Радиоактивное излучение

В 1896 г. французский физик А. А. Беккерель, исследуя соли урана, заметил, что они являются источником какого-то невидимого излучения, которое оставляет следы на фотопластинке, проникая в нее сквозь защитную бумагу и другие непрозрачные тела. Впоследствии Мария и Пьер Кюри обнаружили, что такие же свойства имеют торий и открытые ими радий и полоний, самым активным из перечисленных является радий. Явление излучения Беккереля они назвали радиоактивностью. За это открытие все эти ученые были награждены Нобелевской премией в 1903 г.

В настоящее время известно около 40 природных элементов, которые имеют радиоактивные свойства. Почти все они принадлежат к тяжелым химическим элементам, размещенным в конце периодической таблицы Менделеева.

Исследование излучения радиоактивных веществ в сильном магнитном поле показали, что под действием поля оно распадается на три составляющие: α, β и γ:

β-Излучение

β-Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями. Оно представляет собой поток быстрых электронов (средняя скорость 160·106 м/с). Особенностью $β$-излучения является то, что оно для любого радиоактивного элемента образует непрерывный спектр энергии. Поскольку ядро является квантовой энергетической системой, переходы его из одних состояний в другие при $β$-распаде должны сопровождаться линейчатыми энергетическими спектрами $β$-частиц.

Попадая в вещество, $β$- частицы вызывают значительную ионизацию. Каждая $β$-частица при движении может образовывать до 10 000 пар ионов.
Благодаря этому $β$-лучи имеют сравнительно небольшую проникающую способность. При средних скоростях оно полностью поглощается в алюминиевой пластинке 2 см толщиной, а в биологические ткани проникает на глубину до 6 см.

По современной протонно-нейтронной теории ядра β-излучение возникает вследствие внутриядерных преобразований нейтронов в протоны, когда соотношение количества нейтронов и протонов в ядре элемента превышает некоторое пороговое значение. Нейтрон в протон превращается по следующей схеме:

$n\to p+{{\beta }^{-}}+\nu$

где $ν$ – антинейтрино. В этой реакции удовлетворяются законы сохранения электрического заряда, импульса и спина.

Другой тип β-распада, связанный с преобразованиями протона в нейтрон, происходит по следующей схеме:

$n\to p+{{\beta }^{+}}+\nu$

где $β+$ – позитрон, античастица по отношению к электрону; $ν$ - нейтрино.

α-Излучение

α-Излучение

Это поток ядер гелия со скоростями движения (15-20)·106 м/с. Чем меньше период полураспада вещества, тем больше скорость $α$-частиц. Имея положительный заряд, вдвое больше заряда $β$-частицы, $α$-частица при движении ионизирует вещества и активно поглощается.

Каждая α-частица может образовывать до 20 000 пар ионов, а пластинка алюминия 0,06 мм толщиной полностью поглощает даже самые быстрые из них.

Важную роль для понимания механизма $α$-излучения сыграли исследования английского физика Э. Резерфорда по взаимодействию $α$-частиц с ядрами урана.

Он обнаружил оригинальные факты: $α$-частицы, излучаемые $ThC$ с энергией 8,8 МэВ, отталкивались от ядра урана по закону Кулона.

Это свидетельствует о том, что ядро урана ограничено потенциальным барьером более 8,8 МэВ, а точнее

${{\Pi }_{я}}=\frac{2Z{{e}^{2}}}{4\pi {{\varepsilon }_{0}}{{r}_{я}}}$

где $Ze$ – заряд ядра; $r_я$ – эффективный радиус ядра.

Наряду с этим исследования показали, что α-частицы, излучаемые же ядрами урана, имеют энергию всего 4,1 МэВ, то есть значительно меньше энергии потенциального барьера ядра. Таким образом, выход α-частицы из ядра является примером квантового туннельного эффекта.

γ-Кванты

$γ$-Кванты вовсе не испытывают отклонения в магнитном поле. Они являются электромагнитными волнами очень короткой длины – от 0,04 до 0,0001 мкм. Их дифракция проявляется только при прохождении через кристаллы.

γ-Кванты имеют большую проникающую способность: могут проходить сквозь слой свинца до 5 см толщиной, насквозь пронизывать тело человека.

Поглощение $γ$-квантов веществом обусловлено в основном тремя процессами:

• фотоэффектом;
• комптоновским рассеянием;
• явлением образования электронно-позитронных пар.

Опытным путем доказано, что самостоятельного $γ$-излучения не существует, оно сопровождает процессы $α$- и $β$-распадов. После выделения данных частиц ядро находится в возбужденном состоянии, переход его в нормальное состояние приводит к излучению $γ$-кванта.

Нужна работа по низкой цене? У нас вы можете заказать статью по физике недорого!

Тест по теме «Радиоактивное излучение»