Конспект лекций

2.1 Виды и характеристики ионизирующих излучений

АЛЬФА – ИЗЛУЧЕНИЕ представляет собой испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов – ядра гелия, получившей название альфа – частицы и обозначаемой символом .

В результате испускания указанной частицы номер элемента уменьшается на два, а масса на четыре АЕМ. Основными альфа – излучателями являются тяжелые элементы. Энергия этого излучения велика и достигает в ряде случаев нескольких МэВ. В качестве примера  – распада можно привести распад плутония – 239 с энергией  – частицы 5 МэВ. Испускание  – частицы по варианту ₁ является наиболее вероятным процессом, поэтому принято считать «чистым альфа – излучателем».

БЕТА – ИЗЛУЧЕНИЕ представляет собой испускание ядром ЭЛЕКТРОНА е^- или положительно заряженной анти – частицы – ПОЗИТРОНА, и обозначается символом е⁺

В основе этого процесса лежит превращение в ядре нейтрона в протон с образованием электрона (^–– распад) или протона в нейтрон с образованием позитрона (⁺ – распад). В первом случае происходит увеличение заряда ядра на единицу, во втором – уменьшение. В обоих случаях масса ядра остается практически неизменной. Энергия бета – излучения колеблется от десятков тысяч эВ до одного – двух МэВ. В качестве примера может служить распад стронция – 90.

ГАММА – ИЗЛУЧЕНИЕ представляет собой испускание ядром – квантов.

ГАММА – ИЗЛУЧЕНИЕ аналогично другим видам электромагнитного излучения: рентгеновскому, световому, ультрафиолетовому и др., но обладает гораздо большей энергией – до нескольких МэВ. Возбужденный атом испускает РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ при переходе электронов на внутренние близкие к ядру электронные оболочки. Переходы электронов между внешними оболочками дают оптический спектр электромагнитного излучения, который состоит из ультрафиолетового, светового и инфракрасного излучений.

Природа же  – излучения заключается в том, что в результате испускания α – частиц или  – частиц дочернее ядро может образовываться в различных возбужденных состояниях или на разных энергетических уровнях. Самый устойчивый, с нулевой энергией – нижний, и ядро всегда стремится оказаться на нем, переходя с более высокого, испуская при этом  – квант с энергией, равной разности энергий этих уровней. При этом число таких уровней для ядра может быть достаточно большим и, соответственно, большим может быть число возможных переходов между ними. В этом случае ядро испускает не один, а произвольное, но строго определенное для данного элемента, количество  – квантов с известной энергией, по которой можно точно определить тип первичного основного распада, а также сам элемент.

Процесс испускания  – кванта происходит практически мгновенно и всегда является следствием или основного распада, или захвата ядром какой – либо частицы. Примером указанного типа излучения может служить распад цезия – 137.

РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД. ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Экспериментальное изучение процесса радиоактивного распада показало, что количество радионуклида уменьшается по определенному закону. Каждый радионуклид характеризуется ПЕРИОДОМ ПОЛУРАСПАДА Т_1/2, равным времени, в течение которого количество ядер радионуклида уменьшается вдвое. Период полураспада различных радионуклидов лежит в пределах от долей секунды до десятков миллиардов лет. Исходя из этого, введем следующее определение радиоактивного распада.

РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД – это процесс самопроизвольного распада ядер нестабильных нуклидов с образованием новых стабильных или нестабильных ядер, сопровождающийся испусканием частиц различного типа (включая γ – кванты), с постоянной скоростью, присущей данному ядру.

Процесс радиоактивного распада удобно записать в виде выражения

+ а + Е_а

ли сокращенно

где – начальный радионуклид, называемый материнским; – дочерний нуклид (радионуклид), получаемый при распаде; а – испускаемые частицы (а – частица,  – частица,  – квант). При распаде возможно испускание нескольких частиц, например,  – частицы и – кванта; E_a– энергия продуктов распада (ЭНЕРГИЯ РАСПАДА).

В процессе радиоактивного распада выполняются законы сохранения энергии импульса, электрического заряда, массового числа (числа нуклонов). Поэтому, исходя из закона сохранения импульса, учитывая, что масса ядра много больше массы частицы а, почти вся энергия распада уносится частицей, а дочернее ядро остается практически неподвижным.

Периоды полураспада различных ядер колеблются в очень широких пределах. Например, период полураспада урана-238 ( ) составляет 4,5 млрд. лет, радия-236 ( ) – 1620 лет, радона-222 ( ) – 3,8 суток. Более того, периоды полураспада у изотопов одного и того же элемента могут сильно различаться, например, у – 1630 лет, а у – 0,001 с.

Поскольку отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, то закон радиоактивного распада носит статистический характер и имеет вид:

где – число радиоактивных ядер в момент времени, принятый за начало отсчета, т.е. при t = 0,

N – число нераспавшихся ядер в момент времени t;

знак «-» говорит об убывании числа ядер;

– постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянная радиоактивного распада.

Между постоянной радиоактивного распада и периодом полураспада существует простая связь:

T = ln2/λ = 0.693/λ

Среднее время жизни радиоактивного ядра – ζ есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада, т.е.

ζ=1/λ

Содержание