Опорні конспекти лекцій з фізики РЕСУРС: fizmat.7mile.net

ОБЕРІТЬ РОЗДІЛ

  ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА ТА ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

Закономірності радіоактивного випромінювання атомних ядер. Альфа - розпад

- розпадом називається випускання ядрами деяких хімічних елементів - частинок.

Альфа-випромінювання відхиляється електричними і магнітними полями, має високу іонізуючу здатність і малу проникну здатність (поглинається шаром алюмінію завтовшки 0,05 мм). - випромінювання – це потік іонізованих атомів гелію. Заряд - частинки дорівнює +2е, а маса рівна масі ядра ізотопа гелію .

Відомо більше ніж дві сотні - активних ядер, в основному важких елементів . Лише невелика група - активних ядер знаходиться в області з масовими числами А=140-160 (рідкісноземельні).

Всередині важких ядер утворюються - частинки, кожна з яких складається з двох протонів і двох нейтронів. Відок­ремленню цих чотирьох нуклонів сприяє властивість насичення ядерних сил. Можливість - розпаду викликана тим, що маса материнського ядра  більша від суми мас дочірнього ядра  і - частинки.

.

Отже, при - розпаді виділяється енергія

.

Енергія - розпаду  виділяється у вигляді кінетичної енергії продуктів розпаду: - частинки і дочірнього ядра. Кінетична енергія між ними розподіляється обернено пропорційно до їх маси, тому практично всю енергію розпаду отри­мує - частинка.

В ядрі - частинок немає, вони утворюються з чотирьох нуклонів лише в момент - розпаду.

Здійсненню - розпаду перешкод­жає значний кулонівський потенціальний бар’єр , який виник при утворенні ядра. Значення  в декілька разів перевищує різницю енергій  між початковим і кінцевими станами системи при - розпаді (рис 338).

- частинка вилітає з ядра, проходячи крізь заборонену зону, завдяки тунельному ефекту, який характеризується певною прозорістю потенціального бар’єра.

.

Ця формула свідчить про велику чутливість прозорості бар’єра до найменших змін енергії - частинки, що перебуває всередині потенціальної ями. Навіть незначні зміни в значеннях E приводять до того, що величина D буде дуже змінюватись. Цим пояснюються великі відмінності в періодах піврозпаду - випромінювачів – від  років до с при порівняно невеликому зростанні енергії - частинок .

Знайдемо зв’язок між сталою розпаду  і прозорістю D потенціального бар’єру для -частинки. Заради спрощення замінимо реальний бар’єр прямокутним бар’єром довжиною L. В цьому випадку

,

де n – число ударів - частинок об стінку бар’єра за одиницю часу і , де  – швидкість - частинки в ядрі. Величина L=R, де R – радіус ядра.

 

Тоді у випадку прямокутного бар’єра дістанемо

 

 

Ця формула свідчить про існування залежності між сталою розпаду і початковою енергією - частинки.

Дослідження кривих питомої іонізації, яку здійснюють - частинки в різних газах, показало, що залежність кіль­кості - частинок N від довжини відрізків шляху R, які ці частинки проходять у певній речовині, зображується кривою, поданою на рис. 339. До деякого значення  кількість частинок залишається майже сталою. Потім кількість частинок, які пройшли шлях , швидко спадає. Довжини пробігів - частинок мало від­різняються від деякої величини , що є експериментальним значенням пробігу -частинок. Проходячи через речовину, - частинка витрачає свою енергію на не­пружні зіткнення з атомами, переважно на їх іонізацію. Очевидно, що довжина пробігу - частинки повинна залежати від її початкової енергії. Дослідним шляхом Гейгер знайшов емпіричну формулу, яка пов’язує початкову швидкість  - частинки з її пробігом  у повітрі при :

,   ,

де bдеяка стала.

Г. Гейгер і Дж. Неттол на підставі аналізу численних дослідів установили співвідношення, яке називають законом Гейгера-Неттола:

чим менший період піврозпаду  або більша стала розпаду  радіоактивного елементу, тим більший пробіг - частинок, які він випускає.

Закон Гейгера-Неттола записують формулою

  або  ,

 емпіричні константи.

Дослідження показують, що зде­більшого ядра випромінюють не одну, а кілька груп - частинок, енергії яких ут­ворюють дискретний спектр. Його називають тонкою структурою - спектра. На рис. 340 показано схематичне пояснення виникнення різних груп - частинок, що випромінюються при розпаді ядра . Зліва на рисунку наведено енергетичні рів­ні дочірнього ядра .

 

 

У збуджених станах дочірнє ядро знаходиться доволі малий проміжок часу  і переходить у стани з меншою енергією або в основний стан. При цьому відбувається випромінювання фотонів. На рис. 340 показано виникнення - фотонів шести різних енергій.

Із цим матеріалом переглядають:

ü   ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА ТА ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

1.              Розмір, склад і заряд ядра. Масове і зарядове число.

2.             Дефект маси і енергія зв’язку ядра.

3.             Взаємодія нуклонів і поняття про властивості і природу ядерних сил.

4.             Краплинна модель ядра.

5.             Оболонкова модель ядра.

6.             Радіоактивність. Основний закон радіоактивного перетворення атомних ядер.

7.             Закономірності радіоактивного випромінювання атомних ядер.

7.1.   Альфарозпад.

7.2.   Бетарозпад.

7.3.   Гамма –випромінювання і його властивості.

8.             Ядерні реакції.

9.             Реакція ядерного поділу. Ланцюгова реакція поділу. Ядерний реактор.

10.         Реакція синтезу атомних ядер. Проблема керованих термоядерних реакцій.

11.         Елементарні частинки, їх класифікація і взаємна перетворюваність.

12.         Історична довідка.

ПОПЕРЕДНЯ        ЗМІСТ      НАСТУПНА

 

Рекомендований контент:

Щоб забезпечити вам кращий онлайн-досвід, цей веб-сайт використовує файли cookie.

Використовуючи наш веб-сайт, ви погоджуєтесь на наше використання файлів cookie Детальніше про cookies

РЕСУРС: fizmat.7mile.net