Е. Резенфорд, заедно с английския радиохимик Ф. Соди, доказаха, че радиоактивността е придружена от спонтанно превръщане на един химичен елемент в друг.
И като резултат радиоактивно излъчванеядрата на атомите претърпяват промени химични елементи.
ЯДРЕЕН ДИЗАЙН
ИЗОТОПИ
Сред радиоактивните елементи са открити елементи, които са химически неразличими, но различни по маса. Тези групи елементи бяха наречени "изотопи" ("заемащи едно място в периодичната таблица"). Ядрата на атомите на изотопи на един и същи химичен елемент се различават по броя на неутроните.
Сега е установено, че всички химични елементи имат изотопи.
В природата, без изключение, всички химически елементи се състоят от смес от няколко изотопа, следователно в периодичната таблица атомните маси се изразяват като дробни числа.
Изотопите на дори нерадиоактивни елементи могат да бъдат радиоактивни.
АЛФА - РАЗПАД
Алфа частица (ядро на хелиев атом)
- характеристика на радиоактивни елементи със сериен номер по-голям от 83
.- законът за запазване на масата и зарядното число е задължително изпълнен.
- често придружени от гама лъчение.
Реакция на алфа разпад:
По време на алфа разпада на един химичен елемент се образува друг химичен елемент, който в периодичната таблица се намира с 2 клетки по-близо до началото си от оригинала
физическо значениереакции:
В резултат на бягството на алфа частица зарядът на ядрото намалява с 2 елементарни заряда и се образува нов химичен елемент.
Правило за изместване:
При бета разпада на един химичен елемент се образува друг елемент, който се намира в периодичната таблица в следващата клетка зад оригиналната (една клетка по-близо до края на таблицата).
БЕТА - РАЗПАД
Бета частица (електрон).
- често придружени от гама лъчение.
- може да бъде придружено от образуване на антинеутрино (леки електрически неутрални частици с висока проникваща способност).
- трябва да бъде изпълнен законът за запазване на масата и зарядното число.
Реакция на бета разпад:
Физическото значение на реакцията:
Неутрон в ядрото на атом може да се превърне в протон, електрон и антинеутрино, в резултат на което ядрото излъчва електрон.
Правило за изместване:
ЗА ТЕЗИ, КОИТО ОЩЕ НЕ СА Уморени
Предлагам да напиша реакциите на разпад и да предам работата.
(направете верига от трансформации)
1. Ядрото на кой химичен елемент е продукт на един алфа разпад
и два бета разпада на ядрото на дадения елемент?
Структурата и свойствата на частиците и атомните ядра се изучават в продължение на около сто години при разпадане и реакции.
Разпадът е спонтанна трансформация на всеки обект от физиката на микросвета (ядро или частица) в няколко продукта на разпад:
Както разпадът, така и реакциите са обект на поредица от закони за опазване, сред които трябва да се споменат на първо място следните закони:
По-нататък ще бъдат обсъдени други закони за опазване, действащи при разпадане и реакции. Изброените по-горе закони са най-важните и най-важното, извършва във всички видове взаимодействия.(Възможно е законът за запазване на барионния заряд да не е толкова универсален, колкото законите за запазване 1-4, но засега не е открито нарушение).
Процесите на взаимодействие на обекти от микросвета, които се отразяват в разпад и реакции, имат вероятностни характеристики.
Разпада
Възможен е спонтанен разпад на всеки обект от физиката на микросвета (ядро или частица), ако масата на покой на продуктите от разпада е по-малка от масата на първичната частица.
Характеризират се разпадите вероятности за разпад
, или реципрочната вероятност за средно време на живот
τ = (1/λ). Стойността, свързана с тези характеристики, също често се използва. полуживот
T 1/2.
Примери за спонтанно разпадане
 ;π 0 → γ + γ; π + → μ + + ν μ ; |
(2.4) | n → p + e − + e ; μ + → e + + μ + ν e ; |
(2.5) |
При разпадите (2.4) има две частици в крайно състояние. В разпадите (2.5) има три.
Получаваме уравнението на разпада за частици (или ядра). Намаляването на броя на частиците (или ядрата) за даден интервал от време е пропорционално на този интервал, броя на частиците (ядрата) в този моментвреме на разпадане и вероятност:
Интегрирането (2.6), като се вземат предвид началните условия, дава връзката между броя на частиците в момент t и броя на същите частици в началния момент t = 0:
Времето на полуразпад е времето, необходимо, за да се намали наполовина броят на частиците (или ядрата):
Възможен е спонтанен разпад на всеки обект от физиката на микросвета (ядро или частица), ако масата на продуктите на разпада е по-малка от масата на първичната частица. Разпадането на два продукта и на три или повече се характеризира с различни енергийни спектри на продуктите на разпада. В случай на разпад на две частици, спектрите на продуктите на разпада са дискретни. Ако има повече от две частици в крайно състояние, спектрите на продукта са непрекъснати.
Разликата между масите на първичната частица и продуктите на разпада се разпределя между продуктите на разпада под формата на тяхната кинетична енергия.
Законите за запазване на енергията и импулса за разпадане трябва да бъдат записани в координатната система, свързана с разпадащата се частица (или ядро). За опростяване на формулите е удобно да се използва системата от единици = c = 1, в която енергията, масата и импулсът имат еднакво измерение (MeV). Закони за опазване на този разпад:
Оттук получаваме за кинетичните енергии на продуктите на разпада
По този начин, в случай на две частици в крайно състояние определят се кинетичните енергии на продуктите ясно.Този резултат не зависи от това дали релативистките или нерелативистичните скорости имат продукти на разпад. За релативистичния случай формулите за кинетичните енергии изглеждат малко по-сложни от (2.10), но решението на уравненията за енергията и импулса на две частици отново е единственото. Означава, че в случай на разпад на две частици, спектрите на продуктите на разпада са дискретни.
Ако в крайно състояние се появят три (или повече) продукта, решението на уравненията за законите за запазване на енергията и импулса не води до еднозначен резултат. Кога, ако има повече от две частици в крайно състояние, спектрите на продуктите са непрекъснати.(По-нататък тази ситуация ще бъде разгледана подробно с помощта на примера на -decays.)
При изчисляване на кинетичните енергии на продуктите от разпада на ядрата е удобно да се използва фактът, че броят на нуклоните A се запазва. (Това е проявление закон за запазване на барионния заряд
, тъй като барионните заряди на всички нуклони са равни на 1).
Нека приложим получените формули (2.11) към -разпада на 226 Ra (първото разпадане в (2.4)).
Разликата между масите на радия и неговите продукти на разпад
ΔM = M(226 Ra) - M(222 Rn) - M(4 He) = Δ(226 Ra) - Δ(222 Rn) - Δ(4 He) = (23,662 - 16,367 - 2,424) MeV = 4,87 MeV. (Тук използвахме таблици на излишните маси на неутралните атоми и съотношението M = A + за масите и т.нар. излишни маси
Δ)
Кинетичните енергии на ядрата на хелия и радона в резултат на алфа разпада са равни на:
,
.
Общата кинетична енергия, освободена в резултат на алфа разпада, е по-малка от 5 MeV и е около 0,5% от масата на покой на нуклона. Съотношението на кинетичната енергия, освободена в резултат на разпадането, и енергията на покой на частиците или ядрата - критерий за допустимост на прилагане на нерелативисткото приближение. В случай на алфа разпад на ядра, малката кинетична енергия спрямо останалите енергии позволява да се ограничим до нерелативисткото приближение във формули (2.9-2.11).
| Задача 2.3.Изчислете енергиите на частиците, получени при разпадането на мезон |
π + мезонът се разпада на две частици: π + μ + + ν μ . Масата на π + мезона е 139,6 MeV, масата на мюона μ е 105,7 MeV. Точната стойност на масата на мюонното неутрино ν μ все още е неизвестна, но е установено, че тя не надвишава 0,15 MeV. При приблизително изчисление може да се зададе равно на 0, тъй като е с няколко порядъка по-ниско от разликата между масите на пиона и мюона. Тъй като разликата между масите на π + мезона и неговите продукти на разпад е 33,8 MeV, е необходимо да се използват релативистични формули за връзката между енергията и импулса за неутрино. При по-нататъшни изчисления малката маса на неутрино може да бъде пренебрегната и неутриното може да се счита за ултралативистична частица. Закони за запазване на енергията и импулса при разпада на π + мезон:
m π = m μ + T μ + E ν
|p ν | = | p μ | 
E ν = p ν 
Пример за разпад на две частици е също излъчването на -квант по време на прехода на възбудено ядро към най-ниското енергийно ниво.
При всички разпада на две частици, анализирани по-горе, продуктите на разпада имат "точна" енергийна стойност, т.е. дискретен спектър. Но по-внимателното изследване на този проблем показва това спектърът дори на продуктите от разпада на две частици не е функция на енергията.
.
Спектърът на продуктите на разпада има крайна ширина Г, която е толкова по-голяма, колкото е по-кратък животът на разпадащото се ядро или частица.
(Това отношение е една от формулировките на отношението на неопределеността за енергия и време).
Примери за разпад на три тела са -разпади.
Неутронът претърпява -разпад, превръщайки се в протон и два лептона - електрон и антинеутрино: np + e - + e.
Бета-разпадите се изпитват и от самите лептони, например мюонът (средният живот на мюона
τ = 2,2 10 –6 сек):
.
Закони за запазване на разпадането на мюон при максимален импулс на електрона:
За максималната кинетична енергия на електрона на разпад на мюона получаваме уравнението
|
Кинетичната енергия на електрона в този случай е с два порядъка по-висока от неговата маса на покой (0,511 MeV). Импулсът на релативисткия електрон на практика съвпада с неговата кинетична енергия
p = (T 2 + 2mT) 1/2 = )