Beta se descompune în starea asociată a atomului. Tipuri de transformări nucleare, Alpha și Beta Decay Break Număr de masă de nucleare
În conformitate cu tipurile de emisii radioactive, există mai multe tipuri de decădere radioactivă (tipuri de transformări radioactive). Transformările radioactive sunt supuse elementelor, în kernelurile din care prea mulți protoni sau neutroni. Luați în considerare tipurile de decădere radioactivă.
1. Deteriorarea Alpha. Este caracteristică elementelor radioactive naturale cu un număr mare de secvență (adică, cu energii mici de legare). Aproximativ 160 de specii active alfa de nuclee sunt cunoscute, în principal numărul de secvență al acestora mai mult de 82 (Z\u003e 82). Decizia Alpha este însoțită de emisia din nucleul unui element instabil al particulei alfa, care este kernelul Atomului Helium nr (în compoziția sa 2 proton și 2 neutroni). Taxa de kernel scade cu 2, un număr de masă - cu 4.
Zak → Z-2 A-4 Y + 2 4NE; 92 238U → 24 nu + 90 234th;
88 226RA → 2 4HE + 86 222RA + γ.
Alpha - mai mult de 10% din izotopii radioactivi sunt descompuși.
2. Beta decădere. Un număr de izotopi radioactivi naturali și artificiali suferă o degradare cu electronii sau postronii emițători:
a) Decizia electronică beta. Este caracteristică atât pentru radionuclizi naturali, cât și pentru cele artificiale, care au suprapus neutroni (adică, în principal pentru izotopii radioactivi grei). Aproximativ 46% din toți izotopii radioactivi sunt supuși beta-decăderii electronice. În acest caz, unul dintre neutronii se transformă, iar kernelul mănâncă și antineutrino. Încărcarea nucleului și, în consecință, numărul atomic al elementului crește cu unul, iar numărul de masă rămâne neschimbat.
AZ X → AZ + 1 Y + E- + V-; 24194PU → 24195AM + E- +; 6429CU → 6430ZN + E- +; 4019K → 4020CA + E- + V-
Atunci când particulele β ale nucleului atomilor pot fi într-o stare excitată, atunci când se constată un exces de energie în filială, care nu este capturat de particulele corpusculare. Această energie în exces este evidențiată sub formă de Quanta Gamma.
13785CS → 13756 V + E - + V- + γ γ;
b) Positron beta decădere. Unele izotopi radioactivi artificiali sunt observați, care în nucleu există protoni excedenți. Este caracteristică de 11% din izotopii radioactivi situați în prima jumătate a tabelului D.I. Mendeleev (Z<45). При позитронном бета-распаде один из протонов превращается в , заряд ядра и соответственно атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений. Ядро испускает позитрон и нейтрино.
AZX → AZ-1U + E + + V +; 3015P → 3014SI + E + + V +; 6428NI + E + + V +.
Positronul, care zboară din nucleu, se rupe cu un atom "extra" sau interacționează cu un electron liber, formând o pereche de "positron-electron", care se transformă instantaneu în două cuantum gamma cu o masă echivalentă de particule (E și E ). Procesul de transformare a perechii "pozitron-electron" de două cuantum gamma a fost numită anihilare (distrugere) și radiația electromagnetică emergentă - anihilarea. În acest caz, transformarea unei forme de materie (particule de substanță) la alta - fotoni gamma;
c) Captură electronică. Acesta este un tip de transformare radioactivă atunci când miezul atomului captează un electron de la energia la nivelul celui mai apropiat de miezul (electronic la captare) sau mai puțin de 100 de ori - de la nivelul L. Ca rezultat, unul dintre protonii kernel este neutralizat de un electron, transformându-se. Numărul de secvență al noului kernel devine mai mic, iar numărul de masă nu se schimbă. Kernel-ul emite antineutrino. Locul eliberat, care a fost capturat la nivel de nivel L, este plin de un electron de mai îndepărtat de nucleul de niveluri de energie. Energia excesivă eliberată la această tranziție este emisă de un atom sub forma unei radiații cu raze X caracteristice.
AZH + E- → AZ-1 Y + V- + radiații cu raze X;
4019к + E- → AR + V- + radiații cu raze X;
6429NU + E- → 6428 Ni + V- + radiații cu raze X.
Captura electronică K-Captură este caracteristică de 25% din toate nucleele radioactive, dar în principal pentru izotopii radioactivi artificiali situați în cealaltă jumătate a tabelului D.I. Mendeleev și având protoni excedenți (Z \u003d 45-105). Doar trei elemente naturale suferă K-Capture: Potasiu-40, Lantan-139, Luterații-176 (4019K, 15957LA, 17671LU).
Unele nuclee pot dezintegra în două sau trei moduri: prin decăderea alfa și beta și la-capturarea.
Potasiul-40 este supus la fel ca deja, decăderea electronică - 88% și la-captura - 12%. Copper-64 (6428cu) se transformă în nichel (decăderea positronului - 19%, K-captură - 42%; (decădere electronică - 39%).
3. Emisia de radiații γ nu este un tip de decădere radioactivă (nu transformă elementele) și este un flux de unde electromagnetice care decurg din alfa și beta-decădere a nucleelor \u200b\u200batomice (atât izotopi radioactivi naturali și artificiali) Atunci când filiala este un exces de energie, care nu este capturată de radiația corpusculară (particule alfa și beta). Acest exces este evidențiat instantaneu sub formă de Quanta Gamma.
13153i → 13154xe + E- + V- + 2γ Quanta; 226888 → 42HE + 22286RN + γ Kvant.
4. - Emiterea protonului din kernel este în principiu condiție. Acest proces poate fi observat în nuclee obținute artificial cu un deficit de neutron mare:
lutes - 151 (15171LU) - în IT 24 neutron este mai mic decât într-o izotopă stabilă 17671LU.
Alfa decădere(Decăderea de degradare) - tipul de decădere radioactivă a nucleelor \u200b\u200batomice, atunci când este emisă o particulă alfa, încărcătura nucleului scade cu 2 unități, un număr de masă - cu 4. Decizia Alpha este caracteristică elementelor radioactive cu numărul atomic mare Z.
Smochin. unu. Imagine schematică a decăderii.
Decizia Alpha se numește transformare spontană a nucleului atomic cu numărul de protoni Z. și neutronii N. La o altă miez (subsidiară) care conține numărul de protoni Z.-2 și neutronii N-2. În acest caz, particula A-Particle este emisă - kernelul atomului de heliu 4 // ^ +.
Atunci când se descompune miezul original, numărul atomic al nucleului format scade cu două unități, iar numărul de masă scade cu 4 unități, conform schemei:
Exemple de decădere poate fi dezintegrarea izotopului Uraniu-238:
(În același timp, decăderea nucleului toriuului și a mașinii difuzează cu energii cinetice de 0,07 MeV și 4,18 MeV) și Radium-226:
Aici, se manifestă o regulă de schimbare, formulată de Fayan și Soddy: un element format dintr-un alt element atunci când emiterea cu razei ocupă un loc în sistemul periodic la două grupe din stânga elementului sursă.
Gradul de dezghețare a nucleelor \u200b\u200bse caracterizează prin valoarea timpului de înjumătățire - perioada de timp în care jumătate din miezurile acestor izotopi radioactivi se dezintegrează. Majoritatea izotopilor radioactivi au scheme complexe de degradare. În astfel de cazuri, diagramele indică procentul de acest tip de radiație față de numărul total de tranziții (figura 1 și 2).
Smochin. 2. Schema de demolare 230.
Energia completă a decăderii A:
unde E A. - A-particule de energie, E tl. - energia atomului de întoarcere și I "SB este energia excitării unui nucleu subsidiar.
Pentru nuclidele mai ușor de purtat (L
Energia cinetică a A-particulelor cu degradare Alfa (E și) Determinată de masele sursei și nucleul final și a particulelor. Această energie poate fi oarecum scăzută dacă miezul final este format într-o stare excitată și, dimpotrivă, a fost ușor crescută dacă kernelul care emite o particulă a fost entuziasmat (astfel de particule cu energie crescută sunt numite long-end). Cu toate acestea, în toate cazurile, energia de degradare este întotdeauna asociată cu diferența de mase și nivelurile de excitație a nucleelor \u200b\u200binițiale și finale și, prin urmare, spectrul de particule emise nu este întotdeauna solid, ci o linie liniară.
Energia a fost eliberată la decădere
unde Ma. și m a -4 - masele mamei și filialei, M a - Masa A-particle. Energie E. Acesta este împărțit între A-Particle și o filială este invers proporțională cu masele lor, de unde energia A-particulelor:
Energie îndepărtată:
Energia returnării nucleului subsidiar este de obicei în zona O, 1 MeV, care corespunde duratei de funcționare a aerului egal cu câțiva milimetri.
În condiții pământești există aproximativ 40 de izotopi a-radioactivi. Ele sunt combinate în trei rânduri radioactive, care încep cu 2 3 6 u ( DAR \u003d 477), 2 3 8 U (DAR \u003d 477 + 2), 2 35U ( DAR \u003d 477 + 3). Acestea pot fi condiționate (deoarece izotopii acestei serii au reușit să se disperseze în timpul existenței pământului), atribuie cel de-al patrulea rând, care începe cu 2 3? NP (L \u003d 477 + 1). După o serie de decăderi consecutive, s-au format kerneluri stabile cu numere magice apropiate sau egale prin numărul de protoni și neutroni (Z \u003d 82, N \u003d 126), respectiv 2O8 pb, 2O6 pb, 2 ° 7 р, 2 ° 9B . Timpurile vieții "- miezurile de origine se află în interior yu 17.ani (2 ° 48) la Al treilea * 7.c (212 ro). Liviți de lungă durată sunt nuclide și 2 secțiuni, * 44ne, 17 4hf, a căror viață de înjumătățire sunt
(2 + 5) 10 * 5 ani.
Smochin. 3. Farmele plate ale unei raze din sursa dimensiunilor mici: A - sursa 210 RO, un grup de raze; B - sursa a 227 mii, două grupe cu runde de lungime apropiată; B - sursa 2U Bi + 2N PO, două particule au vizibile 211p0; G este o sursă de ~ 8 time cu produse de decăderea sa, 2 3-a, 21B ro, 212 bi + 212 po 6 grupări.
Decizia Alpha este posibilă dacă energia de legare a particulei A față de nucleul matern este negativă. Pentru ca miezul să fie radioactiv, condiția este o consecință a legii conservării energiei
M (ah?) \u003e M (L-4 ^ -2) + M A, (9)
unde M (a, z) și M (a-4, Z-2) - Masa restului nucleelor \u200b\u200binițiale și finale, respectiv, M A. - particule de masă. În acest caz, ca rezultat al degradării, miezul final și A-particle dobândesc energia cinetică totală. E.
Energiile cinetice ale A-particulelor variază de la 1,83 MeV (* 44nd) până la 11,65 MeV (Izomer 212SH RO). Energia particulelor A-emise de RAS grele din stările principale este de 4 + 9 MeV și emise de elementele rare de 2 + 4,5 MeV. Kilometraj A-particle cu energie tipică E. A \u003d 6 MeV este -5 cm în aer în condiții normale și ~ o, 05 mm în A1.
Smochin. patru. Spectrul experimental al izotopilor de plutonium.
Spectrul particulelor care decurg din dezintegrarea nucleului matern este adesea format din mai multe linii mono-energetice care corespund tranzițiilor cuantice la diferite niveluri de energie ale nucleului subsidiar.
Deoarece particulele A nu are înapoi, regulile pentru selecție la momentul mișcării I-l. Și disponibilitatea care rezultă din legile relevante de conservare sunt simple. Un moment unghiular L. Sau particulele pot lua valori în interval:
unde / și Dacă- Momentele unghiulare ale statului inițial și final al nucleelor \u200b\u200b(matern și filială). În același timp, numai valorile I sunt permise, dacă disponibilitatea ambelor state coincid și impare, dacă paritatea nu coincid.
Smochin. 5. Dependența LG. T. din E A "1/2 Pentru izotopii de buletine, Polonia, Radon și Radia.
Proprietatea de a-decădere este prezența unei anumite dependențe și mai reușite între energia "-caditzului emise și de înjumătățire a duratei de viață a nucleelor-stratificate a timpului de înjumătățire. Cu o mică schimbare în energia A-particulelor, perioadele de înjumătățire (T) se schimbă pentru multe ordine. Așa că în 2 s 2 t la? "\u003d 4,08 MeV, 7 \u003d 1,41 10 Yu L, și 2L8 th E a \u003d.9.85 MeV, T. \u003d Yu MKS. Schimbarea energiei este de două ori schimbarea în timpul de înjumătățire de 24 de comenzi.
Pentru izotopii unic al unui element, dependența de înjumătățire a energiei a energiei de decădere este bine descrisă de raport (Legea Geiger-Nettolla):
unde CI și C2 sunt constante, slab dependente de Z.
Pentru o degradare constantă, legea lui Geiger-Nesol are forma:
unde bINB 2 - Constante, și b 2 - General, A. B. - individual pentru fiecare rând natural, R - Lungimea bărbatului A-particula în aer, E - Energie A-particulele.
Dependența de acest tip a fost înființată empiric în 1912 G.Gejer și J. Nyollom și teoretic fundamentată în 1928. G. Gamov ca urmare a unei considerenții cuantum-mecanică a procesului de decădere, care apare prin tranziția tunelului. Teoria descrie tranzițiile dintre statele principale ale nucleelor \u200b\u200bde bal. Pentru nucleele ciudate, mingea, non-verticale și ciudate, tendința generală este păstrată, dar timpul de înjumătățire de 2-1000 de ori mai mult decât pentru un nucleu bine cunoscut cu Z și E a.
Prevalența A-Radioactivity este determinată în mare măsură tocmai dependența de viață a unor astfel de nuclee asupra energiei colapsului lor. Această energie este pozitivă dacă timpul de înjumătățire este în interiorul unei kg 12 secte \u003d yu 1B ani de activitate 1 g de izotop cu DAR\u003d 200 este de numai 1,810 m2 ki).
Pentru izotopii de elemente cu Z.
Mai mult de 200 de kerneluri Active sunt cunoscute, amplasate în principal la sfârșitul sistemului periodic, în spatele plumbului (Z\u003e 82), care completează umplutura carcasei nucleare proton cu Z \u003d 82. Decizia Alpha este asociată cu
coulomb repulsia, care crește ca mărimea nucleelor \u200b\u200bcrește mai repede (ca z 2) decât forțele nucleare de atracție care măresc liniar cu creșterea numărului de masă A.
Smochin. 6. Dependența energiei de dezintegrare a izotopilor de elemente care pornește de la poloniu (Z \u003d 84) față de Fermia (Z \u003d IOO) de la numărul de neutroni din nuclee.
Există, de asemenea, aproximativ 20 de izotopi a-radioactivi ai elementelor de pământ rare (A \u003d I40-Ri6O). Aici a-dezintegrarea este cea mai caracteristică a miezurilor cu N \u003d 84, care, atunci când emiteți particule, transformați-vă într-un kernel cu o coajă neutronică umplută (N \u003d 82). Există, de asemenea, un mic grup de emițători în intervalul dintre pământul rar și nucleele grele și există mai multe nuclee cu deficit de neutroni cu un software.
Timpurile nucleelor \u200b\u200bA-active fluctuează pe scară largă: de la 3-10- "SEC (pentru 2,2 RO) la (2-5) -10 * 5 l (izotopii naturali 4 2 CE, * 44nd, wh. Energie A- Decizia se află în 44-9 MeV (cu excepția cazului de particule de lungă durată) pentru toate nucleele grele și 24-4,5 MeV pentru elemente de pământuri rare. Rezumatul datelor privind energiile decăderii A-radioactive izotopii elementelor cu Z \u003d 84 -100 sunt prezentate în figura 6
În teoria decăderii, se presupune că mierea maternă este pentru A - Particulele unei cariere potențiale, care este limitată de o barieră potențială. Energia particulelor A-Kernel este insuficientă pentru a depăși această barieră. Plecarea A-particulelor de la kernel este posibilă numai datorită unui fenomen mecanic cuantum, numit efectul tunelului. Conform mecanicii cuantice, există diferite de zero probabilitatea de trecere a particulelor prin bariera potențială. Fenomenul tunelului este probabilistic.
Efectul tunelului(tuneling) - depășirea microparticurii unei bariere potențiale în cazul în care energia sa totală (rămase în tunel este neschimbată) mai mică decât înălțimea barierului. Efectul tunelului - fenomenul naturii cuantice, imposibil în mecanica clasică; Un analog al efectului tunelului în optica valului poate fi penetrarea valului luminos din mediul reflectorizant în condiții atunci când, din punct de vedere al opticii geometrice, există o reflecție internă completă. Fenomenul efectului tunelului subliniază multe procese importante în fizica atomică și moleculară, în fizica nucleului atomic, corpul solid etc. În cele din urmă, tunelarea este explicată prin raportul de incertitudine.
Smochin. 7.
Principalul factor care determină probabilitatea de a-decădete și dependența sa de energia A-particlei și sarcina kernelului este bariera Coulomb. Cea mai simplă teorie a decăderii este redusă la descrierea mișcării particulei A într-o groapă potențială cu o barieră (figura 7). Deoarece energia A-particulelor este a 5-a MEV, iar înălțimea barieră Coulombului la nucleele grele de 254-30 MeV, plecarea particulelor A-Nucleu poate să apară numai datorită efectului tunelului, probabilitatea care este determinată de permeabilitatea barieră. Probabilitatea de a descompune exponențial depinde de energia A-particle.
În fig. 7 prezintă dependența energiei potențiale a interacțiunii A-particlei cu un miez rezidual, în funcție de distanța dintre centrele lor. Potențialul Coulomb este tăiat la distanță R, care este aproximativ egală cu raza kernelului rezidual. Înălțimea barierului Coulomb este direct proporțională cu sarcina nucleului, încărcarea A-particulelor și proporțională invers R \u003d r (1 / s, G 0 - Radiusul kernelului. Este destul de semnificativ, de exemplu, pentru 2 s ** și bariera Coulomb are o înălțime de 30 MeV, prin urmare, conform ideilor clasice, o particulă cu o energie de 4,5 MeV nu poate depăși o astfel de barieră. Cu toate acestea, datorită proprietăților lor de undă, o particulă o astfel de barieră încă depășește.
În diagrama energetică a kernelului, se pot distinge trei zone:
i "- o potențială sferică poartă pomestică V. În mecanica clasică A-particule cu energie cinetică E A + V 0 se poate mișca în această zonă, dar nu este capabilă să oprească. În această zonă există o interacțiune puternică între particula A și miezul rezidual.
R a unei bariere potențiale în care energia potențială este mai mare decât energia A-particle, adică Aceasta este o zonă interzisă pentru o particulă clasică.
7 *\u003e MR - zona din afara barierei potențiale. În mecanica cuantică, există un pasaj al A-particle prin bariera (tuneling), dar probabilitatea acestui lucru este destul de mică.
Teoria tunelului Gamova a explicat dependența puternică a perioadei de înjumătățire a nuclă a nuclidelor emite de la energia A-particulelor. Cu toate acestea, valorile vieții de înjumătățire pentru multe nuclee au fost prezise cu erori mari. Prin urmare, teoria lui Gamova a fost îmbunătățită în mod repetat. A fost luată în considerare ca posibilitatea de a deteriora nucleele cu un impuls orbital nonzero și deformarea puternică a nucleelor \u200b\u200b(A-particulele sunt mai precise care zboară de-a lungul axei mari a elipsoidului, iar probabilitatea medie de plecare este diferită de cea pentru kernelul sferic) etc. În teoria lui Gamov, structura stărilor nucleelor \u200b\u200binițiale și finale și problema formării unei particule în miez, probabilitatea că se descurca egală cu 1. Pentru baloane, această aproximare este destul de bine descrisă prin experiment. Cu toate acestea, în cazul în care restructurarea structurii nucleei originale la final este dificilă, atunci valorile calculate ale timpului de înjumătățire se pot schimba cu două ordine de mărime.
Particulele alfa nu există în nucleul A-dezintegrarea tot timpul și cu o probabilitate finită apare pe suprafața sa înainte de plecare. În stratul de suprafață al nucleelor \u200b\u200bgrele există grupe parțiale de nucleoni constând din doi protoni și doi neutroni (a-clustere). Se știe că a - decăderea se aprinde mai repede atunci când particula este formată din perechi de neutroni și proton, comparativ cu decăderea, atunci când particula A este formată din nucleoni neplătiri. În primul caz, descompunerea este numită favorabilă și toate tranzițiile sunt prevăzute între statele principale ale nucleelor \u200b\u200bde bal. În al doilea caz, degradarea se numește nefavorabilă.
1. Fizica miezului atomic 1.4. β-decădere
1.4. Beta decădere.
Tipuri și proprietăți ale descompunerii beta. Elemente ale teoriei beta-degradare. Familiile radioactive
Beta decădere Nucleele se numește procesul de conversie spontană a nucleului instabil în baza de bază, ca urmare a emisiei unui electron (pozitron) sau a unei capturi de electroni. Aproximativ 900 de nuclee radioactive beta sunt cunoscute. Dintre acestea, doar 20 sunt naturale, restul sunt obținute în mod artificial.
Tipuri și proprietăți ale degradării beta
Există trei tipuri β --Rest: Electronic β - -Spad, Positron β + -SPAD și GRIP ELECTRONIC ( e.- Captură). Vederea principală este prima.
Pentru electronic p – -Adead. Unul dintre neutronii nucleului se transformă într-un proton cu emisia unui electron și un antineutrino electronic.
Exemple: Decizia fără neutroni
, T. 1/2 \u003d 11,7 min;
dezintegrarea tritiului
, T. 1/2 \u003d 12 ani.
Pentru positron p + -Adead. Unul dintre protonii kernel se transformă într-un neutron cu emisia unui electron încărcat pozitiv (pozitron) și neutrino electronic
. (1.41b)
Exemplu
·
De la compararea perioadelor de înjumătățire a echipelor generice ale familiilor cu timpul geologic al vieții Pământului (4,5 miliarde de ani), este clar că în fondul țării Torium-232 aproape toate, Uraniu-238 sa despărțit aproximativ jumătate, Uraniu-235 - în cea mai mare parte, Neptun-237 aproape toate.
Radiația alfa și beta se numește în general dezintegrari radioactive. Acesta este un proces care este emisiile din kernel originare la o viteză uriașă. Ca rezultat, atomul sau izotopul său se pot întoarce de la un element chimic la altul. Alpha și beta Decăzi nucleele sunt caracteristice elementelor instabile. Acestea includ toți atomii cu un număr de încărcare mai mare de 83 și un număr masiv care depășește 209.
Condiții de reacție
Dezintegrarea, ca și alte transformări radioactive, este naturală și artificială. Acesta din urmă are loc datorită oricărei particule străine din nucleu. Cât de multă decădere alfa și beta poate suferi atomul - depinde numai de modul în care starea stabilă este atinsă în curând.
Cu circumstanțe naturale, se găsesc dezintegrare alfa și beta-minus.
Cu condiții artificiale, există neutroni, positroni, proton și alte varietăți mai rare de decăderi și transferuri ale nucleelor.
Aceste nume au dat studiul radiațiilor radioactive.
Diferența dintre miezul stabil și instabil
Abilitatea de a se descompune direct depinde de starea atomului. Așa-numitul "stabile" sau nucleu non-reactiv se caracterizează prin atomi fără precedent. În teorie, observarea unor astfel de elemente poate fi efectuată la infinit pentru a fi în cele din urmă convinsă de stabilitatea lor. Este nevoie de aceasta pentru a separa astfel de nuclei de la instabil, care au timpul de înjumătățire extrem de lung.
Din greșeală, un astfel de atom "lent" poate fi adoptat pentru stabil. Cu toate acestea, un exemplu luminos poate fi Tellur și mai precis, izotopul său cu un număr 128, având 2,2 · 10 ani. Acest caz nu este parțial. Lanthan-138 este supus unui timp de înjumătățire, care este de 10 11 ani. Această perioadă este de treizeci de ori mai mare decât vârsta universului existent.
Esența decăderii radioactive
Acest proces este aleatoriu. Fiecare radionuclid de dezintegrare dobândește rata care este o constantă pentru fiecare caz. Rata de decădere nu se poate schimba sub influența factorilor externi. Nu contează, reacția va avea loc sub influența unei forțe gravitaționale uriașe, cu zero absolut, într-un câmp electric și magnetic, în timpul oricărei reacții chimice și așa mai departe. Este posibil să influențați procesul numai prin influență directă asupra interiorului nucleului atomic, care este aproape imposibil. Reacția spontană și depinde numai de atomul în care are loc starea sa internă.
La mențiunea decontaminațiilor radioactive, termenul "radionuclid" este adesea găsit. Cei care nu sunt familiarizați cu ea ar trebui să fie conștienți de faptul că acest cuvânt denotă un grup de atomi care au proprietăți radioactive, numărul lor de masă, numărul atomic și starea energiei.
Diferitele radionuclizi sunt utilizate în sferele tehnice, științifice și celelalte ale vieții umane. De exemplu, în medicină, aceste elemente sunt utilizate în diagnosticarea bolilor, prelucrarea medicamentului, uneltele și alte elemente. Există chiar și un număr de produse radio terapeutice și prognostice.
La fel de importantă este definiția izotopului. Acest cuvânt este numit un tip special de atomi. Ei au același număr atomic, ca un element convențional, cu toate acestea, o mare masă. Această diferență este cauzată de cantitatea de neutroni care nu afectează încărcătura, ca protoni și electroni, ci schimbă masa. De exemplu, în hidrogen simplu există numere întregi 3. Acesta este singurul element, al cărui nume au fost atribuite numele: deuteriu, tritiu (singurul radioactiv) și datoria. În alte cazuri, numele sunt date în conformitate cu masele atomice și elementul principal.
Alfa decădere
Acesta este un tip de reacție radioactivă. Este caracteristică elementelor naturale din cea de-a șasea și a șaptea perioadă a tabelului elementelor chimice ale lui Mendeleev. În special, pentru elemente artificiale sau transranzonale.
Elemente care fac obiectul dezintegrării alfa
Metalele pentru care această decădere se caracterizează prin toriu, uraniu și alte elemente ale celei de-a șasea și a șaptea perioadă de la masa periodică a elementelor chimice, numărătoare de la Bismut. Procesul este, de asemenea, expus la izotopi din numărul de elemente grele.
Ce se întâmplă în timpul reacției?
Cu dezintegrarea Alpha, emisiile încep de la kernelul particulelor constând din 2 protoni și perechi de neutroni. Particulele selectate în sine este kernelul atomului de heliu, cu o masă de 4 unități și încărcați +2.
Ca rezultat apare un element nou, care este situat pe două celule din stânga originalului în tabelul periodic. O astfel de locație este determinată de faptul că atomul inițial a pierdut 2 proton și, în același timp, taxa inițială. Ca rezultat, masa unui izotop a apărut pentru că 4 unități de masă scade comparativ cu starea inițială.
Exemple
În timpul unui astfel de colaps de uraniu, se formează toriu. Radiumul apare din Thoria, de la IT - Radon, care dă în cele din urmă polonium și la sfârșitul anului. În același timp, izotopii acestor elemente apar în acest proces și nu ei înșiși. Deci, se dovedește Uraniu-238, Thorium-234, Radium-230, Radon-236 și mai departe până la apariția unui element stabil. Formula unei astfel de reacții este după cum urmează:
TH-234 -\u003e RA-230 -\u003e RN-226 -\u003e PO-222 -\u003e PB-218
Viteza particulei alfa izolate la momentul emisiei variază de la 12 la 20 mii km / s. Fiind într-un vid, o astfel de particulă ar fi cerut globul timp de 2 secunde, deplasându-se de-a lungul ecuatorului.
Beta decădere
Diferența dintre această particulă de la electron - la locul apariției. Dezintegrarea beta are loc în nucleul atomului, și nu o coajă electronică care o înconjoară. Cel mai adesea apare din toate transformările radioactive existente. Se poate observa aproape toate elementele chimice existente în prezent. Din aceasta rezultă că fiecare element are cel puțin un izotop expus. În majoritatea cazurilor, beta-descompunerea descompunerii beta-minus.
Fiind o reacție
Cu acest proces, descărcarea din miezul electronic, care a apărut datorită transformării spontane a neutronului în electron și proton. În același timp, protonii datorită masa mai mare rămân în nucleu, iar electronul, numit particule beta-minus, lasă atomul. Și din moment ce protonii au devenit mai mult pe unitate, kernelul elementului în sine se schimbă într-o parte mare și se află în partea dreaptă a originalului în tabelul periodic.
Exemple
Defalcarea beta cu potasiu-40 îl transformă în izotopul de calciu, care este situat în partea dreaptă. Calciul radioactiv-47 devine scandium-47, care se poate transforma într-un titan stabil de 47. Cum arată o astfel de decădere beta? Formulă:
CA-47 -\u003e SC-47 -\u003e TI-47
Rata de plecare a particulei beta este de 0,9 de la viteza luminii, egală cu 270 mii km / s.
În natură, nuclidele active beta nu sunt prea multe. Dintre acestea sunt destul de mici. Un exemplu poate fi potasiu-40, care în amestecul natural conține doar 119/10000. De asemenea, radionuclizii naturali beta-minus din cele mai importante produse sunt produsele decăderii Alpha și Beta de uraniu și toriu.
Defalcarea beta are un exemplu tipic: Thorium-234, care, cu decăderea Alpha, se transformă în Protactiniu-234, și apoi în același mod devine uraniu, dar celălalt izotop la numărul 234. Acest uraniu-234 se datorează din nou Alpha Defaceri devine un toriu, dar deja un alt soi. Apoi, acest toriu-230 devine radiat-226, care se transformă în radon. Și în aceeași ordine, chiar până la Thallium, numai cu diverse tranziții beta înapoi. Această beta radioactivă scade apariția de plumb stabil-206. Această transformare are următoarea formulă:
TH-234 -\u003e PA-234 -\u003e U-234 -\u003e TH-230 -\u003e RA-226 -\u003e RN-222 -\u003e AT-218 -\u003e PO-214 -\u003e BI-210 -\u003e PB-206
Radionuclizii naturali și semnificativi beta-activi sunt K-40 și elemente de la taliu la uraniu.
Distribuție beta plus
Există, de asemenea, o transformare beta plus. Se numește, de asemenea, positron beta decădere. Apare în kernelul de particule sub numele de positron. Rezultatul devine transformarea elementului sursă în stânga în picioare, care are un număr mai mic.
Exemplu
Atunci când apare o decădere electronică beta, magneziu-23 devine un izotop stabil de sodiu. Europa radioactivă-150 devine samarium-150.
Reacția rezultată a degradării beta poate crea emisii beta + și beta. Rata de plecare a particulelor în ambele cazuri este de 0,9 de la viteza luminii.
Alte decăderi radioactive
În afară de astfel de reacții ca degradarea Alpha și decăderea beta, formula a căror cunoaștere este cunoscută, există și alte, mai rare și caracteristice proceselor de radionuclizi artificiali.
Decizia neutronică. Există o emisie de o particulă neutră de 1 unități de masterat. În timpul acesteia, un izotop se transformă în alta cu o masă mai mică. Un exemplu trebuie să fie conversia litiului-9 în litiu-8, heliu-5 în Helium-4.
Când este iradiat cu gamma-cuanta, izotopul stabil Iodine-127, devine un izotop cu un număr 126 și dobândește radioactivitate.
Decizia protonului. Este extrem de rar. În timpul acesteia există o emisie de proton care are o încărcătură de +1 și 1 unitate de masă. Greutatea atomică devine mai puțin per valoare.
Orice transformare radioactivă, în special, decăderile radioactive sunt însoțite de eliberarea energiei sub formă de radiații gamma. Se numește Quanta Gamma. În unele cazuri, se observă radiația cu raze X, având mai puțină energie.
Este un flux de Quanta Gamma. Este radiația electromagnetică, mai rigidă decât radiografia, care este utilizată în medicină. Ca rezultat, apare cantitații gamma sau fluxurile de energie din nucleul atomic. Radiația cu raze X este, de asemenea, electromagnetică, dar apare din cochilii electronice ale unui atom.
Kilometraj de particule alfa
Particulele alfa cu o masă de 4 unități atomice și încărcarea +2 se deplasează direct. Din acest motiv, putem vorbi despre kilometrajul particulelor alfa.
Valoarea rundei depinde de energia inițială și de variază de la 3 la 7 (uneori 13) cm în aer. Într-un mediu dens, există o sută de milimetri. O astfel de radiație nu poate rupe foaia de hârtie și pielea umană.
Din cauza masei proprii și a numărului de încărcare a particulei alfa, are cea mai mare capacitate de ionizare și distruge totul pe drum. În această privință, radionuclizii alfa sunt cei mai periculoși pentru oameni și animale atunci când sunt expuși corpului.
Capacitatea de penetrare a particulelor beta
Datorită unui număr mic de masă, care este de 1836 de ori mai mic decât proton, încărcare negativă și dimensiune, radiația beta are un efect slab asupra unei substanțe prin care muște, dar mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mult decât un zbor mai mare. De asemenea, calea particulei nu este simplă. În acest sens, vorbesc despre capacitatea de penetrare, care depinde de energia obținută.
Abilitățile penetrante în particulele beta care apar în timpul dezintegrării radioactive, în aer ajung la 2,3 m, în lichide, calculul este efectuat în centimetri și în solide - în fracțiuni de la centimetru. Țesăturile corpului uman sunt adâncime de 1,2 cm. Pentru a proteja împotriva radiației beta, un strat simplu de apă poate fi servit la 10 cm. Debitul de particule cu o cantitate suficient de mare decăzută de 10 MeV este aproape toate absorbite de astfel de straturi: aer - 4 m; aluminiu - 2,2 cm; fier - 7,55 mm; Plumb - 5,2 mm.
Având în vedere dimensiunile mici, particulele beta-radiații au o capacitate mică de ionizare de a compara cu particulele alfa. Cu toate acestea, atunci când intră în interior, sunt mult mai periculoase decât în \u200b\u200btimpul iradierii externe.
Cei mai mari indicatori de penetrare dintre toate tipurile de radiații au în prezent neutroni și gamma. Kilometrajul acestor radiații în aer ajunge uneori la zeci și sute de metri, dar cu indicatori de ionizare mai mici.
Majoritatea izotopilor cuanțelor gamma în energie nu depășesc indicatorii de 1,3 MeV. Ocazia este valorile de 6,7 MeV. În acest sens, straturile de oțel, beton și plumb sunt utilizate pentru a proteja împotriva unei astfel de radiații pentru dispariția atenuării.
De exemplu, până la zece ori pentru a slăbi radiația gamma cobalt, protecția împotriva plumbului este necesară cu o grosime de aproximativ 5 cm, pentru o slăbire de 100 de ori, va dura 9,5 cm. Apărarea betonului va fi de 33 și 55 cm și apoasă - 70 și 115 cm.
Neutronii ionizați depind de indicatorii lor de energie.
Cu orice situație, cea mai bună metodă de protecție de la radiație va fi distanța maximă de la sursă și cât mai puține timpuri în zona de radiații ridicate.
Divizia de atomi nuclei
Sub atomii se înțelege spontane sau sub influența neutronilor, în două părți, aproximativ egală în dimensiune.
Aceste două părți devin izotopi radioactivi de elemente din partea principală a mesei elementelor chimice. Începeți de la cupru la lantanide.
În timpul izolării, o pereche de neutroni suplimentari este spartă și un exces de energie sub formă de Quanta Gamma, care este mult mai mare decât atunci când apare dezintegrarea radioactivă. Deci, cu un act de decădere radioactivă, apare un gamma-cuantum, iar 8.10 Quanta Gamma apare în timpul actului diviziei. De asemenea, fragmentele împrăștiate au o energie cinetică mai mare, care se deplasează în indicatoare termice.
Neutronii eliberați pot provoca separarea unei perechi de nuclee similare dacă se află în apropiere și neutronii au intrat în ele.
În acest sens, probabilitatea ramificării, accelerarea reacției în lanț a separării nucleelor \u200b\u200batomice și crearea unei cantități mari de energie.
Atunci când o astfel de reacție în lanț este controlată, acesta poate fi utilizat în anumite scopuri. De exemplu, pentru încălzire sau electricitate. Astfel de procese sunt efectuate pe centralele și reactoarele nucleare.
Dacă pierdeți controlul reacției, se întâmplă explozia atomică. Acest lucru este utilizat în arme nucleare.
In vivo există un singur element - uraniu, având doar un izotop de divizare cu numărul 235. Este arma.
În reactorul atomic de uraniu obișnuit din Uraniu-238 sub influența neutronilor, un nou izotop este format sub numărul 239 și de la IT - plutoniu, care este artificial și nu are loc în condiții naturale. În același timp, plutoniul emergent-239 este utilizat în scopuri de arme. Acest proces de împărțire nuclee atomice este esența tuturor armelor atomice și a energiei.
Astfel de fenomene, cum ar fi Decay Alpha și Beta Decizia, formula din care este studiată la școală, este larg răspândită în timpul nostru. Datorită acestor reacții, există centrale nucleare și multe alte producții bazate pe fizica nucleară. Cu toate acestea, nu uitați de radioactivitatea multor astfel de elemente. Când lucrați cu ei necesită protecție specială și respectarea tuturor precauțiilor. În caz contrar, acest lucru poate duce la o catastrofă ireparabilă.
Ion greu conduce deschise oportunități fundamentale noi în studiul proprietăților nucleelor \u200b\u200bexotice. În special, acestea permit acumularea și de mult timp să se utilizeze atomii complet ionizați - nuclee "goale". Ca rezultat, devine posibilă investigarea proprietăților nucleelor \u200b\u200batomice, care nu au un mediu electronic și în care nu există un impact de coulomb a carcasei electronice exterioare la miezul atomic.
Smochin. 3.2 Schema de captare electronică în izotop (stânga) și atomii complet ionizați și (dreapta)
Decizia de pe starea legată a atomului a fost descoperită pentru prima oară în 1992, s-a observat atomul complet ionizat în stările atomice asociate. Kernel-ul din 163 de pe diagrama N-Z a nucleelor \u200b\u200batomice este marcat cu negru. Aceasta înseamnă că este un nucleu stabil. Într-adevăr, intrarea în atomul neutru, kernelul 163 este stabil. Starea sa principală (5/2 +) poate fi soluționată ca urmare a captării electronice din statul principal (7/2 +) kernel 163 ho. Kernel-ul 163 ho, înconjurat de coajă electronică, β - -Racificați și timpul de înjumătățire este de ~ 10 4 ani. Cu toate acestea, acest lucru este adevărat numai dacă luăm în considerare kernelul înconjurat de o coajă electronică. Pentru atomii complet ionizați, imaginea este fundamental diferită. Acum, starea principală a nucleului 163 dy se datorează energiei deasupra stării principale a kernelului 163 HO și posibilitatea decăderii 163 DY (figura 3.2)
| → + E - + E. | (3.8) |
Electronul montat cu electroni poate fi capturat pe un ion vacant sau L-shell. Ca rezultat, degradarea (3.8) are forma
→ + E - + E (în starea asociată).
Energia β-descompunerii pe k și L-shell este egală cu (50,3 ± 1) KEV și (1,7 ± 1) CEV. Pentru a respecta dezintegrarea asupra stărilor asociate ale shellului K și L în inelul cumulativ ESR din GSI, au fost acum acumulate 10 8 nuclee complet ionizate. În timpul momentului de acumulare, s-au format kernel-uri ca rezultat al β + -WAIT (figura 3.3).
Smochin. 3.3. Dinamica acumulării de ioni: A - curent acumulat în inelul acumulat ESR în diferite etape ale experimentului, intensitatea β a ionilor DY 66+ și HO 67+, măsurată prin detectoarele existente și cele sensibile, respectiv
Deoarece ionii HO 66+ au aproape același raport M / Q ca ionii de fascicule DY 66+, se acumulează pe aceeași orbită. Timpul de acumulare a fost de ~ 30 minute. Pentru a măsura timpul de înjumătățire al kernelului DY 66+, fasciculul acumulat pe orbită a fost necesară pentru curățarea de la ionii de impurități HO 66+. Pentru curățarea fasciculului de ioni în cameră, un jet de gaz de argon a fost injectat cu o densitate de 6,10 12 atomi / cm2, cu un diametru de 3 mm, care a traversat fasciculul acumulat de ioni în direcția verticală. Datorită faptului că Ionsho 66+ a capturat electroni, au renunțat la o orbită de echilibru. Curățarea cu fasciculul a avut loc aproximativ 500 s. După aceasta, jetul de gaz se suprapun și în inel a continuat să circule ionii DY 66+ și nou-format (după oprirea jetului de gaz) ca rezultat al degradării ionilor HO 66+. Durata acestei etape a variat de la 10 la 85 de minute. Detectarea și identificarea HO 66+ s-au bazat pe faptul că Ho 66+ poate fi ionizat chiar mai mult. Pentru a face acest lucru, în ultima etapă, un jet de gaz a fost din nou injectat în inelul cumulativ. A fost o jefuire a ultimului electron din Ion 163 HO 66+, iar rezultatul a fost Ion 163 HO 67+. Un detector sensibil la poziționare a fost amplasat în apropierea jetului de gaz, care au fost înregistrate de la grămada de ioni 163 HO 67+. În fig. 3.4 prezintă dependența numărului de generat ca urmare a decăderii β a nucleelor \u200b\u200b163 HO la timpul de acumulare. Inserția prezintă rezoluția spațială a detectorului pozițional și sensibil.
Astfel, acumularea în fasciculul 163 dy nuclei 163 ho a fost dovada posibilității de degradare
→ + E - + E (în starea asociată).
Smochin. 3.4. Raportul dintre filialele 163 HO 66+ la primar 163 DY 66+, în funcție de timpul de acumulare. La introducerea vârfului de vârf 163 HO 67+, detector intern înregistrat
Variating intervalul de timp dintre purificarea fasciculului de la impuritatea HO 66+ și timpul de recepție al ionilor HO 66+ al ionilor Ho 66+, se poate măsura timpul de înjumătățire al izotopului ionizat DY 66+ . Sa dovedit a fi egală cu ~ 0,1 ani.
O degradare similară a fost detectată pentru 187 RE 75+. Rezultatul obținut este extrem de important pentru astrofizică. Faptul este că atomii neutri de 187 de re au o durată de înjumătățire de 4,10 10 ani și sunt folosiți ca un ceas radioactiv. Timpul de înjumătățire de 187 RE 75+ este de numai 33 ± 2 ani. Prin urmare, în măsurători astrofizice, este necesar să se facă modificări adecvate, deoarece În stele, 187 re este cel mai adesea într-o stare ionizată.
Studiul proprietăților atomilor complet ionizați deschide o nouă direcție de studii ale proprietăților exotice ale nucleelor, lipsită de efectele coulomb ale carcasei electronice exterioare.
