1. Понятие о радиоактивности
Р. А. Алиев
ramiz.aliev@gmail.com
1

2. 1895 – открытие рентгеновских лучей
1896 – открытие радиоактивности
1898 – открытие полония и радия
2

3. Открытие радия позволило понять строение
атомного ядра
1902 – Понятие о радиоактивных превращениях
(Резерфорд и Содди)
1909 – опыт Резерфорда
1919 – первая ядерная реакция и открытие протона
(Резерфорд)
1930 – открытие нейтрона (Боте, Беккер, Чедвик)
1934 – искусственная радиоактивность
(Ф. и И. Жолио-Кюри)
(1866 – 1934)
3

4. Деление ядер 235U тепловыми
нейтронами
При делении выделяется около 200 МэВ
Деление происходит несимметрично
Продукты деления обладают избытком нейтронов
Происходит испускание мгновенных и
запаздывающих нейтронов (2-3)
10
1
Выход, %
•
•
•
•
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Массовое число
4

5. Виды радиоактивного распада
• Альфа-распад
• Бета-распад
• Гамма-распад
a
+
• Спонтанное деление
•
•
спонтанное деление
ЭЗ, b
Испускание протона (147Tm, 151Lu)
Испускание кластеров
гипотетические ядра
линия стабильности
Z
b
-
N
Радиоактивность – самопроизвольное изменение состава или состояния ядра
Q=(M-ΣMi)c2
5

6. 241Am
Альфа-распад
95
5389 (1,0%)
5443 (12,5%)
5486 (86,0%)
0,156
0,102
5545 (0,3%)
0,059
0,00
237Np
93
Характерен для
тяжелых ядер
EЯ
Ma
 Ea
MЯ
6

7. 221
5
217
At
Fr
3·10
213
Po
225
Ac
5
Импульсы
2·10
5
1·10
221
Fr
0
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Ea, кэВ
Спектр актиния-225 с продуктами распада
7

8. Бета-распад
40K
19
b (89,5%)
Ebmax=1,33 МэВ
K-захват
(10,5%)
E=1,46 МэВ
40Ca
20
40Ar
18
Характерен для нейтронно-избыточных (b-) и нейтроннодефицитных (b+ и K-захват) ядер
Примеры – 90Y, 177Lu, 18F, 124I и мн. др.
8

9. Бета-распад
• Для нейтронно-дефицитных ядер с
Z<30 преобладает b+ , для ядер с Z>80
- K-захват, для 30<Z<80 – конкурируют
оба процесса
• Энергия отдачи при испускании bчастицы – около 100 эВ
9

10. Гамма-переход и внутренняя
конверсия
• Обычно время жизни возбужденного состояния
ядра 10-7 – 10-11 с
• Встречаются долгоживущие возбужденные
состояния – ядерные изомеры
• Переход в основное состояние может
сопровождаться испусканием орбитального
электрона (с последующим испусканием
характеристического рентгеновского излучения)
Пример – 99mTc
10

11. Импульсы
100000
569,7
1063,7
10000
1000
а)
100
0
200
400
600
800
1000
1200
E, ???
976
1000
482
Импульсы
554
1048
100
б)
10
0
200
400
600
800
1000
1200
E, ???
Гамма- и электронный спектр висмута-207
11

12. Процессы в ионизированном атоме
KLM
M
M
L
L
K
K
Оже-процесс
К-захват
M
L
K
M
M
L
L
K
Электронная
конверсия
K
Ka
Характеристическое
рентгеновское
излучение
12

13. 13

14. Вековое равновесие
T(1)>>T(2)
14000
238
U
12000
10000
А, Бк
234
8000
Th
A(2)=A(1)0(1-exp(-λ2t))
6000
4000
2000
0
0
50
100
150
Время, сут
200
250
14

15. Подвижное равновесие
140
Ba
100
80
A, Бк
140
La
60
T(1)>T(2)
40
20
0
0
50
100
Время, сут
15

16. Отсутствие равновесия
100
А, Бк
80
95
Ru
60
T(1)<T(2)
40
20
95g
Tc
0
0
50
100
Время, ч
16

17. Содержание химических
элементов в земной коре
O
100
Fe
Si
K Ca
Ti
1
земная кора
Кларк
каменные метеориты
Ba
Sr
0,01
Pb
Th
0,0001
U
Se
0,000001
Te
Re
Ac
At
Tl
Ir
Ta
Tm
Tb
Pm
La
I
In
Rh
Nb
Rb
As
Cu
Mn
Sc
Cl
Al
F
B
H
0,00000001
Распространенность элемента определяется строением ядра
17

18. Магические числа (2, 4, 8, 20, 28,
50, 82, 126) и магические ядра
(4He, 16O, 40Ca, 48Ca, 208Pb)
• Повышенная распространенность
• Относительное уменьшение массы
• Увеличение энергии отделения
нуклона
• Увеличение энергии первого
возбужденного состояния
18

19. Оболочечная модель ядра
1i
3p
2f
14 126
2
4
6
8
10
1h
3s
2d
12
2
4
6
8
82
10
2
6
4
8
50
1g
2p
1f
28
2s
1d
4
2
6
20
1p
2
4
8
1s
219 2

20. Изотопный состав олова
35%
Д оля в природ ной см ес и
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124
A
20

21. Энергия связи ядра
56
10
9
8
4
Fe
208
He
Pb
7
МэВ
6
5
4
Синтез
3
Деление
2
2
H
1
0
0
50
100
150
200
A
21

22. Радионуклиды в природе
Природные
Первичные
238U, 235U, 232Th,
40K, и др.
Искусственные
Космогенные
14C, 7Be, 10Be, 32P и др.
22

23. Основные первичные
радионуклиды
Радионуклид
T1/2, лет
238U
4,5109
Доля в природной смеси
изотопов, %
99,27
235U
7,0108
0,72
232Th
1,41010
100
40K
1,3109
0,0117
87Rb
4,91010
27,8
150Nd
51010
5,6
147Sm
1,61011
15,07
176Lu
3,61010
2,6
138La
11011
0,089
23

24. Рекомендуемая литература
http://lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=32&pl1_id=909
24