Основной закон радиоактивного распада
Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии. N=n0 * e-ln2/T. T - время, за которое распадается половина первоначально имеющегося количества ядер.
Основной закон радиоактивного распада
N=N0e-λt
где N — число нераспавшихся атомов в момент времени t; N0— число нераспавшихся атомов в момент, принятый за начальный (при t=0); е — основание натуральных логарифмов; λ — постоянная радиоактивного распада.
Энергия связи ядра
Нуклоны связаны в ядра благодаря ядерным силам, которые значительно превосходят силы электростатического отталкивания, действующие между протонами. Для расщепления ядра необходимо преодолеть эти силы, т. е. затратить энергию. Соединение нуклонов с образованием ядра, напротив, сопровождается высвобождением энергии, которую называют энергией связи ядра Eсв.
Под энергией связи ядра Eсв понимают энергию, которая высвобождается в процессе образования из нуклонов атомного ядра.
У различных ядер она имеет разное значение.
Особенно важную характеристику представляет собой энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Как видно из рисунка, наибольшей энергией связи на нуклон обладают изотопы с массовым числом около 50. Очевидно, что выигрыш в ядерной энергии удается достичь только в тех случаях, когда в результате превращения средняя энергия связи на нуклон увеличивается.
Ядерная энергия может выделяться при слиянии легких ядер (реакция синтеза ядер) или расщеплении тяжелых (деление ядер), поскольку в этих процессах увеличивается средняя энергия связи на нуклон.
Взаимосвязь энергии связи ядра и дефекта массы вытекает из соотношения Эйнштейна между энергией и массой E = mc2.
Если
| Eсв | энергия связи ядра, | Дж |
| Δm | дефект массы этого ядра, | кг |
| c | скорость света в вакууме, 3 • 108 | м/с |
то
| 1. | Eсв= Δmc =(Zmп+ Nmн−mя)c
|
Используя принятые в атомной физике единицы (атомную единицу массы, а. е. м., и единицу энергии МэВ), после подстановки численного значения для с получаем:
Дефекту массы, равному 1 а. е. м., отвечает энергия связи ядра, равная 931.5037 МэВ.
| 2. |
= c =8.9876 · 10
=931.5
|
Проникающая и ионизирующая способность радиоактивного излучения.
. Проникающая способность a- излучения
a- излучение характеризуется малой проникающей способностью и сильным ионизирующим действием. Численное значение проникающей способности a-излучения соответствует пробегу a- частицы. Пробегом a-частицы называют длину траекторий (трека), по которой двигается частица в веществе с момента входа в вещество до полной стабилизации. Обычно треки a-частиц прямолинейны.
В результате неоднородности поглощающего энергию a-частиц вещества, не все a-частицы с равной начальной энергией имеют одинаковый пробег. Поэтому для более точного определения пробега a-частиц продифференцируем распределение числа стабилизировавшихся a-частиц по длине трека. Эти данные можно получить очень трудоемким экспериментальным путем. В результате дифференцирования (как правило, графическим способом) определяют значение среднего пробега a-частицы в веществе.
Проникающая способностьb-излучения.
По сравнению с a-излучением, ионизирующее действие b-частиц на единицу длины пройденного пути в веществе (удельная ионизация) меньше, а их проникающая способность, соответственно, больше.
При прохождении через вещество b-частицы легко рассеиваются в веществе, в связи с чем траектория b-частицы в 1,5 - 4 раза превышает пройденную толщину слоя вещества. Поэтому пробегом b-частиц данной энергии в веществе называют не длину траектории (как для a-частиц), а минимальную толщину поглотителя (вещества) при которой практически полностью задерживаются все электроны начального потока b-частиц.
Поскольку b-излучение имеет непрерывный энергетический спектр,
то проникающая способность b-частиц характеризуется максимальным пробегом частиц. Максимальный пробег Rmax соответствует пробегу в данном веществе b-частиц максимальной энергии Emax в данном спектре b-излучения.
Суммарный процесс поглощения и рассеяния b -излучения веществом характеризуется величиной ослабления потока b- излучения.
Ослабление моноэнергетических (Eb = const) электронов (возникающих, например, при внутренней конверсии g-излучения) в веществе подчиняется линейному закону.
Ослабление b-излучения с непрерывным энергетическим спектром описывается сложным законом, представляющим собой суперпозицию, которая возникает при сложении всего множества линейных кривых ослабления, соответствующих моноэнергетическим электронам со всевозможными энергиями от нулевой до максимальной энергии Еmax данного спектра b- излучения.
Ионизирующее (или ионизирующего) излучения является излучение состоит из частиц, которые по отдельности могут освободить электрон изатома или молекулы , образуя ионы , которые являются атомы или молекулы с чистого электрического заряда. Они имеют тенденцию быть особенно химически активными, и реактивность приводит к высокой биологической ущерб на единицу энергии, ионизирующего излучения.