АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика

Читайте также:
  1. I. Общая характеристика.
  2. II. Исследование пульса, его характеристика. Места определения пульса.
  3. Автобіографія. Резюме. Характеристика. Рекомендаційний лист
  4. Агроценозы и естественные экосистемы
  5. Адгезивные системы. Общая характеристика.42 Праймер и бонд.
  6. Архитектурные школы XII в. на территории Беларуси. Общая характеристика.
  7. Бюджетный Кодекс РФ: общая характеристика.
  8. В29. Система мирных средств разрешения международных споров: краткая характеристика.
  9. В52. Совет Европы: общая характеристика.
  10. Варварские королевства. Общая характеристика.
  11. Види економічних циклів за тривалістю, їх характеристика.
  12. Види загальновійськового бою та їх характеристика.

ЯГМА

Медицинская физика

Лечебный факультет

Курс

Семестр

 

 

Лекция № 12

 

«Радиоактивность»

 

Выполнил: Бабенко Н.И.

 

2011 г.
1. Радиоактивность, её особенности, и виды. Естественные радиоактивные изотопы.

 

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 ZXA 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


1 | 2 |

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.)