Si E. Resenford, kasama ang Ingles na radiochemist na si F. Soddy, ay nagpatunay na ang radyaktibidad ay sinamahan ng kusang pagbabago ng isang kemikal na elemento sa isa pa.
At bilang resulta radioactive radiation ang nuclei ng mga atom ay sumasailalim sa mga pagbabago mga elemento ng kemikal.
NUCLEAR DESIGN
ISOTOPS
Kabilang sa mga radioactive na elemento, ang mga elemento ay natagpuan na kemikal na hindi makilala, ngunit naiiba sa masa. Ang mga pangkat na ito ng mga elemento ay tinawag na "isotopes" ("sinasakop ang isang lugar sa periodic table"). Ang nuclei ng mga atom ng isotopes ng parehong elemento ng kemikal ay naiiba sa bilang ng mga neutron.
Ngayon ay itinatag na ang lahat ng mga elemento ng kemikal ay may isotopes.
Sa kalikasan, nang walang pagbubukod, ang lahat ng mga elemento ng kemikal ay binubuo ng isang halo ng ilang mga isotopes, samakatuwid, sa periodic table, ang mga atomic na masa ay ipinahayag bilang mga fractional na numero.
Ang isotopes ng kahit na hindi radioactive na mga elemento ay maaaring radioactive.
ALPHA - NABUBUKOT
Alpha particle (nucleus ng isang helium atom)
- katangian ng mga radioactive na elemento na may serial number na higit sa 83
.- ang batas ng konserbasyon ng masa at numero ng singil ay kinakailangang matupad.
- madalas na sinamahan ng gamma radiation.
Reaksyon ng pagkabulok ng alpha:
Sa panahon ng pagkabulok ng alpha ng isang elemento ng kemikal, isa pang elemento ng kemikal ang nabuo, na sa periodic table ay matatagpuan ang 2 mga cell na mas malapit sa simula nito kaysa sa orihinal.
pisikal na kahulugan mga reaksyon:
Bilang resulta ng pagtakas ng isang alpha particle, ang singil ng nucleus ay bumababa ng 2 elementarya na singil at isang bagong elemento ng kemikal ay nabuo.
Panuntunan sa paglilipat:
Sa panahon ng beta decay ng isang kemikal na elemento, isa pang elemento ang nabuo, na matatagpuan sa periodic table sa susunod na cell sa likod ng orihinal (isang cell na mas malapit sa dulo ng talahanayan).
BETA - DECAY
Beta particle (electron).
- madalas na sinamahan ng gamma radiation.
- maaaring sinamahan ng pagbuo ng mga antineutrino (light electrically neutral particles na may mataas na penetrating power).
- dapat matupad ang batas ng konserbasyon ng masa at numero ng singil.
Reaksyon ng beta decay:
Ang pisikal na kahulugan ng reaksyon:
Ang isang neutron sa nucleus ng isang atom ay maaaring maging isang proton, isang electron at isang antineutrino, bilang isang resulta, ang nucleus ay naglalabas ng isang electron.
Panuntunan sa paglilipat:
PARA SA MGA HINDI PA PAGOD
Iminumungkahi kong isulat ang mga reaksyon ng pagkabulok at ibigay ang gawain.
(gumawa ng isang hanay ng mga pagbabago)
1. Ang nucleus kung saan ang kemikal na elemento ay produkto ng isang alpha decay
at dalawang beta decay ng nucleus ng ibinigay na elemento?
Ang istraktura at mga katangian ng mga particle at atomic nuclei ay pinag-aralan nang halos isang daang taon sa mga pagkabulok at reaksyon.
Ang mga pagkabulok ay isang kusang pagbabago ng anumang bagay ng microworld physics (nucleus o particle) sa ilang mga produkto ng pagkabulok:
Ang parehong mga pagkabulok at mga reaksyon ay napapailalim sa isang serye ng mga batas sa konserbasyon, bukod sa kung saan ay dapat na banggitin, una, ang mga sumusunod na batas:
Sa mga sumusunod, tatalakayin ang iba pang mga batas sa konserbasyon na tumatakbo sa mga pagkabulok at mga reaksyon. Ang mga batas na nakalista sa itaas ay ang pinakamahalaga at, pinakamahalaga, ginanap sa lahat ng uri ng pakikipag-ugnayan.(Posible na ang batas sa konserbasyon ng singil sa baryon ay hindi kasing-unibersal gaya ng mga batas sa konserbasyon 1-4, ngunit sa ngayon ay walang nakitang paglabag dito).
Ang mga proseso ng pakikipag-ugnayan ng mga bagay ng microworld, na makikita sa mga pagkabulok at reaksyon, ay mayroon probabilistikong katangian.
Nabubulok
Ang kusang pagkabulok ng anumang bagay ng microworld physics (nucleus o particle) ay posible kung ang natitirang masa ng mga produkto ng pagkabulok ay mas mababa kaysa sa masa ng pangunahing particle.
Nailalarawan ang mga pagkabulok mga probabilidad ng pagkabulok
, o ang katumbas na posibilidad ng average na oras ng buhay
τ = (1/λ). Madalas ding ginagamit ang halagang nauugnay sa mga katangiang ito. kalahating buhay
T 1/2.
Mga halimbawa ng kusang pagkabulok
 ;π 0 → γ + γ; π + → μ + + ν μ ; |
(2.4) | n → p + e − + e ; μ + → e + + μ + ν e ; |
(2.5) |
Sa mga pagkabulok (2.4) mayroong dalawang particle sa huling estado. Sa mga decay (2.5), mayroong tatlo.
Nakukuha namin ang equation ng pagkabulok para sa mga particle (o nuclei). Ang pagbaba sa bilang ng mga particle (o nuclei) sa isang agwat ng oras ay proporsyonal sa agwat na ito, ang bilang ng mga particle (nuclei) sa sa sandaling ito oras ng pagkabulok at posibilidad:
Ang pagsasama-sama (2.6), na isinasaalang-alang ang mga paunang kondisyon, ay nagbibigay ng kaugnayan sa pagitan ng bilang ng mga particle sa oras t at ang bilang ng parehong mga particle sa unang oras t = 0:
Ang kalahating buhay ay ang oras na aabutin para mahati ang bilang ng mga particle (o nuclei):
Ang kusang pagkabulok ng anumang bagay ng microworld physics (nucleus o particle) ay posible kung ang masa ng mga produkto ng pagkabulok ay mas mababa kaysa sa masa ng pangunahing particle. Ang mga pagkabulok sa dalawang produkto at sa tatlo o higit pa ay nailalarawan sa pamamagitan ng magkakaibang spectra ng enerhiya ng mga produkto ng pagkabulok. Sa kaso ng pagkabulok sa dalawang particle, ang spectra ng mga produkto ng pagkabulok ay discrete. Kung mayroong higit sa dalawang particle sa huling estado, ang spectra ng produkto ay tuluy-tuloy.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng masa ng pangunahing particle at ang mga produkto ng pagkabulok ay ipinamamahagi sa mga produkto ng pagkabulok sa anyo ng kanilang mga kinetic energies.
Ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum para sa pagkabulok ay dapat na nakasulat sa sistema ng coordinate na nauugnay sa nabubulok na particle (o nucleus). Upang gawing simple ang mga formula, madaling gamitin ang sistema ng mga yunit = c = 1, kung saan ang enerhiya, masa, at momentum ay may parehong dimensyon (MeV). Mga batas sa konserbasyon para sa pagkabulok na ito:
Kaya nakuha namin para sa kinetic energies ng mga produkto ng pagkabulok
Kaya, sa kaso ng dalawang particle sa huling estado ang kinetic energies ng mga produkto ay tinutukoy malinaw. Ang resultang ito ay hindi nakadepende sa kung ang relativistic o nonrelativistic velocities ay may mga produkto ng pagkabulok. Para sa relativistic case, ang mga formula para sa kinetic energies ay mukhang mas kumplikado kaysa sa (2.10), ngunit ang solusyon ng mga equation para sa enerhiya at momentum ng dalawang particle ay muli ang isa lamang. Ibig sabihin nito ay sa kaso ng pagkabulok sa dalawang particle, ang spectra ng mga produkto ng pagkabulok ay discrete.
Kung tatlo (o higit pa) na mga produkto ang lumitaw sa huling estado, ang solusyon ng mga equation para sa mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum ay hindi hahantong sa isang hindi malabo na resulta. Kailan, kung mayroong higit sa dalawang particle sa huling estado, ang spectra ng mga produkto ay tuluy-tuloy.(Sa mga sumusunod, ang sitwasyong ito ay isasaalang-alang nang detalyado gamit ang halimbawa ng -decays.)
Sa pagkalkula ng mga kinetic energies ng mga produkto ng pagkabulok ng nuclei, maginhawang gamitin ang katotohanan na ang bilang ng mga nucleon A ay natipid. (Ito ay isang manipestasyon batas sa pangangalaga ng baryon charge
, dahil ang mga singil sa baryon ng lahat ng mga nucleon ay katumbas ng 1).
Ilapat natin ang mga nakuhang formula (2.11) sa -decay ng 226 Ra (ang unang pagkabulok sa (2.4)).
Ang pagkakaiba sa pagitan ng masa ng radium at mga produkto ng pagkabulok nito
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. (Dito ginamit namin ang mga talahanayan ng labis na masa ng mga neutral na atomo at ang ratio M = A + para sa mga masa at tinatawag na. labis na masa
Δ)
Ang kinetic energies ng helium at radon nuclei na nagreresulta mula sa alpha decay ay katumbas ng:
,
.
Ang kabuuang kinetic energy na inilabas bilang resulta ng alpha decay ay mas mababa sa 5 MeV at humigit-kumulang 0.5% ng natitirang masa ng nucleon. Ang ratio ng kinetic energy na inilabas bilang resulta ng pagkabulok at ang natitirang enerhiya ng mga particle o nuclei - criterion para sa pagiging katanggap-tanggap ng paglalapat ng hindi relativistikong pagtatantya. Sa kaso ng alpha decays ng nuclei, ang liit ng kinetic energies kumpara sa natitirang enerhiya ay ginagawang posible na makulong ang ating sarili sa hindi relativistic approximation sa mga formula (2.9-2.11).
| Gawain 2.3. Kalkulahin ang mga enerhiya ng mga particle na ginawa sa pagkabulok ng isang meson |
Ang π + meson ay nabubulok sa dalawang particle: π + μ + + ν μ . Ang masa ng π + meson ay 139.6 MeV, ang masa ng muon μ ay 105.7 MeV. Ang eksaktong halaga ng muon neutrino mass ν μ ay hindi pa rin alam, ngunit ito ay itinatag na hindi ito lalampas sa 0.15 MeV. Sa isang tinatayang pagkalkula, maaari itong itakda na katumbas ng 0, dahil ito ay ilang mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa pagkakaiba sa pagitan ng pion at muon na masa. Dahil ang pagkakaiba sa pagitan ng mga masa ng π + meson at ang mga produkto ng pagkabulok nito ay 33.8 MeV, kinakailangang gumamit ng mga relativistic na formula para sa kaugnayan sa pagitan ng enerhiya at momentum para sa mga neutrino. Sa karagdagang mga kalkulasyon, ang maliit na masa ng neutrino ay maaaring mapabayaan at ang neutrino ay maaaring ituring na isang ultrarelativistic na particle. Mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum sa pagkabulok ng π + meson:
m π = m μ + T μ + E ν
|p ν | = | p μ | 
E ν = p ν 
Ang isang halimbawa ng isang dalawang-particle decay ay din ang paglabas ng isang -quantum sa panahon ng paglipat ng isang excited nucleus sa pinakamababang antas ng enerhiya.
Sa lahat ng dalawang-particle decay na nasuri sa itaas, ang mga produkto ng pagkabulok ay may "eksaktong" halaga ng enerhiya, i.e. discrete spectrum. Gayunpaman, ang isang mas malapit na pagsusuri sa problemang ito ay nagpapakita na ang spectrum kahit ng mga produkto ng dalawang-particle decay ay hindi isang function ng enerhiya.
.
Ang spectrum ng mga produkto ng pagkabulok ay may hangganan na lapad Г, na kung saan ay mas malaki, mas maikli ang buhay ng nabubulok na nucleus o particle.
(Ang kaugnayang ito ay isa sa mga pormulasyon ng uncertainty relation para sa enerhiya at oras).
Ang mga halimbawa ng three-body decay ay -decays.
Ang neutron ay sumasailalim sa -pagkabulok, nagiging isang proton at dalawang lepton - isang electron at isang antineutrino: np + e - + e.
Ang mga beta decay ay nararanasan din ng mga lepton mismo, halimbawa, ang muon (ang karaniwang buhay ng muon
τ = 2.2 10 –6 segundo):
.
Mga batas sa pag-iingat para sa pagkabulok ng muon sa pinakamataas na momentum ng elektron:
Para sa maximum na kinetic energy ng muon decay electron, nakuha namin ang equation
|
Ang kinetic energy ng isang electron sa kasong ito ay dalawang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa rest mass nito (0.511 MeV). Ang momentum ng isang relativistic electron ay halos tumutugma sa kinetic energy nito, sa katunayan
p = (T 2 + 2mT) 1/2 = )