Визначення активності джерела b-випромінювання

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Фізика атома та ядра » Визначення активності джерела b-випромінювання

Процес самовільного перетворення нестійких ізотопів одних хімічних елементів в ізотопи інших елементів з випромінюванням елементарних частинок або ядер легких хімічних елементів називається радіоактивністю.

Явище радіоактивності обумовлене лише внутрішньою будовою ядра і не залежить від зовнішніх умов (тиск, температура, агрегатний стан та ін.). Всі спроби вплинути на хід радіоактивного розпаду не дали бажаних результатів.

Радіоактивний розпад не завжди закінчується утворенням стабільного ядра. У багатьох випадках спостерігаються ланцюжки радіоактивних розпадів, в яких ядра знаходяться в близьких взаємовідносинах одне з одним. Такі радіоактивні ланцюжки називають радіоактивними рядами.

Серед природних радіоактивних речовин в принаймні три елементи, період піврозпаду яких співрозмірний з віком Землі, приблизно рівним 4,5×109 років. До них відносяться ізотопи 92U2381/2=4.5×109 років), 92U2351/2=7.13×108 років), і 90Th2321/2=1.4×1010 років). Ці елементи розміщені в кінці періодичної системи Менделєєва і входять до групи актиноїдів. Вони дають початок трьом природним радіоактивним рядам; урану (92U238), актинію (92U235) і торію (90Th232).

Імовірність радіоактивного розпаду l ядра за одиницю часу е сталою величиною для даного елемента. Звідси випливає, що число актів радіоактивного розпаду dN за інтервал часу dt пропорційне кількості радіоактивних ядер N(t) в момент часу t.

clip_image002 (1)

Величину l, яка має розмірність с-1 називають сталою радіоактивного розпаду. Знак мінус у співвідношенні (1) вказує на зменшення числа радіоактивних ядер з часом.

Інтегрування диференціального рівняння (1) після поділу змінних дає вираз:

clip_image004 (2)

де b — константа інтегрування. При t=0 число радіоактивних ядер було, рівним N0. Тому:

clip_image006 (3)

З (2) і (3) одержимо:

clip_image008 (4)

Або;

clip_image010 (5)

Потенціюючи вираз (5), одержимо:

clip_image012 (6)

Рівняння (6) відоме під назвою закону радіоактивного розпаду. В цьому рівнянні: N(t) — число ядер, які не розпались на момент часу t; N0 — початкове число атомних ядер; l — стала радіоактивного розпаду.

Кількість ядер, які розпадаються за час t, визначається співвідношенням:

clip_image014 (7)

Час, за який розпадається половина початкового числа ядер, називається періодом піврозпаду Т. Величина Т визначається із співвідношення:

clip_image016

звідки:

clip_image018 (8)

де clip_image020 — середній час життя радіоактивного ядра.

Нові продукти розпаду можуть бути також радіоактивними. Якщо період піврозпаду препарата «А» значно більший періоду піврозпаду препарата «В», то число ядер NB виражається через число ядер NА таким співвідношенням:

clip_image022 (9)

Через деякий час t між радіоактивними нуклідами «А» і «В» наступить рівновага, тобто;

clip_image024 (10)

Будь-який радіоактивний розпад характеризується активністю розпаду, тобто числом розпадів за одиницю часу.

Із закону радіоактивного розпаду легко визначити активність А:

clip_image026

де clip_image028 — початкова активність препарату.

Тому:

clip_image030 (11)

Одиницею активності будь-якого препарату є 1 Бк (Бекерель), тобто один акт розладу за І с. (clip_image032).

Дещо раніше користувались одиницею активності в 1 Кі (кюрі).

І Кі = 3,7×1010 Бк

Слід відмітити, що хімічно чистий радій масою 1 г якраз має активність в 1 Кі.

Після відкриття явища радіоактивного розпаду було виявлено, що різні ядра розпадаються по-різному, з випромінюванням різних частинок. Розрізняють три основні види радіоактивності, які позначають грецькими буквами a, b і g.

Розглянемо детальніше природу b-розпаду. Бета-розпадом зазивається група перетворень атомних ядер, при яких один із нейтронів в ядрі перетворюється в протон, або один із протонів у ядрі перетворюється в нейтрон. Одна із особливостей b-розпаду — це суцільний енергетичний спектр b-частинок. Розподіл b-частинок подано на рис. 6-2 1:

clip_image034

Рис. 6-2- 1

Енергія b-частинок змінюється від нуля до максимального значення. Енергетичний спектр b-частинок вимірюється магнітним b-спектрометром.

Крім електронів (позитронів) при b-розпаді випромінюється нейтрино n0 (антинейтрино clip_image036). Нейтрино і антинейтрино мають спін clip_image038 і рухаються подібно до g-кванта з швидкістю світла, не маючи при цьому ні маси, ні заряду.

Енергія b-частинки clip_image040. Вона залежить від енергії, яку при цьому має нейтрино, що і є головною причиною суцільного спектра b-частинок. В середньому з b-частинками звільняється енергія, яка рівна clip_image042.

Згідно з сучасною теорією ядро, яке містить надлишок нейтронів порівняно з стабільним ядром з таким же порядковим номером Z, здатне на b-розпад. При цьому в ядрі відбувається перетворення одного із нейтронів в протон:

clip_image044 (12)

де +1р1 — протон; -1b0 — електрон, clip_image036[1] — антинейтрино.

Якщо ж ядро має надлишок протонів, порівняно з числом нейтронів, то в ядрі можливе перетворення:

clip_image047 (13)

де 0n1 – нейтрон; +1b0 — позитрон; n0 — нейтрино.

Таке перетворення протона в нейтрон (13) можливе лише в ядрі. Вільний протон не може мати достатньої енергії для такого перетворення. Джерелом додаткової енергії можуть бути нуклони в збудженому ядрі.

Існує не один вид b-розпаду, який зв’язаний з захопленням ядром одного із електронів оболонки атома. В результаті один із протонів ядра перетворюється в нейтрон, випускаючи при цьому нейтрино:

clip_image049 (14)

Дочірнє ядро може виявитись у збудженому стані, тому воно здатне на випромінювання одного або кількох g-фотонів.

Захоплення електрона ядром може відбутись з К-, L- або М-оболонки атома. Заповнення утворених вакансій більш високо-розмішеними електронами приводить до рентгенівського випромінювання, за допомогою якого і було виявлене електронне захоплення У 1937 році.

Оставьте комментарий к статье