Презентация на тему Радиоактивность и ее свойства

химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испус- канием

элементарных частиц или излучения.

распаду.

обнаружил две составляющие этого излучения:
менее проникающую, названную α-излучением,

и
более проникающую, названную β-излучением.
Третья составляющая урановой радиации, самая проникающая из всех, была открыта в 1900 году П.Виллардом и названа по аналогии с резерфордовским рядом γ-излучением. Резерфорд и его сотрудники показали, что радиоактивность связана с распадом атомов (значительно позже стало ясно, что речь идет о распаде атомных ядер), сопровождающимся выбросом из них определенного типа излучений.

движущиеся со скоростью около 109 см/сек и поглощающиеся слоем

алюминия в несколько микрон. Впоследствии методом спектрального анализа было показано, что этими частицами являются ядра гелия .
β -излучение — легкие, отрицательно заряженные частицы- электроны движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и поглощаемые слоем алюминия толщиной в среднем 1 мм.
γ -излучение — сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом, ни в магнитном поле. Природа γ -излучения — жесткое электромагнитное излучение, имеющее еще более короткую длину волны, чем рентгеновское.

2)β − -распад,
3)β + -распад, или электронный захват

ЭЗ,
4) изомерный переход ИП, при котором ядра
переходят из возбужденного состояния с большим временем жизни (изомерные состояния) в менее возбужденное или в основное состояние и
5)спонтанное деление тяжелых ядер.

с массовым числом A и атомным номером Z в

дочерний нуклид изменяется массовое число и/или атомный номер:

параметры:
1. Заряд. Электрический заряд не может создаваться или исчезать.

Общий заряд до и после реакции должен сохраняться, хотя может по-разному распределяться среди различных ядер и частиц. Единичный положительный и отрицательный заряды нейтрализуют друг друга.
2. Массовое число или число нуклонов. Число нуклонов после реакции должно быть равно числу нуклонов до реакции.
3. Общая энергия. Кулоновская энергия и энергия эквивалентных масс должна сохраняться во всех реакциях и распадах.
4. Импульс и угловой момент. Сохранение линейного импульса ответственно за распределение кулоновской энергии среди ядер, частиц и/или электромагнитного излучения. Угловой момент относится к спину частиц.

сохранения

электрических зарядов:

и закон сохранения массовых чисел:

и — соответственно заряд и массовое число материнского ядра;

и — соответственно заряды и массовые числа частиц,
получившихся в результате радиоактивного распада.

установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского

ядра в различных типах радиоактивного распада:
для α-распада,

для β--распада,

для β+-распада.

называется естественной.
Радиоактивность изотопов, полученных посредством ядерных реакций, называется

искусственной.

Ядра, подверженные радиоактивным превращениям, называются радиоактивными,
а не подверженные - стабильными.
Такое деление условно, так как, в сущности, все ядра могут самопроизвольно распадаться, но этот процесс в разных ядрах идет с различной скоростью.

цепочки, каждая из которых показывает все радиоактивные превращения ядер

с данным массовым числом A. Пример цепочек радиоактивных превращений трех радиоактивных природных семейств:
Урана,
Актиния,
Тория.

Оно начинается с α -активного изотопа урана, который с

периодом полураспада 4.5·109 лет превращается в торий. В свою очередь, торий является β-радиоактивным изотопом и с периодом 24 дня превращается в β-радиоактивный протактиний и т.д. Среди других ядер семейство урана содержит радий и радиоактивный газ – радон и заканчивается стабильным изотопом свинца.

Второе семейство—семейство актиноурана — начинается с другого α-активного

изотопа урана, который с периодом полураспада примерно 7·108 лет превращается в торий, испускающий β-частицы и превращающийся в протактиний . Этот изотоп в отличие от 234Pa91 является α-радиоактивным и превращается в актиний 227 Ac89 и т. д. Семейство актиноурана, как и семейство урана, содержит радиоактивный газ – радон и заканчивается вторым стабильным изотопом свинца 207Pb82.

семейство тория - начинается с α-радиоактивного изотопа тория, имеющего

период полураспада 1,4· 1010 лет и превращающегося в β-радиоактивный изотоп радия и т. д. Это семейство также содержит в своем составе радиоактивный газ радон и заканчивается третьим стабильным изотопом свинца (что указывает на особую устойчивость ядер свинца).

элементов в пределах каждого радиоактивного семейства
или не меняются

совсем, а заряд следующего элемента повышается на единицу,
или изменяются на четыре единицы, а заряд следующего элемента понижается на две единицы.

Эта закономерность, названная правилами смещения, очевидно, объясняется тем, что радиоактивное превращение сопровождается
либо испусканием β-частицы (электрона), в результате чего заряд ядра повышается на единицу, а массовое число остается неизменным,
либо испусканием α- частицы, уносящей четыре массовые единицы и двойной заряд.

всех трех семейств описываются следующей формулой:
A = 4n

+ C,
где n —целое число;
С = 2 для семейства урана (n > 50),
С = 3 для семейства актиноурана (n> 50),
С = 0 для семейства тория (n > 51).
Обращает на себя внимание отсутствие четвертого семейства при С = 1, существование которого в принципе можно ожидать.

Такое семейство действительно существует, но оно состоит из изотопов, не встречающихся в природе. Четвертое семейство было открыто только после того, как научились искусственно получать изотопы различных элементов.

ядра имеется определенная вероятность λ того, что оно испытывает

превращение в единицу времени. Следовательно, если радиоактивное вещество содержит N атомов, то количество атомов dN, которое претерпит превращение за время dt, будет равно
dN = -λNdt
Вероятность распада λ входит в это уравнение в качестве коэффициента, который называется постоянной распада. Знак минус соответствует убыванию вещества в процессе распада.

Закон радиоактивного превращения

числа радиоактивных ядер со временем:
N = N0 exp(-λt),
где

N0 – число атомов вещества до начала распада.

Если в полученное уравнение подставить вместо времени t период полураспада T½, то можно найти связь постоянной распада λ с периодом полураспада T½.
Действительно, так как N(T½) = N0/2, то N0exp(-λ T½) = N0/2 и exp(-λ T½) = 1/2,
Откуда
λ = ln 2/T1/2 ≈ 0,69/T1/2

является кюри (Ки) и ее дольные единицы: милликюри (1мКи=10-3)

и микрокюри (1мкКи=10-6Ки). По первоначальному определению кюри есть активность одного грамма изотопа радия 226Ra88. Однако, для удобства измерений это определение в дальнейшем было заменено следующим:
1Ки = 3,700·1010 Бк;
1Бк = 0,27· 10-10 Ки.

радиоактивной цепочке из материнского ядра и i-1 дочерних радионуклидов

(число ядер i - го типа Ni) с постоянными распада соответственно λi.
Система дифференциальных уравнений для линейной цепочки, характеризующая распад и накопление числа радиоактивных атомов имеет вид:

dN1(t )/dt =−λ1dN1(t);

dN2(t )/dt =−λ2dN2(t) +λ1dN1(t);

dNi(t )/dt =−λidNi(t) +λ i-1 dNi-1(t)

……………………………………………..

момент времени t = 0. Тогда для любого

времени t решение уравнений имеет вид:







(*)

N1 (t ) =N1 (0) exp(−λ1t );

………………………………………………………………………………………………………………..

распада λ на число радиоактивных ядер в источнике N

A

= λN (**)

Если N — число ядер в 1 г вещества, т.е. N = N0/A (ядер/г) (где N0≈6·1023 - число Авогадро, A - массовое число), то говорят об удельной активности Am, Бк/г;

если N - число ядер в единице объема, т.е. N = ρN0/A (где ρ — плотность в г/см3), то по формуле (**) определяется объемная активность AV , Бк/см3.

продуктов в линейной цепочке в момент времени t:

(***)

и так далее в соответствии с формулами (*), (**).

При λ1 << λ2 (или (T½)1 >> (T½)2 )

временем по экспоненциальному закону с λ2 дочернего радионуклида и

при t>> (T½)2 приближается к своему предельному значению

При λ1 >> λ2

(или (T½)1 << (T½)2)

то есть активность дочернего радионуклида падает со временем по
экспоненциальному закону с λ1 материнского радионуклида.

(T½)1 >> (T½)2 и при t > 10(T½)2 записывается

обычно в форме
λ1N1 = λ2N2 ,
где N1 и N2- число ядер материнского и дочернего радионуклидов.
Это так называемое вековое (или секулярное) равновесие. Оно означает, что число распадов дочерних радионуклидов λ2N2 равно числу распадов λ1N1 материнского радионуклида (то есть, числу образующихся при этом ядер дочернего радионуклида λ1N1).

m (г) радиоактивного изотопа следующими соотношениями:

где A - атомная

масса; T½ - период полураспада, a1, b1, a2, b2 - константы, зависящие от единиц, в которых выражаются T½ и N. a1, b1 используются, если N выражается в Бк, а a2, b2 - в Ки.