виды радиоактивных превращений (176.0 кб)

Исследовательская работа учащихся
ФИЗИКА
ВИДЫ РАДИОАКТИВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
Авторы:
Чижова Юлия Анатольевна,
ученица 11 класса МАОУ Партизанская СОШ
Научный руководитель: Бронзова Т.Л.,
учитель физики МАОУ Партизанская СОШ
п. Партизан
2012
Виды радиоактивных превращений.
В 1996 году физическая общественность отметила столетие со дня открытия радиоактивности атомных ядер. Это открытие привело к
созданию новой ядерной физики. Как и в случае многих выдающихся открытий, обнаружение радиоактивности произошло случайно. Со дня
открытия первого вида радиоактивного излучения было открыто ещё немало его видов. Вот основные из них:
ВИДЫ РАДИОАКТИВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
№
1
Тип
радиоактивности
α-распад
Вид обнаруженного
излучения
частицы
ядра 24 Не
qα=+2e=+3,2 10-19Кл
Год, страна,
автор открытия
1898
Англия
Эрнест
Резерфорд
mα=6,64 10-27 кг
Природа, правило смещения,
Примеры (частный или общий случай)
Чтобы покинуть ядро нуклон должен
преодолеть ядерные силы,
т. е. иметь достаточную энергию.
Источником энергии служит
объединение нуклонов в α-частицу,
которая затем и вылетает.
X  42 He+ A-4
Z-2Y
A
Z
226
91
Pa  24 He+ 222
89 Ac  7МэВ
Природные изотопы.
2
β-распад
частицы
0
1
электроны e
qβ=-e= -1,6 10-19Кл
1898
Англия
Эрнест
Резерфорд
mβ=9,11 10-31кг
3
γ-распад
γ-квант
q=0
m0=0
1900
Франция
Поль
Виллард
При определенных условиях в ядре 1)
происходит распад:
1
0
n  11 p+ -10 e  v +Q ,
образовавшийся электрон вылетает.
Часть энергии уносит антинейтрино.
A
Z
A
X  Z+1
Y+ -10 e  v  Q
15
6
C  157 N+ -10 e  v  9,8МэВ
Ядро, переходя из возбужденного в
невозбужденное состояние, испускает
γ- квант высокой энергии.
 X
A
Z
*
 AZ X+γ
Свойства
1) Процесс внутриядерный, обусловлен сильным
взаимодействием.
2)Характерен в основном для тяжелых ядер с Z>82 (известно
более 300 α-радиоактивных ядер, большинство
искусственные).
3) Период полураспада варьируется в широких пределах
( от 10-6с до 1,4 1017 лет).
4) Энергия частиц заключена в узком диапазоне
( 2 – 12) МэВ.
5)vα=(1,2 – 2)·107 м/с.
6) Отклоняются электрическим и магнитным полем.
7) Относительная проникающая способность =1(пробег в
воздухе = (2,5 – 13) см, в биологической ткани – 30мкм)
8) Ионизируют воздух.
9) Переводной коэффициент Q=10.
10) Газоразрядные и полупроводниковые детекторы,
спектрометры.
1) Процесс внутринуклонный, обусловлен слабым
взаимодействием.
2) Для нейтроноизбыточных ядер с любым А
3) Периоды полураспада – минуты и часы.
4) Энергия частиц заключена в более широком диапазоне:
(0,02 – 13,4) МэВ.
5) vβ≈0,9c, но есть и медленные.
6) Отклоняются электрическим и магнитным полем в сторону
противоположную α-частицам.
7) Относительная проникающая способность =100 (пробег в
воздухе – десятки метров, в биологической ткани – 2-3 см).
8) Ионизируют воздух хуже, чем α-частицы.
9) Переводной коэффициент Q=1.
1) Процесс внутриядерный, обусловлен взаимодействием
отдельных нуклонов с электромагнитным полем.
2) Не является самостоятельным видом радиоактивности.
3) Время жизни γ-активных ядер меньше по отношению к
α и β- распадам.
4) W=0,1 кэВ 7 МэВ; λ=(0,1 ÷ 4 10-4) нм.
5) v =c.
6) Не отклоняются электрическим и магнитным полем.
7) Относительная проникающая способность =1000.
8) Не ионизируют воздух, ионизируют стенки сосуда.
9) Переводной коэффициент Q=1.
Как видно из таблицы, мне удалось систематизировать информацию по следующему плану:
1. Тип радиоактивного излучения.
2. Вид обнаруженного излучения (частица или электромагнитная волна). Заряд и масса.
3. Год, страна и автор открытия. Если было предсказано, то кем, когда, где.
4. Природа, правило смещения.
5. Примеры (частный или общий случай).
6. Свойства.
Свойства различных типов радиоактивного излучения мы представили в таком порядке:
1) Область атома, где рождается данный тип радиоактивного излучения, какой вид взаимодействия ответственен за данный тип
радиоактивности
2) Для каких ядер характерен.
3) Период полураспада ядер.
4) Интервал энергий, уносимых данным видом излучения.
5) Скорость.
6) Взаимодействие с электрическим и магнитным полями.
7) Относительная проникающая способность.
8) Ионизирующая способность.
9) Биологическое действие. Переводной коэффициент (коэффициент относительной биологической эффективности,
коэффициент качества).
10) Тип детектора.
11) Вероятность распада (для экзотических видов).
Но позже были открыты и другие типы радиоактивных излучений.
Они представляют собой более сложные процессы.
Вот та информация, которую удалось собрать по этим типам экзотических распадов:
4
β+-распад
частицы
позитроны
0
1
1934
Франция
Ирен и Федерик
Жолио- Кюри
e
q+e =+e= +1,6 10-19 Кл
m+e =9,11 10-31кг
5
Электронный
захват
Электроны, протоны, 1935
нейтроны, нейтрино Япония
Х. Юкава и
С. Саката
(предсказали)
1938
Америка
Луис Уолтер
Альварес
обнаружил
При определенных условиях в ядре
происходит распад:
A
Z
X
14
6
C  115 B+ 01 e+ν
0
+1
1)Частный случай β-распада. Обусловлен слабым
взаимодействием.
Y+ +10 e  v
A
Z-1
Ядро захватывает электрон с ближайшей к нему
энергетической оболочки (К-оболочки), превращается
в нейтрон, испуская электронное нейтрино:
1
1
1) Обусловлен ядерным взаимодействием.
p  01 e  01 n  ν e
На место исчезнувшего электрона «спускается»
электрон с более высокого энергетического уровня.
Излишек энергии либо выделяется в виде
рентгеновского излучения, либо расходуется на вылет
из атома более слабо связанных одного или
нескольких электронов (оже).
A
Z
X+ -10 
81
Rb  1 e 
59
28
Двухэлектронный частицы
распад
электроны
p  n+ e  v ,
1
0
образовавшийся позитрон вылетает. Часть энергии
уносит нейтрино.
37
6
1
1
0
A
Z-1
Y+ve
81
36
Kr+ve
59
Ni+ -10 e  27
Co+ve
2) Обнаружен у 25 ядер от
0
1
2 e
221
Fr до
241
Am .
4) Q  (28  94)МэВ .
qβ=-e= -1,6 10-19Кл
mβ=9,11 10-31кг
7
Протонный
распад
Частицы
Протоны
1
1
p
mp  1, 67 1027 кг
1982
Германия
г. Дармштадт
З. Хофман
qp  1, 6 1019 Кл
8
Двупротонный
распад
Частицы
1
Протоны 2 1 p
mp  1, 67 1027 кг
Распад нейтронодефицитных ядер с испусканием
протона, проникающего сквозь кулоновский барьер
путём туннельного эффекта.
1) Протекает самопроизвольно, обусловлено сильным
взаимодействием.
2) Для более 30 ядер из основных и изомерных состояний
53
от 27 Co
165
166
до
167
185
83
Bi .
171
185
( Ir, Ir, Ir, Au, Bi )
3) Время жизни p-радиоактивных ядер коротко.
4) Q=(0,5 – 2)МэВ.
1960
СССР
В. И.
Гольданский
(предсказал)
45
qp  1, 6 1019 Кл 2002 ( 26
Fe)
1) Обусловлен сильным взаимодействием.
2)Наблюдается пока только для двух ядер:
45
26
Fe и
54
26
Zn
Должен наблюдаться для протоноизбыточных лёгких ядер
( Z  50 ) с чётным Z.
2005 ( 54
26 Zn)
Франция
Международная
команда
Бертран Бланк и
коллеги
9
Нейтронный
распад
Частицы
Нейтроны
1) Обусловлен сильным взаимодействием.
1
0
A
Z
n
mn  1, 67 1027 кг
qn  0
10
Двухнейтронная
радиоактивность
Частицы
Нейтроны
1
20n
mn  1, 67 1027 кг
qn  0
11
Спонтанное
деление ядер на 2
осколка
12
Кластерный
распад
13
Распад из
изомерных
состояний ядер
14
Искусственная
радиоактивность
Ядра с А от 14 до 34
( C, Ne, Mg, Si ).
14
24
28
32
X
A-1
Z
Y+ 01n
9
3
Li  83 Li+ 01 n
5
2
He  24 He+ 01 n
м
.
с
1971
СССР
В. И.
Гольданский и
Л. Н. Пекер
(предсказали)
Выбрасывание ядром двух нейтронов со спаренными
спинами.
1) Обусловлен сильным взаимодействием.
4) Q=20 МэВ.
1940
Россия
Г. Н. Флёров и
К. А. Петржак
Осколки примерно равной массы.
2) Для ядер с Z  100 .
3) Диапазон T велик. от 3 104 с до 1026 лет .
4) Q  200МэВ.
1984
Англия
(Оксфорд)
Х. Роуз,
Г. Джонс;
Россия
Д. В.
Александров и
др.
Ядерная система самопроизвольно разделяется на
кластер, превращающийся при вылете из ядра в
составную частицу, и дочернее ядро
1) Занимает промежуточное положение между α-распадом и
спонтанным делением ядра.
2) Для тяжелых ядер с А>208 Найден более чем у 10
нуклидов от Ra до Pu .
3) T = (7·106 - 1,4·1020 )лет .
4) Q=(30 – 90)МэВ.
11)Вероятность мала по сравнению с другими видами
223
Ra  C+
14
209
Pb
λ кл
-10
-17
=(10
 10 )
λα
1934
нейтроны, позитроны Франция
Ирен и
Фредерик
Жолио-Кюри
.
2) Известно 34 спонтанно делящихся изомера элементов от U до
Bk.
1962
Дубна
Был описан
работами В. М.
Струтинский
α -частицы,
5) v = 2 107
Облучение потоком α -частиц ядра изотопа
алюминия:
27
13
4
Al+ 2 He

30
15
1
P+ 0 n
2) Искусственные радиоактивные изотопы могут быть
получены у всех элементов.
К сожалению, из-за того факта, что многие экзотические виды радиоактивных превращений были открыты сравнительно недавно и вероятность
их слишком мала, они изучены ещё не до конца, и вследствие этого систематизация их является неполной. С каждым днём в области физики
происходят всё новые и новые открытия.
Литература, использованная при подготовке материала:
1. Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. М.: Наука, 1980.;
2. Флёров Г. Н., Тер-Акопьян Г. М., Дмитриев С. Н. Сверхтяжёлые элементы;
3. Мухин К. И. Экспериментальная ядерная физика;
4. Замятнин Ю. С. и др. Кластерная радиоактивность - достижения и перспективы;
5. Поликанов С. М. Изомерные формы атомных ядер;
6. Ю. М.Ципенюк .Долина ядерной стабильности;
7. С.Г.Кадменский. Радиоактивность атомных ядер: история, результаты и новейшие достижения;
8. Ю.Э.Пенионжкевич. Радиоактивность (к 100-летию открытия). СОЖ, 1999, N12, C.55-61;
9. Н.Б.Делоне. Туннельный эффект. СОЖ, 2000, N1. C.79-84;
10. В.П.Бугров, С.Г. Кадменский //Ядерная физика.1989.Т.49.С.967.