Сахар
25.09.2019

Билет8. Строение ядра атомов: состав ядра, природа ядерных сил, изотопы, изобары. Строение атома, ядра атома, изотопы, изомеры, изобары

) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются: Z_1 \ne Z_2, N_1 \ne N_2. Совокупность нуклидов с одинаковым A , но разным Z называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Z в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов . Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) - сечение долины стабильности плоскостью A = const .

Примордиальные изобарные пары и триады

Существуют 59 примордиальных изобарных пар и 9 примордиальных изобарных триад, которые в основном включают в себя стабильные изотопы элементов с чётными Z, отличающимися на 2 единицы. Если учитывать только стабильные нуклиды, то существуют 48 изобарных пар и 1 изобарная триада:

Примордиальные изобарные пары

№ Массовое число Изобарная пара № Массовое число Изобарная пара № Массовое число Изобарная пара
1 36 \mathsf{_{16}S \ \ _{18}Ar} 21 104 \mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd} 41 150 \mathsf{_{60}Nd} (2β −) \mathsf{_{62}Sm}
2 46 \mathsf{_{20}Ca \ \ _{22}Ti} 22 106 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 42 152 \mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd} (α)
3 48 \mathsf{_{20}Ca} (2β −) \mathsf{_{22}Ti} 23 108 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 43 154 \mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}
4 54 \mathsf{_{24}Cr \ \ _{26}Fe} 24 110 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 44 156 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
5 58 \mathsf{_{26}Fe \ \ _{28}Ni} 25 112 \mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn} 45 158 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
6 64 \mathsf{_{28}Ni \ \ _{30}Zn} 26 113 \mathsf{_{48}Cd} (β −)\mathsf{_{49}In} 46 160 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
7 70 \mathsf{_{30}Zn \ \ _{32}Ge} 27 114 \mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn} 47 162 \mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}
8 74 \mathsf{_{32}Ge \ \ _{34}Ge} 28 115 \mathsf{_{49}In} (β −) \mathsf{_{50}Sn} 48 164 \mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}
9 76 \mathsf{_{32}Ge} (2β −) \mathsf{_{34}Se} 29 116 \mathsf{_{48}Cd} (2β −) \mathsf{_{50}Sn} 49 168 \mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}
10 78 \mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr} 30 120 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te} 50 170 \mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}
11 80 \mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr} 31 122 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te} 51 174 \mathsf{_{70}Yb \ \ _{72}Hf} (α)
12 82 \mathsf{_{34}Se} (2β −) \mathsf{_{36}Kr} 32 123 \mathsf{_{51}Sb \ \ _{52}Te} 52 184 \mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}
13 84 \mathsf{_{36}Kr \ \ _{36}Sr} 33 126 \mathsf{_{52}Te \ \ _{54}Xe} 53 186 \mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os} (α)
14 86 \mathsf{_{36}Kr \ \ _{38}Sr} 34 128 \mathsf{_{52}Te} (2β −) \mathsf{_{54}Xe} 54 187 \mathsf{_{75}Re} (β − , α) \mathsf{_{76}Os}
15 87 \mathsf{_{37}Rb} (β −) \mathsf{_{38}Sr} 35 132 \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba} 55 190 \mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt} (α)
16 92 \mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo} 36 134 \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba} 56 192 \mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt}
17 94 \mathsf{_{40}Kr \ \ _{42}Mo} 37 142 \mathsf{_{58}Ce \ \ _{60}Nd} 57 196 \mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}
18 98 \mathsf{_{42}Mo \ \ _{44}Ru} 38 144 \mathsf{_{60}Nd} (α) \mathsf{_{62}Sm} 58 198 \mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}
19 100 \mathsf{_{42}Mo} (2β −) \mathsf{_{44}Ru} 39 146 \mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm} (α) 59 204 \mathsf{_{80}Hg \ \ _{82}Pb}
20 102 \mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd} 40 148 \mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm} (α)
Примордиальные изобарные триады
№ Массовое число Изобарная триада
1 40 \mathsf{_{18}Ar \ \ _{19}K} (β + , β − , ε) \mathsf{_{20}Ca}
2 50 \mathsf{_{22}Ti \ \ _{23}V} (β + , β −) \mathsf{_{24}Cr}
3 96 \mathsf{_{40}Zr} (2β −) \mathsf{_{42}Mo \ \ _{44}Ru}
4 124 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te \ \ _{54}Xe}
5 130 \mathsf{_{52}Te} (2β −) \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba} (2ε)
6 136 \mathsf{_{54}Xe} (2β −) \mathsf{_{56}Ba \ \ _{58}Ce}
7 138 \mathsf{_{56}Ba \ \ _{57}La} (ε, β −) \mathsf{_{58}Ce}
8 176 \mathsf{_{70}Yb \ \ _{71}Lu} (β −) \mathsf{_{72}Hf}
9 180 \mathsf{_{72}Hf \ \ _{73}Ta} (изомер) \mathsf{_{74}W} (α)

В масс-спектрометрии

В масс-спектрометрии изобарами называются как ядра с одинаковым массовым числом, так и молекулы с (приблизительно) одинаковой молекулярной массой. Так, молекулы 16 O 1 H 2 H (полутяжёлой воды) являются молекулярными изобарами к атому 19 F . Ионы таких молекул и атомов имеют почти одинаковое отношение масса/заряд (при равном заряде) и, следовательно, движутся в электромагнитных полях масс-спектрометра по почти одинаковой траектории, являясь источником фона для своих изобар.

См. также

Напишите отзыв о статье "Изобары"

Примечания

Литература

  • Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев. Справочник по физике. - М .: «ОНИКС», «Мир и Образование», 2006. - 1056 с. - 7 000 экз. - ISBN 5-488-00330-4 .

Отрывок, характеризующий Изобары

– Нездорова, что ли? От страха министра, как нынче этот болван Алпатыч сказал.
– Нет, mon pere. [батюшка.]
Как ни неудачно попала m lle Bourienne на предмет разговора, она не остановилась и болтала об оранжереях, о красоте нового распустившегося цветка, и князь после супа смягчился.
После обеда он прошел к невестке. Маленькая княгиня сидела за маленьким столиком и болтала с Машей, горничной. Она побледнела, увидав свекора.
Маленькая княгиня очень переменилась. Она скорее была дурна, нежели хороша, теперь. Щеки опустились, губа поднялась кверху, глаза были обтянуты книзу.
– Да, тяжесть какая то, – отвечала она на вопрос князя, что она чувствует.
– Не нужно ли чего?
– Нет, merci, mon pere. [благодарю, батюшка.]
– Ну, хорошо, хорошо.
Он вышел и дошел до официантской. Алпатыч, нагнув голову, стоял в официантской.
– Закидана дорога?
– Закидана, ваше сиятельство; простите, ради Бога, по одной глупости.
Князь перебил его и засмеялся своим неестественным смехом.
– Ну, хорошо, хорошо.
Он протянул руку, которую поцеловал Алпатыч, и прошел в кабинет.
Вечером приехал князь Василий. Его встретили на прешпекте (так назывался проспект) кучера и официанты, с криком провезли его возки и сани к флигелю по нарочно засыпанной снегом дороге.
Князю Василью и Анатолю были отведены отдельные комнаты.
Анатоль сидел, сняв камзол и подпершись руками в бока, перед столом, на угол которого он, улыбаясь, пристально и рассеянно устремил свои прекрасные большие глаза. На всю жизнь свою он смотрел как на непрерывное увеселение, которое кто то такой почему то обязался устроить для него. Так же и теперь он смотрел на свою поездку к злому старику и к богатой уродливой наследнице. Всё это могло выйти, по его предположению, очень хорошо и забавно. А отчего же не жениться, коли она очень богата? Это никогда не мешает, думал Анатоль.
Он выбрился, надушился с тщательностью и щегольством, сделавшимися его привычкою, и с прирожденным ему добродушно победительным выражением, высоко неся красивую голову, вошел в комнату к отцу. Около князя Василья хлопотали его два камердинера, одевая его; он сам оживленно оглядывался вокруг себя и весело кивнул входившему сыну, как будто он говорил: «Так, таким мне тебя и надо!»
– Нет, без шуток, батюшка, она очень уродлива? А? – спросил он, как бы продолжая разговор, не раз веденный во время путешествия.
– Полно. Глупости! Главное дело – старайся быть почтителен и благоразумен с старым князем.
– Ежели он будет браниться, я уйду, – сказал Анатоль. – Я этих стариков терпеть не могу. А?
– Помни, что для тебя от этого зависит всё.
В это время в девичьей не только был известен приезд министра с сыном, но внешний вид их обоих был уже подробно описан. Княжна Марья сидела одна в своей комнате и тщетно пыталась преодолеть свое внутреннее волнение.
«Зачем они писали, зачем Лиза говорила мне про это? Ведь этого не может быть! – говорила она себе, взглядывая в зеркало. – Как я выйду в гостиную? Ежели бы он даже мне понравился, я бы не могла быть теперь с ним сама собою». Одна мысль о взгляде ее отца приводила ее в ужас.
Маленькая княгиня и m lle Bourienne получили уже все нужные сведения от горничной Маши о том, какой румяный, чернобровый красавец был министерский сын, и о том, как папенька их насилу ноги проволок на лестницу, а он, как орел, шагая по три ступеньки, пробежал зa ним. Получив эти сведения, маленькая княгиня с m lle Bourienne,еще из коридора слышные своими оживленно переговаривавшими голосами, вошли в комнату княжны.
– Ils sont arrives, Marieie, [Они приехали, Мари,] вы знаете? – сказала маленькая княгиня, переваливаясь своим животом и тяжело опускаясь на кресло.
Она уже не была в той блузе, в которой сидела поутру, а на ней было одно из лучших ее платьев; голова ее была тщательно убрана, и на лице ее было оживление, не скрывавшее, однако, опустившихся и помертвевших очертаний лица. В том наряде, в котором она бывала обыкновенно в обществах в Петербурге, еще заметнее было, как много она подурнела. На m lle Bourienne тоже появилось уже незаметно какое то усовершенствование наряда, которое придавало ее хорошенькому, свеженькому лицу еще более привлекательности.
– Eh bien, et vous restez comme vous etes, chere princesse? – заговорила она. – On va venir annoncer, que ces messieurs sont au salon; il faudra descendre, et vous ne faites pas un petit brin de toilette! [Ну, а вы остаетесь, в чем были, княжна? Сейчас придут сказать, что они вышли. Надо будет итти вниз, а вы хоть бы чуть чуть принарядились!]
Маленькая княгиня поднялась с кресла, позвонила горничную и поспешно и весело принялась придумывать наряд для княжны Марьи и приводить его в исполнение. Княжна Марья чувствовала себя оскорбленной в чувстве собственного достоинства тем, что приезд обещанного ей жениха волновал ее, и еще более она была оскорблена тем, что обе ее подруги и не предполагали, чтобы это могло быть иначе. Сказать им, как ей совестно было за себя и за них, это значило выдать свое волнение; кроме того отказаться от наряжения, которое предлагали ей, повело бы к продолжительным шуткам и настаиваниям. Она вспыхнула, прекрасные глаза ее потухли, лицо ее покрылось пятнами и с тем некрасивым выражением жертвы, чаще всего останавливающемся на ее лице, она отдалась во власть m lle Bourienne и Лизы. Обе женщины заботились совершенно искренно о том, чтобы сделать ее красивой. Она была так дурна, что ни одной из них не могла притти мысль о соперничестве с нею; поэтому они совершенно искренно, с тем наивным и твердым убеждением женщин, что наряд может сделать лицо красивым, принялись за ее одеванье.
– Нет, право, ma bonne amie, [мой добрый друг,] это платье нехорошо, – говорила Лиза, издалека боком взглядывая на княжну. – Вели подать, у тебя там есть масака. Право! Что ж, ведь это, может быть, судьба жизни решается. А это слишком светло, нехорошо, нет, нехорошо!
Нехорошо было не платье, но лицо и вся фигура княжны, но этого не чувствовали m lle Bourienne и маленькая княгиня; им все казалось, что ежели приложить голубую ленту к волосам, зачесанным кверху, и спустить голубой шарф с коричневого платья и т. п., то всё будет хорошо. Они забывали, что испуганное лицо и фигуру нельзя было изменить, и потому, как они ни видоизменяли раму и украшение этого лица, само лицо оставалось жалко и некрасиво. После двух или трех перемен, которым покорно подчинялась княжна Марья, в ту минуту, как она была зачесана кверху (прическа, совершенно изменявшая и портившая ее лицо), в голубом шарфе и масака нарядном платье, маленькая княгиня раза два обошла кругом нее, маленькой ручкой оправила тут складку платья, там подернула шарф и посмотрела, склонив голову, то с той, то с другой стороны.

Разновидность атомов, ядра которых имеют определенное число нуклонов (протонов и нейтронов), называется нуклидом.

Символическая запись нуклидов включает химический символ ядра Х и индексы слева внизу “Z” (число протонов в ядре) и “А” слева вверху- полное число нуклонов. Например,

В зависимости от содержания нуклонов нуклиды могут быть объединены в различные группы: изотопы, изобары, изотоны.

Изотопными нуклидами (изотопами) называются нуклиды, имеющие одинаковое число протонов. Они различаются только числом нейтронов. Поэтому все изотопы принадлежат одному и тому же химическому элементу. Так, например, изотопы

являются изотопами одного и того же элемента урана (Z= const).

Поскольку изотопы имеют одинаковое число протонов и одинаковое строение электронных оболочек, то они являются атомами близнецами- их химические свойства практически совпадают. Исключение составляют изотопы водорода - протий Н, дейтерийD, тритийТ, которые из-за слишком большого относительного различия атомных масс существенно отличаются по физико-химическим свойствам (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Сравнение свойств обычной и тяжелой воды

Свойства

Температура кипения, 0 С

Критическая температура, 0 С

Плотность жидкости при 298,15 К, кг/ дм 3

Диэлектрическая проницаемость при 298,15 К

Температура максимальной плотности, 0 С

Температура плавления, 0 С

Плотность льда в точке плавления, кг/ дм 3

Химические превращения с тяжелым водородом происходят медленнее, чем с его легким изотопом.

Изотонными нуклидами (изотонами) называют нуклиды с одинаковым числом нейтронов и разным числом протонов. Примеры изотонов: Са иТi, которые относятся к разным нуклидам. Термин этот употребляется крайне редко.

Изобарами называют разновидность нуклидов, ядра которых имеют разное число и протонов и нейтронов, но имеют одинаковое число нуклонов. Пример изобаров: Тi иСа.

Поэтому можно сказать, что нуклиды с одинаковым числом протонов– это разные изотопы одного элемента; нуклиды с одинаковым числом нуклонов– это изобары; нуклиды с одинаковым числом нейтронов – изотоны.

2.4 Энергия ядра

Энергия является одной из важнейших характеристик протекания любых физических процессов. В ядерной физике ее роль особенно велика, поскольку незыблемость закона сохране6ния энергии позволяет делать точные расчеты даже в тех случаях, когда многие детали явлений остаются неизвестными. Применительно к ядру рассмотрим несколько различных форм энергии.

2.4.1 Энергия покоя

В соответствии с теорией относительности массе атома m можно сопоставить полную энергию покоя

Если в этой формуле с выражать в метрах на секунду, а m  в килограммах,то Е 0 получится в джоулях. Обозначим через m 0 единицу атомной массы, выраженную в килограммах: m 0 = 1,66∙10 -27 кг. Тогда m= m 0 А r и Е 0 = А r · m 0 c 2 . Величину m 0 c 2 легко вычислить в джоулях, а затем в электрон-вольтах: m 0 c 2 = 931,5 Мэв. Отсюда

Е 0 = 931,5А r . (2.6)

Здесь А r относительная атомная масса, Е 0  полная энергия покоя атома, МэВ.

РАЗМЕРЫ ЯДЕР

Первое измерение размеров ядра было выполнено Резерфордом в 1911 году по рассеянию альфа- частиц на ядрах. В дальнейшем были разработаны и другие методы измерений размеров ядра, но все они основаны на наблюдении рассеяния различных частиц (протонов, альфа-частиц, нейтронов) атомными ядрами.

При анализе опытов по рассеянию заряженных частиц или по поглощению нейтронов под радиусом ядра понимается такое расстояние от его центра, на котором помимо сил кулоновского отталкивания, начинают действовать специфические ядерные силы, вызывающие притяжение частицы к ядру . Проведенные измерения показали, что ядра атомов всех элементов имеют размеры порядка 10 -15 ?10 -14 м, что в десятки тысяч раз меньше размеров атома. Все упомянутые методы позволяют определить то расстояние R от центра ядра, в пределах которого действуют ядерные силы.

R=r 0 МA 1/3 , (2.3)

где А - число нуклонов в ядре, r 0 - постоянная величина равная (1,2-1,5) М10 -15 м. Если считать, что объем ядра приблизительно равен

тогда объем V пропорционален массовому числу -A, стало быть, плотность ядра является константой =A/V, т. е. плотности всех ядер примерно одинаковы. Это указывает на практическую несжимаемость ядерного вещества и плотную упаковку нуклонов в ядре.

ИЗОТОПЫ, ИЗОБАРЫ, ИЗОТОНЫ

Разновидность атомов, ядра которых имеют определенное число нуклонов (протонов и нейтронов), называется нуклидом.

Символическая запись нуклидов включает химический символ ядра Х и индексы слева внизу “Z” (число протонов в ядре) и “А” слева вверху- полное число нуклонов. Например,

В зависимости от содержания нуклонов нуклиды могут быть объединены в различные группы: изотопы, изобары, изотоны.

Изотопными нуклидами (изотопами) называются нуклиды, имеющие одинаковое число протонов. Они различаются только числом нейтронов. Поэтому все изотопы принадлежат одному и тому же химическому элементу. Так, например, изотопы

являются изотопами одного и того же элемента урана (Z= const).

Поскольку изотопы имеют одинаковое число протонов и одинаковое строение электронных оболочек, то они являются атомами близнецами- их химические свойства практически совпадают. Исключение составляют изотопы водорода - протий Н, дейтерий D, тритий Т, которые из-за слишком большого относительного различия атомных масс существенно отличаются по физико-химическим свойствам (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Сравнение свойств обычной и тяжелой воды

Химические превращения с тяжелым водородом происходят медленнее, чем с его легким изотопом.

Изотонными нуклидами (изотонами) называют нуклиды с одинаковым числом нейтронов и разным числом протонов. Примеры изотонов: Са и Тi, которые относятся к разным нуклидам. Термин этот употребляется крайне редко.

Изобарами называют разновидность нуклидов, ядра которых имеют разное число и протонов и нейтронов, но имеют одинаковое число нуклонов. Пример изобаров: Тi и Са.

Поэтому можно сказать, что нуклиды с одинаковым числом протонов- это разные изотопы одного элемента; нуклиды с одинаковым числом нуклонов- это изобары; нуклиды с одинаковым числом нейтронов - изотоны.

Атом – одноядерная, неделимая химическим путем частица химического элемента, носитель свойства вещества.

Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов и N нейтронов, которые не несут на себе заряд. Таким образом, заряд ядра определятся только количеством протонов и равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами (заряд электрона -1 в условных единицах), которые формируют электронное облако. Количество электронов равно количеству протонов. Массы протонов и нейтронов равны. Масса атома определятся массой его ядра, поскольку масса электрона примерно в 1850 раз меньше массы протона и нейтрона и в расчетах редко учитывается.

Нуклиды – вид атомов, характеризующийся определённым массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием ядер и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения.

Нуклиды делятся на стабильные и радиоактивные (радионуклиды, радиоактивные изотопы). Стабильные нуклиды не испытывают спонтанных радиоактивных превращений из основного состояния ядра. Радионуклиды путём радиоактивных превращений переходят в другие нуклиды. В зависимости от типа распада, образуются либо другой нуклид того же самого элемента, либо нуклид другого элемента с тем же массовым числом, либо два или несколько новых нуклидов.

Среди радионуклидов выделяются короткоживущие и долгоживущие. Короткоживущие радионуклиды либо являются членами природные радиоактивных рядов, либо непрерывно образуются в результате ядерных реакций, вызываемых космическим излучением. Радионуклиды, существующие на Земле с момента её формирования, часто называют природными долгоживущими , или примордиальными радионуклидами; такие нуклиды имеют период полураспада. Для каждого элемента были искусственно получены радионуклиды; для элементов с атомным номером (т. е. числом протонов), близким к одному из «магических чисел», количество известных нуклидов может доходить до нескольких десятков. Наибольшим количеством известных нуклидов – 46 – обладает ртуть.

Изотопы – разновидности атомов какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём) и почти не зависят от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов.



Изобары – нуклиды разных элементов, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются 40 Ar, 40 K, 40 Ca.

Число нуклонов (массовое число) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, значит, числа протонов Z и нейтронов N различаются: Z 1 ≠ Z 2 , N 1 ≠ N 2. Совокупность нуклидов с одинаковым A, но разным Z называют изобарической цепочкой.

Радиоактивные семейства (ряды) – генетически связанные последовательным радиоактивным распадом цепочки (ряды) ядер естественного происхождения.

Характеристика основных видов ионизирующего излучения. Единицы радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Период радиоактивного распада. Понятие об единицах радиоактивности. Дозовые поля облучения.

Ионизирующее излучение - это излучения, взаимодействие которых с веществом вызывает или приводит к образованию в этой среде ионов.

Наиболее разнообразны по видам ионизирующих излучений так называемые радиоактивные излучения, образующиеся в результате самопроизвольного радиоактивного распада атомных ядер элементов с изменением физических и химических свойств последних. Элементы, обладающие способностью радиоактивного распада, называются радиоактивными .

Различные виды ионизирующих излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают различной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

Источники радиации бывают искусственными , созданными человеком, и естественными , присутствующими в природе, и не зависящими от человека. Полностью освободиться от воздействия естественных источников радиации космического и земного происхождения практически невозможно.

Опасность ионизирующего излучения ожидает человека не только из окружающей среды, т.е. при внешнем облучении, но внутри него самого, если источники ионизирующего излучения попали при дыхании, питье воды и потреблении пищи внутрь. Такое облучение называется внутренним .

Установлено, что из всех естественных источников радиации наибольшую опасность представляет радон – невидимый тяжелый газ без вкуса и запаха. Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация существенно различается для различных точек земного шара. Основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом, изолированном, непроветриваемом помещении.

При радиоактивном распаде имеют место три основных вида ионизирующих излучений: альфа, бета и гамма.

Альфа-излучение задерживается небольшими препятствиями и практически не

способно проникнуть через наружный слой кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма. Пути проникновения могут быть разными: через открытую рану, с пищей, водой, с вдыхаемым воздухом или паром. В этом случае они становятся чрезвычайно опасными.

Бета-излучение представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-частицами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны. Разновидностью бета-излучений, образующихся при распаде некоторых искусственных радиоактивных элементов, являются позитроны . Они отличаются от электронов лишь положительным зарядом, поэтому при воздействии на поток лучей магнитным полем они отклоняются в противоположную сторону.

Единицы измерения радиоактивности – это единицы измерения активности радиоактивных элементов в препаратах и в различных средах. Активность радиоактивного препарата в международной системе единиц (СИ) измеряется числом атомов распада в секунду (расп/сек). Допускается применение внесистемных единиц: расп/мин и кюри. Для смеси нескольких радиоактивных элементов (или изотопов) указывается активность каждого из них. Удельная активность измеряется в:

расп/сек ∙ м 3 или расп/сек ∙ кг (внесистемные единицы: Ки/см 3 , Ки/г). С единицами радиоактивности тесно связаны единицы радиоактивных излучений, характеризующие выход излучений из источника и их поле. В этих единицах в системе СИ – измеряются плотность потока частиц – частица/сек ∙ м 2 ; интенсивность излучения – Вт/м 2 , поглощенная доза излучения – Дж/кг; мощность поглощенной дозы излучения – Вт/кг; экспозиционная доза рентгеновского и γ-излучений – Кл/кг; мощность экспозиционной дозы рентгеновского и γ-излучений – А/кг.

Закон радиоактивного распада – физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом, каждый из которых впоследствии был награжден Нобелевской премией.

Радиоактивный распад – спонтанное изменение состава (заряда Z, массового

числа A) или внутреннего строения нестабильных атомных ядер путём испускания элементарных частиц, гамма-квантов и ядерных фрагментов. Процесс радиоактивного распада также называют радиоактивностью, а соответствующие ядра (нуклиды, изотопы и химические элементы) радиоактивными. Радиоактивными называют также вещества, содержащие радиоактивные ядра.

Радиоактивность – неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения – радиацией.

Воздействие радиации на человека называют облучением . Причиной воздействия является передача энергии излучения клеткам организма. Облучение вызывает нарушение обмена веществ, лейкоз и злокачественные опухоли, изменение структуры клеток, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь.

Последствия облучения сильнее сказываются на делящихся клетках, в связи с чем, для детей облучение гораздо опаснее, чем для взрослых.

Естественная радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Дозовые поля облучения – величина, используемая для оценки степени воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, живые организмы и их ткани. Единица экспозиционной дозы в системе СИ – кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон на килограмм равен экспозиционной дозе, при которой все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в объеме воздуха массой 1 кг, производят в воздухе ионы, несущие электрический заряд каждого знака 1 Кл.

В рентгенах измеряют количество генерированного излучения или экспозиционную дозу.

Единица поглощенной дозы в системе СИ – грей (Гр). Грей равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения, равная 1 Дж.

6. Радиоактивные превращения. Взаимодействие ˠ-квантов с веществом. Альфа и бета распад радионуклидов. Понятие о РИР и ПИР.

Радиоактивные превращения – самопроизвольные превращения одних ядер в другие ядра. Радиоактивные превращения сопровождаются испусканием различных частиц. Видами радиоактивных превращений являются альфа-распад и бета-распад.

Альфа-распад – вид самопроизвольного радиоактивного превращения тяжелых атомных ядер, который сопровождается испусканием альфа-частиц из ядра. В результате альфа-распада исходный элемент смещается на два номера к началу периодической системы Менделеева.

Бета-распад – тип радиоактивного превращения нестабильных атомных ядер, обусловленный слабым взаимодействием и связанный со взаимным превращением нейтронов и протонов в атомных ядрах. Различают: 1) бета-минус-распад, при котором из ядра вылетает электрон и заряд ядра увеличивается на единицу; 2) бета-плюс-распад, при котором из ядра вылетает позитрон и заряд ядра уменьшается на единицу.

Гамма- и рентгеновское излучения представляют собой электромагнитные волны. Рентгеновское излучение возникает при взаимодействии заряженных частиц с атомами вещества, а гамма-излучение испускается при переходе атомных ядер из возбуждённых состояний в состояние с меньшей энергией. Длина волны гамма-излучения обычно менее 0,2 нанометров. Для этих видов излучения не существует понятий пробега, потерь энергии на единицу пути. Гамма-лучи, проходя через вещество, взаимодействуют как с электронами, так и с ядрами атомов среды (вещества). В результате взаимодействия интенсивность лучей уменьшается.

Поглощение гамма-квантов веществом обусловлено в основном тремя процессами: фотоэффектом, комптоновским рассеянием и рождением в кулоновском поле ядра электрон-позитронных пар.

Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом; распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом (в настоящее время известно, что существуют типы бета-распада без испускания бета-частиц, однако бета-распад всегда сопровождается испусканием нейтрино или антинейтрино). Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-

Согласно протонно-нейтронной теории ядер, изотопами называют разновидности атомов с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов в ядрах; изобарами - разновидности атомов с различным числом протонов и нейтронов, но одинаковым числом нуклонов. (Такие атомы следовало бы, по предложению С. А. Щукарева, называть изонуклонами, так как при одинаковом массовом числе истинные массы двух изобаров не равны друг другу.)

В 1906 г. были открыты первые радиоактивные изотопы 230 90 Тh и 232 90 Тh, в 1919 г. удалось экспериментально доказать наличие устойчивых изотопов у неона - 20 10 Ne и 22 10 Ne. С каждым годом число открытых изотопов возрастало: в 1921 г. их было известно уже 243, а в настоящее время - свыше 1500 (из которых только 272 являются устойчивыми или стабильными изотопами).

В соответствии с числом протонов, входящих в состав ядра, все элементы можно разделить на четные и нечетные по Z (Z чет и Z нечет). Так как в состав ядер входят также нейтроны, а число их равно или больше числа протонов, т. е. оно может быть также четным или нечетным, то, следовательно, и массовые числа А(= Z + N) могут принимать четные и нечетные значения. Отсюда следует, что возможны четыре варианта ядер атомов:

Так возникло представление о четных типах ядер. Оказалось, что наиболее устойчивыми являются ядра с Z4eT и особенно те, для которых Z чет и А чет - это так называемые четно-четные ядра (с четным Z и четным N). Менее прочными являются ядра с A нечет. Это четно-нечетные ядра (с четным Z и нечетным N) и нечетно-четные (с нечетным Z и четным N). Наименьшей прочностью обладают нечетно-нечетные ядра (с нечетным Z и нечетным N). Известно всего 4 устойчивых нечетно-нечетных ядра: 2 1 Н, 6 3 Li, 10 5 B и 14 7 N.

Из 42 нечетных по Z элементов (до 83-го включительно) два не имеют устойчивых изотопов (43 Тс, 61 Pm), четырнадцать имеют по два устойчивых изотопа, а все остальные - только по одному устойчивому изотопу, причем все устойчивые изотопы характеризуются нечетным массовым числом, кроме четырех изотопов: 2 Н, 6 Li, 10 B и 14 N. Таким образом, нечетные Z элементы являются в основном моноизотопными, состоящими из одного устойчивого изотопа.

Для 41 четного по Z элемента (до 82) известно 213 устойчивых изотопа, причем только один элемент моноизотопен (9 Ве), а все остальные - полиизотопны и имеют от 2 до 10 изотопов (например, у 50 Sn десять устойчивых изотопов с А = 112 ÷ 124). Элементы с четным А имеют 162 устойчивых изотопа, с нечетным - 51.

Устойчивость изотопов определяется отношением квадрата порядкового номера к массовому числу Z 2 /A. Если (Z 2 /A) > 33, то у элемента нет ни одного устойчивого изотопа. Таковыми являются элементы с Z = 84 ÷ 105; у них все изотопы радиоактивны. Последний элемент, для которого еще известен устойчивый изотоп, - это элемент с Z = 83, т. е. висмут - 209 83 Вi.

Для каждого отдельного элемента существует оптимальное отношение числа нейтронов к числу протонов
при котором возможно существование устойчивых изотопов: за пределами этого отношения при избытке протонов и недостатке нейтронов известны β + -радиоактивные изотопы, а при избытке нейтронов и недостатке протонов - β - -радиоактивные изотопы. Например, для кислорода известны семь изотопов:


Природный кислород представляет собой смесь - плеяду из трех устойчивых изотопов: 16 8 O (99,759%), 17 8 O (0,037%) и 18 8 O (0,204%), в которой больше всего легкого изотопа, содержащего в ядре равное число нейтронов и протонов: Σn / Σр = 8:8 = 1. Это отношение является характерным для наиболее устойчивых изотопов всех четных по Z элементов до 40 20 Са включительно. В ядрах изотопов последующих элементов с Z = 21 ÷ 83 в связи с возрастающим числом протонов электростатические силы отталкивания между ними увеличиваются, и ядра стабилизируются за счет "вхождения" большего числа нейтронов. Отношение Σn / Σр постепенно растет, доходя у 209 83 Вi до 1,518.

Из диаграммы устойчивости ядер всех изотопов (рис. 18), составленной в координатах Z - N, видно, что легкие ядра до 40 20 Са группируются вдоль прямой линии N = Z, отвечающей отношению Σn / Σр = 1. Для последующих ядер это отношение возрастает вследствие увеличения числа нейтронов, но остается меньше 2 (прямая N = 2Z). В вертикальном направлении расположены изотопы элементов: черными кружками обозначены - устойчивые, белыми кружками - β - - и β +3 радиоактивные.
Случайные статьи

Вверх