Понятие о радиоактивности. Лекция 1, Алиев Р.А.
- 1. Понятие о радиоактивности Р. А. Алиев ramiz.aliev@gmail.com 1
- 2. 1895 – открытие рентгеновских лучей 1896 – открытие радиоактивности 1898 – открытие полония и радия 2
- 3. 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) (1866 – 1934) 3
- 4. 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) 10 1 Выход, % • • • • 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Массовое число 4
- 5. Виды радиоактивного распада • Альфа-распад • Бета-распад • Гамма-распад a + • Спонтанное деление • • спонтанное деление ЭЗ, b Испускание протона (147Tm, 151Lu) Испускание кластеров гипотетические ядра линия стабильности Z b - N Радиоактивность – самопроизвольное изменение состава или состояния ядра Q=(M-ΣMi)c2 5
- 6. 241Am Альфа-распад 95 5389 (1,0%) 5443 (12,5%) 5486 (86,0%) 0,156 0,102 5545 (0,3%) 0,059 0,00 237Np 93 Характерен для тяжелых ядер EЯ Ma Ea MЯ 6
- 7. 221 5 217 At Fr 3·10 213 Po 225 Ac 5 Импульсы 2·10 5 1·10 221 Fr 0 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Ea, кэВ Спектр актиния-225 с продуктами распада 7
- 8. Бета-распад 40K 19 b (89,5%) Ebmax=1,33 МэВ K-захват (10,5%) E=1,46 МэВ 40Ca 20 40Ar 18 Характерен для нейтронно-избыточных (b-) и нейтроннодефицитных (b+ и K-захват) ядер Примеры – 90Y, 177Lu, 18F, 124I и мн. др. 8
- 9. 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 bчастицы – около 100 эВ 9
- 10. 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
- 11. Импульсы 100000 569,7 1063,7 10000 1000 а) 100 0 200 400 600 800 1000 1200 E, ??? 976 1000 482 Импульсы 554 1048 100 б) 10 0 200 400 600 800 1000 1200 E, ??? Гамма- и электронный спектр висмута-207 11
- 12. Процессы в ионизированном атоме KLM M M L L K K Оже-процесс К-захват M L K M M L L K Электронная конверсия K Ka Характеристическое рентгеновское излучение 12
- 13. 13
- 14. Вековое равновесие T(1)>>T(2) 14000 238 U 12000 10000 А, Бк 234 8000 Th A(2)=A(1)0(1-exp(-λ2t)) 6000 4000 2000 0 0 50 100 150 Время, сут 200 250 14
- 17. Содержание химических элементов в земной коре O 100 Fe Si K Ca Ti 1 земная кора Кларк каменные метеориты Ba Sr 0,01 Pb Th 0,0001 U Se 0,000001 Te Re Ac At Tl Ir Ta Tm Tb Pm La I In Rh Nb Rb As Cu Mn Sc Cl Al F B H 0,00000001 Распространенность элемента определяется строением ядра 17
- 18. 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
- 19. Оболочечная модель ядра 1i 3p 2f 14 126 2 4 6 8 10 1h 3s 2d 12 2 4 6 8 82 10 2 6 4 8 50 1g 2p 1f 28 2s 1d 4 2 6 20 1p 2 4 8 1s 219 2
- 20. Изотопный состав олова 35% Д оля в природ ной см ес и 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 A 20
- 22. Радионуклиды в природе Природные Первичные 238U, 235U, 232Th, 40K, и др. Искусственные Космогенные 14C, 7Be, 10Be, 32P и др. 22
- 23. Основные первичные радионуклиды Радионуклид T1/2, лет 238U 4,5109 Доля в природной смеси изотопов, % 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