Главная >  Атомное ядро и ядерные превращения 

1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

2 Определить энергию связи ядер следующих атомов: sLi* {Л1=6,01702); бС2 (Л1 = 12,00380); иС\Ц М = 34,980); гоСа* (М = 39,97542); зтНЬ {М = = 84,9310); 47Ag (Л1= 109,94218); 78Pt (M= 194,02403), Определить также энергию связи, приходящуюся на одну ядерную частицу.

Ответ:

Изстсп

Agi.o

1538

3. Какое изменение массы происходит при сгорании 1 кг угля, если при этом освобождается 7000 /с а.г?

Ответ: 3,27.10-г.

4. Определить энергию а-раопада и энеогию вылетающей а-частнцы Но , если атомные веса Ро , РЬ и Не* соответственно равны 210,04826; 206,03859 и 4,003873?

Ответ: Энергия а-распада равна 5,4 Мэв; энергия а-частицы равна 5,3 Мэв.

Пояснение: Отношение энергий а-частицы и а-распада равно -7Г ЛНе Vie ,

ЛРЬ РЬ

1-f

Мрь V

РЬ РЬ

РЬ РЬ

.Wne Не/

Учитывая, что по закону сохранения количества движения Ме Не = Мр, Vpi получаем для искомого отношения значение

1 206

5 Какова тепловая мощность 1 г Th 2 (7=1,39.101° лет, £ = 4.05 Мэв); {г U234 (7 = 2,48.10!5 лет, £ = 4,85 Мэв): 1 г Со С7 = 5,3 года, £ = 2,811 Мэв)?

Ответ: 0,027 эрг/сек: 1770 эрг/сек; 18,7. 10 эрг/сек=18.7 вт.

6. Чему равняется энергия Р-распада, Р+ -распада н электронного захвата для Си (Cu -Zn -f; Си *-к№ --е+; CuS*--(?-->-Ni *), если атомные веса 2эСи , 2sNi < и 3oZn=* соответственно равны 63,94913; 63,94733 и 63,94852?

Ответ; 0,57; 0,66 и 1,68 Мэв.

7. Сколько кюри радона накопится в ампуле, содержащей 1 г радия, через трое суток после запайки?

7 = 3,825 суток \ [Ra--:-->Rn ,

Ответ: 0,42 кюри.

8. Какова активность Kb=, образовавшегося при распаде 20 мкг Zr: а) через 25 суток; б) 50 суток, в) 100 суток и г) через 2 года после начала накопления?

/ 65 суток 35 суток

Активность 20 мкг Zr [по формуле (20)] равна 425 мкюри. Ответ:

Активпссть,

мкюри

Время распада

сутки

1 46

0, 175

0,380

9. Через сколько суток ио условиям предыдущей задачи активность Nb будет максимальной и чему она равна? Ответ: Через 68 суток, 205 мкюри.

Глава 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

§ 1. ПРОХОЖДЕНИЕ а ЛУЧЕЙ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО

Пробег а-частицы. Альфа-частицы, проходя через вещество, постепенно растрачивают свою энергию на столкновения с атомами и молекулами. При этих столкновениях атомы и молекулы либо ионизируются, т. е. превращаются в ионы, либо возбуждаются, т. е. переходят в состояние с большой энергией. Возбужденные атомы или молекулы испускают избыточную энергию з виде квантов лучистой энергии, а в ряде случаев эта избыточная энергия способствует (протеканию химических процессой, которые в обычных условиях не идут. Таким образом, прохождение а-лучей через вещество сопровождается рядом эффектов:



ионизацией, химическим действием, возбуждением свечения и нагреванием. В той или иной степени с такими же эффектами связано прохождение через вещество р- и у-лучей.

Альфа-частицы из разных излучателей характеризуются различными пробегами, зависящими от их начальных энергий. Зависимость пробега а-частиц в воздухе при нормальных условиях от энергии представлена на рис. 5. Для пробегов больше 1 см действительна такая приближенная формула:

где Е выражено в Мэв, а R - в см.

Ионизация, производимая а-частицами. Количество пар ионов, образуемых на всем

Энергий, МзВ (нрибавЛ)

пути а-частицы, зависит от ее энергии. Так, в воздухе отношение энергии а-частицы к числу пар ионов, образуемых ею, приблизительно равно 33 эв. Если а-частица проходит через воздух при повышенной или пониженной плотности (за счет изменения давления j, ? или температуры), число пар ионов на единице пути соответственно увеличива-,0 ется или уменьшается, но общее число пар ионов остается тем же самым. Это означает, что соответственно уменьшается или увеличивается пробег а-частиц. Таким образом, пробег в одном и том же веществе обратно пропорционален его плотности.

Плотность ионизации (число пар ионов на едини цу длины) в различных частях пробега а-частицы оказывается различной. Для воздуха при нормальных условиях кривая плотности ионизации представлена на рис. 6.

Относительные атомарная и молекулярная тормозные способности. Зная пробег а-частицы в одной среде, скажем в воздухе, можно рассчитать пробег в другом веществе, если известна их относительная атомарная (или молекулярная) тормозная способность. Относительная атомарная тормозная способность двух

Энергия, Мзб [кривая 1)

Рис. 5. Пробег а-частиц в зав(исимости от

энергии

веществ равна обратному отношению длин пробегов а-частиц в этих веществах при одинаковых атомарных концентрациях. Допустим, что в двух веществах с атомными весами Ai и Лг плотности и пробеги а-частиц соответственно равны h и рг, Ri и R2-Тогда пробеги, приведенные к атомной концентрации 1 г-атом

I 60000-1 50000

20000

I toooo


&

Энергия. мзВ

Рис. 6. Плотность ионизации в зависимости от остаточного пробега В 1 см будут равны и По определению, относитель-

Ai Аг

пая атомарная тормозная способность второго вещества к первому будет равна

5 = -. (25)

Если через 5 обозначить относительную атомарную тормозную способность вещества с атомным весом А и плотностью р по отношению к воздуху, то это выражение можно переписать так:

Н (25а)

где и пробег в данной среде и в воздухе; - плотность воздуха; Ло -среднее значение атомного веса веществ, входящих в состав воздуха.

Отсюда

А Ро

(26)

S Лр

Относительная атомарная тормозная способность, вообще говоря, зависит от энергии а-частиц, но с достаточно хорошим приближением ее можно считать величиной постоянной в диапазо-



не энергий а-частиц, испускаемых естественными излучателями. Оказывается, что относительная атомарная тормозная способность является монотонной функцией атомного веса или порядкового номера в системе Менделеева. Зависимость относительной атомарной тормозной способности от массового числа представлена на рис. 7.

Аналогично атомарной тормозной способности можно ввести понятие относительной молекулярной тормозной способности

Рис. 7. Относительная атомарная тормозная способность как функция массового числа

двух веществ, которая равна обратному отношению длин пробегов а-частиц в этих веществах при одинаковых молекулярных концентрациях. Как показывает опыт, молекулярная тормозная способность какого-либо сложного вещества практически равна сумме атомарных тормозных способностей, входящих в молекулу атомов. В отдельных случаях отклонение от аддитивности составляет ЮУо. Такая аддитивность свидетельствует о том, что на торможение а-частиц практически не влияет характер химической связи. Поэтому изложенные выше соображения могут быть отнесены также к достаточно однородным смесям.

Взаимодействие а-лучей с ядрами. При прохождении через вещество а-частицы взаимодействуют в ооновноМ с электронными оболочками атомов и практически не меняют направление своего движени.я. Небольшая доля частиц на своем пути прохо-

дит, однако, столь близко от какого-либо ядра, что при этом вследствие сил отталкивания между а-частицей и ядром меняет направление своего движения. Такое изменение направления называют рассеянием, а угол, на который меняется направление, называют углом рассеяния. Если а-частица обладает достаточной энергией для преодоления сил электростатического отталкивания между нею и ядром, она может проникнуть внутрь ядра. Результатом такого проникновения является образование сложного ядра, обладающего большой избыточной энергией, т. е. возбужденного. За счет энергии возбуждения из ядра может вылететь а-частица, в этом случае тоже происходит рассеяние а-лучей, которое называется аномальным в отличие от нормального рассеяния, происходящего при энергии а-частиц, недостаточной для проникновения внутрь ядра. При аномальном рассеянии ядро может остаться в возбужденном состоянии и после вылета а-частицы, т. е. кинетическая энергия разлетающихся а-частицы и ядра меньше энергии столкновения. Рассеяние, при котором часть кинетической энергии переходит в энергию возбуждения ядра, является неупругим в отличие от упругого рассеяния, при котором кинетическая энергия сохраняется. При столкновении а-частицы с ядром оно приобретает кинетическую энергию и, в свою очередь, может на своем пути производить ионизацию. Такие ядра называют ядрами отдачи. Легко показать, что при упругом столкновении ядро отдачи приобретает скорость

V =--- sin - =-sin - , (27)

Mi-)-M, 2

или, выражая - через Л/4, получаем

sin

(28)

где поко:ится

где V - iCKopocTb а-частицы; V - скорость ядра отдачи; Жг - масса ядра отдачи; 7W, - масса а-частицы; Ф - угол рассяния а-частицы в системе, центр масс.

Наибольшая скорость ядра отдачи будет при рассеянии а-частицы на угол 180°.

Если а-частица проникает в ядро, то за счет энергии возбуждения из ядра может вылететь другая частица, например протон



1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70