Типы ядерных превращений. Взаимодействие ИИ с веществами. Виды ИИ и их характеристика
Ядра атомов в стабильном состоянии устойчивы, но изменяют свое состояние при нарушении определенного соотношения протонов и нейтронов. Если в ядре слишком много протонов или нейтронов, то такие ядра неустойчивы и претерпевают радиоактивные превращения, в результате которых изменяется состав ядра, т.е. ядро атома одного химического элемента превращается в ядро атома другого химического элемента – это явление называется радиоактивностью, а сам процесс – ядерным (радиоактивным) распадом или ядерным превращением.
1.3.1. Альфа – распад. Это вид ядерных превращений сопровождается испусканием из ядра альфа – частицы, представляющей собой ядро атома гелия, что приводит к уменьшению порядкового номера нового химического элемента на 2 единицы и массового числа (атомной массы) на 4 единицы.
Например:
23892U →42He + 23490Th + Q
Этот вид ядерных превращений характерен для естественных радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами: ядра с порядковыми номерами больше 82, за редким исключением, альфа-активны (60Co и др.), превращения их ядер сопровождаются испусканием альфа-частиц, представляющих собой ядра атомов гелия 4He, при этом ядро радиоактивного элемента теряет 2 протона и 2 нейтрона, образующийся элемент смещается влево относительно исходного на 2 клетки периодической системы Д.И. Менделеева.
Альфа-частицы имеют положительный заряд, скорость распространения 20000 км/с, обладают большой массой – 4,003 а.е.м., большой энергией – 2-11 МэВ, проникающая способность в воздухе 2-10 см, в биологических тканях - несколько десятков микрометров.
|
|
|
Проходя через вещество, положительно заряженная альфа частица постепенно теряет свою энергию за счет взаимодействия с электронами атомов или других отрицательно заряженных частиц, вызываю их ионизацию, часть энергии теряется на возбуждение атомов и молекул. В воздухе на 1 см пути альфа-частица образует 100…250 тыс. пар ионов, при попадании в организм они крайне опасны для человека и животных (плотно ионизирующее радиоактивное излучение).
1.3.2. Бета – распад. Ряд естественных и искусственных радиоактивных элементов претерпевают распад с испусканием электронов и позитронов. Электроны и позитроны, испускаемыми ядрами, называются бета-частицами или бета – излучением, а сами ядра – бета-активными. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный бета-распад. При этом виде ядерных превращений один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускает электрон и антинейтрино и возникает ядро нового элемента при неизменном массовом числе. Вылет электронов сопровождается выбросом антинейтрино – элементарной частицы с массой менее 1/2000 массы покоя электрона, дочерний элемент сдвинут в таблице Д.И, Менделеева на 1 поле.
|
|
|
Например:
40 19 K → β + 4020 Ca + ν + + Q
При излишке протонов происходит позитронный (β+), бета-распад. Он сопровождается образованием нового элемента, расположенного в периодической таблице Д.И. Менделеева на 1 позицию влево от материнского; протон превращается в нейтрон, энергия выделяется также в виде элементарной частицы – не6йтрино. Позитрон срывает с электронной оболочки электрон, образует пару позитрон – электрон, при взаимодействии которых образуются 2 гамма-кванта (процесс аннигиляции). Например:
30 15 P → β + + 3014 Si + ν - + Q
где Q – энергия двух гамма-квантов. Взаимодействие между электронами и веществом также приводит к процессам ионизации и возбуждения атомов и молекул. При взаимодействии с орбитальными электронами бета-частица отклоняется от первоначального пути (одноименные заряды отталкиваются), поэтому глубина проникновения бета-частиц в вещество меньше, чем длина пробега.
Бета-частицы (бета излучение) распространяются со скоростью света, проникающая способность в воздухе до 25 метров, а в биологических тканях – до 1 см, в воздухе на 1 см пробега образует 50-100 пар ионов (редко ионизирующее излучение).
|
|
|
Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение. Распространяется прямолинейно со скоростью света, энергия его колеблется от 0,01 МэВ до 3 МэВ. Гамма-кванты испускаются при альфа- и бета- распадах ядра природных и искусственных радионуклидов, лишены массы покоя, не имеют заряда, поэтому проникающая способность в воздухе составляет 150 метров, в биологических тканях – десятки см.
Рентгеновское излучение также является электромагнитным излучением, возникает при торможении электронов в электрическом поле ядра атомов (тормозное рентгеновское излучение) или при перестройке электронных оболочек атомов при ионизации и возбуждении атомов и молекул (характеристическое рентгеновское излучение).
1.3.4. К-захват электронов ядром – при этом процессе протон ядро атома захватывает электрон с ближайшей к ядру К-орбитали или реже с L-орбитали, имеет место такое же превращение ядра, как и при позитронном распаде. Например:
40 19 K + 0-1 → 4018 Ar + ν-
При К-захвате единственной вылетевшей частицей является антинейтрино, возникает также характеристическое рентгеновское излучение.
|
|
|
1.3.5. Cамопроизвольное деление ядер. Этот процесс наблюдается у радиоактивных элементов с большими атомными номерами – 235U, 239Pu и др. при захвате их ядрами медленных нейтронов.
285 92 U + 10 n → 9036 Kr + 14056 Ba -140 + 5 10 n
Одни и те же ядра при делении образуют различное число осколков и избыточное количество нейтронов.
Нейтроны не несут заряда (электронейтральны), проникающая способность в воздухе и в биологических тканях очень большая, они являются плотно ионизирующими, атомные ядра при поглощении нейтронов становятся неустойчивыми, распадаются с испусканием протонов, альфа-частиц, фотонов гамма-излучения, осколков ядра.
В результате взаимодействия с веществами медленные нейтроны (0,025 – 0,1 МэВ) проникают в ядро атома, где они «захватываются» или удерживаются. Быстрые нейтроны (с энергией более 0,1 МэВ) взаимодействуют путем упругого столкновения с ядром.
1.3.6. Термоядерные реакции. Термоядерные реакции протекают при температурах, достигающих нескольких миллионов градусов. В этих условиях ядра легких элементов, двигаясь с большими кинетическими энергиями, будут сближаться и объединяться в ядра более тяжелых элементов, например:
2 1 D + 31 T →42 He + 10 n + E (17.57 МэВ)
На этом принципе основано устройство термоядерных зарядов, состоящих из плутониевого запала, служащего для создания высокой температуры, и смеси изотопов водорода – дейтерия и трития.
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 72; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!