Patuloy na pagkabulok. Radioactive equilibrium
§ 15-g. Batas ng Radioactive Decay
Ang pagdating ng "manual" scintillation counter at, higit sa lahat, Geiger-Muller counter, na tumulong sa pag-automate ng mga bilang ng particle (tingnan ang § 15), ay humantong sa mga physicist sa isang mahalagang konklusyon. Ang anumang radioactive isotope ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang kusang pagpapahina ng radyaktibidad, na ipinahayag sa isang pagbawas sa bilang ng nabubulok na nuclei sa bawat yunit ng oras.
Ang pag-plot ng mga graph ng aktibidad ng iba't ibang radioactive isotopes ay humantong sa mga siyentipiko sa parehong pag-asa, ipinahayag exponential function(tingnan ang tsart). Ang pahalang na axis ay nagpapakita ng oras ng pagmamasid, at ang patayong axis ay nagpapakita ng bilang ng hindi nabubulok na nuclei. Maaaring iba ang kurbada ng mga linya, ngunit ang mismong function, na nagpahayag ng mga dependency na inilarawan ng mga graph, ay nanatiling pareho:
Ang formula na ito ay nagpapahayag batas ng radioactive decay: ang bilang ng mga nuclei na hindi nabubulok sa paglipas ng panahon ay tinutukoy bilang produkto ng unang bilang ng nuclei sa pamamagitan ng 2 sa kapangyarihan na katumbas ng ratio ng oras ng pagmamasid sa kalahating buhay, na kinuha na may negatibong tanda.
Tulad ng nangyari sa panahon ng mga eksperimento, ang iba't ibang mga radioactive na sangkap ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng iba't ibang kalahating buhay– ang panahon kung saan ang bilang ng hindi pa nabubulok na nuclei ay hinahati(tingnan ang talahanayan).
Mga kalahating buhay ng ilang isotopes ng ilang elemento ng kemikal. Ang mga halaga ay ibinibigay para sa parehong natural at artipisyal na isotopes.
| Iodine-129 | 15 Ma | Carbon-14 | 5.7 libong taon | |
| Iodine-131 | 8 araw | Uran-235 | 0.7 Ga | |
| Iodine-135 | 7 o'clock | Uran-238 | 4.5 bilyong taon |
Half-life – karaniwang tinatanggap pisikal na bilang, na nagpapakilala sa rate ng radioactive decay. Maraming mga eksperimento ang nagpapakita nito kahit na may napakahabang pagmamasid sa isang radioactive substance, ang kalahating buhay nito ay pare-pareho, iyon ay, hindi ito nakasalalay sa bilang ng mga atom na nabulok na. Samakatuwid, ang batas ng radioactive decay ay nakahanap ng aplikasyon sa paraan ng pagtukoy sa edad ng mga archaeological at geological na paghahanap.
Paraan ng radiocarbon dating. Ang carbon ay isang pangkaraniwang elemento ng kemikal sa Earth, na kinabibilangan ng mga matatag na isotopes na carbon-12, carbon-13 at ang radioactive isotope carbon-14, na may kalahating buhay na 5.7 libong taon (tingnan ang talahanayan). Ang mga buhay na organismo, na kumakain ng pagkain, ay nag-iipon ng lahat ng tatlong isotopes sa kanilang mga tisyu. Matapos ang katapusan ng buhay ng organismo, ang supply ng carbon ay humihinto, at sa paglipas ng panahon ang nilalaman nito ay natural na bumababa, dahil sa radioactive decay. Dahil ang carbon-14 lamang ang nabubulok, ang ratio ng carbon isotopes sa mga labi ng fossil ng mga buhay na organismo ay nagbabago sa paglipas ng mga siglo at millennia. Sa pamamagitan ng pagsukat ng “carbon proportion” na ito, maaari nating hatulan ang edad ng isang archaeological find.
Ang paraan ng pagsusuri ng radiocarbon ay naaangkop para sa mga geological na bato, gayundin para sa mga fossil na bagay ng tao, ngunit sa kondisyon na ang ratio ng mga isotopes sa sample ay hindi nagambala sa panahon ng pagkakaroon nito, halimbawa, sa pamamagitan ng isang apoy o impluwensya ng isang malakas na pinagmulan. ng radiation. Ang kabiguang isaalang-alang ang mga naturang dahilan kaagad pagkatapos ng pagtuklas ng pamamaraang ito ay humantong sa mga pagkakamali sa loob ng ilang siglo at millennia. Sa ngayon, ang "secular calibration scales" ay ginagamit para sa carbon-14 isotope, batay sa pamamahagi nito sa mga mahabang buhay na puno (halimbawa, ang American millennial redwood). Ang kanilang edad ay maaaring kalkulahin nang tumpak - sa pamamagitan ng taunang mga singsing ng kahoy.
Ang limitasyon ng paggamit ng radiocarbon dating method sa simula ng ika-21 siglo ay 60,000 taon. Upang sukatin ang edad ng mga mas lumang specimen, hal. mga bato o meteorites, gumamit ng katulad na pamamaraan, ngunit sa halip na carbon, naghahanap sila ng isotopes ng uranium o iba pang elemento, depende sa pinagmulan ng sample na pinag-aaralan.
Naka-disable ang Javascript sa iyong browser.Upang magsagawa ng mga kalkulasyon, dapat mong paganahin ang mga kontrol ng ActiveX!
Radioactivity. Ang pangunahing batas ng radioactive decay.
Ang radioactivity ay ang kusang pagkabulok ng hindi matatag na nuclei na may paglabas ng iba pang nuclei at elementarya na mga particle.
Mga uri ng radyaktibidad:
1. Natural
2. Artipisyal.
Ernest Rutherford - ang istraktura ng atom.
Mga uri ng radioactive decay:
α-pagkabulok: à + ; β-pagkabulok: à +
Ang pangunahing batas ng radioactive decay. N= N o e -lt
Ang bilang ng hindi nabubulok na radioactive nuclei ay bumababa ayon sa isang exponential law. Ang L(lambda) ay ang decay constant.
Patuloy na pagkabulok. Half life. Aktibidad. Mga uri ng radioactive decay at ang kanilang spectra.
Ang L(lambda) ay isang decay constant, proporsyonal sa posibilidad ng pagkabulok ng isang radioactive nucleus at iba para sa iba't ibang radioactive substance.
kalahating buhay ( T )- Ito ang panahon kung kailan nabubulok ang kalahati ng radioactive nuclei. T=ln2/l=0.69/l.
Ang aktibidad ay nailalarawan sa pamamagitan ng rate ng pagkabulok. A=-dN/dT=lN=lN o e -lt =(N/T)*ln2
[A]-becquerel (Bq) = 1 pagkabulok/segundo.
[A]-curie (Ci). 1 Ci=3.7*10 10 Bq=3.7*10 10 s -1
[A]-rutherford(Rd). 1Рд=10 6
Mga uri ng radioactive decay. Offset na panuntunan.
Alpha decay (pinakamahina): A Z X> 4 2 He + A-4 Z-2 Y
Beta decay: A Z X> 0 -1 e + A Z+1 Y
Ang spectra ng enerhiya ng mga particle ng maraming radioactive na elemento ay binubuo ng ilang linya. Ang dahilan para sa paglitaw ng naturang istraktura ng spectrum ay ang pagkabulok ng paunang nucleus (A, Z) sa isang nasasabik na estado ng nucleus (A-4, Z-2. Para sa alpha decay, halimbawa). Sa pamamagitan ng pagsukat ng spectra ng mga particle, makakakuha ng impormasyon tungkol sa likas na katangian ng mga nasasabik na estado ng nucleus.
Mga katangian ng pakikipag-ugnayan ng mga sisingilin na particle sa bagay: linear ionization density, linear stopping power, average linear range. Mga kakayahan sa pagpasok at pag-ionize ng alpha, beta at gamma radiation.
Ang mga sisingilin na particle, na kumakalat sa bagay, ay nakikipag-ugnayan sa mga electron at nuclei, bilang isang resulta kung saan ang estado ng parehong bagay at mga particle ay nagbabago.
Linear ionization density ay ang ratio ng mga ions ng sign dn na nabuo sa pamamagitan ng isang charged ionized particle sa isang elementary path dL sa haba ng path na ito. I=dn/dL.
Linear braking capacity - ito ang ratio ng enerhiyang dE na nawala ng isang naka-charge na ionizing particle kapag dumadaan sa elementarya na landas dL sa haba ng landas na ito. S=dE/dL.
Average na linear mileage - Ito ay ang distansya na ang isang ionizing particle ay naglalakbay sa pamamagitan ng isang substance nang hindi nagbabanggaan. Ang R ay ang average na linear mileage.
Kinakailangang isaalang-alang ang kakayahang tumagos ng radiation. Halimbawa, ang mabibigat na atomic nuclei at mga particle ng alpha ay may napakaikling saklaw sa bagay, kaya mapanganib ang mga radioactive alpha source kung papasok ang mga ito sa katawan. Sa kabaligtaran, ang gamma rays ay may makabuluhang penetrating power dahil binubuo sila ng mga high-energy photon na walang charge.
Ang kakayahang tumagos ng lahat ng uri ng ionizing radiation ay nakasalalay sa enerhiya.
Ang terminong "radioactivity", na nakuha ang pangalan nito mula sa mga salitang Latin na "radio" - "radiate" at "activus" - "active", ay nangangahulugang ang kusang pagbabagong-anyo ng atomic nuclei, na sinamahan ng paglabas ng gamma radiation, elementarya na mga particle o mas magaan. nuclei. Ang lahat ng uri ng radioactive transformations na kilala sa agham ay batay sa pangunahing (malakas at mahina) na pakikipag-ugnayan ng mga particle na bumubuo sa atom. Ang isang dating hindi kilalang uri ng tumagos na radiation na ibinubuga ng uranium ay natuklasan noong 1896 ng Pranses na siyentipiko na si Antoine Henri Becquerel, at ang konsepto ng "radioactivity" ay ipinakilala sa malawakang paggamit sa simula ng ika-20 siglo ni Marie Curie, na, sa pamamagitan ng pag-aaral ng hindi nakikita ray na ibinubuga ng ilang mga mineral, nagawang ihiwalay ang purong radioactive na elemento - radium.
Mga pagkakaiba sa pagitan ng radioactive transformations at mga reaksiyong kemikal
Ang pangunahing tampok ng radioactive transformations ay ang mga ito ay kusang nangyayari, habang ang mga kemikal na reaksyon sa anumang kaso ay nangangailangan ng ilang panlabas na impluwensya. Bilang karagdagan, ang mga radioactive na pagbabagong-anyo ay nangyayari nang tuluy-tuloy at palaging sinasamahan ng pagpapalabas ng isang tiyak na halaga ng enerhiya, na nakasalalay sa lakas ng pakikipag-ugnayan ng mga atomic na particle sa bawat isa. Ang bilis ng mga reaksyon sa loob ng mga atomo ay hindi apektado ng temperatura, pagkakaroon ng mga electric at magnetic field, ang paggamit ng pinakamabisang kemikal na catalyst, presyon, o ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap. Ang mga radioactive na pagbabagong-anyo ay hindi nakasalalay sa anumang panlabas na kadahilanan at hindi maaaring mapabilis o mabagal.
Batas ng Radioactive Decay
Ang rate ng radioactive decay, pati na rin ang pag-asa nito sa bilang ng mga atomo at oras, ay ipinahayag sa Batas ng Radioactive Decay, na natuklasan nina Ernest Rutherford at Frederick Soddy noong 1903. Upang makarating sa ilang mga konklusyon, na kasunod na makikita sa bagong batas, isinagawa ng mga siyentipiko ang sumusunod na eksperimento: pinaghiwalay nila ang isa sa mga radioactive na produkto at pinag-aralan ang independiyenteng aktibidad nito nang hiwalay mula sa radioactivity ng sangkap kung saan ito nakahiwalay. Bilang resulta, natuklasan na ang aktibidad ng anumang radioactive na produkto, anuman ang elemento ng kemikal, ay bumababa nang husto sa paglipas ng panahon. Batay dito, napagpasyahan ng mga siyentipiko na ang rate ng radioactive transformation ay palaging proporsyonal sa bilang ng mga sistema na hindi pa sumasailalim sa pagbabago.
Ang pormula para sa Batas ng Radioactive Decay ay ang mga sumusunod:
ayon sa kung saan ang bilang ng mga pagkabulok −dN na nagaganap sa loob ng isang yugto ng panahon dt (isang napakaikling pagitan) ay proporsyonal sa bilang ng mga atomo N. Sa formula ng Batas ng Radioactive Decay mayroong isa pang mahalagang dami - ang pare-parehong pagkabulok ( o ang kapalit ng kalahating buhay) λ, na nagpapakilala sa posibilidad ng pagkabulok ng nuklear bawat yunit ng oras.
Alin mga elemento ng kemikal ay radioactive?
Ang kawalang-tatag ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal ay sa halip ay isang pagbubukod kaysa sa isang pattern; sa karamihan ng mga ito ay matatag at hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Gayunpaman, mayroong isang tiyak na grupo ng mga elemento ng kemikal na ang mga atomo ay mas madaling kapitan ng pagkabulok kaysa sa iba at, kapag nabubulok, naglalabas ng enerhiya at naglalabas din ng mga bagong particle. Ang pinakakaraniwang elemento ng kemikal ay radium, uranium at plutonium, na may kakayahang mag-transform sa ibang mga elemento na may higit mga simpleng atomo(halimbawa, ang uranium ay nagiging tingga).
Pagbabago sa bilang ng radioactive nuclei sa paglipas ng panahon. Rutherford at Soddy noong 1911, na nagbubuod sa mga resulta ng eksperimentong, ay nagpakita na ang mga atomo ng ilang elemento ay sumasailalim sa sunud-sunod na pagbabago, na bumubuo ng mga radioactive na pamilya, kung saan ang bawat miyembro ay bumangon mula sa nauna at, sa turn, ay bumubuo ng susunod.
Ito ay maginhawang mailarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng radon mula sa radium. Kung ilalagay mo ito sa isang selyadong ampoule, ang pagsusuri ng gas pagkatapos ng ilang araw ay magpapakita na ang helium at radon ay lilitaw dito. Ang helium ay matatag at samakatuwid ay naiipon, habang ang radon ay nabubulok sa sarili nitong. Curve 1 sa Fig. 29 ay nagpapakilala sa batas ng pagkabulok ng radon sa kawalan ng radium. Sa kasong ito, ang ordinate axis ay nagpapakita ng ratio ng bilang ng mga undecayed radon nuclei sa kanilang paunang numero. Ipinapakita ng curve 2 kung paano nagbabago ang bilang ng radioactive radon nuclei sa pagkakaroon ng radium.
Ang mga eksperimento na isinagawa sa mga radioactive substance ay nagpakita na walang mga panlabas na kondisyon (pagpainit sa mataas na temperatura,
magnetic at electric field, mataas na presyon) ay hindi makakaapekto sa kalikasan at rate ng pagkabulok.
Ang radioactivity ay isang pag-aari ng atomic nucleus at para sa isang partikular na uri ng nuclei sa isang tiyak na estado ng enerhiya, ang posibilidad ng radioactive decay bawat yunit ng oras ay pare-pareho.
kanin. 29. Pagdepende sa bilang ng aktibong radon nuclei sa oras
Dahil ang proseso ng pagkabulok ay kusang-loob (kusang), ang pagbabago sa bilang ng nuclei dahil sa pagkabulok sa loob ng isang yugto ng panahon ay tinutukoy lamang ng bilang ng radioactive nuclei sa sandaling ito at sa proporsyon sa tagal ng panahon
kung saan ay isang pare-pareho ang characterizing ang rate ng pagkabulok. Pagsasama-sama (37) at ipagpalagay na nakuha natin
ibig sabihin, ang bilang ng mga core ay bumababa nang husto.
Nalalapat ang batas na ito sa mga istatistikal na average na halaga at wasto lamang kapag sapat Malaking numero mga particle. Ang halagang X ay tinatawag na radioactive decay constant, may sukat at nagpapakilala sa posibilidad ng pagkabulok ng isang atom sa isang segundo.
Upang makilala ang mga radioactive na elemento, ang konsepto ng kalahating buhay ay ipinakilala din bilang ang oras kung saan ang kalahati ng magagamit na bilang ng mga atom ay nabubulok. Ang pagpapalit ng kundisyon sa equation (38), makuha natin
mula sa kung saan, kumukuha ng logarithms, nakita namin iyon
at kalahating buhay
Sa ilalim ng exponential law ng radioactive decay, sa anumang sandali ng oras ay may non-zero na posibilidad na makahanap ng nuclei na hindi pa nabubulok. Ang buhay ng mga nuclei na ito ay lumampas
Sa kabaligtaran, ang iba pang mga nuclei na nabulok sa panahong ito ay nabuhay magkaibang panahon, ang mas maikling average na buhay para sa isang partikular na radioactive isotope ay tinukoy bilang
Ang pagkakaroon ng denoted makuha namin
Dahil dito, ang average na buhay ng isang radioactive nucleus ay katumbas ng kabaligtaran ng decay constant na R. Sa paglipas ng panahon, ang unang bilang ng nuclei ay bumababa ng isang salik.
Upang iproseso ang mga resultang pang-eksperimento, madaling ipakita ang equation (38) sa ibang anyo:
Ang dami ay tinatawag na aktibidad ng isang ibinigay na radioactive na gamot. Ang aktibidad ay isang katangian ng buong nabubulok na sangkap, at hindi ng isang indibidwal na nucleus. Ang praktikal na yunit ng aktibidad ay ang curie. Ang 1 curie ay katumbas ng bilang ng nabubulok na nuclei na nasa radium sa 1 seg ng mga decay/seg). Ginagamit din ang mas maliliit na unit - millicuries at microcuries. Sa pagsasagawa ng mga pisikal na eksperimento, minsan ay ginagamit ang isa pang yunit ng aktibidad - Rutherford decays/sec.
Istatistikong katangian ng radioactive decay. Ang radioactive decay ay isang pangunahing istatistikal na kababalaghan. Hindi natin masasabi nang eksakto kung kailan mabubulok ang isang naibigay na nucleus, ngunit maaari lamang nating ipahiwatig kung anong posibilidad na mabulok ito sa isang takdang panahon.
Ang radioactive nuclei ay hindi "edad" sa panahon ng kanilang pag-iral. Ang konsepto ng edad ay hindi naaangkop sa kanila, ngunit maaari lamang nating pag-usapan ang karaniwang oras ng kanilang buhay.
Mula sa istatistikal na katangian ng batas ng radioactive decay sumusunod na ito ay mahigpit na sinusunod kapag ito ay malaki, at kapag ito ay maliit na pagbabago ay dapat sundin. Ang bilang ng nabubulok na nuclei sa bawat yunit ng oras ay dapat magbago sa average na halaga, na nailalarawan ng batas sa itaas. Kinumpirma ito ng mga pang-eksperimentong sukat ng bilang ng mga -particle na ibinubuga ng isang radioactive substance sa bawat yunit ng oras.
kanin. 30. Pagdepende sa logarithm ng aktibidad sa oras
Ang mga pagbabago ay sumusunod sa batas ni Poisson. Kapag gumagawa ng mga sukat sa mga radioactive na gamot, dapat palaging isaalang-alang ito at matukoy ang katumpakan ng istatistika ng mga eksperimentong resulta.
Pagpapasiya ng decay constant X. Kapag tinutukoy ang pagkabulok na pare-pareho ng X ng isang radioactive na elemento, ang eksperimento ay binabawasan sa pagtatala ng bilang ng mga particle na ibinubuga mula sa paghahanda sa bawat yunit ng oras, ibig sabihin, ang aktibidad nito ay tinutukoy Pagkatapos ay isang graph ng mga pagbabago sa aktibidad sa paglipas ng panahon ay naka-plot, kadalasan sa isang semi-logarithmic na sukat. Ang uri ng mga dependences na nakuha kapag nag-aaral ng isang purong isotope, isang halo ng isotopes o isang radioactive na pamilya ay lumalabas na naiiba.
Tingnan natin ang ilang mga kaso bilang mga halimbawa.
1. Isang radioactive na elemento ang pinag-aaralan, ang pagkabulok nito ay gumagawa ng matatag na nuclei. Sa pagkuha ng logarithm ng expression (41), makuha natin
Samakatuwid, sa kasong ito ang logarithm ng aktibidad ay isang linear function ng oras. Ang graph ng dependence na ito ay mukhang isang tuwid na linya, ang slope nito (Fig. 30)
2. Ang isang radioactive na pamilya ay pinag-aaralan kung saan nangyayari ang isang buong chain ng radioactive transformations. Ang nuclei na nagreresulta mula sa pagkabulok, sa turn, ay lumalabas na radioactive:
Ang isang halimbawa ng naturang kadena ay ang pagkabulok:
Hanapin natin ang batas na naglalarawan sa kasong ito ng pagbabago sa bilang ng radioactive atoms sa paglipas ng panahon. Para sa pagiging simple, iisa-isahin lamang natin ang dalawang elemento: isinasaalang-alang ang A bilang ang una, at ang B bilang ang intermediate.
Pagkatapos ang pagbabago sa bilang ng nuclei A at nuclei B ay matutukoy mula sa sistema ng mga equation
Bumababa ang bilang ng nuclei A dahil sa kanilang pagkabulok, at bumababa ang bilang ng nuclei B dahil sa pagkabulok ng nuclei B at tumataas dahil sa pagkabulok ng nuclei A.
Kung sa may nuclei A, ngunit walang nuclei B, ang mga paunang kondisyon ay isusulat sa form
Ang solusyon sa mga equation (43) ay may anyo
at ang kabuuang aktibidad ng pinagmulan na binubuo ng nuclei A at B:
Isaalang-alang natin ngayon ang pag-asa ng logarithm ng radioactivity sa oras para sa iba't ibang mga ratios sa pagitan ng at
1. Ang unang elemento ay panandalian, ang pangalawa ay mahabang buhay, ibig sabihin. Sa kasong ito, ang curve na nagpapakita ng pagbabago sa kabuuang aktibidad ng pinagmulan ay may form na ipinapakita sa Fig. 31, a. Sa simula, ang kurso ng curve ay natutukoy pangunahin sa pamamagitan ng isang mabilis na pagbaba sa bilang ng mga aktibong nuclei ay nabubulok din, ngunit dahan-dahan, at samakatuwid ang kanilang pagkabulok ay hindi lubos na nakakaapekto sa slope ng curve sa seksyon. Kasunod nito, may ilang mga nuclei ng uri A na natitira sa pinaghalong isotopes, at ang slope ng curve ay tinutukoy ng decay constant Kung kailangan mong hanapin at, pagkatapos ay matatagpuan ang slope ng curve sa isang malaking halaga ng oras (sa expression (45), ang unang exponential term sa kasong ito ay maaaring itapon). Upang matukoy ang halaga, kinakailangan ding isaalang-alang ang epekto ng pagkabulok ng isang mahabang buhay na elemento sa slope ng unang bahagi ng curve. Upang gawin ito, i-extrapolate ang tuwid na linya sa rehiyon ng maliliit na beses, at sa ilang mga punto ay ibawas ang aktibidad na tinutukoy ng elemento B mula sa kabuuang aktibidad ayon sa nakuha na mga halaga.
bumuo ng isang tuwid na linya para sa elemento A at hanapin ito gamit ang anggulo (sa kasong ito, kailangan mong lumipat mula sa logarithms sa antilogarithms at pabalik).
kanin. 31. Pag-asa ng logarithm ng aktibidad ng pinaghalong dalawang radioactive substance sa oras: a - at at
2. Ang unang elemento ay pangmatagalan, at ang pangalawa ay panandalian: Ang pagtitiwala sa kasong ito ay may anyo na ipinapakita sa Fig. 31, b. Sa simula, ang aktibidad ng gamot ay tumataas dahil sa akumulasyon ng B nuclei Pagkatapos ay nangyayari ang radioactive equilibrium, kung saan ang ratio ng bilang ng nuclei A sa bilang ng nuclei B ay nagiging pare-pareho. Ang ganitong uri ng ekwilibriyo ay tinatawag na transisyonal. Pagkaraan ng ilang oras, ang parehong mga sangkap ay nagsisimulang bumaba sa rate ng pagkabulok ng elemento ng magulang.
3. Ang kalahating buhay ng unang isotope ay mas mahaba kaysa sa pangalawa (dapat tandaan na ang kalahating buhay ng ilang isotope ay sinusukat sa milyun-milyong taon). Sa kasong ito, sa paglipas ng panahon, ang tinatawag na secular equilibrium ay itinatag, kung saan ang bilang ng nuclei ng bawat isotope ay proporsyonal sa kalahating buhay ng isotope na ito. ratio
N=N 0 e - λt – ang batas ng radioactive decay, kung saan ang N ay ang bilang ng undecayed nuclei, N 0 ang bilang ng initial nuclei.
Ang pisikal na kahulugan ng decay constant ay ang posibilidad ng nuclear decay kada yunit ng oras. Mga katangian ng buhay para sa radioactive nuclei τ> 10 -14 s. Nuclear lifetimes dahil sa nucleon emission 10 -23 s< <10 -20 c. T 1/2 – период полураспада – время, за которое распадается половина начального количества ядер. Активность радиоактивного источника – число распадов в единицу времени: A=λN.
Mga uri ng radioactive decay. α – pagkabulok, pamamaraan ng pagkabulok, mga pattern ng pagkabulok.
Ang radioactive decay ay ang proseso ng pagbabago ng hindi matatag na atomic nuclei sa nuclei ng iba pang mga elemento, na sinamahan ng paglabas ng mga particle.
Mga uri ng radioactive decay:
1) α - pagkabulok - ay sinamahan ng paglabas ng helium atoms.
2)β - pagkabulok - paglabas ng mga electron at positron.
3) γ - pagkabulok - paglabas ng mga photon sa panahon ng mga paglipat sa pagitan ng mga estado ng nuclei.
4) Kusang nuclear fission.
5) Nucleon radioactivity.
α – pagkabulok: A 2 X→ A-Y Z-2 Y+ 4 2 He. Ang α-decay ay sinusunod sa mabigat na nuclei. Ang spectrum ng α - decay ay discrete. Haba ng landas α – mga particle sa hangin: 3-7cm; para sa mga siksik na sangkap: 10 -5 m T 1/2 10 -7 s ÷ 10 10 taon.
β – pagkabulok. β + , β - at K-capture scheme. Mga pattern ng β - pagkabulok.
β – ang pagkabulok ay sanhi ng mahinang interaksyon. Ito ay mahina kaugnay ng malakas na nuclei. Ang lahat ng mga particle maliban sa mga photon ay nakikilahok sa mahinang pakikipag-ugnayan. Ang punto ay ang pagkabulok ng mga bagong particle. T 1/2 10 -2 s ÷ 10 20 taon. Ang libreng landas ng isang neutron ay 10 19 km.
β – ang pagkabulok ay may kasamang 3 uri ng pagkabulok:
1)β - o electronic. Ang nucleus ay naglalabas ng mga electron. Sa pangkalahatan:
A 2 X→ A Z -1 Y+ 0 -1 e+υ e .
2)β + o positronic. Ang mga antiparticle ng electron - mga positron - ay ibinubuga: 1 1 p→ 1 0 n+ 0 1 e+υ e - ang reaksyon ng pag-convert ng proton sa isang neutron. Ang reaksyon ay hindi nawawala sa sarili. Pangkalahatang anyo ng reaksyon: A Z X→ A Z -1 Y+ 0 1 e+υ e . Naobserbahan sa artipisyal na radioactive nuclei.
3) Electronic na pagkuha. Nagbabago ang nucleus, kinukuha ang K shell at nagiging neutron: 1 1 p+ 0 -1 e→ 1 0 n+υ e. Pangkalahatang view: A Z X+ 0 1 e→ A Z -1 Y+υ e . Bilang resulta ng pagkuha ng kuryente, isang particle lamang ang ibinubuga mula sa nuclei. Sinamahan ng katangian ng x-ray radiation.
Aktibidad A nuclide(pangkalahatang pangalan para sa atomic nuclei, naiiba sa bilang ng mga proton Z at mga neutron N) sa isang radioactive source ay ang bilang ng mga pagkabulok na nangyayari sa nuclei ng isang sample sa 1 s:
Ang SI unit ng aktibidad ay becquerel(Bq): 1 Bq - aktibidad ng isang nuclide, kung saan ang isang kaganapan ng pagkabulok ay nangyayari sa loob ng 1 s. Hanggang ngayon, ang nuclear physics ay gumagamit din ng isang off-system unit ng aktibidad ng isang nuclide sa isang radioactive source - curie(Ci): 1 Ci= 3.710 10 Bq.
Ang radioactive decay ay nangyayari alinsunod sa tinatawag na mga tuntunin sa paglilipat, na nagpapahintulot sa amin na itatag kung aling nucleus ang lumitaw bilang resulta ng pagkabulok ng isang ibinigay na parent nucleus. Mga panuntunan sa offset:
kung saan ang X ay ang mother nucleus, Y ang simbolo ng anak na babae nucleus, Siya ang helium nucleus ( - particle), e- simbolikong pagtatalaga ng isang elektron (ang singil nito ay -1, at ang mass number nito ay zero). Ang mga alituntunin sa displacement ay hindi hihigit sa bunga ng dalawang batas na nalalapat sa panahon ng radioactive decay - ang konserbasyon ng electric charge at ang conservation ng mass number: ang kabuuan ng mga singil (mass number) ng nagreresultang nuclei at mga particle ay katumbas ng singil (mass number) ng orihinal na nucleus.
28. Mga pangunahing batas ng a-decay. Epekto ng lagusan. Mga katangian ng a-radiation.
α-pagkabulok tinatawag na kusang pagkabulok ng isang atomic nucleus sa isang daughter nucleus at isang alpha particle (ang nucleus ng 4 He atom).
Ang α-decay, bilang panuntunan, ay nangyayari sa mabigat na nuclei na may mass number A≥140 (bagaman mayroong ilang mga pagbubukod). Sa loob ng mabibigat na nuclei, dahil sa pag-aari ng saturation ng mga puwersang nukleyar, nabuo ang mga nakahiwalay na α-particle, na binubuo ng dalawang proton at dalawang neutron. Ang nagreresultang α-particle ay napapailalim sa mas malaking puwersa ng pagtanggi ng Coulomb mula sa mga proton ng nucleus kaysa sa mga indibidwal na proton. Kasabay nito, ang α-particle ay nakakaranas ng mas kaunting nuclear attraction sa mga nucleon ng nucleus kaysa sa iba pang mga nucleon. Ang nagreresultang alpha particle sa hangganan ng nucleus ay makikita mula sa potensyal na hadlang papasok, ngunit may ilang posibilidad na malampasan ito (tingnan ang Tunnel effect) at lumipad palabas. Habang bumababa ang enerhiya ng alpha particle, ang permeability ng potensyal na hadlang ay bumababa nang malaki, kaya ang buhay ng nuclei na may hindi gaanong available na alpha decay energy ay mas mahaba, lahat ng iba pang bagay ay pantay.
Ang panuntunan ng pag-aalis ng Soddy para sa pagkabulok ng α:
Bilang resulta ng α-decay, ang elemento ay lumilipat ng 2 mga cell sa simula ng periodic table, ang mass number ng nucleus ng anak na babae ay bumababa ng 4.
Epekto ng lagusan- pagtagumpayan ang isang potensyal na hadlang sa pamamagitan ng isang microparticle sa kaso kapag ang kabuuang enerhiya nito (na nananatiling hindi nagbabago sa panahon ng tunneling) ay mas mababa kaysa sa taas ng hadlang. Ang epekto ng tunel ay isang kababalaghan ng eksklusibong quantum na kalikasan, imposible at maging ganap na salungat sa mga klasikal na mekanika. Ang isang analogue ng tunnel effect sa wave optics ay maaaring ang pagtagos ng isang light wave sa isang reflecting medium (sa mga distansya sa pagkakasunud-sunod ng light wavelength) sa ilalim ng mga kondisyon kung saan, mula sa punto ng view ng geometric optics, ang kabuuang panloob na pagmuni-muni ay nangyayari. Ang phenomenon ng tunneling ay sumasailalim sa maraming mahahalagang proseso sa atomic at molecular physics, sa physics ng atomic nucleus, solid state, atbp.
Ang epekto ng tunnel ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng kawalan ng katiyakan na relasyon. Isinulat bilang:
ito ay nagpapakita na kapag ang isang quantum particle ay nililimitahan ng coordinate, ibig sabihin, ang katiyakan nito ay nadagdagan ng x, salpok nito p nagiging hindi gaanong tiyak. Sa random, ang kawalan ng katiyakan ng momentum ay maaaring magdagdag ng enerhiya sa particle upang malampasan ang hadlang. Kaya, na may ilang posibilidad, ang isang quantum particle ay maaaring tumagos sa hadlang, at ang average na enerhiya ng particle ay mananatiling hindi nagbabago.
Ang alpha radiation ay may pinakamaliit na kakayahang tumagos (upang sumipsip ng mga particle ng alpha, sapat na ang isang sheet ng makapal na papel) sa tissue ng tao sa lalim na mas mababa sa isang milimetro.
29. Mga pangunahing batas ng b-pagkabulok at mga katangian nito. Neutrino. Electronic na pagkuha. (cm 27)
Pinatunayan ni Becquerel na ang mga β-ray ay isang stream ng mga electron. Ang β-decay ay isang pagpapakita ng mahinang pakikipag-ugnayan.
β pagkabulok(mas tiyak, beta minus decay, -decay) ay radioactive decay na sinamahan ng paglabas ng isang electron at isang antineutrino mula sa nucleus.
Ang β-decay ay isang proseso ng intranucleon. Ito ay nangyayari dahil sa pagbabago ng isa sa d-mga quark sa isa sa mga neutron ng nucleus sa u-quark; sa kasong ito, ang isang neutron ay nagbabago sa isang proton na may paglabas ng isang electron at isang antineutrino:
Panuntunan ng displacement ni Soddy para sa -decay:
Pagkatapos -decay, ang elemento ay lumilipat ng 1 cell sa dulo ng periodic table (ang singil ng nucleus ay tumataas ng isa), habang ang mass number ng nucleus ay hindi nagbabago.
Mayroon ding iba pang mga uri ng beta decay. Sa positron decay (beta plus decay), ang nucleus ay naglalabas ng isang positron at isang neutrino. Sa kasong ito, ang singil ng nucleus ay bumababa ng isa (ginagalaw ng nucleus ang isang cell sa simula ng periodic table). Pagkabulok ng positron Laging ay sinamahan ng isang nakikipagkumpitensya na proseso - pagkuha ng elektron (kapag ang nucleus ay nakakuha ng isang elektron mula sa atomic shell at naglalabas ng isang neutrino, habang ang singil ng nucleus ay bumababa din ng isa). Gayunpaman, ang kabaligtaran ay hindi totoo: maraming mga nuclides kung saan ang pagkabulok ng positron ay ipinagbabawal na nakakaranas ng pagkuha ng elektron. Ang pinakabihirang kilalang uri ng radioactive decay ay dobleng beta decay, ito ay natuklasan hanggang sa kasalukuyan sa loob lamang ng sampung nuclides, at ang kalahating buhay ay lumampas sa 10 19 taon. Ang lahat ng uri ng beta decay ay nagpapanatili ng mass number ng nucleus.
Neutrino- isang neutral na pangunahing particle na may half-integer spin, nakikilahok lamang sa mahina at gravitational na pakikipag-ugnayan, at kabilang sa klase ng mga lepton.
Electronic na pagkuha, e-Ang pagkuha ay isa sa mga uri ng beta decay ng atomic nuclei. Sa pagkuha ng elektron, ang isa sa mga proton sa nucleus ay kumukuha ng isang orbital na electron at nagiging isang neutron, na naglalabas ng isang electron neutrino. Sa kasong ito, ang nuclear charge ay bumababa ng isa. Ang mass number ng nucleus, tulad ng sa lahat ng iba pang uri ng beta decay, ay hindi nagbabago. Ang prosesong ito ay tipikal para sa proton-rich nuclei. Kung ang pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng parent at daughter na atom (ang available na beta decay energy) ay mas malaki sa 1.022 MeV (dalawang beses sa mass ng electron), ang electron capture ay palaging nakikipagkumpitensya sa isa pang uri ng beta decay, positron decay. Halimbawa, ang rubidium-83 ay na-convert sa krypton-83 sa pamamagitan ng electron capture lamang (available energy na humigit-kumulang 0.9 MeV), habang ang sodium-22 ay nabubulok sa neon-22 sa pamamagitan ng parehong electron capture at positron decay (available energy na humigit-kumulang 2.8 MeV).
Dahil ang bilang ng mga proton sa nucleus (i.e., ang nuclear charge) ay bumababa sa panahon ng pagkuha ng electron, ang prosesong ito ay nagbabago sa nucleus ng isang kemikal na elemento sa nucleus ng isa pang elemento na matatagpuan mas malapit sa simula ng periodic table.
Pangkalahatang formula para sa pagkuha ng elektron
30. γ-radiation ng nuclei at mga katangian nito. Pakikipag-ugnayan ng γ-radiation sa bagay. Ang paglitaw at pagkasira ng mga pares ng electron-positron.
Ito ay eksperimento na itinatag na - Ang radiation ay hindi isang independiyenteng uri ng radyaktibidad, ngunit sumasama lamang - At -nabubulok at nangyayari rin sa panahon ng mga reaksyong nuklear, sa panahon ng pagbabawas ng bilis ng mga sisingilin na particle, ang kanilang pagkabulok, atbp. -Ang spectrum ay may linya. -Ang spectrum ay ang pamamahagi ng mga numero -quanta sa pamamagitan ng enerhiya. Diskrete -Ang spectrum ay may pangunahing kahalagahan, dahil ito ay patunay ng discreteness ng mga estado ng enerhiya ng atomic nuclei.
Ito ngayon ay matatag na itinatag na -Ang radiation ay ibinubuga ng nucleus ng anak na babae (at hindi ng ina). Ang nucleus ng anak na babae sa sandali ng pagbuo nito, na nasasabik, sa isang oras na humigit-kumulang 10-13-10-14 s, makabuluhang mas mababa kaysa sa buhay ng nasasabik na atom (humigit-kumulang 10-8 s), ay pumasa sa ground state na may paglabas - radiation. Pagbabalik sa ground state, ang excited na nucleus ay maaaring dumaan sa isang bilang ng mga intermediate state, samakatuwid - Ang radiation mula sa parehong radioactive isotope ay maaaring maglaman ng ilang grupo -quanta, naiiba sa isa't isa sa kanilang enerhiya.
Sa -radiasyon A At Z ang mga kernel ay hindi nagbabago, kaya hindi ito inilalarawan ng anumang mga panuntunan sa pag-aalis. -Ang radiation ng karamihan sa nuclei ay napakaikling alon na ang mga katangian ng alon nito ay napakahina. Narito ang mga katangian ng corpuscular ay nauuna, samakatuwid - Ang radiation ay itinuturing bilang isang stream ng mga particle - -quanta. Sa panahon ng radioactive decay ng iba't ibang nuclei -quanta ay may mga enerhiya mula 10 keV hanggang 5 MeV.
Ang isang nucleus sa isang nasasabik na estado ay maaaring pumunta sa ground state hindi lamang sa pamamagitan ng paglabas -quantum, ngunit din sa direktang paglipat ng enerhiya ng paggulo (nang walang paunang paglabas -quantum) sa isa sa mga electron ng parehong atom. Sa kasong ito, ang tinatawag na conversion ng elektron. Ang kababalaghan mismo ay tinatawag na panloob na conversion. Ang panloob na conversion ay isang proseso na nakikipagkumpitensya sa - radiation.
Ang mga conversion na electron ay tumutugma sa mga discrete na halaga ng enerhiya, depende sa work function ng electron mula sa shell kung saan tumakas ang electron, at sa enerhiya E, ibinibigay ng nucleus sa panahon ng paglipat mula sa nasasabik na estado sa ground state. Kung ang lahat ng lakas E namumukod-tangi bilang -quanta, pagkatapos ay ang dalas ng radiation tinutukoy mula sa kilalang kaugnayan E=h. Kung ang mga panloob na electron ng conversion ay ibinubuga, kung gayon ang kanilang mga enerhiya ay pantay E-A K, E-A L, .... saan A K, A L, ... - function ng trabaho ng elektron SA- At L-mga shell. Ang monoenergy ng conversion electron ay ginagawang posible na makilala ang mga ito mula sa -mga electron na ang spectrum ay tuluy-tuloy. Ang bakanteng lugar sa panloob na shell ng atom na lumilitaw bilang resulta ng paglabas ng isang electron ay mapupuno ng mga electron mula sa nakapatong na mga shell. Samakatuwid, ang panloob na conversion ay palaging sinasamahan ng katangian ng X-ray radiation.
- Ang Quanta, na may zero rest mass, ay hindi maaaring bumagal sa medium, samakatuwid, kapag pumasa -Ang radiation sa pamamagitan ng bagay ay hinihigop o ikinakalat nito. -Ang Quanta ay hindi nagdadala ng electric charge at sa gayon ay hindi naiimpluwensyahan ng mga puwersa ng Coulomb. Kapag dumaan ang sinag -quanta sa pamamagitan ng bagay, ang kanilang enerhiya ay hindi nagbabago, ngunit bilang isang resulta ng mga banggaan ang intensity ay humina, ang pagbabago nito ay inilarawan ng exponential law. ako=ako 0 e – x (ako 0 at ako- intensity - radiation sa input at output ng isang layer ng absorbing substance ng kapal x, - koepisyent ng pagsipsip). kasi -radiation ay ang pinaka-matalim radiation, pagkatapos para sa maraming mga sangkap - isang napakaliit na halaga; depende sa mga katangian ng sangkap at sa enerhiya -quanta.
-Ang quanta, na dumadaan sa bagay, ay maaaring makipag-ugnayan kapwa sa electron shell ng mga atomo ng substance at sa kanilang nuclei. Sa quantum electrodynamics ito ay napatunayan na ang mga pangunahing proseso na kasama ng pagpasa -radiation sa pamamagitan ng matter ay ang photoelectric effect, ang Compton effect (Commpton scattering) at ang pagbuo ng mga pares ng electron-positron.
Photoeffect, o photoelectric pagsipsip - radiation, ay isang proseso kung saan ang isang atom ay sumisipsip -quantum at naglalabas ng electron. Dahil ang isang electron ay na-knock out sa isa sa mga panloob na shell ng atom, ang bakanteng espasyo ay puno ng mga electron mula sa nakapatong na mga shell, at ang photoelectric na epekto ay sinamahan ng katangian ng X-ray radiation. Ang photoelectric effect ay ang nangingibabaw na mekanismo ng pagsipsip sa mababang rehiyon ng enerhiya -quanta ( E 100 keV). Ang photoelectric effect ay maaari lamang mangyari sa mga nakagapos na electron, dahil ang isang libreng electron ay hindi maaaring sumipsip -quantum, habang ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum ay hindi nasiyahan sa parehong oras.
Habang tumataas ang enerhiya -quanta ( E0.5 MeV) ang posibilidad ng photoelectric effect ay napakaliit at ang pangunahing mekanismo ng pakikipag-ugnayan -quanta na may bagay ay Pagkalat ng Compton.
Sa E>l.02 MeV=2 m e s 2 (t e - electron rest mass), ang proseso ng pagbuo ng mga pares ng electron-positron sa mga electric field ng nuclei ay nagiging posible. Ang posibilidad ng prosesong ito ay proporsyonal Z 2 at tumataas sa paglaki E. Samakatuwid, kapag E10 MeV sa pamamagitan ng pangunahing proseso ng pakikipag-ugnayan -radiation sa anumang sangkap ay nabuo ang mga pares ng electron-positron.
Kung enerhiya -ang quantum ay lumampas sa nagbubuklod na enerhiya ng mga nucleon sa nucleus (7-8 MeV), pagkatapos ay bilang resulta ng pagsipsip -maaring maobserbahan ang quanta nuclear photoelectric effect- ang paglabas ng isa sa mga nucleon, kadalasan ay isang neutron, mula sa nucleus.
Mahusay na penetrating power -radiation ay ginagamit sa gamma flaw detection - isang flaw detection method batay sa iba't ibang absorption -radiation kapag ito ay kumakalat sa parehong distansya sa iba't ibang media. Ang lokasyon at laki ng mga depekto (mga lababo, mga bitak, atbp.) ay tinutukoy ng pagkakaiba sa mga intensity ng radiation na dumaan iba't ibang lugar translucent na produkto.
Epekto - Ang radiation (pati na rin ang iba pang mga uri ng ionizing radiation) sa isang sangkap ay nailalarawan sa pamamagitan ng dosis ng ionizing radiation. Magkaiba sila:
Na-absorb na dosis ng radiation- isang pisikal na dami na katumbas ng ratio ng radiation energy sa masa ng irradiated substance.
Yunit ng absorbed radiation dose - kulay-abo(Gy)*: 1 Gy = 1 J/kg - dosis ng radiation kung saan ang enerhiya ng anumang ionizing radiation na 1 J ay inililipat sa isang irradiated substance na tumitimbang ng 1 kg.
31. Paghahanda ng mga elemento ng transuranium. Mga pangunahing prinsipyo ng mga reaksyon ng nuclear fission.
TRANSURANIUM ELEMENTS, mga elemento ng kemikal na matatagpuan sa periodic table pagkatapos ng uranium, iyon ay, may atomic number Z >92.
Ang lahat ng transuranic na elemento ay synthesize gamit ang nuclear reactions (mga bakas lamang ng Np at Pu ang matatagpuan sa kalikasan). Ang mga elemento ng transuranic ay radioactive; may pagtaas Z kalahating buhay T 1/2 Ang mga elemento ng transuranium ay bumababa nang husto.
Noong 1932, pagkatapos ng pagtuklas ng neutron, iminungkahi na ang mga isotopes ng mga unang elemento ng transuranium ay dapat mabuo kapag ang uranium ay na-irradiated ng mga neutron. At noong 1940, sina E. McMillan at F. Ableson ay nag-synthesize ng neptunium (serial number 93) gamit ang isang nuclear reaction at pinag-aralan ang pinakamahalagang kemikal at radioactive na katangian nito. Kasabay nito, natuklasan ang susunod na elemento ng transuranic, plutonium. Ang parehong mga bagong elemento ay pinangalanan pagkatapos ng mga planeta sa solar system.
Ang lahat ng elemento ng transuranium hanggang sa at kabilang ang 101 ay na-synthesize sa pamamagitan ng paggamit ng mga light bombarding particle: mga neutron, deuteron at alpha particle. Ang proseso ng synthesis ay binubuo ng pag-iilaw sa target na may mga flux ng mga neutron o sisingilin na mga particle. Kung ang U ay ginagamit bilang isang target, pagkatapos ay sa tulong ng malakas na neutron flux na nabuo sa mga nuclear reactor o sa panahon ng pagsabog ng mga nuclear device, posible na makuha ang lahat ng mga elemento ng transuranium, hanggang sa Fm ( Z= 100) kasama. Mga elementong may Z 1 o 2 mas mababa kaysa sa na-synthesize na elemento. Sa panahon mula 1940 hanggang 1955. Ang mga Amerikanong siyentipiko sa pamumuno ni G. Seaborg ay nag-synthesize ng siyam na bagong elemento na hindi umiiral sa kalikasan: Np (neptunium), Pu (plutonium), Am (americium), Cm (curium), Bk (berkelium), Cf (californium), Es ( einsteinium), Fm (fermium), Md (mendelevium). Noong 1951, sina G. Seaborg at E. M. Macmillan ay ginawaran ng Nobel Prize “para sa kanilang mga pagtuklas sa larangan ng kimika ng mga elemento ng transuranium.”
Ang mga kakayahan ng paraan ng synthesis ng mabibigat na radioactive na elemento, na gumagamit ng pag-iilaw sa mga light particle, ay hindi pinapayagan ang pagkuha ng nuclei na may Z> 100. Ang elementong may Z = 101 (mendelevium) ay natuklasan noong 1955 sa pamamagitan ng pag-iilaw na may 253 99Es (einsteinium) ng pinabilis na a-particle. Ang mga synthesis ng mga bagong elemento ng transuranium ay naging mas kumplikado habang lumipat kami sa mas mataas na mga halaga Z. Ang kalahating buhay ng kanilang mga isotopes ay naging mas maliit.
Ang reaksyong nuklear ay isang proseso ng pagbabagong-anyo ng atomic nuclei na nangyayari sa panahon ng kanilang pakikipag-ugnayan sa mga elementarya na particle, gamma ray at sa isa't isa, na kadalasang humahantong sa pagpapalabas ng napakalaking halaga ng enerhiya. Kapag naganap ang mga reaksyong nuklear, natutugunan ang mga sumusunod na batas: pagtitipid ng singil sa kuryente at bilang ng mga nucleon, pagtitipid ng enerhiya at
momentum, conservation ng angular momentum, conservation ng parity at
isotopic spin.
Ang fission reaction ay ang paghahati ng isang atomic nucleus sa ilang mas magaan na nuclei. Ang mga dibisyon ay maaaring sapilitang o kusang-loob.
Ang fusion reaction ay ang reaksyon ng light nuclei na nagsasama sa isa. Ang reaksyong ito ay nangyayari lamang sa mataas na temperatura, mga 10 8 K, at tinatawag na thermonuclear reaction.
Ang output ng enerhiya ng reaksyong Q ay ang pagkakaiba sa pagitan ng kabuuang lakas ng pahinga ng lahat ng mga particle bago at pagkatapos ng reaksyong nuklear. Kung Q>0, ang kabuuang enerhiya ng pahinga ay bumababa sa panahon ng reaksyong nuklear. Ang ganitong mga reaksyong nuklear ay tinatawag na exoenergetic. Maaari silang mangyari sa mababang paunang kinetic energy ng mga particle. Sa kabaligtaran, para sa Q<0 часть исходной кинетической энергии частиц превращается в энергию покоя. Такие ядерные реакции называются эндоэнергетическими. Для их протекания необходимо, чтобы кинетическая энергия частиц превышала некоторую величину.
32. Fission chain reaction. Kinokontrol na chain reaction. Nuclear reactor.
Ang mga pangalawang neutron na ibinubuga sa panahon ng nuclear fission ay maaaring magdulot ng mga bagong kaganapan sa fission, na ginagawang posible na reaksyon ng kadena ng fission- isang reaksyong nuklear kung saan ang mga particle na nagdudulot ng reaksyon ay nabuo bilang mga produkto ng reaksyong ito. Ang fission chain reaction ay nailalarawan sa pamamagitan ng salik ng pagpaparami k neutrons, na katumbas ng ratio ng bilang ng mga neutron sa isang naibigay na henerasyon sa kanilang bilang sa nakaraang henerasyon. Isang kinakailangang kondisyon para sa pagbuo ng isang fission chain reaction ay kinakailangan k 1.
Lumalabas na hindi lahat ng pangalawang neutron na ginawa ay nagdudulot ng kasunod na nuclear fission, na humahantong sa pagbaba sa multiplication factor. Una, dahil sa may hangganang sukat core(ang espasyo kung saan nangyayari ang chain reaction) at ang mataas na kakayahang tumagos ng mga neutron, ang ilan sa kanila ay aalis sa aktibong sona bago makuha ng anumang nucleus. Pangalawa, ang ilan sa mga neutron ay nakuha ng nuclei ng mga non-fissile impurities, na palaging naroroon sa core. Bilang karagdagan, kasama ng fission, maaaring mangyari ang mga nakikipagkumpitensyang proseso ng radiative capture at inelastic scattering.
Ang multiplication factor ay nakasalalay sa likas na katangian ng fissile substance, at para sa isang naibigay na isotope, sa dami nito, pati na rin ang laki at hugis ng aktibong zone. Tinatawag ang pinakamababang sukat ng aktibong zone kung saan posible ang isang chain reaction kritikal na sukat. Ang pinakamababang masa ng fissile na materyal na matatagpuan sa isang sistema ng mga kritikal na sukat na kinakailangan upang ipatupad chain reaction, tinawag kritikal na masa.
Ang bilis ng pag-unlad ng mga reaksyon ng kadena ay iba. Hayaan T - ang average na habang-buhay ng isang henerasyon, at N- bilang ng mga neutron sa isang naibigay na henerasyon. Sa susunod na henerasyon ay pantay ang kanilang bilang kN, t. e. pagtaas ng bilang ng mga neutron bawat henerasyon dN = kN-N = N(k- 1). Ang pagtaas sa bilang ng mga neutron sa bawat yunit ng oras, ibig sabihin, ang rate ng paglago ng chain reaction,
Pagsasama-sama (266.1), nakuha namin
saan N Ang 0 ay ang bilang ng mga neutron sa unang sandali ng oras, at N- ang kanilang numero sa isang pagkakataon t. N tinutukoy ng tanda ( k- 1). Sa k> 1 napupunta pagbuo ng reaksyon, ang bilang ng mga fission ay patuloy na tumataas at ang reaksyon ay maaaring maging paputok. Sa k=1 ang pupunta reaksyon sa sarili, kung saan ang bilang ng mga neutron ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Sa k<1 идет затухающая реакция.
Ang mga chain reaction ay nahahati sa pinamamahalaan At hindi mapigil. Ang pagsabog ng atomic bomb, halimbawa, ay isang hindi nakokontrol na reaksyon. Upang maiwasan ang pagsabog ng atomic bomb sa panahon ng pag-iimbak, ang U (o Pu) sa loob nito ay nahahati sa dalawang bahagi na malayo sa isa't isa na may mas mababang kritikal. Pagkatapos, sa tulong ng isang ordinaryong pagsabog, ang mga masa na ito ay magkakalapit, ang kabuuang masa ng fissile substance ay nagiging mas malaki kaysa sa kritikal at ang isang sumasabog na chain reaction ay nangyayari, na sinamahan ng agarang pagpapakawala ng isang malaking halaga ng enerhiya at malaking pagkawasak. . Nagsisimula ang explosive reaction dahil sa mga available na neutron mula sa spontaneous fission o neutrons mula sa cosmic radiation. Ang mga kinokontrol na chain reaction ay nangyayari sa mga nuclear reactor.
May tatlong isotopes sa kalikasan na maaaring magsilbi bilang nuclear fuel (U: natural na uranium ay naglalaman ng humigit-kumulang 0.7%) o hilaw na materyales para sa produksyon nito (Th at U: natural na uranium ay naglalaman ng humigit-kumulang 99.3%). Ang Th ay nagsisilbing panimulang produkto para sa paggawa ng artipisyal na nuclear fuel na U (tingnan ang reaksyon (265.2)), at U, na sumisipsip ng mga neutron, sa pamamagitan ng dalawang magkasunod na – -nabubulok - upang maging isang Pu nucleus:
Ang mga reaksyon (266.2) at (265.2), sa gayon, nagbubukas ng tunay na posibilidad ng pagpaparami ng nuclear fuel sa proseso ng isang fission chain reaction.
Nuclear reactor ay isang aparato kung saan nangyayari ang isang kontroladong nuclear chain reaction, na sinamahan ng paglabas ng enerhiya. Ang unang nuclear reactor ay itinayo at inilunsad noong Disyembre 1942 sa USA sa ilalim ng pamumuno ni E. Fermi. Ang unang reaktor na itinayo sa labas ng Estados Unidos ay ang ZEEP, na inilunsad sa Canada noong Setyembre 1945. Sa Europa, ang unang nuclear reactor ay ang pag-install ng F-1, na nagsimulang gumana noong Disyembre 25, 1946 sa Moscow sa ilalim ng pamumuno ni I.V Kurchatov.
Noong 1978, mayroon nang humigit-kumulang isang daang nuclear reactor ng iba't ibang uri na tumatakbo sa mundo. Ang mga bahagi ng anumang nuclear reactor ay: isang core na may nuclear fuel, kadalasang napapalibutan ng isang neutron reflector, isang coolant, isang chain reaction control system, radiation protection, at isang remote control system. Ang pangunahing katangian ng isang nuclear reactor ay ang kapangyarihan nito. Ang lakas na 1 MW ay tumutugma sa isang chain reaction kung saan 3·1016 fission event ang nangyari sa loob ng 1 segundo.
33. Thermonuclear fusion. Enerhiya ng mga bituin. Kinokontrol na thermonuclear fusion.
Thermonuclear reaksyon- Ito ang reaksyon ng pagsasanib ng light nuclei sa mas mabibigat.
Para sa pagpapatupad nito, kinakailangan na ang mga orihinal na nucleon o light nuclei ay mas malapit sa mga distansya na katumbas o mas mababa kaysa sa radius ng globo ng pagkilos ng mga nuklear na kaakit-akit na pwersa (i.e., sa mga distansyang 10 -15 m). Ang magkaparehong paglapit na ito ng nuclei ay pinipigilan ng Coulomb repulsive forces na kumikilos sa pagitan ng positively charged nuclei. Para magkaroon ng fusion reaction, kinakailangang magpainit ng substance na may mataas na densidad hanggang sa napakataas na temperatura (sa pagkakasunud-sunod ng daan-daang milyong Kelvin) upang ang kinetic energy ng thermal motion ng nuclei ay sapat upang madaig ang Coulomb salungat na pwersa. Sa ganitong mga temperatura, ang bagay ay umiiral sa anyo ng plasma. Dahil ang pagsasanib ay maaari lamang mangyari sa napakataas na temperatura, ang mga reaksyong nukleyar na pagsasanib ay tinatawag na mga reaksyong thermonuklear (mula sa Griyego. thermo"init, init").
Ang mga reaksiyong thermonuclear ay naglalabas ng napakalaking enerhiya. Halimbawa, sa reaksyon ng deuterium synthesis sa pagbuo ng helium
3.2 MeV ng enerhiya ang inilabas. Sa reaksyon ng deuterium synthesis sa pagbuo ng tritium
Ang 4.0 MeV ng enerhiya ay inilabas, at sa reaksyon
17.6 MeV ng enerhiya ang inilabas.
Kinokontrol na thermonuclear fusion (TCB) - ang synthesis ng mas mabibigat na atomic nuclei mula sa mas magaan upang makakuha ng enerhiya, na, hindi katulad ng explosive thermonuclear fusion (ginagamit sa mga thermonuclear explosive device), ay kontrolado sa kalikasan. Ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay naiiba sa tradisyonal na nuclear energy dahil ang huli ay gumagamit ng decay reaction, kung saan ang mas magaan na nuclei ay ginawa mula sa mabibigat na nuclei. Ang mga pangunahing reaksyong nuklear na binalak na gamitin upang makamit ang kontroladong thermonuclear fusion ay gagamit ng deuterium (2 H) at tritium (3 H), at sa mas mahabang termino helium-3 (3 He) at boron-11 (11 B).
34. Mga mapagkukunan at pamamaraan ng pagtatala ng mga elementarya na particle. Mga uri ng pakikipag-ugnayan at klase ng elementarya na mga particle. Mga antiparticle.
Geiger counter
- nagsisilbing bilang ng bilang ng mga radioactive particle (pangunahin ang mga electron).
Ito ay isang glass tube na puno ng gas (argon) na may dalawang electrodes sa loob (cathode at anode).
Kapag dumaan ang isang particle, nangyayari ang impact ionization ng gas at nangyayari ang electric current pulse.
Mga kalamangan:
- pagiging compactness
- kahusayan
- pagganap
- mataas na katumpakan (10OO particle/s).
Kung saan ginamit:
- pagpaparehistro ng radioactive contamination sa lupa, sa mga lugar, damit, produkto, atbp.
- sa mga pasilidad ng imbakan ng radioactive material o may mga nagpapatakbong nuclear reactor
- kapag naghahanap ng mga deposito ng radioactive ore (U, Th)
silid ni Wilson
- nagsisilbi para sa pagmamasid at pagkuha ng mga bakas ng mga particle (mga track).
Ang panloob na dami ng silid ay puno ng alkohol o singaw ng tubig sa isang supersaturated na estado:
Kapag ibinaba ang piston, bumababa ang presyon sa loob ng kamara at bumababa ang temperatura, bilang resulta ng proseso ng adiabatic, nabuo ang supersaturated na singaw.
Kasunod ng pagpasa ng particle, ang mga droplet ng moisture condense at isang track ay nabuo - isang nakikitang bakas.
Kapag ang camera ay inilagay sa isang magnetic field, ang enerhiya, bilis, masa at singil ng particle ay maaaring matukoy mula sa track.
Ang haba at kapal ng track at ang curvature nito sa magnetic field ay tumutukoy sa mga katangian ng dumadaan na radioactive particle.
Halimbawa, ang isang alpha particle ay gumagawa ng tuluy-tuloy na makapal na track,
proton - manipis na track,
electron - may tuldok na track.
Bubble chamber
variant ng Wilson chamber
Kapag ang piston ay matalim na ibinaba, ang likido, na nasa ilalim ng mataas na presyon, ay napupunta sa isang sobrang init na estado. Kapag ang isang butil ay mabilis na gumagalaw sa kahabaan ng isang trail, ang mga bula ng singaw ay nabuo, i.e. kumukulo ang likido, nakikita ang track.
Mga kalamangan sa cloud chamber:
- mataas na density ng medium, samakatuwid maiikling track
- ang mga particle ay natigil sa silid at ang karagdagang pagmamasid sa mga particle ay maaaring isagawa
- mas mataas na bilis.
Paraan ng makapal na film emulsion
- nagsisilbi para sa pagpaparehistro ng butil
- nagpapahintulot sa iyo na magrehistro ng mga bihirang phenomena dahil sa mahabang oras ng pagkakalantad.
Ang photographic emulsion ay naglalaman ng malaking bilang ng mga microcrystals ng silver bromide.
Ang mga papasok na particle ay nag-ionize sa ibabaw ng mga photoemulsion. Ang mga kristal ng AgBr ay naghiwa-hiwalay sa ilalim ng impluwensya ng mga sisingilin na particle at, kapag nabuo, isang bakas mula sa pagpasa ng particle - isang track - ay ipinahayag.
Batay sa haba at kapal ng track, ang enerhiya at masa ng mga particle ay maaaring matukoy.
Mga klase ng particle at mga uri ng pakikipag-ugnayan
Sa kasalukuyan, may matatag na paniniwala na ang lahat ng bagay sa kalikasan ay binuo mula sa elementarya na mga particle, at lahat ng natural na proseso ay sanhi ng pakikipag-ugnayan ng mga particle na ito. Sa ngayon, ang mga elementary particle ay nauunawaan bilang quark, lepton, gauge boson at Higgs scalar particle. Sa ilalim ng mga pangunahing pakikipag-ugnayan ay malakas, electro-weak at gravitational. Kaya, maaari nating kondisyon na makilala ang apat na klase ng elementarya na mga particle at tatlong uri ng pangunahing pakikipag-ugnayan.
Neutrino ay electrically neutral; ang electron, muon at tau lepton ay may mga singil sa kuryente. Ang mga lepton ay nakikilahok sa electroweak at gravitational na pakikipag-ugnayan.
Ikatlong klase- ito ay mga quark. Ngayon, anim na quark ang kilala, na ang bawat isa ay maaaring "kulayan" sa isa sa tatlong kulay. Tulad ng mga lepton, maaari silang maginhawang ayusin sa anyo ng tatlong pamilya
Ang mga libreng quark ay hindi sinusunod. Kasama ang mga gluon, ang mga ito ay mga bahagi ng mga hadron, kung saan mayroong ilang daan. Ang mga Hadron, tulad ng kanilang mga constituent quark, ay nakikilahok sa lahat ng uri ng pakikipag-ugnayan.
Ikaapat na baitang- Mga particle ng Higgs, hanggang ngayon ay hindi natukoy sa eksperimento. Sa minimal na pamamaraan, isang Higgs scalar ay sapat. Ang kanilang papel sa kalikasan ngayon ay pangunahing "teoretikal" at binubuo sa paggawa ng electro-weak na pakikipag-ugnayan na renormalizable. Sa partikular, ang masa ng lahat ng elementarya na particle ay ang "gawa ng mga kamay" ng Higgs condensate. Marahil ang pagpapakilala ng mga larangan ng Higgs ay kinakailangan upang malutas ang mga pangunahing problema ng kosmolohiya, tulad ng homogeneity at sanhi ng pagkakakonekta ng Uniberso.
Ang mga kasunod na lektura sa teorya ng istruktura ng quark ng mga hadron ay nakatuon sa mga hadron at quark. Ang pagtutuunan ng pansin ay ang pag-uuri ng butil, mga simetriko at mga batas sa konserbasyon.
35. Mga batas sa pag-iingat sa panahon ng pagbabago ng mga elementarya na particle. Ang konsepto ng quark.
Ang quark ay isang pangunahing particle sa Standard Model na may electrical charge na multiple ng e/3, at hindi sinusunod sa isang malayang estado. Ang mga quark ay mga point particle pababa sa isang sukat na humigit-kumulang 0.5·10−19 m, na humigit-kumulang 20 libong beses na mas maliit kaysa sa laki ng isang proton. Ang mga Hadron, lalo na ang proton at neutron, ay binubuo ng mga quark. Sa kasalukuyan, 6 na magkakaibang "varieties" (mas madalas na tinatawag na "lasa") ng mga quark ay kilala, ang mga katangian ng kung saan ay ibinigay sa talahanayan. Bilang karagdagan, para sa paglalarawan ng gauge ng malakas na pakikipag-ugnayan, ipinapalagay na ang mga quark ay may karagdagang panloob na katangian na tinatawag na "kulay." Ang bawat quark ay tumutugma sa isang antiquark na may magkasalungat na quantum number.
Ang hypothesis na ang mga hadron ay binuo mula sa mga partikular na subunit ay unang iniharap ni M. Gell-Mann at, nang hiwalay sa kanya, si J. Zweig noong 1964.
Ang salitang "quark" ay hiniram ni Gell-Mann mula sa nobelang Finnegans Wake ni J. Joyce, kung saan sa isa sa mga episode ang pariralang "Three quarks for Muster Mark!" (karaniwang isinalin bilang "Tatlong quark para sa Master/Muster Mark!"). Ang mismong salitang "quark" sa pariralang ito ay diumano'y isang onomatopoeia ng sigaw ng mga ibon sa dagat.
Mga artikulo sa paksa
