Сущность, типы радиоактивности, радиоактивные семейства
Радиоактивность - это самопроизвольное, спонтанное изменение свойств ядер со временем. Такие ядра называются радиоактивными или нестабильными ядрами. Радиоактивные ядра являются неустойчивыми нуклонными системами и, как принято говорить, испытывают радиоактивный распад. Каждое ядро характеризуется нуклонным составом (А,Z) и определенной внутренней энергией Е. Если спонтанно изменяется хотя бы одна из этих характеристик, то такое изменение является радиоактивным распадом. Ядро, испытывающие радиоактивный распад, будем называть материнским, а ядро-продукт – дочерним. Подчеркнем широкую общность явлений радиоактивного распада. По существу многие ядерные реакции (глава 4) приводят к образованию промежуточного радиоактивного ядра, которое затем распадается обычно за время ~ 10-14 ( 10-12 с. С другой стороны, могут существовать ядра, для которых характерные времена жизни на много порядков превышают время существования Земли, поэтому они практически стабильны, а радиоактивными обычно называют ядра, распадающиеся за измеримые времена. Практическое значение радиоактивности очень велико. Работа атомных электростанций тесно связана с появлением радиоактивности как в ядерном реакторе и теплоносителе, циркулирующем в нем, так и выбросах станции в окружающую среду. Поэтому знание законов радиоактивности и умение применять эти знания, очень важны для эксплуатационного персонала АЭС, а также для любых других профессий, имеющих дело с использованием радиоактивных веществ или с вопросами экологии. Основными видами радиоактивного распада являются (-распад, (-распад и (-излучение ядер. Кроме этих типов в разделах, посвященных делению ядер, мы рассмотрим еще два, более редких типа распада, а именно, спонтанное деление ядер и излучение запаздывающих нейтронов. Существующие радиоактивные вещества можно условно разделить на естественные и искусственные. Естественные радиоактивные ядра образовались в процессе эволюции Солнечной системы (или вообще Вселенной), искусственные радиоактивные изотопы во все большем масштабе получаются в результате работы реакторов, ускорителей заряженных частиц, при ядерных взрывах. Деление это условно, так как по физической природе искусственные радиоактивные ядра не отличаются от естественных. Незначительная часть естественных изотопов (например, С14) непрерывно возникает в природе вследствие действия космического излучения. Естественные радиоактивные элементы составляют три радиоактивных семейства (или ряда), в которых каждый элемент является продуктом распада предыдущего. На рис. 3.1.1 показано семейство урана. Стрелки на диаграмме (A, Z), направленные влево и вниз обозначают (-распады, направленные вверх - (-распады. Возле каждой из жирных стрелок, обозначающих основную цепочку распада, приведены соответствующие периоды полураспада. Начинается это семейство с , который с периодом полураспада T1/2 = 4,5(109 лет путем (-распада превращается в (торий), который, в свою очередь, путем (--распада с Т1/2 = 24 дня превращается в (протактиний). Протактиний, в свою очередь, с Т1/2 = 1,2 минуты превращается в . Следует обратить внимание на огромное различие в периодах полураспада в первом и втором звеньях ряда. Это различие типично и для остальных радиоактивных семейств. Некоторые элементы, входящие в семейства, могут с разной ве роятностью испытывать как (-, так и (-распады. На схеме рис. 3.1.1 они образуют т.н. вилки. Семейство урана заканчивается стабильным нуклидом свинца , ядро которого является магическим по числу протонов. Переход от одного элемента к другому в пределах семейства может быть описан изменением массового числа в виде формулы, называемой правилом смещения: А = 4п + С , 3.1.1 где С - постоянная для данного семейства величина, а n - либо уменьшается на единицу (при (-распаде), либо не изменяется (при (-распаде). Остальные семейства имеют аналогичные характеристики, которые представлены в таблице 3.1.1. В последней строке этой таблицы даны характеристики четвертого, не существующего в природе (по крайней мере, в заметных количествах) семейства. Родоначальником этого семейства является искусственно получаемый в ядерных реакторах или ядерных взрывах трансурановый элемент плутоний , но название это семейство получило по имени первого долгоживущего нуклида (впрочем, иногда его называют и плутониевым). Название актиноуранового семейства произошло от старого, уже вышедшего из употребления, наименования нуклида урана 235U. Последними элементами всех четырех радиоактивных семейств являются стабильные магические (следовательно, особо устойчивые) нуклиды свинца и висмута. Радиоактивные ядра, более легкие, чем у нуклидов радиоактивных семейств, могут возникать под действием космического излучения. Например, под действием космического излучения атмосферный азот превращается в ( -активный углерод (в главе о ядерных реакциях об этом будет сказано подробнее) с периодом полураспада 5568 лет. Исследование содержания этого изотопа в древних органических останках (скелетах, мумиях, деревянных предметах и т.п.) позволяет археологам определять возраст этих предметов. Искусственная радиоактивность будет рассмотрена отдельно.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Сущность, типы радиоактивности, радиоактивные семейства» з дисципліни «Основи ядерної фізики»
