Презентация "Радиактивное излучение" по физике – проект, доклад

Радиоактивность – способность некоторых ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивного излучения и элементарных частиц. Различают естественную и искусственную радиоактивности. Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов (с 84 элемента). Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

§ 10.4. Радиоактивное излучение.

Радиоактивное излучение бывает трех типов: α-, β- и γ-излучение.

α-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью (поглощается слоем алюминия толщиной 0,05мм). α-излучение представляет собой поток ядер гелия: заряд α-частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия

α-излучение

β-излучение также отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность на два порядка меньше чем ионизирующая способность α-лучей, а проникающая способность, напротив, гораздо больше α-излучения (поглощается слоем алюминия толщиной 2-3 мм.) β-излучение представляет собой поток быстрых электронов или позитронов.

β-излучение

γ-излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит слой свинца толщиной 5 см). γ-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны λ γ-излучение

Радиоактивный распад естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро называется дочерним.

§ 10.5. Закон радиоактивного распада.

Число ядер, распадающихся за время dt, пропорционально начальному числу ядер N. Убыль -dN числа ядер: - dN = λNdt. Закон распада получим, разделяя переменные и интегрируя выражение:

где N0 — число ядер в данном объеме вещества в начальный момент времени t =0, N — число ядер в том же объеме к моменту времени t.

Получаем, что самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону радиоактивного распада:

λ — постоянная распада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 с и равная доле ядер, распадающихся в единицу времени

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада Т1/2 и среднее время жизни  радиоактивного ядра.

Период полураспада Т1/2 — время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое:

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна t dN = t λ N dt. Среднее время жизни τ для всех первоначально существовавших ядер:

Активностью А нуклида в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 с:

Единица активности — беккерель (Бк): 1 Бк — активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада. Внесистемная единица — кюри (Ки) 1 Ки=3,7·1010 Бк.

При радиоактивном распаде выполняется закон сохранения электрических зарядов и закон сохранения массовых чисел. Следствием этих законов являются правила смещения, позволяющие установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра в различных типах радиоактивного распада. Для α-распада: Для β-распада: Где — материнское ядро, Y — символ дочернего ядра, — ядро гелия (α-частица), — символическое обозначение электрона.

§ 10.6. Правила смещения.

Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда радиоактивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.

Радиоактивные семейства :

В основном α-распад характерен для тяжелых ядер (А>200, Z>82). α-распад подчиняется правилу смещения, например, распад изотопа урана приводит к образованию тория: Согласно современным представлениям, α-частицы образуются внутри тяжелых ядер вследствие объединения двух протонов и двух нейтронов. Такая образовавшаяся частица сильнее отталкивается от оставшихся протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжения к нуклонам в ядре, чем отдельные нуклоны.

α-распад

При бета-распаде ядро испускает электрон и электронное антинейтрино. β-электроны рождаются в результате процессов, происходящих внутри ядра при превращении одного вида нуклона в ядре в другой — нейтрона в протон.

β-распад ← антинейтрино

Гамма-излучение является жестким э/м излучением, энергия которого испускается при переходах ядер из возбужденных энергетических состояний в основное или менее возбужденные состояния, а также при ядерных реакциях. -излучение несамостоятельный тип радиоактивности. Оно сопровождает процессы α- и β-распадов и не вызывает изменения заряда и массового числа ядер. -излучение испускается дочерним (а не материнским) ядром, которое в момент своего образования оказывается возбужденным. Спектр -излучения является линейчатым, что доказывает дискретность энергетических состояний атомных ядер.

γ-распад

Наблюдение и регистрация радиоактивных излучений и частиц основаны на их способности производить ионизацию или возбуждение атомов среды. Сцинтилляционный счетчик — детектор ядерных частиц, основными элементами которого являются сцинтиллятор (кристаллофосфор, излучающий вспышки света при попадании в него частиц) и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), позволяющий преобразовать слабые световые вспышки в электрические импульсы, которые регистрируются электронной аппаратурой.

§ 10.5. Приборы для регистрации радиоактивных излучений и частиц.

Ионизационные счетчики — заполненные газом электрические конденсаторы — детекторы частиц, основанные на способности заряженных частиц вызывать ионизацию газа, с последующей регистрацией импульсов тока. Пример — счетчик Гейгера-Мюллера. Полупроводниковые счетчики — полупроводниковые диоды, прохождение через которые регистрируемых частиц, приводит к появлению электрического тока через диод. Камера Вильсона — цилиндр с плотно прилегающим поршнем, заполненный нейтральным газом. При резком (адиабатическом) расширении газ становится пересыщенным и на траекториях частиц, пролетевших через камеру, образуются треки из тумана, которые фотографируются.

Пузырьковая камера — конструктивно похожая на камеру Вильсона и заполненная прозрачной перегретой жидкостью. Пролетающая через камеру заряженная частица вызывает резкое вскипание жидкости, и траектория частицы оказывается обозначенной цепочкой пузырьков газа — образуя трек, который как и в камере Вильсона, фотографируется. Ядерные фотоэмульсии — толстослойные фотографические эмульсии, прохождение заряженных частиц через которые вызывает ионизацию, приводящую к образованию скрытого изображения в эмульсии. После проявления следы заряженных частиц обнаруживаются в виде цепочки зерен металлического серебра. Для исследований высокоэнергетичных частиц используются стопы пластинок — большое число маркированных фотоэмульсионных пластинок, помещаемых на пути частиц и после проявления промеряемых под микроскопом.