада характерна сильная зависимость между периодом полураспада Т½ и энергией Е вылетающих частиц. Эта взаимо-связь определяется эмпирическим законом Гейгера-Нэттола:

                         lnλ=A+BlnRα,                (16.1)

где А и В — эмпирические константы, λ=(ln2)/T½ - постоянная радиоактивного рас-пада, Rα – пробег α-частиц в воздухе, т.е расстояние, проходимое частицей в веществе до ее полной остановки.

Согласно (16.1), чем меньше период полу-распада радиоактивного элемента, тем боль-ше пробег, а следовательно, и энергия испус-каемых им α-частиц. Пробег α-частиц в воз-духе (при нормальных условиях) составляет несколько сантиметров, в более плотных средах он гораздо меньше, составляя сотые доли миллиметра (α-частицы можно задер-жать обычным листом бумаги).

16.2. Закономерности β --распада. Нейтрино

Явление β --распада (в дальнейшем будет показано, что существует и β +-распад) подчиняется правилу смещения

[pic 4]

и связано с выбросом электрона. Протонно-нейтронное строение ядра исключает возможность вылета электрона из ядра (поскольку в ядре электронов нет) или из оболочки атома.

Было сделано предположение, что β - электрон рождается в результате процес-сов, происходящих внутри ядра. При β распаде число нуклонов в ядре не изменяется, a Z увеличивается на единицу. Поэтому единственной возможностью однов-ременного осуществления этих условий является превращение одного из нейтронов β -активного ядра в протон с одновременным образованием электрона и вылетом анти-нейтрино:

                             [pic 5].              (16.2)

В этом процессе выполняются законы сохранения электрических зарядов, импульса и массовых чисел. Данное превращение энергетически возможно, так как масса покоя нейтрона превышает массу атома водорода, т.е. протона и электрона вместе взятых. Дан-ной разности в массах соответствует энергия, равная 0,782 МэВ. За счет этой энергии может происходить самопроизвольное превращение нейтрона в протон.

16.3. Гамма-излучение и его свойства

γ-Излучение не является самостоятельным видом радиоактивности. Оно только сопро-вождает α- и β-распады и также возникает при ядерных реакциях, при торможении заряжен-ных частиц, их распаде и т.д. γ-Спектр являет-ся линейчатым. γ-Спектр - это распределение числа γ-квантов по энергиям. Дискретность γ-спектра доказывает дискретность энергетичес-ких состояний атомных ядер.