Виды радиоактивных превращений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Виды радиоактивных превращений

Виды и свойства радиоактивных превращений.

Цель работы - изучить основные виды радиоактивных превращений.

Радиоактивность - самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц или г-квантов.

Радиоактивным распадом называется процесс спонтанного превращения атомных ядер в ядра других химических элементов с выделением энергии в виде излучения

Радионуклид - изотоп химического элемента, характеризующий определенным массовым числом и зарядом, и обладающий свойством радиоактивности. Мы можем говорить также о радиоактивном изотопе.

Радиоактивный элемент - химический элемент, все изотопы которого являются радиоактивными.

Радиоактивные изотопы - совокупность радиоактивных изотопов химического элемента.

Активность - это количество ядерных превращений в единицу времени. Чем больше превращений в единицу времени, тем активнее препарат.

Единицей измерения активности является беккерель (Бк, Bq); 1 Бк = 1 расп./с.

Внесистемная единица - кюри (Ки); 1 Ки= 3.7•1010 Бк ;1 Бк=2.7•10-11 Ки

Единица кюри сложилась исторически, т.к. эта величина соответствует активности 1 г радия.

Между активностью 1 г радионуклида и его массой существует тесная связь (определяющую роль здесь играет массовое число и период полураспада радионуклида): чем меньше период полураспада 1 г чистого радионуклида, тем выше его активность:

где А -- массовое число радионуклида,

Т -- период полураспада в часах,

Ас -- активность 1 г (Бк).

Закон радиоактивного распада гласит, что количество распадов в единицу времени постоянно, изменение количества ядер радионуклида во времени в результате процесса распада подчиняется экспоненциальной зависимости. Выражается соотношением :

Nt= N0e -t или

где N0 - исходное количество ядер;

Nt - количество нераспавшихся ядер за время t,

е = 2.72 - основание натурального логарифма;

- постоянная распада, характерна для каждого из радионуклидов и отражает, какая доля ядер распадается в единицу времени.

TЅ - период полураспада - временный промежуток, в течение которого распадается половина ядер.

Связаны соотношением

,

Внимание ! В формуле закона радиоактивного распада период полураспада и время необходимо применять в одинаковых временных единицах.

Постоянная радиоактивного распада - характерна строго для определенных изотопов и показывает, какая доля ядер распадается в единицу времени, еще ее называют вероятностью распада для конкретного ядра.

Период полураспада - временный промежуток, в течение которого распадается половина ядер. радиоактивный распад электронный нейтрон

Формула закона радиоактивного распада позволяет определить через какое время активность радионуклида может быть снижена в k раз:

t=ln(k)·TЅ / ln

Виды и свойства радиоактивных превращений

К радиоактивных превращениям ядер относятся -распад, -превращения, -излучение, спонтанное деление, одно- и двухпротонную радиоактивность. В радиологических исследованиях, чаще всего, рассматривают первые четыре вида превращений.

- распад - это радиоактивное превращение ядер с испусканием -частиц (ядер гелия) с изменением массового числа и заряда исходного ядра и выделением теплоты:

. Пример :

Краткие свойства -превращений:,

· энергия -частиц колеблется в пределах 211 МэВ В ядерной физике энергию частиц выражают в электронвольтах [эВ]. Электронвольт - энергия, которую приобретает электрон, проходящий в электрическом поле с разностью потенциалов в 1 В. (каждому -излучающему радионуклиду свойственен свой диапазон энергии излучения);

· скорость распространения до 20000 км/с;

· относится к корпускулярному, непосредственно ионизирующему излучению;

· из-за большой массы и скорости б-частицы распространяются практически прямолинейно, обладают способностью сильной ионизации среды распространения, но малым пробегом - до 90 мкм в биологической ткани;

· свойственен тяжелым радиоактивным элементам с зарядом > 83 (расположенным после свинца), а также редкоземельным элементам с числом нейтронов N83 (от до ).

-превращения - это радиоактивные превращения ядер связанные с трансформацией протонов или нейтронов при избытке соответствующих частиц. Выделяют :

- электронный распад или --распад, свойственен для ядер с избытком нейтронов с превращением одного из них в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

. Пример:

- позитронный, или +-распад, свойственен для ядер с избытком протонов с превращением одного из них в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино:

. Пример:

- электронный захват или К-захват, свойственен ядрам с избытком протонов, один из протонов захватывает электрон К-оболочки и превращается в нейтрон:

. Пример:

Краткие свойства -превращений:

· энергия между -частицами и образующимися нейтрино (антинейтрино) и дочерним ядром распределяется неравномерно, поэтому спектр -излучения для каждого радионуклида имеет вид одногорбой кривой. Средняя энергия бета-частиц в спектре равна примерно ? их максимальной энергии (рис. 1);

· максимальная энергия бета-частиц имеет широкие пределы - от 0.0150.05 МэВ (мягкое излучение) до 312 МэВ (жесткое излучение)

· скорость распространения достигает скорости света;

· относится к корпускулярному, непосредственно ионизирующему излучению;

· траектория -частицы имеет вид изломанной кривой, пробег в биологической ткани для мягкого излучения до 0.3 см, жесткого - до 1 см;

· свойственен ядрам радиоактивных изотопов всех элементов обладающих избытком нейтронов или протонов по сравнению с оптимальным.

г-излучение - поток квантов электромагнитного излучения высокой частоты. Испускаются ядрами атомов при - и -распаде в тех случаях, когда в дочернем ядре оказывается избыток энергии, не захваченный корпускулярным излучением (- или -частицей). Этот избыток высвечивается в виде г-квантов.

· г-кванты лишены массы покоя, т.е. существуют только в движении;

· не имеют заряда и не отклоняются в электрическом и магнитном полях;

· скорость распространения в вакууме равняется скорости света;

· диапазон энергий до 3 МэВ;

· относится к фотонному, косвенно ионизирующему излучению;

· не имеет траектории распространения, редко взаимодействует с веществом, пробег в биологической ткани свыше 1 м;

Спонтанное деление тяжелых ядер 235U и 238U с образованием радиоактивных изотопов химических элементов из середины таблицы Менделеева.

, пример

Последние обладают избытком нейтронов и претерпевают последовательные радиоактивные распады. Спонтанное деление характеризуются очень малой вероятностью - в 1 г чистого 235U - происходит 40 делений, а в 1 г 238U - 3 деления, соответственно, концентрация вышеотмеченных радионуклидов пренебрежимо низка.

Деление тяжелых ядер с нечетным массовым числом при захвате нейтрона:

Пример :

Задание по работе:

1. Определить массу радионуклида X с периодом полураспада Т1/2, активностью 10 Ки и 1000 Бк.

2. Определить активность 1 г и 25 г радионуклида X с периодом полураспада Т1/2

3. 1 г 226Ra имеет активность 1 Ки, какая масса радионуклида Х имеет такую же активность? (использовать данные таблицы 2)

4. Поверхностная активность радионуклида X в почве составляет А. Определить через какое время активность снизиться в k раз.

5. Поверхностная активность радионуклида 137Cs в почве составляет А. Определить через какое время активность снизиться до 37 кБк/м2, соответствующего незагрязненной территории.

6. Найти радионуклиды, получаемые в процессе деления:

7. Определить частицу (элемент) х в следующих ядерных реакциях:

Варианты заданий

Таблица 1 - Варианты к заданию

Таблица 2 - Варианты к заданию

Таблица 5 - Варианты к заданию

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение радиоактивности.

2. Что такое радиоактивный распад ?

3. В чем разница между радиоактивным элементом, радионуклидом и радиоактивными изотопами?

4. Что такое активность ?

5. Как выражается закон радиоактивного распада? Что такое постоянная распада и период полураспада?

6. Какие виды радиоактивных превращений Вы знаете ?

7. Охарактеризуйте -распад.

8. Охарактеризуйте -превращения.

9. Что такое -излучение?

10. Что такое спонтанное деление тяжелых ядер ?

Размещено на Allbest.ru