Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
х=:а([-е-к1), (2.27)
где х—количество распавшегося вещества; а— исходное количество вещества; / — время; к — константа скорости радиоактивного распада.
Нетрудно увидеть из уравнения (2.27), что х->а при /->-оо, т. е. полный распад данного радиоактивного элемента будет закончен через бесконечно большое время. Время, необходимое для распада данного количества вещества наполовину (х=а/2), называемое периодом полураспада, равно
1 О 694
Г0,5=1-1п2=^р. (2.28)
Период полураспада служит мерой интенсивности распада радиоактивного элемента и меняется для разных ядер в очень широких пределах, как это видно из табл. 2.15.
64
Устойчивость ТОГО или ИНОГО Таблица 2.15. Периоды полураспа-
ядра может быть оценена дефек- да некоторых радиоактивных элементов
том массы, эквивалентно преоб- ^рЯА урана) разующейся в энергию образования этого ядра (Ферми):
Элемент Тип распада Период полураспада
2йп
2й№а 21^п 2ИРо и и и и 4,515- К)9 лет 1590 лет 0,019 с 1,5- КГ4 с
Д? = Ая/са, (2.29)
где ДЯ .— энергия, выделяющаяся при образовании ядра; Дт — разность между массой нуклонов, входящих в данное ядро, и массой ядра; с — скорость света.
Энергии, выделяющиеся при перестройке ядер, колоссальны и сейчас используются в ядерной энергетике. В СССР работают несколько АЭС —- атомных электростанций; АЭС советской конструкции построены и для других стран: ГДР, Финляндии, Югославии, и др.
Ядерные реакции и синтез трансурановых элементов представляют собой ядерные процессы, осуществляемые и управляемые человеком. Основной метод возбуждения ядерных реакций осуществляется по схеме: частица-*-ядро-мишень-*-новое ядро, новые частицы.
Частицы, которыми бомбардируют ядра-мишени, подвергаются предварительно разгону в различных ускорителях (циклотрон, синхрофазотрон и др.). Наиболее часто используются а-частицы и дейтроны, у которых отношение массы к заряду равно 2, реже используют протон |Н, у которого отношение массы к заряду равно 1 и поэтому накопление энергии в этом случае относительно меньше. Иногда пользуются ядрами других элементов, которые могут накопить очень большое количество энергии. Соотношение энергий частиц при одинаковых условиях ускорения в магнитных и электрических полях циклотрона таково: протон — 10 МэВ, дейтрон — 20 МэВ, а-частица — 40 МэВ, а ядро атома азота — 140 МэВ.
Громадные энергии бомбардирующих частиц необходимы для преодоления электрического поля положительно заряженного ядра-мишени и сближения с ним. Наиболее легко проникают в ядра-мишени нейтроны, так как у них заряда нет и электрическое поле ядра на них не действует. Поэтому для этих частиц не требуется ускорения их, которое, вообще говоря, осуществить очень трудно.
Рассмотрим несколько ядерных реакций с участием различных бомбардирующих частиц, в том числе и ядерные "реакции получения трансурановых элементов:
1) получение радиоактивного фосфора Фредериком Жолио-Кю-ри и Ирен Кюри (1934)
27А1+,Не^:шр + ,п
2) получение потока нейтронов, «бериллиевые лучи»
«Ве + ^-^В-ип
3—361
65
3) получение трития
*0+>->8Т + т
4) получение некоторых трансурановых элементов:
я8!и + Ап-»!§и; ^-^р-Т-н
2%и + ЗНе-2^Ри + ?п;' 2^Ри2^Ат + р
При взаимодействии ядра с нейтроном и другими частицами очень важной характеристикой является поперечное сечение захвата, которое определяет вероятность процесса. Поперечное сечение о измеряется в барнах (1 барн— 10~28 м2) и зависит от энергии движущейся к ядру частицы.
Особый вид ядерных процессов — деление ядер. Этот процесс возможен тогда, когда ядро, содержащее определенное соотношение нейтронов и протонов, становится неустойчивым и под воздействием, обычно нейтронов, распадается на два ядра:
১и + 4п^১и-.-§8бВг + ,ЛЬа + 3'п*
Выделяющиеся в этом процессе нейтроны могут вызвать деление следующих ядер. Процесс деления ядер сопровождается громадным выделением энергии, которая может быть использована как для атомной энергетики, так и для производства ядерного оружия.
Изучение строения атомных ядер, радиоактивности и искусственное приготовление радиоактивных изотопов нашло применение в различных областях науки и техники, а-, ^-излучение
и выделение свободных нейтронов прежде всего оказывают сильнейшее биологическое воздействие на живые организмы, и использование различных ядерных процессов должно производиться в соответствующих условиях и с применением надежной защиты. Мощные дозы излучения существенно влияют на свойства конструкционных материалов и металлов и, как правило, понижая их пластические свойства, делают их хрупкими. Поглощение р* + и •у-излучения создает микродефекты в кристаллах (ближние и дальние пары: вакансия и атом в междоузлии), нарушает связи в неметаллических материалах. Металлы, обладающие меньшим поперечным сечением захвата (ст), в меньшей степени подвергаются воздействию излучения и могут быть использованы для изготовления деталей и узлов ядерных реакторов. Такими являются металлы V, ЫЬ, Т", Ъх и др.
Использование радиоактивных изотопов позволило очень эффективно решить ряд физических проблем и открыть -новые явления.
