Презентация на тему "Радиоактивность и ее свойства"

Содержание

• 
  Слайд 1

  РАДИОАКТИВНОСТЬ

  1

• 
  Слайд 2

  Радиоактивность

  Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испус- каниемэлементарных частиц или излучения. 2

• 
  Слайд 3
  

  Нарушение ядерного равновесия в ядре, приводящие крадиоактивному распаду. 3

• 
  Слайд 4
  

  Анализируя проникающую способность радиоактивного излучения урана, Э. Резерфорд обнаружилдве составляющие этого излучения: менее проникающую, названную α-излучением, и более проникающую,названную β-излучением. Третья составляющая урановой радиации, самая проникающая из всех, былаоткрыта в 1900 году П.Виллардом и названа по аналогии с резерфордовским рядомγ-излучением. Резерфорди его сотрудники показали, что радиоактивность связана с распадом атомов (значительно позже стало ясно,что речь идет о распаде атомных ядер), сопровождающимся выбросом изних определенного типа излучений. 4

• 
  Слайд 5
  

  Радиоактивное излучение в магнитном поле 5

• 
  Слайд 6
  

  α -излучение — тяжелые положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью около 109см/сек и поглощающиеся слоем алюминия в несколько микрон. Впоследствии методом спектрального анализа было показано, что этими частицами являются ядра гелия . β -излучение — легкие, отрицательно заряженные частицы- электроны движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и поглощаемые слоемалюминия толщиной в среднем 1 мм. γ -излучение — сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни вэлектрическом, ни в магнитном поле. Природа γ -излучения — жесткоеэлектромагнитное излучение, имеющее еще более короткую длину волны,чем рентгеновское. 6

• 
  Слайд 7

  Типы превращений

  К числу основных типов превращений относятся: 1)α -распад, 2)β − -распад, 3)β + -распад, или электронный захват ЭЗ, 4) изомерный переход ИП, при котором ядра переходят из возбужденного состояния с большим временем жизни (изомерные состояния) в менее возбужденное или в основное состояние и 5)спонтанное деление тяжелых ядер. 7

• 
  Слайд 8
  

  При этих типах превращений материнского нуклида с массовым числом A и атомным номером Z в дочерний нуклид изменяется массовое число и/или атомный номер: 8

• 
  Слайд 9

  ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В РАСПАДАХ

  9 При радиоактивном распаде сохраняются следующие параметры: 1. Заряд. Электрический заряд не может создаваться или исчезать. Общий заряд до и после реакции должен сохраняться, хотя может по-разному распределяться среди различных ядер и частиц. Единичный положительный и отрицательный заряды нейтрализуют друг друга. 2. Массовое число или число нуклонов. Число нуклонов после реакции должно быть равно числу нуклонов до реакции. 3. Общая энергия. Кулоновская энергия и энергия эквивалентных масс должна сохраняться во всех реакциях и распадах. 4. Импульс и угловой момент. Сохранение линейного импульса ответственно за распределение кулоновской энергии среди ядер, частиц и/или электромагнитного излучения. Угловой момент относится к спину частиц.

• 
  Слайд 10
  

  При радиоактивном распадевыполняется закон сохранения электрических зарядов: изакон сохранения массовых чисел: и — соответственно заряд и массовое число материнского ядра; и — соответственно заряды и массовые числа частиц, получившихся в результате радиоактивного распада. 10

• 
  Слайд 11

  Правила смещения

  Следствием этих законов являются правила смещения, позволяющие установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра в различных типах радиоактивного распада: для α-распада, 11 для β--распада, для β+-распада.

• 
  Слайд 12
  

  Радиоактивность, наблюдающаяся у изотопов, существующих в природных условиях, называется естественной. Радиоактивность изотопов, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной. Ядра, подверженные радиоактивным превращениям, называются радиоактивными, а не подверженные - стабильными. Такое деление условно, так как, в сущности, все ядра могут самопроизвольно распадаться, но этот процесс в разных ядрах идет с различной скоростью. 12

• 
  Слайд 13

  Изобарные цепочки

  Все известные радиоактивные нуклиды объединены в изобарные цепочки, каждая из которых показывает все радиоактивные превращения ядер с данным массовым числом A. Пример цепочек радиоактивных превращений трех радиоактивных природных семейств: Урана, Актиния, Тория. 13

• 
  Слайд 14

  Семейство урана

  Первое семейство называется семейством урана. Оно начинается с α -активного изотопа урана, который с периодом полураспада 4.5·109 лет превращается в торий. В свою очередь, торий является β-радиоактивным изотопом и с периодом 24 дня превращается в β-радиоактивный протактиний и т.д. Среди других ядер семейство урана содержит радий и радиоактивный газ – радон и заканчивается стабильным изотопом свинца. 14

• 
  Слайд 15

  Семейство актиния

  Второе семейство—семействоактиноурана— начинается с другого α-активного изотопа урана, который с периодом полураспада примерно7·108 лет превращается в торий, испускающий β-частицы и превращающийся в протактиний . Этот изотоп в отличие от 234Pa91является α-радиоактивным и превращается в актиний 227Ac89и т. д. Семейство актиноурана, как и семейство урана, содержит радиоактивный газ – радони заканчивается вторым стабильным изотопом свинца 207Pb82. 15

• 
  Слайд 16

  Семейство тория

  Наконец, третье семейство — семейство тория - начинается с α-радиоактивного изотопа тория, имеющего период полураспада 1,4·1010лет и превращающегося в β-радиоактивный изотоп радия и т. д. Это семейство также содержит в своем составе радиоактивный газ радон и заканчивается третьим стабильным изотопом свинца (что указывает на особую устойчивость ядер свинца). 16

• 
  Слайд 17
  

  Из приведенных участков цепочек видно, что массовые числа элементов в пределах каждого радиоактивного семейства или не меняются совсем, азарядследующего элемента повышается на единицу, или изменяются на четыре единицы, азарядследующего элементапонижается на две единицы. Эта закономерность, названная правилами смещения, очевидно, объясняется тем, что радиоактивное превращение сопровождается либо испусканием β-частицы (электрона), в результате чего заряд ядра повышается на единицу, а массовое число остается неизменным, либо испусканием α- частицы, уносящей четыре массовые единицы и двойной заряд. 17

• 
  Слайд 18
  

  Из правил смещения вытекает, что массовые числа членов всех трех семейств описываются следующей формулой: A = 4n + C, где n —целое число; С = 2 для семейства урана (n > 50), С = 3 для семейства актиноурана (n> 50), С = 0 для семейства тория (n > 51). Обращает на себя внимание отсутствие четвертого семейства при С = 1, существование которого в принципе можно ожидать. Такое семейство действительно существует, но оно состоит из изотопов, не встречающихся в природе. Четвертое семейство было открыто только после того, как научились искусственно получать изотопы различных элементов. 18

• 
  Слайд 19
  

  19

• 
  Слайд 20
  

  20

• 
  Слайд 21

  Закон радиоактивного превращения

  Закон радиоактивного превращения весьма прост. Для каждого радиоактивного ядра имеется определенная вероятность λтого, что оно испытывает превращение в единицу времени. Следовательно, если радиоактивное вещество содержит N атомов, то количество атомов dN, которое претерпит превращение за время dt, будет равно dN = -λNdt Вероятность распада λвходит в это уравнение в качестве коэффициента, который называется постоянной распада. Знак минус соответствует убыванию вещества в процессе распада. 21

• 
  Слайд 22
  

  22 Решив уравнение найдем следующий закон изменения числа радиоактивных ядер со временем: N = N0 exp(-λt), где N0 – число атомов вещества до начала распада. Если в полученное уравнение подставить вместо времени t период полураспада T½, то можно найти связь постоянной распада λ с периодом полураспада T½. Действительно, так как N(T½) = N0/2, то N0exp(-λ T½) = N0/2 и exp(-λ T½) = 1/2, Откуда λ = ln 2/T1/2 ≈ 0,69/T1/2

• 
  Слайд 23
  

  Старейшей, до сих пор наиболее употребительной единицей радиоактивности является кюри (Ки) и ее дольные единицы: милликюри (1мКи=10-3) и микрокюри (1мкКи=10-6Ки). По первоначальному определению кюри есть активность одного грамма изотопа радия 226Ra88. Однако, для удобства измерений это определение в дальнейшем было заменено следующим: 1Ки = 3,700·1010 Бк; 1Бк = 0,27· 10-10 Ки. 23

• 
  Слайд 24
  

  Рассмотрим в общем виде уравнение баланса нуклидов в радиоактивной цепочке из материнского ядра и i-1 дочерних радионуклидов (число ядер i - го типа Ni) с постоянными распада соответственно λi. Система дифференциальных уравнений для линейной цепочки, характеризующая распад и накопление числа радиоактивных атомов имеет вид: dN1(t)/dt=−λ1dN1(t); dN2(t)/dt=−λ2dN2(t) +λ1dN1(t); dNi(t )/dt=−λidNi(t) +λi-1dNi-1(t) …………………………………………….. 24

• 
  Слайд 25
  

  Пусть Ni(0)- число ядер материнского радионуклида в начальный момент времени t = 0. Тогда для любого времени t решение уравнений имеет вид: (*) N1(t) =N1 (0) exp(−λ1t ); ……………………………………………………………………………………………………………….. 25

• 
  Слайд 26
  

  Активность источника A определяется как произведение постояннойраспада λ на число радиоактивных ядер в источнике N A = λN (**) ЕслиN — число ядер в 1 г вещества, т.е. N = N0/A (ядер/г) (где N0≈6·1023 - число Авогадро, A - массовое число), то говорят об удельнойактивности Am, Бк/г; если N - число ядер в единице объема, т.е. N = ρN0/A (гдеρ — плотность в г/см3), то по формуле (**) определяется объемнаяактивность AV, Бк/см3. 26

• 
  Слайд 27
  

  Формулы расчета активности материнского и дочерних продуктов в линейной цепочке в момент времени t: (***) и так далее в соответствии с формулами (*), (**). При λ1 <<λ2 (или (T½)1 >> (T½)2) 27

• 
  Слайд 28
  

  То есть, количество (активного) дочернего радионуклида возрастает со временем по экспоненциальному закону сλ2 дочернего радионуклида и при t>> (T½)2приближается к своему предельному значению При λ1 >> λ2 (или (T½)1 << (T½)2) то есть активность дочернего радионуклида падает со временем по экспоненциальному закону с λ1 материнского радионуклида. 28

• 
  Слайд 29
  

  Соотношение активности A1 материнского и A2 дочернего радионуклидов (T½)1 >> (T½)2 и при t > 10(T½)2 записывается обычно в форме λ1N1 = λ2N2 , где N1 и N2- число ядер материнского и дочернего радионуклидов. Это так называемое вековое(или секулярное) равновесие. Оно означает, что число распадов дочерних радионуклидов λ2N2 равно числу распадов λ1N1 материнского радионуклида (то есть, числу образующихся при этом ядер дочернего радионуклида λ1N1). 29

• 
  Слайд 30
  

  Активность N (Бк, Ки) радионуклидов связана с массой m (г) радиоактивного изотопа следующими соотношениями: где A - атомная масса; T½- период полураспада, a1, b1, a2, b2 - константы, зависящие от единиц, в которых выражаются T½и N. a1, b1 используются, если N выражается в Бк, а a2, b2 - в Ки. 30

• 
  Слайд 31
  

  31 Задача. При радиоактивном распаде ядер нуклида А1 образуется радионуклид А2. Их постоянные распада равны λ1 и λ2, соответственно. Полагая, что в начальный момент времени препарат содержит только ядра нуклида А1 в количестве N1(0), определить: а) количество ядер А2 через промежуток времени t; б) промежуток времени, через который количество ядер А2 достигнет максимума; в) в каком случае может возникнуть состояние переходного равновесия, при котором отношение количества обоих нуклидов будет оставаться постоянным. Чему равно это отношение?