Понятие о радиоактивности

Р. А. Алиев

ramiz.aliev@gmail.com

1

1895 – открытие рентгеновских лучей

1896 – открытие радиоактивности

1898 – открытие полония и радия

2

(1866 – 1934)

Открытие радия позволило понять строение

атомного ядра

1902 – Понятие о радиоактивных превращениях

(Резерфорд и Содди)

1909 – опыт Резерфорда

1919 – первая ядерная реакция и открытие протона

(Резерфорд)

1930 – открытие нейтрона (Боте, Беккер, Чедвик)

1934 – искусственная радиоактивность

(Ф. и И. Жолио-Кюри)

3

Деление ядер 235U тепловыми

нейтронами

• При делении выделяется около 200 МэВ

• Деление происходит несимметрично

• Продукты деления обладают избытком нейтронов

• Происходит испускание мгновенных и запаздывающих нейтронов (2-3)

0,00001

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Массовое число

Вы

хо

д,

%

4

Виды радиоактивного распада

• Альфа-распад

• Бета-распад

• Гамма-распад • Спонтанное деление • Испускание протона (147Tm, 151Lu)

• Испускание кластеров

Q=(M-ΣMi)c2

Радиоактивность – самопроизвольное изменение состава или состояния ядра

N

Z

ЭЗ, b+

b-

a

спонтанное деление

гипотетические ядра

линия стабильности

5

Альфа-распад 241Am 95

237Np 93

0,00

0,059

0,102

0,156 5389 (1,0%)

5443 (12,5%)

5486 (86,0%)

5545 (0,3%)

Я

ЯM

MEE a

aХарактерен для

тяжелых ядер

6

4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Ea, кэВ

0

1·105

2·105

3·105

Им

пульсы

225Ac

221Fr

221Fr

217At

213Po

Спектр актиния-225 с продуктами распада

7

Бета-распад 40K b (89,5%)

Ebmax=1,33 МэВ

19

20 40Ca

K-захват

(10,5%)

E=1,46 МэВ

40Ar 18

Характерен для нейтронно-избыточных (b-) и нейтронно-

дефицитных (b+ и K-захват) ядер

Примеры – 90Y, 177Lu, 18F, 124I и мн. др. 8

Бета-распад

• Для нейтронно-дефицитных ядер с

Z<30 преобладает b+ , для ядер с Z>80

- K-захват, для 30<Z<80 – конкурируют

оба процесса

• Энергия отдачи при испускании b-

частицы – около 100 эВ

9

Гамма-переход и внутренняя

конверсия

• Обычно время жизни возбужденного состояния ядра 10-7 – 10-11 с

• Встречаются долгоживущие возбужденные состояния – ядерные изомеры

• Переход в основное состояние может сопровождаться испусканием орбитального электрона (с последующим испусканием характеристического рентгеновского излучения)

Пример – 99mTc

10

100

1000

10000

100000

0 200 400 600 800 1000 1200

E, ???

569,7

1063,7

Им

пул

ьсы

E, ???

10

100

1000

0 200 400 600 800 1000 1200

482

554

976

1048

Им

пул

ьсы

а)

б)

Гамма- и электронный спектр висмута-207

11

K

M

L

K

M

L

K

M

L

K

M

L

K

M

L

К-захват

Электроннаяконверсия

Оже-процесс

Характеристическое рентгеновскоеизлучение

KLM

Ka

Процессы в ионизированном атоме

12

13

Вековое равновесие

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 50 100 150 200 250

Время, сут

А,Б

к

234Th

238U

T(1)>>T(2)

A(2)=A(1)0(1-exp(-λ2t))

14

Подвижное равновесие

140Ba

140La

0

20

40

60

80

100

0 50 100

Время, сут

A,

Бк

T(1)>T(2)

15

Отсутствие равновесия

0

20

40

60

80

100

0 50 100

95Ru

95gTc

А, Б

к

Время, ч

T(1)<T(2)

16

Содержание химических элементов в земной коре

0,00000001

0,000001

0,0001

0,01

1

100H B F Al

Cl

Sc

Mn

Cu

As

Rb

Nb

Rh In

I

La

Pm Tb

Tm Ta Ir Tl

At

Ac

Кларк

земная кора

каменные метеориты

O Si

K Ca

Fe

BaSr

Pb

Se

Te Re

Ti

Th

U

Распространенность элемента определяется строением ядра

17

Магические числа (2, 4, 8, 20, 28,

50, 82, 126) и магические ядра

(4He, 16O, 40Ca, 48Ca, 208Pb)

• Повышенная распространенность

• Относительное уменьшение массы

• Увеличение энергии отделения

нуклона

• Увеличение энергии первого

возбужденного состояния

18

Оболочечная модель ядра

1s

1p

1f

2p

1g

2d

3s

1h

2f

3p

1i

1d2s

2 2

8

20

28

50

82

126

2

2

2

2

2

4

4

4

4

4

6

6

6

6

8

8

8

10

10

12

14

19

Изотопный состав олова

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124

A

До

ля

в п

ри

ро

дн

ой

см

ес

и

20

Энергия связи ядра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 50 100 150 200

A

МэВ

2H

4He

56Fe

208Pb

Синтез Деление

21

Радионуклиды в природе

Природные Искусственные

Первичные 238U, 235U, 232Th, 40K, и др.

Космогенные 14C, 7Be, 10Be, 32P и др.

22

Основные первичные радионуклиды

Радионуклид

T1/2, лет

Доля в природной смеси

изотопов, %

238U

4,5109

99,27

235U

7,0108

0,72

232Th

1,41010

100

40K

1,3109

0,0117

87Rb

4,91010

27,8

150Nd

51010

5,6

147Sm

1,61011

15,07

176Lu

3,61010

2,6

138La

11011

0,089

23

Рекомендуемая литература

http://lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=32&pl1_id=909

24