I. Основныепредставленияорадиоактивностиизаконрадиоактивногораспада
Строениеатома:
Атом - этомельчайшаячастицахимическогоэлемента, сохраняющаяегосвойства.
(Резерфорд)
Онсостоитизположительногозаряженногоядраиокружающихегоэлектронов.
Электроныимеютотрицательныйзарядидвижутсявокругядрапосвоиморбитамкакпланетывокругсолнца.
Ониобладаютразнойэнергиейискоростью.
Вядресосредоточенаосновнаямассаатома. (более 99,95%)
Ядровсвоюочередьсостоитизположительнозаряженныхпротонов (p) инеимеющихзаряданейтронов (n), массакоторыхприблизительноравна.
Протоныинейтроныимеютобщееназвание - нуклоны.
Общеечислонуклонов, называютмассовымчисломА.
Различныетипыядерчастоназывают нуклидами. (радионуклиды)
Зарядядра, а, следовательно, иколичествопротоновобозначаютбуквойZ.
Рольнейтроновсостоитвтом, чтобыподдерживатьустойчивостьядер.
Безнихположительнозаряженныепротоныотталкивалисьбыдруготдругаинесмоглибыобразоватьтакуюустойчивуюсистемукакатомноеядро.
Атомнаямасса, тоестьколичествонуклонов, определяетэнергиюсвязиядраи, соответственно, энергиюрадиоактивногораспада.
Вядернойфизикемассаизмеряетсявединицах, которыеназываются "атомнаяединицамассы" (аем)
1 аем = 1/12 массыС
ЕслимыобозначимхимическиэлементбуквойХ, толюбойэлементможнообозначиткакzX
Числопротоновz, котороеназываетсязарядовымчисломили атомнымномером.
ИменноатомныйномеропределяетместохимическогоэлементавтаблицеэлементовМенделеева, напримерхимическийэлементазот, обозначаетсяследующимобразом 7N, следовательнозанимает 7 местовтаблице.
Обычно, количествоэлектроновватомнойоболочкеравноколичествупротоноввядре, следовательно, количествоэлектроновватомнойоболочкеазота - 7.
Атом, вкоторомколичествопротоновиэлектроновсовпадаетявляетсянейтральным. Таккакпротоныимеютположительныйзаряд, аэлектроныотрицательный.
Вядраходногоитогожехимическогоэлементовчислонейтроновможетбытьразлично, ачислопротоввсегдаодноитоже.
Ядра, содержащиеодинаковоечислопротонов, норазличноечислонейтроновназываютизотопами.
Понятие "изотоп" мырассмотринапримерецезия.
Cs
Cs A(137); p=z(55); n(82)
Cs A (134); p=z(55); n(79)
Авсегоискусственнополучилиискусственныхизотоповцезия 23. Втаблицеэлементоввсеонизанимаютодноитожеместо.
Ониобладаютодинаковымихимическимисвойствамииотличаютсялишьпродолжительность. Жизни
II. Радиоактивностьизаконрадиоактивногораспада.
Большинствоядеримеютустойчивыйхарактер, однакоприопределенныхусловияхэта устойчивостьтеряется, например, кодасоотношениепротоновинейтроновотличаетсяотоптимального.
Еслипротоновбольше, чемнейтронов, топротонспособенпревращатьсявнейтронинаоборот, еслинейтроновбольше, чемпротонов, тонейтронспособенпревращатьсявпротон.
ИвтомивдругомслучаеядропереходитвсоседнююклеткутаблицыМенделеева, образуяновыйхимическийэлемент.
Этотпроцессназываетсярадиоактивнымраспадом.
Потомучтоонсопровождаетсявыделениемэнергии.
Вданномслучаеввидебетта-частицы.
Этотвидраспаданазываетсябетта-распад.
Другимвидомрадиоактивногораспадаявляется альфа-распад, которыйпроисходитнепопричинеотсутствияоптимальногосоотношениямеждупротонамиинейтронами, а попричинеизбыткаэнергиивядрахтяжелыхэлементов.
Прирадиоактивномбетта-иальфа- распадемогутвыделятьсятакжегамма-кванты, ролькоторыхсводитсятакжеквыносуизядраизбыточнойэнергии.
Радиоактивныйраспадестьпроцесспревращенияядернеустойчивыххимическихэлементоввядрадругихболееустойчивыххимическихэлементов (дочернийядра), которыйсопровождаетсявыделениемэнергииввидеальфа-ибетта- частицигамма-квантов, тоестьрадиацией.
Законрадиоактивногораспада
Неустойчивыеядраилирадионуклидыподвергаютсясамопроизвольному (спонтанному) распаду, свыделениемизвестныхнамчастиц, приэтомможетменятьсякакмассовое (альфа-распад), такизарядовое (бетта-распад) числонуклида. Приальфа-распадеменяетсяимассовоеизарядовоечислонуклидов.
Радиоактивностьвещества представляетсобойспонтанныйпроцессраспадаегорадионуклидов.
Приэтом интенсивностьпроцесса неподдаетсяуправлениюи определяется исключительно индивидуальнымифизическимиихимическимисвойствами самихрадионуклидов.
Естьнуклиды, распадающиесяоченьбыстро (задолисекунды) удругихвремяраспадаТможетсоставлятьсоткиитысячилет.
ВремяТ, втечениикоторогораспадаютсяполовинаисходногоколичестварадионуклидов, называетсяпериодомполураспада (Т 1/2)
Спустяещеодинпериодполураспадараспадаетсяполовинаоставшихсяпослепервогопериодаполураспадаядер, тоестьостанетсяодначетвертьотисходногоколичества.
Очевидно, чтоспустявремя 1Т 2Т 3Тит.д. будетоставатьсясоответственно.
1/2 1/4 1/8 ит.д. частьрадионуклидовотисходногоколичества.
Взависимостьотдлительностьполураспадарадионуклидыподразделяютсяна короткоживущиеидолгоживущие.
Кпервымможноотнестийод-131 сполураспадомприблизительно 8 суток.
Ковторымплутоний-239 спериодомполураспадаприблизительноболее 24 тысячлет.
Позаконурадиоактивногораспадавремяполногораспадарадионуклидовпримерноможноопределитьпоследующейформуле.
Т(тау) = Т 1/2 * 10.
Такимобразом, через 10 периодовполураспада, количестворадионуклидомуменьшаетсяпримерновтысячураз.
Остается 1/1024 часть.
Йод-131 периодполураспада - 8 суток, полныйраспад - 80 дней.
ПериодполураспадаивремяполногораспадарадионуклидовЧАЭС
Йоз-131 - 8 суток*10=80 суток
Цезий- 134 - 2, 5 года*10=25лет
Цезий - 137 - 30 лет*10=300 лет
Строций - 90 - 29 лет*10=290 лет
Плутоний - 239 - 24390 лет*10=243900 лет
Радиоактивностьвисточнике
Веществосчитаетсярадиоактивным, еслионосодержитрадионуклидыивнемидетпроцессрадиоактивногораспада.
Активность - физическаявеличина, позволяющаяпочислураспадоврадиоактивныхатомоввсекундуопределитьколичество (массу) радиоактивноговеществавобразце, чембольшераспадов, чембольшерадионуклидомвданномобразце. (Числораспадоврадиоактивныхатомоввобразцепрямопропорциоальноихколичествувобразце).
Активностьвеществаопределяетсяинтенсивностьюилискоростьюраспадапоследующейформуле
а= 3,57*10 (в5)m
А*Т1/2,гдеm - массавграммах.
А (массовоечисло) иТ1/2- периодполураспадавгодах.
Такимобразом, чемменьшепериодполураспада, темвышеактивность. Инаоборот.
_______________
Йод -131 8суток.
Единицыизмеренияактивности
Активностьданногоколичествавеществапринимаетсязаединицу, есливнемзаоднусекундупроисходитраспадодногонуклида.
Этаединицаназываетсябеккер'ель (Бк). Этаединицаоченьмала (одинраспадвсекунду)
Чащеиспользуютсяпроизводные, такиекаккилобеккерель - тысяча (кБк) имегабиккерель - миллион (МБк).
ЧастоиспользуетсявнесистемнаяединицаКюри. (Кu) Ееначалиприменятьвначале 20 века, когдавраспоряженииученыхнебылодругихрадиоактивныхвеществ, кромерадия, которыйбылвыделен (получен) влабораториисупругамиКюри.
Водномграммечистогорадиязаоднусекундураспадается 37 миллиардовядерирадиоактивностьодногограммарадиябылапринятазаединицуизмерения.
Кюри - оченьбольшаявеличина (37 миллиардов), поэтомутакжеиспользуютсяпроизводныемилликюри (мКи) имикрокюри (мкКи)
Одинкюриравен 3,7*10(в10) Бк. - взаимосвязьмеждукюриибеккерелем.
Дляизмеренияактивностиввеществахнапочвевводеижидкихпродуктахпитанияиспользуется физическаявеличина - удельнаяактивность, тоестьконцентрациярадиоактивныхвеществ (рн), соответственно, вединицемассынаединицеплощадивединицеобъема, котораяобозначаетсяследующимобразом
Am (втвердыхпродуктохпитания); единицыизмеренияБеккерельнакилограмм; Кюринакилограмм
As (активностьнапочве); единицыизмерения; Беккерельнаметрквадратный; Кюринакилометрквадратный
Av (активностьвводе); единицыизмерения; Беккерельналитрметрвкубе: Кюриналитрилиметркубический