Учебная работа. Доклад: Закон радиактивного распада
характеристики радиактивного излучения были исследованы скоро опосля открытия Беккерелем радиоактивности в 1896 г. Оказалось, что есть три разных вида ядерного излучения (- ,- и ). Опосля долголетних исследовательских работ было найдено, что - излучение состоит из ядер гелия 42He, - излучение – фотоны с весьма высочайшей энергией, - излучение, как правило, состоит из электронов.
Установлено, что почти все томные ядра с Z 82 (Z = 82 соответствует ядру свинца) испытывают радиоактивный распад с испусканием - частички. В - частичке удельная энергия связи оказывается большей, чем в мощных ядрах (см. Рис. 2), потому альфа-распад энергетически вероятен. Эталон урана 238U испускает -частицы по последующей схеме:
238U –> 234Th + 4He + 4,2МэВ.
Спустя 4,5·109лет половина ядер эталона 238U распадётся.
Теория альфа-распада построена Г.А. Гамовым в 1928 г.
В случае бета-распада наиболее кропотливые исследования проявили, что некие ядра заместо электронов испускают их античастицы – позитроны, не считая того, испускание электронов либо позитронов постоянно сопровождается излучением нейтрино либо антинейтрино. (Нейтрино – это простая частичка с электронным зарядом равным нулю, полуцелым спином 1/2 и нулевой (либо весьма малой) массой покоя.
1-ая теория бета-распада была построена Э. Ферми в 1931 г.
Простым примером - распада является процесс перевоплощения вольного нейтрона в протон с периодом полураспада 12 мин.:
n –> p + e- +
.
знак [()] обозначает антинейтрино (то, чем различаются нейтрино и антинейтрино см. в последующем разделе.)
Не считая отлично узнаваемых -, -, - распадов в 1940 г. русскими физиками Г.Н. Флеровым и К.А. Петржаком открыт 4-ый тип распада: самопроизвольное деления ядер урана на две приблизительно равные части. В 1970 была найдена протонная радиоактивность: выброс протона из ядра. Еще один вид распада – двухпротонную и двухнейтронную радиоактивность, предсказан в 1960 г. русским физиком-теоретиком В.И. Гольданским. Экспериментально этот вид распада еще не найден.
Изложение основ теории радиоактивности существенно выходит за рамки программки “школьной физики”, мы ограничимся лишь тем, что найдем зависимость числа нераспавшихся ядер N(t) от времени, используя экспериментально измеряемую величину – константу распада , которая равна вероятности распада в единицу времени. Установленный на опыте главный закон радиоактивного распада заключается в том, что отношение числа распавшихся за единицу времени ядер к общему числу ядер является неизменной величиной, зависящей лишь от сорта ядер.
Пусть количество ядер, которые еще не распались к моменту времени t равно N(t). При всем этом предполагается, что количество ядер всегда макроскопически велико.
В момент времени t + dt число нераспавшихся ядер будет N(t + dt).
Потому за просвет времени dt распадется N(t) – N(t + dt) – dN ядер. Согласно приведенному выше определению мы получим возможность распада , разделив долю распавшихся ядер – dN/N на время dt, другими словами
= –
dN
N dt
.
Отсюда следует, что
dN
dt
= – N.
(2)
Предположив, что при t = 0 количество ядер было N0 и решая с сиим исходным условием уравнение (2), найдем
N(t) = N0 exp( - t).
(3)
(График данной зависимости приведен на Рис. 3)
Рис. 3
Величин именуется активностью. Единица активности в СИ – беккерель (Бк), равный одному распаду в 1 с. Внесистемная единица – кюри (Ku): 1 Ku = 3,7·1010Бк.
Скорость распада характеризуется периодом полураспада T1/2 – промежутком времени, за который число радиоактивных ядер миниатюризируется вдвое. Полагая в формуле (3) t = T1/2, N(T1/2) = N0/2, получим
1 = 2 exp( – T1/2).
Потому формуле (3) можно придать вид:
N(t) = N0
1
2
t/T1/2
.
Видно, что с течением времени количество ядер миниатюризируется по закону геометрической прогрессии.
Можно также найти среднее время жизни ядер:
= -
0
t dN
N0
=
0
t e- tdt = 1/.
Просто показать, что времена T1/2 и соединены соотношением:
T1/2 0,69 ·.
Рис. 4
На Рис. 4 приведен пример бета – распада ядра натрия-24 (с периодом полураспада 15 час.). Распад идет с испусканием электрона с энергией 1,39 МэВ, (излучаемое антинейтрино не показано) и переходом в возбужденное состояние ядра магний -24, которое опосля поочередного излучения 2-ух гамма-квантов перебегает в основное (невозбужденное) состояние.
]]>