Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Протоны и ядра легких элементов, как бомбардирующие частицы, испытывают отталкивание от ядер вещества мишени, и для преодоления сил отталкивания эти частицы приходится разгонять до очень высоких скоростей. Альфа-частица, выделив
252
В.В. Вольхин. Общая химия
шаяся в результате радиоактивного распада ядер, взаимодействует с легкими ядрами некоторых элементов без ускорения. В других случаях требуется их ускорение. Задачу ускорения заряженных частиц решают с помощью линейных или циклических ускорителей, принцип действия которых подробно обсуждается в курсе физики. Нейтроны также используют в качестве бомбардирующих частиц. Поскольку нейтроны -нейтральные частицы, они не испытывают отталкивания со стороны ядер и легко поглощаются многими из них, вызывая ядерные реакции.
Ознакомимся с некоторыми типами ядерных реакций, протекающих при бомбардировке ядер. Они различаются, в основном, видами бомбардирующих частиц, но возможны и разные схемы превращений нуклидов. Ознакомимся наряду с общими схемами реакций и их уравнениями также и с формой условного обозначения ядерных реакций. При составлении уравнений ядерных реакций обычно такие частицы, как нейтрино, опускаются.
^x + ;а-ч» ^1Y + Ip, 1JN + Ja-» 1Jo+ \Р, ища,Р)"о-,
^X+ Ja-» Axl\Y+ Jw, 2JAl + Ja -» 3JP + Jw5 ,7Al(a,w)30P;
АХ + ]р-+ ^1Y + JW, ]U+ \р-> 7Be+ 0Ч 7Li(p,w)7Be;
i X + ]d -» ^1Y + 2 Jп, 13J2Te + 2^/ -> ™I + 2 Jn, t3()Te(c/, 2w)13(1 I;
iX + Jw -» AX-_\Y + Ja, JjCo + Jw -> GMN +Ja , MCO(w,A)Mn56;
?X + JЛ -» + °y, JJMN + Jw -» "Mn +„у , 55Mn(w,Y)Mn56;
^X + 1JC-» lSY + 4,4 2JjU + 12C-+ 3SCf-HJw 1 238U(12C, 4w)246 Cf.
Особый интерес вызывает ядерная реакция деления ядер 2JJ U (и некоторых других нуклидов) в результате захвата ими нейтронов. Ядра урана распадаются на ядра более легких элементов, массовые числа которых колеблются в пределах от 70 до 160. Типичный пример деления выражается уравнением
2JJU + [ W-» J Sr +1JJ Xe + 3' п.
При делении ядер выделяется очень большая энергия (см. раздел 5.2).
Пример 5.3. Заполним пробелы в следующих уравнениях ядерных реакций: а)ЦСг + ? -» -> % Ga + J, п; 2JJ U + 1J п -» 2JJ Es + ? и б)238 U(a, Зи)? ?(р, п) Ц Zn.
Решение, а) В ходе первой реакции с учетом выделения [ п изменения ZnA следующие: Z + 2 и А + 4. Следовательно, бомбардирующей частицей является J a. В ходе второй реакции происходят следующие изменения Z и A: Z= (92+7) - 99 = О и А - (238 +14) - 247 = 5, что соответствует испусканию 51 н.
б) Вычисления, аналогичные тем, которые выполнены для предыдущих реакций, приводят к следующим результатам: 238 U(a, 3w) 239 Pu и JJ Си(р, п) f? Zn.
Комментарий. Уравнения ядерных реакций основываются на балансе численных значений атомных номеров и массовых чисел.
Ядерные реакции
253
Скорость радиоактивного распада. Характеризует число ядер, распавшихся в единицу времени. Очевидно, скорость радиоактивного распада пропорциональна числу радиоактивных ядер в образце, т.е.
AN
~ — = kN, (5.10)
dt
где к - константа радиоактивного распада; N - число радиоактивных ядер в момент времени /. Это - уравнение первого порядка (см. раздел 4.2). Представим уравнение (5.10) в форме
AN
- — = k-dt, (5.11)
N
где d/V/JV- доля ядер, которые распадаются за период времени dt. Интегрирование уравнения (5.11) приводит к выражению
\nJL =-kt, (5.12)
N
где N- число ядер, оставшихся после распада к моменту времени /; N0 - число ядер, присутствующих при / = 0.
Особый интерес вызывает период полупревращения t\/2, который при радиоактивном распаде называется периодом полураспада. Поскольку при / = t\,2 соотношение TV= 1AN0, то
In — = -к /,/_ 2 2
или
/,/2 = 0,693/*. (5.13)
Конечная формула соответствует времени полупревращения для реакций первого порядка (см. раздел 4.2). При радиоактивном распаде величину к обычно называют постоянной распада.
Пример 5.4. В результате деления ядер J2" U произошло накопление радионуклида 'Jj Sr.
Его период полураспада равен 28,1 года. Вычислим период времени, необходимый для распада радионуклида на 95%.
Решение. Используем уравнение (5.13) для вычисления постоянной распада к.
, 0,693 0,693 пмс . .,
к = —-= —--= 0,025года '.
/,/ 28,1 года
По уравнению (5.12) определим время t, необходимое для разложения радионуклида Ц Sr на 95 %. — = 120 годам.
0,025 года'
In(NINo) In(SZlOO) 1ПЛ л -L--Ь-' - 120 годам.
Ответ: для распада радионуклида Ц Sr на 95 % необходим период времени, равный 120 годам.
254
В.В. Вольхин. Общая химия
Важнейшими характеристиками любого радионуклида являются период полураспада и виды излучений, которые он испускает при распаде. Эти характеристики некоторых важных с практической точки зрения радионуклидов приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1. Периоды полураспада и виды излучений некоторых радионуклидов
Радионуклид Ui1 Виды излучений Радионуклид ч Виды излучений 238U
92 4,5 МО9 лет а, у 12,26 года ?" 7,07-10%ет а, у 5730 лет ?" 2,44-104 лет а, у 32 р 14,3 дня ? - -Ra 1600 лет а, у 35 Q Id 0 87,1 дня ? 3,824 дня а 19 К 1,28•1O9 лет Р"Л 5Sr 28,1 года ?" 20 Сй 165 дней ?" 137 Cs 30,23 года ?~,Y 131 T
