Радіоактивність. Види радіоактивності. Закони радіоактивного розпаду. Приклади радіоактивних перетворень ядер. Дозиметрія

Радіоакти́вність — явище мимовільного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів. Радіоактивність відкрив Беккерель. Встановлено, що всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим за 83 — радіоактивні. Природна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі. Штучна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції. α-розпад. α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на ядро-продукт і α-частинку (ядро атома ). α-розпад є властивістю важких ядер з масовим числом А≥200. Всередині таких ядер за рахунок властивості насичення ядерних сил утворюються відособлення α-частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Утворена таким чином α-частинка сильніше відчуває кулонівське відштовхування від інших протонів ядра, ніж окремі протони. → + .

β-розпад. β-розпад — прояв слабкої взаємодії. β-розпад — внутрішньонуклонний процес, тобто відбувається перетворення нейтрона в протон із вильотом електрона й антинейтрино з ядра: → + +γ. γ-розпад. Гамма промені- це електромагнітні хвилі із довжиною хвилі, меншою за розміри атома. Вони утворюються зазвичай при переході ядра атома із збудженого стану в основний стан. Закон радіоактивного розпаду - фізичний закон, що описує залежність інтенсивності радіоактивного розпаду від часу і кількості радіоактивних атомів в зразку. Відкрито Фредеріком Содді і Ернестом Резерфордом, кожен з яких згодом був нагороджений Нобелівською премією. Закон сформулювали таким чином: активність при всіх дослідженнях зменшується з часом за законом геометричної прогресії.. Існує кілька формулювань закону, наприклад, у вигляді диференціального рівняння: = -𝛌N, яке означає, що число розпадів -dN, що відбулося за короткий інтервал часу dt, пропорціональнo числу атомів у зразку N. Приклад: → + + γ. Дозиметрія - розділ прикладної ядерної фізики, що розглядає іонізуюче випромінювання, фізичні величини, що характеризують поле випромінювання або взаємодію випромінювання з речовиною, а також принципи і методи визначення цих величин. Дозиметрія має справу з такими фізичними величинами іонізуючого випромінювання, які визначають його хімічну, фізичну і біологічну дію.

 

Ядерні реакції. Приклади ядерних реакцій під дією елементарних частинок і інших ядер. Штучні радіоактивні елементи. Трансуранові елементи. Ядерна реакція поділу. Реакція синтезу

Ядерна реакція - явище перетворення ядер атомів хімічних елементів і елементарних частинок. Ядерні реакції поділяються на реакції розпаду та реакції синтезу. Особливим типом ядерної реакції є поділ ядра. Терміни розпад ядра і поділ ядра означають зовсім різні типи реакцій. Першу штучно викликану ядерну реакцію спостерігав у 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками азот. Реакція відбувалася за схемою → +p. Трансуранові елементи — радіоактивні хімічні елементи, розташовані в періодичній системі елементів за ураном, тобто з атомним номером вище 92. Одинадцять відомих трансуранових елементів (93-103) належить до числа актиноїдів. Трансуранові елементи з атомним номером більше 103 називаються трансактіноідами. По́діл ядра́ — ядерна реакція, при якій ядро важкого елементу розпадається на менші ядра, часто виділяючи при цьому гамма-кванти й вільні нейтрони. Я́дерний си́нтез — це процес, під час якого два атомних ядра об'єднуються, формуючи важче ядро. Ядерний синтез — перспективне джерело енергії і є важливим напрямком досліджень сучасної науки і техніки. Ядерний синтез є джерелом енергії в зорях та застосовується у водневих бомбах. Реакціями розпаду зумовлена альфа- та бета-радіоактивність. При альфа-розпаді з ядра вилітає альфа-частинка ⁴He, а масове число й зарядове числа ядра змінюються на 4 та 2 відповідно. При бета-розпаді з ядра вилітає електрон або позитрон, масове число ядра не змінюється, а зарядове збільшується або зменшується на 1. Обидва типи розпаду відбуваються спонтанно

Загальні відомості про елементарні частинки. Властивості елементарних частинок. Взаємодія у світі елементарних частинок. Фундаментальні взаємодії. Лептони і адрони. Мезони. Поняття про кварки. Кваркова модель адронів

Елемента́рна части́нка — збірний термін, що стосується мікрооб'єктів в суб'ядерному масштабі, які неможливо розщепити на складові частини. Їх будова й поведінка вивчається фізикою елементарних частинок. Поняття елементарних частинок ґрунтується на факті дискретної будови речовини. Інші елементарні частинки є безструктурні й можуть вважатися первинними фундаментальними частинками.

За властивостями елементарні частинки поділяють на такі групи: фотони (частинка, що переносить електромагнітну взаємодію), лептони (ферміони, які мають вид точкових частинок аж до масштабів порядку 10⁻¹⁸ м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для заряджених лептонів (електрони, мюони) і не спостерігалася для нейтрино), мезони (адрони з цілим спіном, тобто бозони) й баріони (нуклони й гіперони) (адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони).

Фундамента́льні взаємоді́ї — різні типи взаємодії, що не зводяться одна до одної, елементарних частинок і складених з них тіл. На сьогодні достовірно відоме існування чотирьох фундаментальних взаємодій: гравітаційної, електромагнітної, сильної і слабкої взаємодій.

Гравітаційна взаємодія найслабша із фундаментальних взаємодій, однак її характерною особливістю є те, що тіла, які мають масу, завжди притягаються одне до одного. Законами гравітації визначається рух Місяця навколо Землі і Землі та інших планет навколо Сонця.

Електромагнітн а взаємодія друга за інтенсивністю з фундаментальних взаємодій і слабша лише від сильної взаємодії, яка, однак має короткий радіус дії. Вона набагато сильніша за слабку взаємодію та гравітацію. Особливістю електромагнітної взаємодії проте є те, що електричні заряди бувають двох знаків, а тому можуть як притягатися, у випадку різнойменних зарядів, так і відштовхуватися, у випадку однойменних зарядів.

Сильна ядерна взаємодія найпотужніша з взаємодій. Однак, вона проявляється на малих відстанях (10^-15 м), пов'язує разом кварки, об'єднуючи їх в адрони, а також пов'язує протони і нейтрони в ядрі атома. Частинками-носіями сильної ядерної взаємодії за сучасними уявленнями є глюони. Їх всього 8 типів, кожен з яких має нульову масу (маса спокою) і нульовий заряд.

Слабка́ взаємоді́я — одна з чотирьох фундаментальних взаємодій між елементарними частинками. Найвідомішим її проявом є бета-розпад і пов'язана з ним радіоактивність. Взаємодія названа слабкою, оскільки напруженість відповідного їй поля в 10¹³ менша, ніж у полів, що утримують разом ядерні частинки (нуклони і кварки) і в 10¹⁰ менша за кулонівську на цих масштабах, проте значно сильніша ніж гравітаційна. Взаємодія має короткий радіус дії і проявляється лише на відстанях порядку розміру атомного ядра. Вважається, що вона характерна для кварків і лептонів, включно з нейтрино.

адрони — частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Вони складаються з кварків і поділяються, у свою чергу, на:

мезони (адрони з цілим спіном, тобто бозони);

баріони (адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони). До них, зокрема, відносяться частинки, що становлять ядро атома, — протон і нейтрон.

лептони — ферміони, які мають вид точкових частинок аж до масштабів порядку 10⁻¹⁸ м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для заряджених лептонів (електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалася для нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

кварки — дробовозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, діляться на 6 типів і є безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть участь у сильній взаємодії..

Лепто́н — елементарна частинка, ферміон, що не бере участі в сильній взаємодії. Назва «лептон» була запропонована Леоном Розенфельдом у 1948 році і відображала той факт, що всі відомі у той час лептони були значно легшими за важкі частинки, що входять в клас баріонів (грец. βαρύς — важкий). Адрони — клас елементарних частинок, до якого належать лише частинки, що беруть участь у сильних взаємодіях. Як правило, беруть участь і в інших взаємодіях — електромагнітних і слабких. Адрони складаються з кварків та антикварків, тобто не є елементарними у первісному значенні цього слова, однак за традицією їх продовжують називати елементарними частинками. Мезони - родина елементарних частинок, адрони з цілим спіном, які складаються з кварка та антикварка. Нестабільні частинки. Кварки — фундаментальні частинки, з яких за сучасними уявленнями складаються адрони, зокрема протони та нейтрони. На сьогодні відомо 6 сортів (їх прийнято називати «ароматами») кварків: d,u,s,c,b і t.