Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
1 S
Sh Л CL О g S
I э
ч 9-ьз ^
м S
CL
872
VII.2. РАДИОАКТИВНОСТЬ
3°. Перечисленные основные типы радиоактивности характеризуются относительно большой продолжительностью превращения ядер, которая обеспечивается или характером взаимодействия (слабые взаимодействия при Р-распаде), или задержкой испускания положительно заряженных частиц потенциальным барьером в ядре, обусловленным совместным действием сил кулоновского отталкивания и ядерного притяжения (а-распад, спонтанное деление, одно- и двухпротонная радиоактивность). Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием гамма-лучей, представляющих собой потоки фотонов жестких электромагнитных излучений с длиной волны порядка IO-11—IO-13 м. Гамма-лучи являются наиболее распространенной формой снятия избыточной энергии возбужденных продуктов радиоактивного распада. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называют материнским, возникающее ядро — дочерним. Если последнее также распадается, то иногда говорят о «внучатном» ядре.
4°. Самрпроизволъный (спонтанный) распад атомных ядер следует закону
N = N0eu,
где N0 — количество ядер в данном объеме вещества в момент времени t = 0, N — количество ядер в том же объеме к моменту времени t, X — постоянная распада. Постоянная X имеет смысл вероятности распада ядра за 1 с: она равна доле ядер, распадающихся за 1 с. Вели-
чйну і называют средним временем жизни радиоак-
А
тивного изотопа. Для характеристики устойчивости ядер относительно распада пользуются понятием о периоде полураспада Tjy2* равном времени, в течение которого исходное количество ядер данного вещества распадается наполовину. Величины X и T1^2 связаны соотношением
гр _ In 2 _ 0, 693 1 1/2 - ¦
Если радиоактивный изотоп имеет несколько типов радиоактивности, то общая постоянная распада X =
= ^ Xk, где суммирование производится по всем типам к .
VII.2.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
873
радиоактивности, Xk являются парциальными постоянными распада. Число распадов ядер данного препарата в единицу времени называют активностью препарата; отнесенное к единице массы препарата, это число называют удельной активностью вещества препарата.
Активность
A = XN = XN0eu.
5°. Если получающееся в результате распада исход-ного ядра новое ядро также радиоактивно и, распадаясь, дает устойчивое или вновь радиоактивное ядро и т. д., то имеет место цепочка радиоактивных превращений.. В этом случае суммарная активность ядер, образующихся в цепочке, при измерении ее каким-либо прибором зависит от времени по более сложному закону, поскольку постоянные распада для различных звеньев цепочки не равны друг другу и, кроме того, прибор имеет различную эффективность регистрации различных излучений от каждого из звеньев цепочки превращений.
Если Xi — постоянная распада ядра в і-м звене цепочки, a Iii — восприимчивость детектора излучения к излучению і-го звена, то суммарная активность
п
A=Jj HiXiNi.
і - 1
В случае цепочки из двух звеньев (п = 2)
индекс «нуль» относится к моменту времени t = 0.
6°. Устойчивость ядер (в среднем) снижается с возрастанием их массового числа. Естественная радиоактивность легких и средних ядер — редкое явление (на-
, . 10„ 82„ 87-,, ПЗг,, 115,
блюдабмое у ядер 1дК , 34Ье , 37КЬ , 48Сс1 , 4gln ,
123„ 128„ 138т 144,, , 147„ 148с, 152-,,
52 * 52 > 57 » 60Nd , 62®m ’ 62®m ’ 64^d И
некоторых более тяжелых). Среди тяжелых атомов (начиная от А > 200) естественная радиоактивность — это
874
VII.2. РАДИОАКТИВНОСТЬ
универсальное явление. Эти ядра образуют 3 естест-венно-радиоактивных и 1 искусственно-радиоактивное семейства, называемые по наиболее долгоживущему (с наибольшим Т1/2) «родоначальнику» семейства:
238 232
семейство урана (от Q2U ), семейство тория (от 90Th),
235
семейство актиния (от 8дАс ) и семейство нептуния 237
(от g3Np , получаемого искусственно). Массовые числа
членов каждого из радиоактивных семейств характеризуют формулой
А = 4п + а,
где п — целое число, а — 0 для семейства тория, а = 1 для семейства нептуния, а = 2 для семейства урана, а = 3 для семейства актиния. Переход от одного члена семейства к другому осуществляется цепочкой последовательных альфа- и бета-распадов и заканчивается на устойчивом ядре, которым для семейства с а = 0 явля-
208_,1_ , 209„. „ 206-.,
ЄТСЯ 82РЬ , ДЛЯ а = 1 — 83®1 ’ ДЛЯ а~ 6 — 82^ “ и Для
а = 3 — 2g2Pb . Последовательность радиоактивных превращений в этих семействах показана на рис. VII.2.1, а, б, где стрелки, параллельные оси А, соответствуют альфа-распадам, а стрелки, параллельные оси N—Z1 — бета-распадам. Для этой последовательности превращений в радиоактивных семействах справедлив закон смещения Содди—Фаянса'.
A'= A \ а-распад, > (3-распад,
где значения A, Z и A', Z' соответствуют материнскому и дочернему ядрам.
7°. В настоящее время известно 24 элемента с Z > 92, называемые трансурановыми. Все они в природных условиях, по-видимому, не существуют и получены искусственным путем. Всем трансурановым элементам присуща радиоактивность с периодами полураспада, быстро уменьшающимися при возрастании Z. К трансурановым элементам относятся нептуний (g3Np), плу-