Радиоактивный распад возможен только тогда, когда он энергетически выгоден, т.е. сопровождается выделением энергии. Условием этого является превышение массы М исходного ядра суммы масс mi продуктов распада, т.е. неравенство.
Законы радиоактивного распада ядер
Радиоактивный распад - статистический процесс. Каждое радиоактивное ядро может распасться в любой момент и закономерность наблюдается только в среднем, в случае распада достаточно большого количества ядер.
Постоянная распада λ - вероятность распада ядра в единицу времени.
Если в образце в момент времени t имеется N радиоактивных ядер, то количество ядер dN, распавшихся за время dt пропорционально N.
|
dN = -λNdt. Проинтегрировав (1) получим закон радиоактивного распада
|
Период полураспада – время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Эта величина, обозначаемая T1/2, является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Величина T1/2 наглядно характеризует скорость распада радиоактивных ядер и эквивалентна двум другим константам, характеризующим эту скорость: среднему времени жизни радиоактивного ядра τ и вероятности распада радиоактивного ядра в единицу времени λ.
ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА
1) Альфа - распад
Альфа-частицы испускаются только тяжелыми ядрами, т.е. содержащими большое число протонов и нейтронов. Прочность тяжелых ядер мала. Для того, чтобы покинуть ядро, нуклон должен преодолеть ядерные силы, а для этого он должен обладать достаточной энергией.
2) Бета-распад
Явление бета-распада состоит в том, что ядра некоторых элементов самопроизвольно испускают электроны и элементарную частицу очень малой массы - антинейтрино.
3) Гамма - распад - не существует
В процессе радиоактивного излучения ядра атомов могут испускать гамма-кванты. Испускание гамма-квантов не сопровождается распадом ядра атома.
53) Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.
В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.
|
Реакция деления тяжелых ядер |
|
Среди ядерных реакций особое место занимает реакция деления тяжелых ядер. Реакция деления впервые была осуществлена при бомбардировке ядер урана нейтронами. Образующиеся в результате деления продукты реакции радиоактивны. Сам процесс деления ядра сопровождается излучением нескольких (двух – трех) нейтронов, т.е. в результате реакции деления происходит лавинообразное увеличение числа нейтронов. Распад ядра урана на два ядра – осколка сопровождается выделением большого количества энергии – примерно 200 МэВ на каждое распадающееся ядро. При делении всех ядер, содержащихся в 1 грамме урана, в миллионные доли секунды выделяется количество энергии, эквивалентное сгоранию 2,6 тонны угля. В основе теории деления тяжелых ядер лежит капельная модель ядра, согласно которой ядро представляет собой как бы каплю заряженной жидкости. Как в капле обычной жидкости, поверхность ядра может колебаться. Ядро делится в том случае, если действие сил отталкивания между протонами превосходит силы притяжения между нуклонами. В тяжелых ядрах это возможно из-за большого числа протонов и больших размеров ядра. Напомним, что ядерные силы короткодействующие и при больших размерах ядра они не способны противостоять силам электрического отталкивания, действующим на любых расстояниях. Ядра, для которых (Z2/A) > 17, способны к реакции деления, причем чем больше параметр (Z2/A), тем легче должно делиться ядро. Для некоторых ядер для возбуждения реакции деления достаточно энергии связи нейтрона. Такие ядра испытывают процесс деления при проникновении в них даже тепловых (медленных) нейтронов. К числу таких ядер относятся Ядра которые делятся только под действием быстрых нейтронов. Для практического применения реакции деления тяжелых ядер важное значение имеет не только выделение большой энергии при каждом акте деления, но и появление при этом двух – трех нейтронов. Если каждый из этих нейтронов, взаимодействуя с ядрами делящегося вещества, вызовет в них процесс деления, то число актов деления со временем будет лавинообразно нарастать, а реакция деления превратится в цепную реакцию. Однако не все образующиеся при делении ядер нейтроны захватываются соседними ядрами. Часть нейтронов захватывается неделящимися ядрами, часть вылетает из зоны реакции, не успев вступить в процесс деления, и т.д. Поэтому непременным условием возникновения цепной реакции является наличие массы делящегося вещества, превышающей некоторую минимальную, иликритическую массу. Если масса вещества меньше критической, бóльшая часть нейтронов покидает активную зону, не успев вступить в реакцию. Для уменьшения потерь нейтронов делящееся вещество окружают отражателем, который возвращает нейтроны в активную зону. В качестве отражателя чаще всего использую графит или тяжелую воду D2O, в которой изотоп обычного водорода заменен изотопом тяжелого водорода – дейтерием |
