Презентация на тему: Элементы ядерной физики. Общие сведения о радиоактивном излучении

1.Строение ядра, его основные характеристики. 2. Ядерные силы. 3. Альфа-, бета- и гамма–распад. Характеристики альфа-, бета- и гамма - излучения. 4. Биологическое действие ионизирующего излучения.5. Ядерные реакции. Ядерный реактор 5. Виды распада ядер. Закон радиоактивного распада 5. Взаимодействие излучения с веществом.

К 20-м годам XX - атомы и атомные ядра, имеют сложную структуру. К 20-м годам XX - атомы и атомные ядра, имеют сложную структуру. К настоящему времени - атомные ядра различных элементов состоят из 2х частиц, протонов и нейтронов.

Протон– ядро атома водорода. Протон– ядро атома водорода. eр~ 1,6–19 Кл. Масса покоя: mp~ 1,67·10–27 кг= 1836me = 1,007 а. е. м. Иногда - в значениях энергии (; ~938,27 МэВ. Спин протона: (фермион)

Нейтрон - Дж.Чедвик (1932 г.) Масса покоя: ~1,674·10–27 кг = 1,008 а. е. м = = 939,56 МэВ.= 938,27МэВ) Не имеет заряда. Спин нейтрона: (фермион) – не смотря на отсутствие заряда, так как в состав входят заряженные кварки. Протоны и нейтроны - нуклоны.

Для характеристики атомных ядер …. - зарядовое число или атомный номер, число протоновв ядре, – заряд ядра, - число нейтронов, - массовое число, - ядра химических элементов, – химический символ элемента

Изотопы - ядра одного хим. эл.,отличаются числом нейтронов . У них– разное. Хим. элемент в природе - смесь изотопов.

Изобары- одинаковые , но разные , Изотоны- одинаковые , но разные . Изотопы, изобары и изотоны- нуклиды.

Энергия связи и масса ядер Масса ядра меньше суммы масс покоя составляющих нуклонов (- масса ядра) Энергия связи ядра - минимальная энергия, необходимая для того, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны).

Протоны и нейтроны связаны в ядре ядерными силами. Протоны и нейтроны связаны в ядре ядерными силами. Большая плотность ядерного вещества (~1017 кг/м3). В ядре реализовано самое интенсивное из всех видов – т.н. сильное взаимодействие. ЯС притяжения между нуклонами в сотни раз больше электромагнитных сил отталкивания (протоны в ядре).

ЯС: ЯС: силы притяжения; 2) короткодействующие,радиус действия ~10-15 м; на меньших расстояниях -отталкивание; 3) не зависят от заряда, одинаковы между двумя любыми нуклонами (, имеют неэлектрическую природу; 4). свойственнонасыщение(каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших нуклонов). Полное насыщение ядерных сил достигается у частицы

5) зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. 5) зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. 6) не являются центральными.

Ядерные реакции (ЯР) Ядерная реакция-превращение атомных ядер при взаимодействии с протонами, нейтронами, -частицами, ионами и -квантами, или друг с другом. Впервые - Э. Резерфорд,при прохождении -частиц через газ азот.

В любой ядерной реакции выполняются: законы сохранения : В любой ядерной реакции выполняются: законы сохранения : электрических зарядов и массовых чисел: Равны до и после реакций 2) энергии, 3) импульса, 4) момента импульса.

Важный параметр ЯР – энергетический выход ЯР: разность суммы масс покоя продуктов до реакции (и после нее(): ЯР могут быть:

Порог ядерной реакции Эндотермические (с поглощением энергии) ЯР возможны при ударе ядра частицей с пороговой кинетической энергией (с меньшей ЯР невозможны):

Эффективное сечение σ ЯР. σ – характеризует вероятность того, что при падении пучка частиц на вещество произойдёт ЯР [ ] - (1барн = 10–28 м2). σ интерпретируется как площадь сечения ядра X, попадая в которую налетающая частица вызывает ЯР.

Реакция деления тяжелых ядер - нестабильное ядро делится на два крупных фрагмента сравнимых масс.

Объяснение в капельной модели.. Избыточная энергия (>энергии активации) при поглощении нейтрона ядром переводит его в возбужденное состояние → движение нуклонов → деформация ядра → ослабление ядерных сил → деление с нейтронным осколком. Если изб. энергия <эн.актив. → ядро в исходное состояние испустив квант

Нейтроны c энергией ~1 МэВ и выше, вызывают деление ядер урана, тория, плутония и др:

Продукты деления ядра нестабильны: в них содержится избыточное число нейтронов. Продукты деления ядра нестабильны: в них содержится избыточное число нейтронов. При делении ядра……+2 или 3 нейтрона. Они могут попасть в другие ядра - вызывают их деление. Появятся 4 - 9 нейтронов - новые распады ядер и т. д. Лавинообразный процесс деления ядер - цепная реакция. Для ЦР - коэффициент размножения нейтронов д.б.

ЦР: управляемые и неуправляемые. ЦР: управляемые и неуправляемые. Взрыв атомной бомбы - неуправляемая реакция. Чтобы атомная бомба при хранении не взорвалась, в ней или (плутоний) делятся на две удаленные части с массами ниже критических. С помощью обычного взрыва массы сближаются

Ядерный (или атомный) реактор - устройство, в котором поддерживается управляемая ЦР. Это тепловая машина. Выделение тепла - за счет экзотермической реакции деления ядер. 1 МВт мощности - 3·1016 актов деления ядер в секунду. Первый ядерный реактор был построен в 1942 г. в США под руководством Э. Ферми. В СССР - в 1946 г.- под руководством И. В. Курчатова.

Сборка гетерогенного реактора

ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ 1.Радиоактивность атомных ядер. 2.Виды распада ядер. Закон радиоактивного распада. 3.Взаимодействие излучения с веществом. 4. Дозы и биологическое действие ионизирующего излучения

Радиоактивность - способность нестабильных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра Радиоактивность - способность нестабильных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием радиоактивного излучения.

Впервые А. Беккерель (1896 г.) обнаружил, что соли урана испускают неизвестное излучение, проникающее через непрозрачные для света преграды и вызывают почернение фотоэмульсии. Впервые А. Беккерель (1896 г.) обнаружил, что соли урана испускают неизвестное излучение, проникающее через непрозрачные для света преграды и вызывают почернение фотоэмульсии. М. и П. Кюри (1898 г. ) обнаружили радиоактивность тория и открыли 2 новых радиоактивных элемента – полоний и радий. Э.Резерфорд, его ученики и др. далее исследовали природу радиоактивных излучений ……

…..радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и отрицательно заряженные и нейтральные….. …..радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и отрицательно заряженные и нейтральные…..

Материнское ядро– испытывает радиоактивный распад. Материнское ядро– испытывает радиоактивный распад. Дочернее ядро - возникающее, как правило, возбужденное, его переход в основное состояние происходит с испусканием -фотона

Основные типы радиоактивности Альфа-распад Альфа-частицы (- поток ядер гелия . Распад протекает по схеме:

-частицы. Их кинетическая энергия-- несколько МэВ- избыток энергии покоя материнского ядра над суммой энергий покоя дочернего ядра и -частицы, Пробег в воздухе при н.у. -- несколько см -частицы м.б с дискретными значениями энергий - ядра могут находиться, подобно атомам, в разных возбужденных состояниях. Дочернее ядро - в возбужденном состоянии → переход в основное состояние с испусканием -кванта .

Закономерности радиоактивном распада носят вероятностный характер и выполняются тем точнее, чем больше число радиоактивных ядер. Закономерности радиоактивном распада носят вероятностный характер и выполняются тем точнее, чем больше число радиоактивных ядер. В теории -распада → внутри материнского ядра может «образоваться» -частица. «Дочернее ядро» - еще в материнском ядре.

Пусть ядра распадаются независимо друг от друга. - постоянная распада - вероятность распада ядра в единицу времени. Смысл из нестабильных ядер в единицу времени распадается в среднем ядер. К моменту времени число радиоактивных ядер уменьшится на (1) Проинтегрируем (1), считая, что не зависит от времени.

Среднее время жизни материнского ядра

Период полураспадавремя, за которое распадается половина первоначального количества радиоактивных ядер.

…это - число распадов, происходящих в нем в единицу времени. …это - число распадов, происходящих в нем в единицу времени.

Единица активности (СИ) - беккерель (Бк), Единица активности (СИ) - беккерель (Бк), один распад в секунду. Внесистемная единица - кюри(Кu), активность 1 г изотопа радия (1 Кu =3,7*1010 Бк). Удельная активность- активность единицы массы радиоактивного препарата:

Бета-распад( распад) Самопроизвольный процесс, внутриядерное превращение нейтрона в протон, или протона в нейтрон, а также свободного нейтрона в протон. -распадреализуется путем испускания: а) электрона б) позитрона и к ним + электронные антинейтрино (а) и нейтрино (б)

Три разновидностираспада 1). Электронный- распад, ядро испускает электрон и зарядовое числоядра: ; 2). Позитронный- распад, ядро испускает позитрон и зарядовое число ядра: ; 3). К - захват, ядро захватывает один электрон из изК-оболочкиатома и зарядовое число ядра: ; На пустое место в К-оболочке переходит электрон с другой оболочки, и поэтому К - захват всегда сопровождается характеристическим рентегновскимизлучением.

Дочернее ядро при -распаде Дочернее ядро при -распаде может быть в возбужденном состоянии. При переходе ядра в основное - испускается g-квант, аналогично– распаду.

К-захват К-захват При захвате ядром электрона (с электронной К-оболочки) происходит превращение одного из протонов ядра в нейтрон, что сопровождается испусканием нейтрино:

Гамма-излучение (g-излучение) Коротковолновое эл.магн. излучение, испускаемое ядрами при переходе из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией. Ядро - квантовая система с дискретным набором энергетических уровней, потому спектр -излучения - дискретен. Энергия -квантов испускаемых различными ядрами: 10 кэВ ≤ ≤ 5 МэВ.

Испускание-излучения- внутриядерный процесс. Испускание-излучения- внутриядерный процесс. -излучение сопровождает- и -распады ядер, при переходе дочернего ядра из возбужденного в основное состояние Среднее время жизни ядра в возбужденном состоянии различно для разных ядер 10-15с ≤ ≤ 10-7 с. За это время ядро переходит на более низкий энергетический уровень, испуская -излучение.

Взаимодействие излучения (-) с веществом –

1) Ядерные реакции активно происходят в веществе при взаимодействии с нейтронами, и иногда – с -частицами. Для других типов ИИ - ядерные реакций в веществе маловероятны. В этом случае энергия ИИ расходуется на взаимодействие с электронными оболочками атомов вещества

Пробег R - минимальная толщина в-ва в направлении скорости частиц ИИ до их остановки или полного поглощения в-вом. Пробег R - минимальная толщина в-ва в направлении скорости частиц ИИ до их остановки или полного поглощения в-вом.

-частицы многократно отклоняются от первоначального направления. В в- ве преобладают эффекты их рассеяния. Пробег в воздухе – несколько , в тканях — нескольких . Энергия –частиц- до 3 МэВ. Средняя энергия = –частицы с полностью поглощаются слоем толщиной При взаимодействии с в- вом - ионизация или возбуждение его атомов. Их поглощение в-вом сопровождается испусканием неядерного-излучения.

излучение (–кванты)взаимодействует с электронными оболочками атомов, передавая часть своей энергии электронам,в результате чего наблюдаются: излучение (–кванты)взаимодействует с электронными оболочками атомов, передавая часть своей энергии электронам,в результате чего наблюдаются: фотоэффект(характеристическое -излучение эффект Комптона( возникающие быстрые электроны отдачи производят ионизацию атомов средырассеянные g-кванты с уменьшенной энергией. рождение электронно-позитронных пар основной результат при больших энергиях -квантов.

Пробегиg–квантов и нейтронов в воздухе - сотни метров, Пробегиg–квантов и нейтронов в воздухе - сотни метров, в ТТ – десятки см и даже метры. излучение - наиболее проникающее ИИ, поэтому при внешнем облучении они представляют для человека наибольшую опасность.

-частицы - легко остановить листом бумаги. -излучение до 1 МэВ - - пластины толщиной в несколько . - излучение - эффективны тяжёлые элементы (свинец и т. д.), поглощают МэВ-ные фотоны при толщине несколько

Дозы и биологическое действие ионизирующего излучения Доза поглощения - энергия ИИ, которая поглощается при прохождении через единицу массы вещества.

В дозиметрии - сравнивают эффекты, вызванные различными ИИ, с эффектом от или – излучения. Эквивалентная доза - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на коэффициент качества данного излучения.

Эффективная эквивалентная доза - для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном облучении тела, отдельных его органов с учетом их радиочувствительности.