Alapjai Magfizikai
Alapjait magfizikai alapjai a nukleáris fizika
Alapjait Magfizikai
A radioaktivitás - a tulajdonsága bizonyos atommagok az elemek automatikusan (azaz anélkül, hogy bármilyen külső hatástól) alakítjuk a sejtmagba atomok más elemek emissziós ionizáló sugárzással. Transzmutáció elemek ilyen esetekben az úgynevezett radioaktív bomlás. Radioaktív jelenségek természetes izotóp nevezzük a természetes radioaktivitás, valamint előforduló mesterségesen előállított izotópjait kémiai elemek - a mesterséges radioaktivitást.
Ahhoz, hogy megértsük a jelenség a radioaktivitás szükséges felidézni a szerkezet az atom. Ez egy pozitív töltésű atommag és az elektronok keringő negatívan érinti.
A mag áll protonok és a neutronok, amely az általános fogalom - nukleonokból. A semleges atom protonok száma a sejtmagban egyenlő az elektronok száma a héj. Nukleonok folyamatosan cserélt speciális részecskék, úgynevezett π-mezonokból, vagy kvantum atomenergia területén.
Atomic száma Z megegyezik a protonok száma a sejtmagban, és ebből következően, a felelős a sejtmagban. Az atomjai azonos kémiai elem van
azonos az atomszáma, és a tömeg. Nucleon tömege körülbelül 1840-szer nagyobb, mint a elektron tömeg. A kapcsolat a parányiság az elektron tömeg tömegét minősül nullával egyenlő, úgy, hogy az atom tömege határozza meg a tömeg a sejtmagban. A tömegszám száma egyenlő a nukleonok a sejtmagban.
A tömeg száma egy atom van feltüntetve a bal felső sarkában a kémiai elem szimbólum. A atomszámú (töltés) elem van írva a bal alsó elem szimbólum.
Az atomok, amelyek sejtmagja állnak a protonok száma megegyezik, de egy eltérő számú neutronok nevezzük izotópok (ISO + c toposz - .. ülés).
Számos típusú radioaktív nukleáris átalakulások kíséri a különböző típusú ionizáló sugárzás.
Alfa-részecske. Jellemző a sejtmagok a nehéz elemek kis kötési energiák. A folyamat során a transzformációs a nucleus intranukleáris atom alfa-részecskét bocsát ki. magtöltés csökken 2 egység, és az atomsúlya - 4 egység.
Egy alfa részecske egy magja egy hélium atom. Atomsúllyal 4 egység. A díj +2. Ha viszonylag nagy méretű és nagy részecskék a töltés nagy energiájú (3-10 MeV), egy nagy lineáris energiaátadás (LET) és jelentős lineáris sűrűsége ionizációs (ABI) az utóbbi.
A méret, töltés és az energia a alfa-részecske felelős annak több ütközés atomok az anyag. Növelésével a sűrűség és a atomi anyag tömege növeli a LET. Egyidejűleg részecskék növeli a fékerőt nőtt, és LPI. Van egy maximális végén az utat a részecske útját. Persze, amelynek nagy a tömeg, töltés és az energia alfa-részecske nem lehet egy nagy behatolási képesség gyorsan fékezett anyag.
Így attól függően, az energia, alfa-részecske futtatni különböző környezetekben korlátozott: a levegőben ez 2-10 cm, alumínium - 15-70 mikron, és a víz biológiai szövetekben - 30-130 mikron, azaz a a bőr az alfa-részecske
késleltette a felhám, anélkül, hogy elérné a mély réteg a hám. Egy közönséges papírlap abszolút képernyő számukra. Ezért a külső fellépés az alfa sugárzás emberre gyakorlatilag biztonságos. Azonban, a szállítás a alfa-részecskék a test belsejében, mint például az élelmiszer, és különösen, a levegő formájában radon - rendkívül veszélyes, mert jelentősen megnövekedett kockázatát karcinogén aktivitást. Alpha részecskék ilyen körülmények között könnyen áthatolnak a nyálkahártyákat, és hozzon létre belüli szövetekben és szervekben a nagy ionizációs sűrűségű, mint a patogén és okozott kifejezettebb hatását.
Elektronikus a béta-bomlás jellemző az átalakulás a természetes és mesterséges radionuklidok. Ebben a rendszerben, a béta-bomlás a sugárzás - a elektronok áramlását. Elektronikus béta-bomlás következik be, amikor az atommag okozta instabilitás meghaladó neutronok több mint a protonok száma. Ebben az esetben az elektron az atommag megjelenik, és egy neutron alakul a proton. Az elektron kilökődik a nucleus, a nukleáris töltés eggyel növekszik, és a tömegszáma változatlan marad.
A béta sugárzás az azonos elem tartalmaz elektronokat változó energiák - a nagyon alacsony, hogy bizonyos maximális értéket. Ezért, az emissziós spektrum folytonos vagy szakaszos. Azt találtuk, hogy együtt a béta-részecske kibocsátott nucleus semleges részecskék elhanyagolható tömegű képező elektronok egy bizonyos állandó érték. Ezeket a részecskéket nevezzük antineutrinó. A visszatérés a gerjesztett atommagok alapállapotú kíséri a kibocsátott gamma-sugárzás.
Fi-pozitron bomlás figyelhető meg némi mesterséges radioaktív izotópok. Pozitron - egy elemi részecske hasonló egy elektron, de van egy pozitív töltés. A pozitron emissziós egyik proton a sejtmagban alakítjuk egy neutron. Együtt pozitronokat kibocsátott neutrínók, amelyek együttesen alkotják egy pozitron bizonyos állandó mennyiségű energiát. Az emissziós spektrum az elektronikus bomlás, szilárd anyag formájában.
Pozitron béta-bomlás is kíséri gamma sugárzás. Specifikus ionizációs sűrűséget a béta-részecskéknek - több százszor kisebb, mint a alfa-részecskék. Így, mivel a kisebb tömeg, töltés és az energia a béta-részecskék 100-szor vagy több növeli az úthosszt az anyagban. Tehát, ez a levegőben több méterre több tíz méter, és a biológiai szövetek - néhány tíz centiméter.
A béta-részecskék különböző energia, így a képernyőn kell használni, amely elnyeli a béta részecske energiát a maximális védelmet a külső béta-sugárzás. Alkalmazott képernyők könnyű anyagok alacsony atomszámú, például üveg, polimer anyagok, alumínium. A gyártás a képernyők nehézfémek béta-részecskék generál bremsstrahlung röntgensugárzás amelyből védelem is szükséges.
K-capture egy másik fajta radioaktív transzformációk. A feleslegben lévő protonok az atommag egy atommag rögzíti egy elektron a legközelebbi a lényege a K-héj, és a helyén válik távolabb a elektronhéjak. Formed részecske neutrínók, az egyetlen kibocsátott részecskék a atommag R-capture.
Mivel a termelt energia, amikor az elektron héj elektron átmenetek, van egy jellemző röntgen-sugárzást diszkrét vonalat spektrum jellemző ezen a szinten, amelyen átmenetek előfordulnak elektronok az atom az anyag.
A maghasadás nehéz elemek. Ez a folyamat jellemző az atommagok az elemek nagy atomtömegű, mint a 235U, 239Pu stb Ennek eredményeként a nukleáris átalakítási kristálymag képződik a könnyű elemek nagy kötési energiák és a felesleges neutronok. Új kernel instabil, és lehet alakítani a sejtmaghoz a könnyebb elemek. Ebben az esetben nagy mennyiségű energiát.
A kapott neutronok használjuk fel a következő ismétlődő transzformációk a nehéz elemek. Ez az elv megszerzésének energia révén szabályozott láncreakciót hasadási nehéz elemek alapját működésének atomreaktorok. Ha ez a reakció ellenőrizhetetlenné válik, a növekedés a neutronok száma és az energia mennyisége exponenciálisan. Az ilyen egy láncreakció, ami egy nukleáris robbanás.
Termonukleáris reakciót. Amellett, hogy a természetes nukleáris átalakítások is a mesterséges fény konverziós elemeket atommagok (hidrogén izotópok deutérium és a trícium) a mag nehezebb elemek. Ezt a reakciót használják termonukleáris robbanás (hidrogén) bomba, ahol a szerepe a ravaszt létrehozásának kezdeti magas hőmérséklet szükséges közlésével nagy kinetikus energiával között a magok és a könnyű elemek, tartozik
biztosíték plutónium. Elindítása után a plutónium biztosíték feltételeket teremt kezelhetetlen termonukleáris reakciót. Meg kell jegyezni, hogy a felbomlása nehéz elemek, és a fúziós reakció kíséretében megjelenése erőteljes fluxus gamma sugárzás.
Specifikus ionizációs sűrűség gamma-sugárzás minimális, nincs töltés és tömeg, így az út tőlük elég nagy, és elérheti a levegőbe néhány száz méter. Biológiai szövetek gyakorlatilag nincs képernyők. Ezért a gamma-sugárzás nagyon veszélyes forrása külső sugárterhelés az emberre. Ezzel kapcsolatban képernyőn elleni védelemre a gamma-sugárzással kell anyagokból készült nagy sűrűségű, egy nagy számú mag és a nagy elektronhéjak atomok.
Kvantitatív jellemzésére radioaktivitás. Tanulás aránya radioaktív bomlás radionuklidok atommagok kiderült bizonyos rendszerességgel. Azt találtuk, hogy nem minden megy bomlás lehet egyszerre, és minden egyes időintervallum megtöri szigorúan állandó frakció a radioaktív izotóp atom. Ez az érték állandó, és egyedi az egyes radioaktív elemet. Ezt nevezik a bomlási állandó, és jelöljük λ (1 / s = s-1).
A bomlási állandó arányát mutatja atomok bomlási egy radioaktív anyag a tömeg per egységnyi idő alatt. Ennek megfelelően, a radioaktív bomlási törvény lehet állapítani a következőképpen: egyenlő időintervallumokban egyenlő részre vannak transzformálva radioaktív izotóp atom. Matematikailag arckifejezése a következő:
ahol N - számú aktív atomok izotóp egy időintervallum után t; Nem - az aktív atomok izotóp a kezdeti körülmények között; λ - állandó bomlási az izotóp; e - bázis a természetes logaritmus.
Ismerve a bomlási állandó, ki tudjuk számítani az időt, amely a fele az izotóp atomok szétesnek, azaz felezési idő (T):
felére csökken, és a kiállító maga végtelenül közel egy vízszintes vonal, de még soha nem keresztbe. A sugáregészségügyi elfogadta, hogy a tevékenység a radioaktív elem válik elhanyagolható 8-10 felezési idejük.
A felezési idő jelentősen változhat izotópokat. Rövid életű izotópokat tekinteni, amelyben a felezési ideje a másodperc tört része és néhány nap, hosszú életű -, amelyben ez időtartama több hónap egy milliárd év. Például: T 24Na = 15,06 H, 131I - 8,06 nap, 60Co - 5,3 év, 90Sr - 29 év, 129I - 15,7 Ma.
Az aktivitás a radioaktív anyag mutatja a sebességet atommagok bomlása izotóp egységnyi idő alatt. Ezért, a radioaktív anyag aktivitását növelésével növekszik tömege az izotóp, és csökkenő atomtömegű és a felezési idő.
Egy egység aktivitást a radioaktív anyag a SI kapott Becquerel (Bq) - az ilyen tevékenység, amely van egy forrás a transzformációs rendszermag 1 s. Annak érdekében, hogy képviselje a nagysága az egység, meg kell jegyezni, hogy a megengedett radioaktivitást ivóvíz béta-sugárzás 1 Bq / l, míg az alfa-sugárzás - 0,1 Bq / l. Történelmileg azonban, úgy, hogy az első előre meghatározott aktivitás egységét curie (Ci) 1.
Ez volt az első által javasolt Mariey Kyuri és a tiszteletére nevezték el Pierre és Marii Kyuri. Curie - ez egy nagyon nagy egysége legnagyobb aktivitás:
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq.