Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
3°. Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием гамма-излучения — жесткого, коротковолнового электромагнитного излучения. Гамма-излучение является основной формой уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским', возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием у-фотона.
§ VIII.1.4. РАДИОАКТИВНОСТЬ
633
4°. Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону радиоактивного распада:
где Nq — количество ядер в данном объеме вещества в начальный момент времени t = О, N — число ядер в том же объеме к моменту времени t, К — постоянная распада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 секунду и равная доле ядер, распадающихся за единицу времени.
Закон самопроизвольного радиоактивного распада основывается на двух предположениях: 1) постоянная распада не зависит от внешних условий; 2) число ядер, распадающихся за время dt, пропорционально наличному количеству ядер. Эти предположения означают, что радиоактивный распад — статистический процесс, а распад данного ядра — случайное событие, имеющее определенную вероятность.
Величина 1/А, равна средней продолжительности жизни (среднее время жизни) радиоактивного изотопа. Действительно, суммарная продолжительность жизни dN ядер равна f|diV| = tXN dt. Средняя продолжительность х жизни всех первоначально существовавших ядер
5°. Характеристикой устойчивости ядер относительно распада служит период полураспада Tif2. Так называется время, в течение которого первоначальное количество ядер данного радиоактивного вещества уменьшается наполовину. Связь А,
6°. Естественная радиоактивность (п. 1°) наблюдается у ядер атомов химических элементов, расположенных за свинцом в периодической системе Менделеева (VI.2.3.5°). Естественная радиоактивность легких и средних ядер наблюдается
N - N0e~lt,
о
о
In 2 0,693
1Z2 ~~ "X" X
= 0,693 т.
634
ГЛ. VIII. 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
Закон сохранения электрического заряда (Ш. 1.1.3°) при радиоактивном распаде ядер:
^яр,€ ~ »
І
где гяде — заряд материнского ядра (п. 3°), Z^e — заряды ядер и частиц, возникших в результате радиоактивного распада. Этот закон применяется также при исследовании всех ядерных реакций (VIII. 1.9.1°).
Правило сохранения массовых чисел (VIII. 1.1.3°) при явлениях естественной радиоактивности:
^яд — »
І
где Аяд — массовое число материнского ядра, Ai — массовые числа ядер или частиц, получившихся в результате радиоактивного распада.
7°. Правила смещения (правила Фаянса и Coddu) при радиоактивных а- и Р_-распадах:
при а-распаде zX -» JiJy + JHe
при (3 -распаде Jx —» ZAY +-?е*
Здесь — материнское ядро, Y — символ дочернего ядра,
2He — ядро гелия, Je — символическое обозначение электрона, для которого A = OuZ = - 1.
Если дочернее ядро оказывается также радиоактивным, то возникает цепочка радиоактивных превращений. Естественнорадиоактивные ядра образуют три радиоактивных семейст-
238
ва, называемых семейством урана ( 92U), семейством тория
232 236
( Q0Th) и семейством актиния ( 89Ас). Свои названия они получили по «родоначальнику» — долгоживущему изотопу с наибольшим периодом полураспада (п. 5°). Все семейства после цепочки а- и (3 -распадов заканчиваются на устойчивых
206 208 207
ядрах изотопов свинца— 82РЬ, 82РЬ и 82РЬ. Семейство
§ VIII.l.5. АЛЬФА-РАСПАД
635
нептуния, начинающееся от трансуранового элемента непту-
237
ния 03Np, получено искусственным путем и заканчивается на 2S93Bi.
8°. Если происходит цепочка радиоактивных распадов и за время dt из общего числа Nm материнских ядер распадается XwNm dt ядер, а за это же время распадается XpNjx dt дочерних ядер, то общее изменение dNa числа ядер дочернего вещества за единицу времени выразится следующим образом:
dN_
dt ~ ^м-^м - ^“д^д-
В случае подвижного равновесия между материнским и дочерним веществами dNA/dt = О и выполняется условие радиоактивного равновесия
\.N„ - XjiN,,
откуда
Nд *м Ta •
где Tm и Тд — периоды полураспадов (п. 5°) материнского и дочернего ядер. Произведение А = XN называется активностью данного радиоактивного вещества. Активность, отнесенная к единице массы вещества, называется удельной активностью. Активность измеряется числом распадов ядер радиоактивного вещества в единицу времени (с-1). Единица активности в СИ называется беккерель (Bk).
§ VIII.1.5. Альфа-распад
1°. Альфа-распадом называется испускание ядрами некоторых химических элементов а-частиц (ядер гелия). Альфа-распад — свойство тяжелых ядер с массовыми числами А > 200 и зарядовыми числами Z > 82. В таких ядрах происходит образование обособленных а-частиц, состоящих каждая из двух протонов и двух нейтронов. Этому способствует насыщение ядерных сил (VIII.1.3.4°). Образовавшаяся а-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания
636
ГЛ. vni.l. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
