10 Л.46 Радиоактивность

Радиоактивность: Прикладная атомная и ядерная физика 1 Случайно ли открыли радиоактивность?

Радиоактивность – ядро одного элемента само собой превращается в ядро другого (самопроизвольно) 2 Закон радиоактивного распада – релаксация, переход в равновесное состояние Основная количественная характеристика – период полураспада

Из соответствующего дифференциального уравнения: распад равновероятен в любой момент времени 3 Вероятность того, что данное ядро ещё не распалось, убывает пропорционально dt Интегрирование с начальным условием «1» даёт закон радиоактивного распада Как получается закон радиоактивного распада? В начальный момент времени ядро есть

Основные виды радиоактивности 4 Альфа-распад Бета-минус-распад Бета-плюс-распад Электронный (К) захват Спонтанное деление Практически всегда любое радиоактивное превращение сопровождается сильно проникающим гамма- излучением !!!

Альфа-распад – первый понятый вид радиоактивности 5 Общее уравнение альфа- распада ядра Х

Альфа-распад – часто, тяжёлые ядра, много протонов 6

Закон Гейгера-Неттола ( ): связь периода полураспада с кинетической энергией вылетающих альфа-частиц 7 Альфа-распад – теория – туннельный эффект

8 Альфа-распад – сильное ядерное + кулоновское взаимодействие

Бета-минус-распад – один из долго не понятых. Часто. Ядра, перегруженные нейтронами. 9 Уравнение бета-минус- распада ядра Х

10 Бета-минус-распад – ядра, перегруженные нейтронами

11 Бета-минус-распад – спектр электронов Энергии электронов разные! Не как в альфа-распаде – энергия альфа-частицы одна Часть энергии уносит нейтрино – 1896 – радиоактивность 1931 – предсказано 1955 – зарегистрировано 2002 – установлено, что есть масса покоя

Механизм бета-минус-распада в стандартной модели 12 Виртуальный W-бозон: масса 80 ГэВ, рождается на короткое время Распадается на реальные электрон и антинейтрино, которые живут долго

Бета-плюс-распад – бета-минус «наоборот» 13 Уравнение бета-плюс- распада ядра Х

14 Бета-плюс-распад – ядра, перегруженные протонами

Электронный захват – довольно часто, тяжёлые ядра, перегруженные протонами 15 Уравнение электронного захвата ядром Х Здесь должна быть картинка!

16 Электронный захват – ядра, перегруженные протонами

17 Бета-распад (любой из трёх) – электрослабое взаимодействие Распад нейтрона – свободного или в ядре Распад протона – ТОЛЬКО в ядре!!!

Любой распад происходит только если он энергетически выгоден (ЗСЭ): сумма масс продуктов меньше массы материнского ядра Любой распад происходит как следствие 2-го закона термодинамики: после распада продукты движутся, больше микросостояний 18

Цепочки радиоактивных распадов в природе: радиоактивные семейства 19 В нас с вами всё это есть!

Линия бета-стабильности 20

Основные идеи использования радиоактивных изотопов и излучений: их всего ЧЕТЫРЕ (по ШЮ) 21 1) Любой радиоактивный изотоп является меченым атомом соответствующего элемента, химически не отличим, а по излучению можно проследить его судьбу - медицина, биохимия, сельское хозяйство 2) Любое радиоактивное излучение обладает строго определенной проникающей способностью – измерение толщины слоя хоть чего, исследование горных пород 3) Радиоактивные излучения обычно вызывают ионизацию среды – проблема статического электричества в текстильной промышленности, медицина (рак), сельское хозяйство 4) При облучении вещества (обычно нейтронами) возникает наведённая радиоактивность, т.е. многие атомы вещества превращаются в радиоактивные изотопы – химия - активационный элементный анализ, создание меченых атомов, трансмутационное легирование, радиоуглеродная датировка

Наиболее важные радиоактивные изотопы и их применения по-французски (СЕА). Франция – более 70% ядерной (атомной) электроэнергии. 22 Traceur – меченый атом, индикатор

23 Спонтанное деление ядер – только очень тяжёлые, редко

Сборка основных формул и результатов 24 Закон радиоактивного распада Общее уравнение альфа- распада ядра Х Уравнение бета-плюс- распада ядра Х Уравнение бета-минус- распада ядра Х Уравнение электронного захвата Любой распад происходит только если он энергетически выгоден (ЗСЭ): сумма масс продуктов меньше массы материнского ядра Любой распад происходит как следствие 2-го закона термодинамики: после распада продукты движутся, больше микросостояний

25

Последний слайд – деньги и радиоактивность 26

Неплохо бы ещё показать метод Неймана: компьютерное моделирование радиоактивного распада 27 Хорошо бы рассказать про кластерную радиоактивность: Как её чуть не открыли в СССР А ещё бывает протонная и двухпротонная радиоактивности: их открыли в СССР Что же не удалось? Не записывать!!! Не проверено!!