Закон радіоактивного розпаду

При радіоактивному розпаді за час dt із N зазнає розпад dN ядер (число радіоактивних ядер зменшується на dN), причому експеримент показує, що dN пропорційно N та dt

dN = -lNdt

де l коефіцієнт пропорційності, який називають сталою розпаду, знак “мінус” вказує на зменшення числа ядер. Це диференціальне рівняння інтегрується методом розподілення змінних () і його розв'язок має вигляд

N = N₀e^-lt,

де N₀-число ядер на початок розпаду. Замість сталої розпаду , можна ввести період напіврозпаду - час, за який число ядер зменшиться вдвоє:

Імовірність розпадутаким чином можна записати у вигляді

,

де f(t) -густина розподілу. Знайдемо середній час життя ядра:

і остаточно час життя становить .

На представлено графік частки ядер, що розпалися

,

де - мірило часу у одиницях періоду напіврозпаду . На маємо графік у загальному вигляді, а на детально виділено частину графіка після перших 10 періодів напіврозпаду. З другого графіка видно, що забрудненість радіоактивними елементами зменшується в 1000 разів за час . Наприклад, для стронцію з періодом напіврозпаду , цей час становить 277 років.

Aльфа-розпад

При a-розпадіматеринського ядра утворюється дочірнє ядро та a-частинка, яка являє собою ядро атома гелію

.

При радіоактивному розпаді виконується закон збереження масового числа А та зарядовогго числа Z. Як приклад, приведемо a-розпад ядра торію

.

При вильоті з ядра a-частинка має швидкість порядку . ЇЇ кінетична енергія виникає за рахунок надлишку енергії материнського ядра порівняно з енергією спокою дочірнього ядра та a-частинки. Процес a-розпаду уявляється як утворення у надрах ядра a-частинки з енергією»6 МеВ і подальше тунельне проникнення її через потенціальний бар'єр, створений енергією зв'язку у ядрі (див. ). Дочірнє ядро, як правило, виникає у збудженому стані і за час переходить в основний стан із випромінюванням g-променів або передачею енергії збудження одному з внутрішніх електронів - явище внутрішньої конверсії.

§ 70. Бета-розпад

Існує три види b-розпаду ядра: електронний, позитронний та електронний захват (Е-захват).

Електронний b-розпад відбувається за схемою

.

Наприклад, процес електронного b-розпаду торію має вигляд:

.

Надлишок енергії спокою материнського ядра над енергією спокою уламків розпаду перерозподіляється між ними по різному від одного розпаду до іншого. При цьому енергетичний спектр електронів лежить між 0 та - максимальним значенням, яке відповідає повній утраті енергії ядром при розпаді (див. ). Досліджуючи експериментальні дані енергії електронів з точки зору закону збереження енергії та погодження неперервного спектра електронів з дискретним спектром енергій ядер, В.Паулі в 1932 році висунув гіпотезу про те, що b-розпад супроводжується випромінюванням крім електрона ще й нейтральної частинки з нульовою масою спокою. Таку частинку за пропозицією Е.Фермі було названо нейтрино (з італійської - маленький нейтрон).

Позитронний b-розпад відбувається за схемою

.

Наприклад, процес позитронного b-розпаду фосфору має вигляд:

.

Е-захват полягає в тому, що ядро захоплює один із К-електронів (рідше L- чи M-електронів) свого атома. При цьому один із протонів ядра перетворюється у його надрах у нейтрон

і процес Е-захвату можна записати у вигляді

Наприклад, при Е-захваті калій перетворюється в аргон

.

Дата добавления: 2015-11-14