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

ИЛИ нейтрон. При этом меняется состав ядра, т. е. происходит искусственное превращение ядер. Впервые такую реакцию в 1919 г. наблюдал Резерфорд.

Сокращенно такую ядерную реакцию обозначают N(a,p)0. Из реакций, происходящих под действием а-частиц, наибольшее значение имеет реакция типа (а, п), т. е. реакция, при которой из ядра вылетает под действием а-частицы нейтрон. Наибольший выход нейтронов наблюдается три воздействии а-частиц на бериллий. При прохождении через бериллий а-частиц с энергией 5 Мэв образуется один нейтрон на 12000 а-частиц.

§ 2. ПРОХОЖДЕНИЕ Р-ЛУЧЕЙ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО

Спектр энергии -частиц. В отличие от а-частиц, обладающих вполне характерными для каждого излучателя энергиями, р-час-тицы, испускаемые из одного р-излучателя, обладают различными энергиями -от нуля до некоторой максимальной. Каждый р-излучатель характеризуется некоторой максимальной


J 600 то 1800 гт. шо звооЕ.нэв

Р;с. 8. Распределение (З-частиц по энергиям

энергией р-частиц. Иногда р-излучатель испускает несколько групп р-частиц с различной максимальной энергией. Примерное распределение р-частиц по энергиям представлено на рис. 8.

Точный вид кривой распределения зависит от ряда факторов, связанных с особенностями р-распада. Причина непрерывности Р-спектра заключается в том, что одновременно с р-частицей, т. е. электроном (положительным или отрицательным) из ядра вылетает нейтральная частица - нейтрино, которая после акта распада обычно остается незамеченной вследствие ничтожной вероятности ее взаимодействия с веществом. В последнее время удалось экспериментально обнаружить нейтрино вне места ее возникновения. Эта частица обладает массой движения, которая соответствует уносимой доле энергии р-распада, а мас-

са покоя нейтрино, по-видимому, равна нулю. Если атом р-ак-тивного вещества покоился в момент распада, то геометрическая сумма количества движения трех частиц (нейтрино, электрон и оставшееся ядро) должна равняться нулю, а кинетическая энергия этих трех частиц должна равняться энергии распада. Из-за большой массы ядра его доля в энергии распада будет ничтожной и практически сумма энергий электрона и нейтрино равна энергии р-распада. В пределах этой величины энергия электрона может вырьировать от нуля до максимальной.

Прохождение монохроматического пучка электронов через вещество. Электроны, проходя через вещество, не только постепенно теряют свою энергию, но и рассеиваются, т. е. меняют направление своего движения. Рассеяние чаще всего происходит на небольшие углы, но заметная часть электронов рассеивается на большие углы вплоть до 180°. В результате рассеяния электроны фактически движутся в веществе по ломаной линии, длина которой значительно больше, чем расстояние между начальной и конечной точками его траектории, называемое пробегом


03 0,Ц 0,5 0,6 О.? Толщина экрана, г/см

Рис. 9. Ослабление пучка электронов

электрона в среде. Если мы пропустим узкий параллельный монохроматический пучок электронов, т. е. электронов с одинаковой энергией, через какое-либо вещество, то количество электронов в пучке постепенно будет уменьшаться из-за рассеяния. Убыль электронов по мере прохождения через слой вещества представлена на рис. 9. Длина максимального пробега зависит от энергии электронов и при заданной энергии для одного и того же вещества - от плотности. Максимальный пробег, выраженный не в единицах длины, а в граммах на квадратный сантиметр, от плотности не зависит, так как увеличение плотности приводит к соответствующему уменьшению длины пробега, а



произведение длины на плотность, равное числу граммов на квадратный сантиметр, не изменяется. Для различных веществ пробеги в массовых единицах, конечно, различаются между собой, но приближенно их можно считать одинаковыми. Кривая зависимости максимального пробега электронов от энергии


Рис. 10. Максимальный пробег электронов в зависимости от энергии

представлена на рис. 10. Для энергий свыше 0,8 Мэв вплоть до 3 Мэв кривая переходит в прямую, представленную уравнением

= 0,54£ -0,13, (29)

где Е - энергия, Мэв;

R - максимальный пробег, г/сл. Ослабление пучка -лучей. Пучок р-лучей, проходящий через вещество, можно представить как сумму большого числа монохроматических пучков различной энергии от нуля до максимальной в р-спектре. Суммарная кривая (рис. 11) по своему виду напоминает экспоненциально убывающую функцию. Поэтому число р-частиц, .прошедших слой вещества толщиной R, можно при-ближенно представить формулой

N = yV e-. (30)

Величина, обозначенная буквой ц, называется коэффициентом ослабления. Она зависит от энергии р-частиц и от поглощающего вещества. Как уже было сказано, формула (30) неточная, а в области конца кривой она совершенно неправильна. По формуле (30) величина jV приближается к нулю асимп-

тотически, в то время как кривая совмещается с осью абсцисс на расстоянии, равном максимальному пробегу р-частицы. Величина, обратная коэффициенту ослабления, имеет размерность длины и означает толщину слоя вещества, ослабляющего поток лучей в е раз. Очень часто способность вещества к ослаблению лучей характеризуют не коэффициентом ослабления, а толщиной слоя половинного ослабления. Связь между коэффициентом ослабления и толщиной слоя половинного ослабления, которую мы обозначим через R. можно получить из формулы (30):


Нривая поглащвния лучей Рис. И, Ослабление пучка р-частиц

откуда

0,693

(31)

Подставляя в формулу (30) значение ц из выражения (31), перепишем ее так:

N = Мое

-1п2

= Л/о-2

(31а)

Толщину ослабляющего слоя, как уже было сказано, можно выражать не только в единицах длины, но и в массовых единицах {г/см ). Если показатель степени в выражении (31) помножить и поделить на плотность вещества р , то в полученном вы-

ражении R{-это толщина в массовых единицах, а --отношение коэффициента ослабления к плотности - называется массовым коэффициентом ослабления. Формула вида (30) применима не только к р-лучам, но и к некоторым другим видам излучения, в частности, к у-лучам формула применима с гораздо большей точностью. Все написанное в этом параграфе о связи между коэффициентом ослабления, слоем половинного ослабления и массовым коэффициентом ослабления остается в силе для всех случаев, где применима формула вида (30).



Ионизация, производимая -лучами. При прохождении р-лу-чей через воздух или другие газы происходит ионизация. Так же как и в случае а-лучей, наряду с ионизацией происходит возбуждение атомов и молекул вещества, через которые проходят р-лу-чи. Обычно потери энергии на ионизацию и возбуждение называют ионизационными потерями. В среднем на образование одной пары ионов в воздухе тратится, так же как при ионизации а-лучами, около 33 эв. Из-за больших скоростей, чем у а-частиц, плотность ионизации у р-частиц значительно меньшая.

ЮООО

1000

100 80 60

<0

100 то гооото

Энергия, кэб

12. Плотность ионизации как функция энергии Р-частиц (в воздухе npiH нормальных условиях)

Плотность ионизации как функция энергии в воздухе при нормальных условиях представлена на рис. 12.

Помимо ионизационных потерь при прохождении электронов через вещество наблюдаются радиационные потери, т. е. потери на излучение. При движении электрического заряда с переменной скоростью он является источником электромагнитных волн. Электроны при своем движении в поле ядер меняют величину и направление своей скорости, следствием чего является излучение, называемое тормозным. Так, тормозное излучение испускается антикатодом рентгеновской трубки. Энергия квантов тормозного рентгеновского излучения колеблется в широких пределах вплоть до энергии возбуждающего его излучения. Роль

радиационных потерь очень велика при энергиях электронов порядка десятков мегаэлектронвольт, а для р-лучей, испускаемых обычно радиоактивными веществами, не выходит за пределы нескольких процентов.

§ 3. ПРОХОЖДЕНИЕ Y-ЛУЧЕЙ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО

Гамма-лучи. Гамма-лучи представляют собой поток электромагнитных волн, испускаемых ядрами атомов. Они отличаются от лучей видимого света длиной волны. Если лучам видимой части спектра соответствует диапазон длин волн ~410~- 8 10~ CJH. ультрафиолетовым лучам соответствует диапазон ~-410 -\0~ см, характеристическим рентгеновым лучам 10~-10 см, то Y-лучам соответствуют электромагнитные волны в диапазоне длин 10~-10~ см. Как известно, электромагнитные волны обладают не только волновыми свойствами, но и свойства.ми потока частиц - фотонов или квантов, энергия которых е определяется из соотношения

e = h- = ~, (32)

где V - частота электромагнитных волн; Я- их длина;

с - скорость распространения света в вакууме, равная

2,998-10 см/сек; h - постоянная Планка, равная 6,62-10 эрг<£К = А,\АХ

Х10-2 Мэв-сек. Таким образом,

4.и 10~2 2,998 10° 1,24 10 33

где энергия выражена в Мэв, а Я,-в см.

Диапазону длин волн у-лучен соответствует диапазон энергий фотонов от десятков тысяч электронвольт до нескольких мегаэлектронвольт. При прохождении \-лучей через вещество ослабление происходит в результате ряда процессов, из которых важнейшими являются следующие: фотоэффект (точнее, фотоионизация), рассеяние на свободных электронах или эффект Комп-тона и явление образования пар электронов и позитронов. Наряду с этими явлениями происходят и другие явления, например когерентное рассеяние (рассеяние, при котором длина волны не изменяется), ядерный фотоэффект (см. стр. 33), однако их роль в ослаблении потока у-лучей незначительна.

Фотоионизация. Явление фотоионизации заключается в вырывании электронов из отдельных атомов. При фотоионизацин часть энергии фотона тратится на вырывание электрона, т. е. на



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