Радиационное излучение и его проявление в Сверловской области и городе Екатеринбурге (стр. 2 из 14)
α-Частицы отклоняются электрическим и магнитным нолями, обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью I (например, поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм), Излучение представляет собой поток ядер гелия; заряд α-частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия 4/2Не. По отклонению α-частиц в электрическом и магнитном полях был определен их удельный заряд 
, значение которого подтвердило правильность представлений об их природе.
β-Частицы отклоняются электрическим и магнитным полями; их ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше (поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у α-частиц. β-Излучение представляет собой ноток быстрых электронов, вытекает из определенияихудельного заряда).
γ-Излучсние не отклоняется электрическим и магнитным нолями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см), при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. γ-Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны
м и вследствие этого — ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. является потоком частиц — -γ-квантов (фотонов).I.3. Закон радиоактивного распада. Правила смещения.
I Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро — дочерним.
Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики. Ввиду самопроизвольное и радиоактивного распада можно считать, что число ядер d/V, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t + dt, пропорционально промежутку времени dt и числу Nне распавшихся ядер к моменту времени t:
dN= -λNdt, (1)
где λ — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается,
Разделив переменные и интегрируя:
получим
где
— начальное число не распавшихся ядер (в момент времени t = 0), N — число не распавшихся ядер в момент времени t. Формула выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число не распавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.Интенсивность процессарадиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада
и среднее время жизни t радиоактивного ядра. Период полураспада — промежуток времени, за который в среднем число не распавшихся ядер уменьшается вдвое. Тогда 
.Периоды полураспада для естественно-радиоактивных 'элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.
Суммарная продолжительностьжизниdN ядер равна t │dN│= λNtdt.
. Таким образом, среднее время жизни τ радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада λ.
Активностью А нуклида (общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N) в радиоактивном источнике называется величина, равная отношению числа ∆N распавшихся ядер ко времени ∆t, за которое произошел распад:
следовтельно
А = - λN
Единица активности в СИ — беккерель (Бк):/1 Бк - активность нуклида, при которой, за 1 с. происходит один акт распада, до сих пор в ядерной физике применяется и внесистемная единица активности нуклида в радиоактивном источнике кюри (Ки): 1 Ки=3,7.1010 Бк.
Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра. Правила смещения:
для α-распада
для β-распада
где
— материнское ядро, Y - символ. дочернего ядра, 
— ядро гелия (α-частица), 
—символическое обозначение электрона (заряд его равен -1, а массовое число — нулю). Правила смещения являются не чем иным, как следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах, — сохранения электрическою заряда и сохранения массового числа: сумма зарядов (массовых чисел), возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра.Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, радиоактивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.
В настоящее время известно, что естественно-радиоактивные ядра образуют три радиоактивных семейства, называемых по наиболее долгоживущему (с небольшим периодом полураспада) «родоначальнику» семейства: семейство урана (от 238/92 U), семейство тория (от 232/90 Th) и семейство актиния (от 235/89 Ac). Все семейства заканчиваются стабильными ядрами свинца; семейство урана заканчивается 206/82 РЬ, семейство тория — 208/82 РЬ, семейство актиния — 207/82 Pb.
I.3.1. Закономерности α-распада
В настоящее время известно более двухсот α-активных ядер, главным образом тяжелых (А > 200, Z > 82). Только небольшая группа активных ядер приходится на области с А=140ч160 (редкие земли). α-Распад подчиняется правилу смещения (4). Примером α-распада служит распад изотопа урана 238U с образованием Th:
238/92 U→234/90 Th+4/2 He.
Скорости вылетающих при распаде α-частиц очень велики и колеблются для разных ядер в пределах от 1,4-107 до 2-107 м/с, что соответствует энергиям от 4 до 8,8 МэВ. Согласно современным представлениям, α-частицы образуются в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов,
α-Частицы, испускаемые конкретным ядром, обладают, как правило, определенной энергией. Более тонкие измерения, однако, показали, что энергетический спектр α-частиц, испускаемых данным радиоактивным элементом, обнаруживает «тонкую структуру», т. е. испускается несколько групп α-частиц, причем в пределах каждой группы их энергии практически постоянны. Дискретный спектрчастиц свидетельствует о том, что атомные ядра обладают дискретными энергетическими уровнями.
Для α-распада характерна сильная зависимость между периодом полураспада Ti/з и энергией Ј вылетающих частиц. Эта взаимосвязь определяется эмпирическим законом Гейгера — Нэттола (1912)*, который обычно выражают в виде связи между пробегом Rα (расстоянием, проходимым частицей в веществе до ее полной остановки) α-частиц в воздухе и постоянной радиоактивного распада λ:
ln λ =A+В lnRα, (1.1)
где А и В — эмпирические константы, λ = ln 2/T Ѕ. Согласно (1.1), чем меньше период полураспада радиоактивного элемента, тем больше пpo6eг, а следовательно, и энергия испускаемых им α-частиц. Пробег α-частиц в воздухе (при нормальных условиях) составляет несколько сантиметров, в более плотных средах он гораздо меньше, составляя сотые доли миллиметра (α-частицы можно задержать обычным листом бумаги).
Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц на ядрах урана показали, что α-частицы вплоть до энергии 8,8 МэВ испытывают на ядрах резерфордовское рассеяние, т. е. силы, действующие на α-частицы со стороны ядер, описываются законом Кулона. Подобный характер рассеяния α-частиц указывает на то, что они еще не вступают вобласть действия ядерных сил, т, е. можно сделать вывод, что ядро окружено потенциальным барьером, высота которого не меньше 8,8 МэВ. С другой стороны, α-частицы, испускаемые ураном, имеют энергию 4,2 МэВ. Следовательно, α-частицы вылетают из а-радиоактивного ядра с энергией, заметно меньшей высоты потенциальною барьера. Классическая механика этот результат объяснить не могла.
Объяснение α-распада дано квантовой механикой, согласно которой вылет α-частицы из ядра возможен благодаря туннельному эффекту— проникновению α-частицы сквозь потенциальный барьер. Всегда имеется отличная от нуля вероятность того, что частица с энергией, меньшей высоты потенциального барьера, пройдет сквозь него, т. е. действительно, из α-радиоактивного ядра α-частицы могут вылетать с энергией, меньшей высоты потенциального барьера- Этот эффект целиком обусловлен волновой природой α-частиц.