|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Естественные радиоактивные изотопы и их характеристикаЯГМА Медицинская физика Лечебный факультет Курс Семестр
Лекция № 12
«Радиоактивность»
Выполнил: Бабенко Н.И.
2011 г.
Явление радиоактивности было открыто в 1896 году Беккерелем. Он обнаружил, что соли урана испускают лучи, способные действовать на фотографическую пластинку, завернутую в черную бумагу. В 1898 году физик Мария Склодовская-Кюри назвала это явление радиоактивностью. В 1903 году физики-супруги Мария и Пьер Кюри и Беккерель получили Нобелевскую премию за открытие явления радиоактивности. Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента. Теоретически предполагается, что ядра всех химических элементов (кроме водорода) обладают этим свойством. Это явление часто называется радиоактивным распадом. Особенности радиоактивного распада: 1. Всегда происходит с выделением энергии. 2. Осуществляется по единому закону (закону радиоактивного распада в интегральной форме). 3. Ограничен примерно 10 видами распада (α-распад, β-распад, γ-распад, нейтронный, протонный и т.д. распады). Радиоактивность может быть естественной и искусственной. Оба вида радиоактивности не имеют физических различий и подчиняются одинаковым законам. Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика. Естественная радиоактивность осуществляется за счёт природных радиоактивных изотопов. Изотопы - это разновидность атомов с одинаковыми зарядами ядра, но с разными массовыми числами (разное число нейтронов в ядре): 1 1H (протий), 2 1H (дейтерий, стабилен), 3 1H (тритий,Т=12 лет). Естественные радиоактивные изотопы делят на первичные и вторичные. 1. Первичные - образованы в земной коре при формировании Земли. Сейчас остались только первичные изотопы, имеющие период полураспада Т > 108 лет. К ним относятся члены радиоактивных семейств: A. Семейство урана - радия. Уран (238) - родоначальник семейства 238 92U в результате 14 радиоактивных превращений дает устойчивый изотоп свинца. 206 82Pb Б. Семейство тория 232 90Th (Т = 1,39 · 1010 лет) в результате 10 превращений даёт изотоп свинца. 208 32Pb B. Семейство актиния 235 92U (Т = 7,3 · 108 лет) в результате 11 превращений даёт изотоп свинца. 207 32Pb 2. Вторичные - образуются под действием первичных изотопов или под действием космических лучей (протоны, α - частицы, ядра С, N, O2, фотоны). Радиоуглеродный анализ. Вторичный изотоп 6С14 образуется из атмосферного азота под действием космических нейтронов: 7N 14 + 0n1 => 6С14 + 1p1 Изотоп углерода 6С14 в виде СО2 (углекислого газа) усваивается растениями => животными => человеком. После смерти живых организмов радиоактивный углерод в них начинает убывать и по степени убыли можно определить дату смерти. 6С14 => 7N 14 + 1β0 Период полураспада 6С14 5568 лет. Естественный радиоактивный распад происходит повсюду: в воде, воздухе, в почве, в человеческом организме. Основным источником радиоактивности атмосферы является радиоактивный газ радон (период полураспада 4 суток): 86Rn222 => 84Po218 + 2He4
Естественный радиоактивный фон не приносит вреда человеку, т.к. это примерно в 50 раз меньше опасной дозы облучения.
2. α-, β- и γ- излучения, их характеристика.
Во время радиоактивного распада исходное ядро превращается в новое ядро и испускает одну или несколько частиц. Процесс испускания частиц или фотонов носит название радиоактивного излучения. Основными из них являются: α, β и γ излучения (α-распад, β-распад, γ-распад), нейтронный, протонный и т.д. распады. Термин «радиоактивное излучение» был предложен Марией Склодовской-Кюри. Первые из этих лучей были детально исследованы Резерфордом и по его предложению названы α-лучами и β-лучами. γ-излучение было открыто Полем Виллардом в 1900 году при изучении излучения урана. В медицинской практике для лечения и диагностики больше всего используются изотопы, дающие α, β и γ излучения. Рассмотрим свойства этих излучений. 1. α-лучи (α – частицы, α – излучение) - ионизированное излучение, несущее положительный заряд. | q | = | 2е | = 3,2 · 10-19Кл. Это поток ядер гелия 4 2 He. А = 4 - массовое число. Z = 2 - порядковый номер (заряд ядра). mα = 6,7 · 10-27 кг. Свойства: A. Отклоняются электрическим и магнитным полями. Б. να cp = 10 - 20000 км/с. Еα = 1,8 ÷ 11,7 МэВ. Спектр - линейчатый. B. Пробег α - частицы зависит от вида среды в воде - 0, 1 мм в воздухе - 1 см. Г. Обладают невысокими проникающими способностями (легко поглощаются тонкими слоями вещества; защитой от него являются лист картона, х/б ткань и т.п.). Д. Имеют самую большую ионизационную способность из всех видов радиоактивных излучений (30 - 40 тысяч пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе). Е. При прохождении через слой вещества число α - частиц не изменяется, а постепенно изменяется их скорость. Когда толщина слоя достигает определенной величины, α-частицы поглощаются веществом все сразу.
2. β-лучи (β – частицы, β – излучение) - ионизированное излучение, состоящее из положительных или отрицательных β - частиц. β- или 0 -1е - электроны q е= 1,6 · 10-19Кл β+ или 0 +1е - позитроны me = 9 · 10-31кг Электроны и позитроны испускаются при ядерных превращениях или образуются при распаде нейтрона. Свойства: А. Отклоняются электрическим и магнитным полем. Б. νβ cp ≈ 150000 км/с. Еβ = 0,018 ÷ 4,8 МэВ. Спектр - сплошной. В. Пробег β - частиц в среде зависит от вида среды и энергии β - частиц в воде - до 1, 5 см в воздухе - до 100 см Г. Обладают более высокой проникающей способностью, чем α - лучи (защитой от него является слой металла толщиной 3 мм). Д. Ионизационная способность меньше, чем у α - лучей (300 - 400 пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе). E. Электронный β- распад наблюдается в основном у тех ядер, у которых число нейтронов (0 1n) больше числа протонов (1 1Pb) Nn > NP Позитронный β - распад наблюдается, если число нейтронов меньше числа протонов Nn < NP Ж. β - частицы больших энергий, взаимодействуя с ядрами атомов, дают тормозное рентгеновское излучение.
3. γ-излучение - электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов с высокой энергией (Еф = 1 ÷ 3 МэВ). Это коротковолновое излучение (λ ≈ 0,1÷ 10-5 нм) возникает как вторичное (дополнительное) явление при α и β - распаде. Имеет природу, схожую с природой рентгеновского излучения. Поэтому иногда называется «жесткое рентгеновское излучение». Свойства: A. Не отклоняется электрическим и магнитным полями. Б. νγ = νсвета = с = 3 · 108 м/с. Еγ = от 10 кэВ до 10 МэВ. Спектр - линейчатый. B. Обладает ионизационной способностью меньшей, чем у α и β - лучей (3-4 пары ионов на 1 см пути пробега в воздухе). Г. Длина пробега γ- лучей в воздухе - до нескольких сот метров. Д. Обладает очень высокой проникающей способностью (защитой является слой свинца, толщиной не менее 20 см). В медицине широко используется для лечения глубоко расположенных злокачественных опухолей, в фармации — для стерилизации лекарств и лекарственных смесей.
3. Законы смещения при α и β распаде. В 1913 году американский ученый К. Фаянс и Содди независимо друг от друга сформулировали так называемые ЗАКОНЫ СМЕЩЕНИЯ. Законы смещения - это законы, по которым изменяются массовые числа и заряды ядер радиоактивных элементов при "α" и "β" распаде. При формулировке учитываются закон сохранения массы и закон сохранения заряда. Закон сохранения массы: Массовое число исходного продукта должно быть равно сумме массовых продуктов реакции. Закон сохранения заряда: Заряд ядра исходного продукта должен быть равен сумме зарядов ядер продуктов реакции.
1. Закон "α" - распада. При α - распаде образуется новое ядро с массовым числом на 4 единицы и порядковым номером на 2 единицы меньше, чем у исходного. A ZX→ 4 2 He + A-4Z-2Y 226 88Ra→ 4 2 He + 222 86 Rn(при этом получается фотон с Е = 0,188 МэВ) Особенность: в естественных условиях встречается у элементов с порядковым номером Z > 83.
2. Законы электронного "β" – распада - (β-). При электронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 больше, чем у исходного: A ZX → A Z+1Y+ 0 -1 e 4019K→ 4020Ca+ 0 -1 e - распад изотопа калия с превращением его в кальций 3. Закон позитронного "β" - распада (β+) При позитронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного. A ZX → A Z-1Y+ 0 +1 e 3015P→ 3014Si+ 0 +1 e Распад изотопа фосфора Дополнения к 1, 2 и 3 законам: "α" и "β" - распаду в некоторых случаях сопутствует излучение "γ" - квантов. Это излучение наблюдается так же при изомерном переходе ядер (из возбужденного в невозбужденное состояние);
(X)* = X + nγ n число γ – квантов ¯ ¯ возбужд. невозбужд. состояние состояние
4. Электронный захват. При захвате электрона исходным ядром образуется новое ядро с тем же массовым числом, и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного. Ядро захватывает электрон с ближайшей к нему оболочки: Þ ZX + -1e ® Z-1Y 7 4Be+ 0 -1e→ 7 3Li Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.01 сек.) |