Надо Знать

добавить знаний



Радиоактивность



План:


Введение

Радиоактивность (от лат. radio - "Излучаю" radius - "Луч" и activus - "Действенный") - явление спонтанного превращения неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно другого элемента) (радиоактивный распад) путем излучения гамма-квантов, элементарных частиц или ядерных фрагментов.

Символ, используемый для обозначения радиоактивных материалов

Радиоактивность открыл в 1896 Антуан Анри Беккерель. Произошло это случайно. Ученый работал с солями урана и завернул свои образцы вместе с фотопластинками в непрозрачный материал. Шифер оказались зажженными, хотя доступа света к ним не было. Беккерель сделал вывод о невидимом глазу излучение солей урана. Он исследовал это излучение и установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. То есть, это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу урана.

В 1898 Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли излучения тория, позднее были открыты полоний и радуйся. в 1903 году супругам Кюри была присуждена Нобелевскую премию. На сегодня известно около 40 природных элементов, обладающих радиоактивностью.

Также, в настоящее время, кроме альфа-, бета-и гамма-распадов, замечено распады с эмиссией нейтрона, протона (а также двух протонов), кластерная радиоактивность, спонтанное деление. Электронный захват, позитронный распад (или β +-распад), а также двойной бета-распад (и его виды) обычно считаются различными типами бета-распада.

Установлено, что все химические элементы с порядковым номером, больше 83 - радиоактивные.

Естественная радиоактивность - спонтанный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность - спонтанный распад ядер элементов, полученных искусственным путем, через соответствующие ядерные реакции.


1. Типы радиоактивности

Эрнест Резерфорд экспериментально установил ( 1899), что соли урана излучают 3 типа лучей, которые по-разному отклоняются в магнитном поле :

  • лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц. Их назвали альфа-лучами;
  • лучи второго типа видхилються в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц (в противоположную сторону), их назвали бета-лучами;
  • и лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали гамма-лучами.

Спектры α-и γ-излучений прерывистые ("дискретные"), а спектр β-излучения - непрерывный.

β-распад

Беккерель показал, что β-лучи являются потоком электронов. β-распад - проявление слабого взаимодействия.

β-распад - внутрь нуклонного процесс, т.е. происходит превращение нейтрона в протон с вылетом электрона и антинейтрино из ядра:

{} ^ {1} _ {0} \ textrm {n} \ rightarrow {} ^ {1} _ {1} \ textrm {p} + {} ^ {0} _ {-1} \ textrm {e} + Γ.

Правило смещения Содди для β-распада:

{} ^ {A} _ {Z} \ textrm {X} \ rightarrow {} ^ {A} _ {Z +1} \ textrm {Y} + {} ^ {0} _ {-1} \ textrm {e } + Γ.

Пример:

{} ^ {3} _ {1} \ textrm {H} \ rightarrow {} ^ {3} _ {2} \ textrm {He} + {} ^ {0} _ {-1} \ textrm {e} + Γ.

После β-распада атомный номер элемента меняется и он смещается на одну клетку в таблицы Менделеева.

α-распад

α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на ядро-продукт и α-частицу (ядро атома {} ^ {4} _ {2} \ textrm {He} ).

α-распад является свойством тяжелых ядер с массовым числом А ≥ 200. Внутри таких ядер за счет свойства насыщения ядерных сил образуются обособления α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образованная таким образом α-частица сильнее ощущает кулоновское отталкивание от других протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно на α-частицу меньше влияет ядерное мижнуклонне притяжения за счет сильного взаимодействия, чем на остальных нуклонов.

Правило смещения Содди для α-распада:

{} ^ {A} _ {Z} \ textrm {X} \ rightarrow {} ^ {A-4} _ {Z-2} \ textrm {Y} + {} ^ {4} _ {2} \ textrm { He} .

Пример:

{} ^ {238} _ {92} \ textrm {U} \ rightarrow {} ^ {234} _ {90} \ textrm {Th} + {} ^ {4} _ {2} \ textrm {He} .

В результате α-распада элемент смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева. Дочернее ядро, образовавшееся в результате α-распада, обычно также оказывается радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить, пока не появится стабильный, есть нерадиоактивные ядро, которым чаще всего является ядра свинца или Висмут.

γ-распад

Гамма лучи-это электромагнитные волны с длиной волны, меньше размеры атома. Они образуются обычно при переходе ядра атома из возбужденного состояния в основное состояние. При этом количество нейтронов или протонов в ядре не изменяется, а значит ядро ​​остается тем же элементом. Однако излучение гамма-лучей может сопровождать и другие ядерные реакции.


2. Период полураспада

При радиоактивном распаде происходит превращение ядер атомов. Энергии частиц, которые при этом образуются, гораздо крупнее энергий, выделяемых в типичных химических реакциях. Поэтому эти процессы практически не зависят от химического окружения атома и от соединений, в которые этот атом входит. Радиоактивный распад происходит спонтанно. Это означает, что невозможно определить момент, когда распадется то или иное ядро. Однако для каждого типа распада является характерное время, за которое распадается половина всех радиоактивных ядер. Это время называется периодом полураспада. Для различных радиоактивных изотопов период полураспада может лежать в очень широких пределах - от наносекунд до миллионов лет. Изотопы с малым периодом полураспада очень радиоактивные, но быстро исчезают. Изотопы с большим периодом полураспада слабо радиоактивные, но эта радиоактивность сохраняется очень долгое время.


3. Детектирование

Детектирование радиоактивным излучения основано на его действия на вещество, в частности ее ионизации. Исторически впервые радиация была зарегистрирована благодаря почернению облученного фотопластинки. Фотоэмульсии, в которых под действием радиации происходят химические реакции, до сих пор остаются одним из методов детектирования. Другой принцип детектирования используется в счетчиках Гейгера - возникновение несамостоятельного электрического разряда в облученном газе. Дозиметры, которые регистрируют не отдельные акты пролета быстрой заряженной частицы, часто используют изменение свойств, например проводимости, облученного материала


4. Единицы измерения

Радиоктивнисть зависит от количества нестабильных изотопов и времени их жизни. Система СИ определяет единицей измерения активности Беккерель - такое количество радиоактивного вещества, в котором за секунду происходит один акт распада. Практически эта величина не очень удобна, поэтому чаще используют внесистемные единицы - Кюри. Иногда употребляется единица Резерфорд.

Относительно воздействия радиоактивного излучения на облученные вещества, то используются те же единицы, что и для рентгеновского излучения. Единицей измерения дозы поглощенного ионизирующего излучения в системе Си является Грей - такая доза, при которой в килограмме вещества выделяется один Джоуль энергии. Единицей биологического действия излучения в системе СИ является Зиверт. Внесистемная единица выделяется при облучении энергии - советов.

Такая единица, как рентген является мерой не выделенной энергии, а ионизации вещества при радиоактивном облучении. Для вимирювавння билогичнои действия облучения используется биологический эквивалент рентгена - Март.

Для характеристики интенсивности облучения используют единицы, описывающие скорость набора дозы, например, рентген в час.


5. Биологическое действие

Радиоактивное облучение приводит к значительному повреждению ткани. Ионизация химических веществ в биологической ткани создает возможность химических реакций, которые несвойственны для биологических процессов, и к образованию вредных веществ. Повреждение радиацией ДНК вызывает мутации. Работа с радиоактивными веществами требует тщательного соблюдения правил техники безопасности. Радиоактивные вещества помечаются специальным символом, приведенным вверху страницы.

Радиоактивные вещества хранятся в специальных контейнерах, сконструированных таким образом, чтобы поглощать радиоактивное излучение. Большой проблемой является захоронение радиоактивных отходов атомной энергетики.



6. Применение

Радиоактивные вещества можно использовать для получения энергии в условиях, когда другие источники энергии недоступны, например, на космических аппаратах, предназначенных для полетов к удаленным планет Солнечной системы. Энергия, которая выделяется при радиоактивном распаде в таких устройствах может быть преобразована в электрическую с помощью термоэлементов.

В медицине радиоактивное облучение используется при лечении некоторых форм рака, рассчитывая на то, что раковые клетки, которые быстро делятся, чувствительны к облучению, поэтому вражатимуться быстрее.

Метод меченых атомов позволяет провести анализ обмена веществ в организме и помогает при диагностике заболеваний.

Датировка за радиоактивными изотопами помогает установить возраст предметов и пород и применяется в геологии, археологии, палеонтологии.

Радиоактивность и радиоактивные вещества также широко используются в различных областях научных исследований.


7. Йонизуючи излучения

Все виды радиоактивных излучений, сопровождающих радиоактивность, называют ионизирующего излучениями. Йонизуючи излучения - процесс возбуждения и ионизации атомов вещества при прохождении через них гамма-квантов и частиц, образовавшихся в результате α-и β-распада. При прохождении, например, гамма-квантов через вещество, кванты превращаются в пару электрон-позитрон при условии, что энергия гамма-кванта превышает энергию двух частиц (> 1 МэВ). α-частицы быстро теряют всю энергию, поскольку возбуждают все атомы, которые встречаются на их пути (1-10 см на воздухе, 0,01-0,2 мм в жидкостях). β-частицы менее эффективно взаимодействуют с веществами (2-3 м на воздухе, 1-10 мм в жидкостях). γ-кванты имеют наибольшую проникающую способность. Нейтроны, не имеющие электрического заряда, непосредственно не ионизируют атомы. Однако в результате взаимодействия нейтронов с ядрами возникают быстрые заряженные частицы и гамма-кванты, которые являются ионизирующего частицами. При длительному пребыванию человека в зоне радиоактивного излучения происходит Ионизация и возбуждение ее клеток. В результате клетки вступают в новые химические реакции и образуют новые химические вещества, которые нарушают нормальное функционирование организма. Мерой воздействия ионизирующего излучения является поглощенная доза излучения (Грей), равный отношению передаваемой йонизуючого излучения энергии в массе вещества (D = E / m). Мощность дозы излучения измеряется отношение поглощенной дозы излучения до времени (Pв = D / t). Радиоактивное излучение используют при рентгенологическом обследовании.


См.. также

Литература

  • Биленко И. Физический словарь. - М.: Высшая школа, Главное выдал. 1979. - 336 с.


Физика Это незавершенная статья физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам