Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Радиация и ее виды

Кыргызский национальный университет

Институт экономики и финансов

Самостоятельная работа

Дисциплина: КСЕ

На тему: Радиоактивность и цепные реакции.

Выполнил: Шамшиев.Ж группа ФК 9/11

Проверила: Доолоталиева .А

Бишкек 2012

Содержание

Радиоактивный распад……………………………………………………… 3
История………………………………………………………………………... 4
Закон радиоактивного распада…………………………………………….. 5
Виды лучей радиоактивного распада……………………………………... 5
Альфа-распад…………………………………………………………………. 5
Бета-распад……………………………………………………………………. 6
Гамма-распад (изомерный переход)……………………………………….. 6
Единицы измерения радиоактивности…………………………………… 7-8
Литература……………………………………………………………………. 9

Радиоактивный распад

Радиоакти́вный распа́д (от лат. radius «луч» и āctīvus «действенный») — спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z, массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. Процесс радиоактивного распада также называют радиоакти́вностью, а соответствующие элементы радиоактивными. Радиоактивными называют также вещества, содержащие радиоактивные ядра. 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).

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Энергетические спектры α-частиц и γ-квантов, излучаемых радиоактивными ядрами, прерывистые («дискретные»), а спектр β-частиц — непрерывный.

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.

В настоящее время, кроме альфа-, бета- и гамма-распадов, обнаружены распады с эмиссией нейтрона, протона (а также двух протонов), кластерная радиоактивность, спонтанное деление. Электронный захват, позитронный распад (или -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, 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.

История

История радиоактивности началась с того, как в 1896 году А. Беккерель занимался люминесценцией и исследованием рентгеновских лучей.

Беккерелю пришла в голову мысль: не сопровождается ли всякая люминесценция рентгеновскими лучами? Для проверки своей догадки он случайно взял одну из солей урана, фосфоресцирующего желто-зеленым светом. Осветив её солнечным светом, он завернул соль в чёрную бумагу и положил в темном шкафу на фотопластинку, тоже завернутую в чёрную бумагу. Через некоторое время, проявив пластинку, Беккерель действительно увидел изображение куска соли. Но люминесцентное излучение не могло пройти через чёрную бумагу, и только рентгеновские лучи могли в этих условиях засветить пластинку. Беккерель повторил опыт несколько раз и с одинаковым успехом. В конце февраля 1896 г. на заседании Французской Академии наук он сделал сообщение о рентгеновском излучении фосфоресцирующих веществ. Через некоторое время в лаборатории Беккереля была случайно проявлена не облученная Солнцем пластинка, на которой лежала урановая соль. Она, естественно, не фосфоресцировала, но отпечаток на пластинке получился! Тогда Беккерель стал испытывать разные соли урана (в том числе годами лежащие в темноте). Пластинка неизменно засвечивается. Поместив между солью и пластинкой металлический крестик, Беккерель получил слабые контуры крестика на пластинке. Тогда стало ясно, что открыты новые лучи, не являющиеся рентгеновскими. Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. То есть это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу — урану.

Своим открытием Беккерель делится с учёными, с которыми он сотрудничал. В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий.

Они устанавливают, что свойством естественной радиоактивности обладают все соединения урана и в наибольшей степени сам уран. Беккерель же возвращается к интересующим его люминофорам. Правда, ему суждено сделать ещё одно крупное открытие в атомной физике. Как-то для публичной лекции Беккерелю понадобилось радиоактивное вещество, он взял его у супругов Кюри, и пробирку положил в жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул владельцам радиоактивный препарат, а на следующий день обнаружил на теле под жилетным карманом покраснение кожи в форме пробирки. Беккерель рассказывает об этом Пьеру Кюри, тот ставит на себе опыт: в течение десяти часов носит привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него тоже наблюдается покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой он страдал в течение двух месяцев. Так впервые было открыто биологическое действие радиоактивности.

Но и после этого супруги Кюри мужественно делали свое дело. Достаточно сказать, что Мария Кюри умерла от лучевой болезни.

В 1955 г. были обследованы записные книжки Марии Кюри. Они до сих пор излучают благодаря радиоактивному загрязнению, внесенному при их заполнении. На одном из листков сохранился радиоактивный отпечаток пальца Пьера Кюри.

Закон радиоактивного распада

Закон радиоактивного распада — закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Современная формулировка закона:

что означает, что число распадов за интервал времени в произвольном веществе пропорционально числу имеющихся в образце атомов

В этом математическом выражении — постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеющая размерность с−1. Знак минус указывает на убыль числа радиоактивных ядер со временем.

Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него было извлечено несколько важных следствий, среди которых формулировки характеристик распада — среднее время жизни атома и период полураспада.

Виды лучей радиоактивного распада

Э. Резерфорд экспериментально установил (1899), что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц; их назвали α-лучами;

лучи второго типа обычно отклоняются в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц, их назвали β-лучами (существуют, однако, позитронные бета-лучи, отклоняющиеся в противоположную сторону);

лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали γ-излучением.

Альфа-распад

α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He). α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его (см. Туннельный эффект) и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера экспоненциально уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

В результате α-распада элемент смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева, массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Бета-распад

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. β-распад — это проявление слабого взаимодействия. β-распад (точнее, бета-минус-распад, -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино.

β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

Правило смещения Содди для – распада:

Пример:

После распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом — электронным захватом (когда ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу). Однако обратное неверно: многие нуклиды, для которых позитронный распад запрещён, испытывают электронный захват. Наиболее редким из известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для десяти нуклидов, и периоды полураспадов превышают 1019 лет. Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра.

Гамма-распад (изомерный переход)

Почти все ядра имеют, кроме основного квантового состояния, дискретный набор возбуждённых состояний с большей энергией (исключением являются ядра 1H, 2H, 3H и 3He). Возбуждённые состояния могут заселяться при ядерных реакциях либо радиоактивном распаде других ядер. Большинство возбуждённых состояний имеют очень малые времена жизни (менее наносекунды). Однако существуют и достаточно долгоживущие состояния (чьи времена жизни измеряются микросекундами, сутками или годами), которые называются изомерными, хотя граница между ними и короткоживущими состояниями весьма условна. Изомерные состояния ядер, как правило, распадаются в основное состояние (иногда через несколько промежуточных состояний). При этом излучаются один или несколько гамма-квантов; возбуждение ядра может сниматься также посредством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета- и альфа-распадов.

Специальные виды радиоактивности

Спонтанное деление

Кластерная радиоактивность

Протонная радиоактивность

Двухпротонная радиоактивность

Нейтронная радиоактивность

Единицы измерения радиоактивности

Банановый эквивалент — понятие, применяемое сторонниками ядерной энергетики[1][2] для характеристики активности радиоактивного источника путём сравнения с радиоактивностью, содержащейся в обычном банане. Многие продукты от природы радиоактивны из-за содержащегося в них калия-40. В грамме природного калия происходит в среднем 32 распада калия-40 в секунду (32 беккереля, или 865 пикокюри). Банановый эквивалент определяется как радиоактивность, вводимая в организм при съедании одного банана. Утечки радиации на ядерных электростанциях зачастую измеряются в крошечных единицах вроде пикокюри (одной триллионной части кюри). Сравнение этой радиоактивности с содержащейся в банане позволяет интуитивно оценить степень риска таких утечек. Но, из-за разных дозовых коэффициентов радиоактивных изотопов, такое сравнение непригодно для оценки действительного уровня риска. Средний банан содержит 3520 пикокюри на килограмм веса (130 Бк/кг), или примерно 520 пикокюри (19 Бк) в 150-граммовом банане[3]. Эквивалентная доза в 365 бананах (один в день в течение года) составляет 3,6 миллибэра или 36 микрозивертов. Радиоактивность бананов неоднократно вызывала ложные срабатывания детекторов радиации, используемых для предотвращения незаконного ввоза радиоактивных материалов в США.

Беккерель (единица измерения)

Беккере́ль (обозначение: Бк, Bq) — единица измерения активности радиоактивного источника в системе СИ. Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад. Через другие единицы измерения СИ беккерель выражается следующим образом: Бк = с−1.

Единица названа в честь французского учёного Антуана Анри Беккереля.

Кюри (единица измерения)

Кюри́ (обозначение: Ки, Ci) — внесистемная единица измерения активности. Радиоактивность вещества равна 1 Ки, если в нём каждую секунду происходит 3,7·1010 радиоактивных распадов[1]. Таким образом:

1 Ки = 3,7·1010 Бк

1 Бк = 2,7027·10−11 Ки.

Значение 1 кюри изначально было определено как радиоактивность эманации радия (т. е. радона-222), находящейся в радиоактивном равновесии с 1 г 226Ra. Единица названа в честь французских учёных Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри[1]. Введена в употребление на Интернациональном конгрессе по радиологии и электричеству в Брюсселе (1910). Активность цезия-137 или кобальта-60, используемых при радиотерапии, может составлять примерно 1000 Ки , что способно привести к серьёзным последствиям для здоровья, даже если воздействие будет продолжаться несколько минут[источник не указан 331 день]. Кроме кюри часто используется мкКюри: 1 мкКи = 3,7·104 распадов в секунду = 2,22·106 распадов в минуту. Человеческий организм содержит примерно 0,1 мкКи калия-40 натурального происхождения.

Махе

Махе — устаревшая внесистемная единица объёмной альфа-активности радиоактивного источника. Равна активности радионуклида, содержащегося в 1 л вещества и обеспечивающего посредством ионизации среды альфа-частицами ионизационный ток насыщения, равный 10−3 единицы СГС (то есть 3,336·10−13 А). Таким образом, один махе создаёт в 1 л вещества мощность экспозиционной дозы облучения, равную 1 микрорентгену в секунду, или 3,6 миллирентгена в час.

Единица названа по имени австрийского физика Генриха Махе (Нeinrich Mache; 1876—1954).

Соотношения с другими единицами:

1 махе = 3,64 эман = 3,64·10−10 кюри/л = 13,5 кБк/м³.

Применяется в бальнеологии, в дозиметрии природных газов (воздуха) и жидкостей, лечебных грязей и т. п. В махе обычно выражают концентрацию радона в воздухе или воде радоновых источников.

Резерфорд (единица измерения)

Резерфо́рд (обозначение: Рд, Rd) — устаревшая внесистемная единица измерения активности радиоактивного источника.

1 Рд определяется как 106 актов распада в 1 секунду[1]. Таким образом,

1 Рд = ·106 Бк = 1 МБк (точно); 1 Рд = 2,72∙·10−5 Ки.

Названа в честь известного британского физика Эрнеста Резерфорда (1871—1937).

Эман

Эман (от лат. emano — вытекаю, распространяюсь) — внесистемная единица измерения удельной (объёмной) активности радиоактивных источников. Название связано с устаревшим названием радона — эманация. Один эман равен активности 10−10 кюри на 1 литр. 1 эман = ·10-10 Ки/л

В единицах СИ:

1 эман = 3,7·103 Бк/м³

В основном эман используется для измерения концентрации радона в минеральной воде и воздухе. Была введена 1921 году[1] и в настоящее время эта единица применяется довольно редко.

Литература

Сивухин Д. В. Общий курс физики. — 3-e издание, стереотипное. — М.: Физматлит, 2002. — Т. V. Атомная и ядерная физика. — 784 с

↑ Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1994. — Т. 4. Пойнтинга — Робертсона - Стримеры. — С. 210. — 704 с. — 40 000 экз.

↑ А.Н.Климов Ядерная физика и ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. — С. 352.

↑ Бартоломей Г.Г., Байбаков В.Д., Алхутов М.С., Бать Г.А. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов. — Москва: Энергоатомиздат, 1982.

↑ I.R.Cameron, University of New Brunswick Nuclear fission reactors. — Canada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.

↑ И.Камерон Ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1987. — С. 320.