BAZELE Fizicii nucleare BAZELE fizicii nucleare
BAZELE fizicii nucleare
Radioactivitatea - proprietatea unor nuclee atomice ale elementelor automat (adică, fără influențe externe) convertit la nucleul atomilor altor elemente cu emisie cu radiații ionizante. Transmutarea elemente în astfel de cazuri, se numește dezintegrare radioactivă. fenomenele radioactive care apar în izotopi naturali sunt numite radioactivitate naturală și care apar în izotopi produși artificial de elemente chimice - radioactivitate artificială.
Pentru a înțelege fenomenul de radioactivitate este necesar să se amintească structura atomului. Se compune dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electronii care orbitează afectate negativ.
Nucleul este format din protoni și neutroni, care este noțiunea generală - nucleoni. Numărul atom neutru de protoni din nucleu este egal cu numărul de electroni în coajă. Nucleoni schimbate continuu particule speciale numite tt mezoni sau domeniul nuclear cuante.
Numărul Z atomic egal cu numărul de protoni din nucleu, și, în consecință, sarcina nucleului. Atomii de același element chimic au
același număr atomic și masa. Masa nucleon aproximativ 1840 de ori mai mare decât masa de electroni. În legătură cu finețea masei de electroni masa sa este considerată a fi egală cu zero, astfel încât greutatea atom determinat de masa nucleului. Un număr de masă egal cu numărul de nucleoni din nucleu.
Numărul de masă al unui atom este indicat în partea din stânga sus a simbolului elementului chimic. Elementul numărul atomic (încărcare) este scris in partea stanga jos a simbolului elementului.
Atomii al căror nucleu sunt compuse din același număr de protoni, dar un număr diferit de neutroni se numesc izotopi (izo + c topos - .. Seat).
Există mai multe tipuri de transformări nucleare radioactive, însoțite de diverse tipuri de radiații ionizante.
Dezintegrării alfa. Caracteristic pentru nuclee de elemente grele cu energii mici de legare. În procesul de transformare din nucleul intranucleare particula atom alfa este emis. taxa nucleară este redusă cu 2 unități, iar greutatea atomică - 4 unități.
O particulă alfa este un nucleu al unui atom de heliu. Greutatea atomica este de 4 unități. Taxa este 2. Dacă dimensiunea relativ mare și o particulă mare are o sarcină de energie înaltă (3-10 MeV), o mare de transfer liniar de energie (LET) și o densitate liniară substanțială de ionizare (ABI) pentru acesta din urmă.
Dimensiunea, încărcătura și energia particulei alfa sunt responsabile pentru multiple ciocniri sale cu atomi ai materialului. Prin creșterea densității și masa atomică a substanței crește LET. Simultan particule mărește forța de frânare crește și LPI. Acesta are un maxim la sfârșitul căii căii de particule. Desigur, având o particulă de masă mare, încărcare, și energia alfa nu poate avea o capacitate mare de penetrare cât mai repede frânată substanță.
Astfel, în funcție de energia, particulele alfa rula in medii diferite este limitat: în aer este de 2-10 cm, din aluminiu - 15-70 microni, și apă în țesuturi biologice - 30-130 microni, adică în pielea particule alfa
întârziat epiderma, fără a se atinge straturile profunde ale epiteliului. O foaie obișnuită de hârtie este un ecran absolut pentru ei. Prin urmare, acțiunea externă a radiațiilor alfa asupra oamenilor este, practic, în condiții de siguranță. Cu toate acestea, livrarea de particule alfa în interiorul corpului, cum ar fi produsele alimentare și, în special, cu aerul sub formă de radon - extrem de periculoase, deoarece a crescut semnificativ riscul de carcinogena. Particulele alfa în astfel de condiții este ușor să pătrundă prin membranele mucoase și crea în țesuturi și organe cu densitate ridicată decât ionizare patogene și a provocat un efect pronunțat.
Electronic caracteristic dezintegrarea beta a transformării radionuclizilor naturali și artificiali. În această schemă, beta-dezintegrarea radiatii - un flux de electroni. putrezire Electronic beta se produce atunci când nucleul instabilității cauzate în exces de neutroni peste numărul de protoni. În acest caz, electronul in nucleu apare si un neutron se transformă într-un proton. Electronul este expulzat din nucleu, taxa nucleară este crescut cu unu, iar numărul de masă rămâne neschimbat.
radiații beta a aceluiași element cuprinde electroni de diferite energii - de la foarte scăzut la o valoare maximă. Prin urmare, spectrul de emisie este continuu sau discontinuu. Se constată că, împreună cu particulele beta emise din nucleul particulelor neutre de masă neglijabilă ce constituie electroni cu o anumită valoare constantă. Aceste particule sunt numite un antineutrino. Revenirea nucleelor excitate în stare sol însoțită de o emisie de raze gamma.
degradare Fi-pozitroni se observă în unele radionuclizi artificiali. Pozitroni - este o particulă elementară similar cu un electron, dar are o sarcină pozitivă. În emisie de pozitroni unul dintre protoni din nucleu este convertit la un neutron. Împreună cu pozitroni emise neutrini, care reprezintă împreună o pozitroni anumită cantitate constantă de energie. Spectrul de emisie în cariei electronic, solid.
Pozitroni Dezintegrarea beta este, de asemenea, însoțită de radiații gamma. densitate de ionizare specifică a particulelor beta - de mai multe sute de ori mai mică decât cea a particulelor alfa. Astfel, datorită masei mai mici, taxa și energia din beta particulele de 100 de ori sau mai mult crește lungimea traseului în material. Deci, este în aer de la câțiva metri la câteva zeci de metri, iar în țesuturile biologice - câteva zeci de centimetri.
Particulele beta au diferite de energie, astfel încât să fie utilizate pe ecran, care absoarbe o particulă beta cu energie la o protecție maximă împotriva radiațiilor beta externe. Ecranele aplicate de materiale ușoare, cu număr atomic redus, cum ar fi sticla, materiale polimerice, aluminiu. La fabricarea ecranelor de metale grele particule beta va genera raze X bremsstrahlung din care este de asemenea necesară o protecție.
K-captare este un alt fel de transformări radioactive. Cu un exces de protoni in nucleul nucleului atomului captează un electron de la cel mai apropiat de miezul K-shell, și în locul ei devine mai îndepărtat de coji de electroni. neutrini particulelor formate, singurele particule emise din nucleul unui atom de R-captare.
Deoarece energia generată atunci când cojile de electroni tranzițiilor de electroni, există o radiație cu raze X caracteristic cu un spectru discret linie specifică acele niveluri la care tranzițiile apar electronii din atom de substanță.
Fisiunea nucleară a elementelor grele. Acest proces este caracteristic nucleele atomice ale elementelor cu o masă atomică ridicată, cum ar fi U235, 239Pu etc Ca urmare a unor nuclee de transformare nucleare sunt formate din elemente de lumină cu energii de legătură mari și neutroni în exces. Noul kernel poate fi transformat în nucleul elementelor instabile și mai ușoare. În acest caz, o cantitate mare de energie.
Neutronii rezultate utilizate în transformările ulterioare repetate ale elementelor grele. Acest principiu de obținere a energiei prin intermediul unei reacții în lanț controlate de fisiune elementelor grele stă la baza funcționării reactoarelor nucleare. Dacă această reacție devine incontrolabilă, creșterea numărului de neutroni și cantitatea de energie este exponențial. O astfel de reacție în lanț care duce la o explozie nucleară.
reacție termonucleară. În plus față de transformările nucleare naturale pot elemente de conversie de lumina, de asemenea artificiale nuclee (hidrogen izotopilor deuteriu și tritiu) în miezul elemente mai grele. Această reacție este utilizată în bomba termonucleară explozie (hidrogen), în care rolul trăgaciul crearea temperaturii inițiale ridicate necesare pentru a conferi energie cinetică ridicată între nucleele și elementele luminoase, aparține
siguranțe de plutoniu. După ce a început fuse plutoniu creează condiții de reacție termonucleară greu de controlat. Trebuie remarcat faptul că dezintegrarea elementelor grele, și reacția de fuziune însoțită de eliberarea de flux puternic de radiații gamma.
densitate de ionizare specifică în raze gamma este minimă, nu există nici o taxă și de masă, astfel încât calea este de la ei este destul de mare și poate ajunge în aer câteva sute de metri. țesuturi biologice sunt, practic, nu exista ecrane. Prin urmare, radiațiile gamma este sursa foarte periculos de expunere externă la om. În legătură cu acest ecran de protecție împotriva radiațiilor gamma trebuie să fie realizate din materiale cu densitate mare, cu un număr mare de nuclee și coji de electroni mari de atomi.
Caracterizarea cantitativă a radioactivității. Rata Studierea de dezintegrare radioactivă a radionuclizilor nuclee a relevat o anumită regularitate. Se constată că nu toți sunt supuse simultan atomi de dezintegrare și pentru fiecare interval de timp se rupe fracție strict constantă a atomilor radioactivi de izotopi. Această valoare este constantă și este individual pentru fiecare element radioactiv. Se numește constanta degradare și notat cu λ (1 / s = s-1).
Constanta descreșterii arată proporția de atomi care dezintegrarea unei substanțe radioactive în masă pe unitatea de timp. Prin urmare, legea dezintegrării radioactive poate indica astfel: pentru intervale de timp egale în părți egale, se transformă atomii izotopi radioactivi. Matematic, expresia lui este după cum urmează:
unde N - numărul de atomi activi în izotopul după un anumit interval de timp t; Nu - numărul de atomi activi în izotopul în condițiile inițiale; λ - degradare constantă a izotopului; e - baza logaritmilor naturali.
Cunoscând constanta degradare, putem calcula timpul în care jumătate din izotopul atomi dezintegra, adică de înjumătățire (T):
redus la jumătate, iar expozantul în sine infinit aproape de o linie orizontală, dar nu a fost niciodată trecut. Igiena radiații a admis că activitatea elementului radioactiv devine neglijabil 8-10 vieți și jumătate.
Perioadele de înjumătățire variază considerabil în diferite izotopi. izotopii de scurtă durată sunt considerate, în care perioada de înjumătățire a fracțiuni de secundă la câteva zile, a trăit lung - în care variază de această perioadă de la câteva luni până la un miliard de ani. De exemplu: pentru T 24Na = 15,06 h, 131l - 8,06 zile, 60Co - 5,3 ani, 90Sr - 29 ani, 129I - 15.7 Ma.
Activitatea substanței radioactive prezintă viteza de nuclee izotop dezintegrare per unitate de timp. Prin urmare, activitatea de substanță radioactivă crește odată cu creșterea masei izotopului, și cu scăderea masei atomice și timp de înjumătățire.
O activitate unitară a substanței radioactive în SI primit Becquerel (Bq) - o astfel de activitate, în care există o sursă în nucleu de transformare pentru 1 s. Pentru a reprezenta mărimea unității, trebuie remarcat faptul că radioactivitatea admisibilă de apă potabilă pentru radiații beta este 1 Bq / l, în timp ce pentru radiații alfa - 0,1 Bq / l. Punct de vedere istoric, cu toate acestea, astfel încât primul unitate predeterminat de activitate este curies (Ci) 1.
Acesta a fost propus pentru prima dată de Mariey Kyuri și numit în onoarea lui Pierre și Kyuri Marii. Curie - aceasta este o unitate foarte mare de cea mai mare activitate:
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq.