56. Promieniowanie .
Jest to elektromagnetyczne promieniowanie towarzyszące rozpadowi i . Emisja promieniowania to jeden ze sposobów pozbycia się przez jądro nadmiaru energii tzw. energiiwzbudzenia. Emisja promieniowania nie powoduje zmiany liczby protonów i neutronów w jądrze w związku z tym nie zmienia się jego liczba masowa. Położenie pierwiastka w układzie okresowym przy emisji tego promieniowania nie ulega zmianie. Widmo energetyczne promieniowania jest zawsze liniowe.
Długość fali promieniowania wynosi :
h c
=
E
Jądro wysyłające kwant zmniejsza swą masę o :
E
m = 2
C
Zbiór zasad określających możliwe przejście ze stanu wzbudzonego do podstawowego jądra naz. regułą wyboru przejść γ.
Promieniowaniu towarzyszy zmiana momentów elektrycznych jądra, polegająca na zmianie rozkładu ładunków elektrycznych jądra , lub na zmianie układu jego spinowych i orbitalnych momentów magnetycznych.
57. Prawo rozpadu nukliów. Średni czas życia jąder. Aktywność promieniotwórcza.
a) Prawo rozpadu nuklitów.
W procesie rozpadu promieniotwórczego liczba atomów pierwiastka ulegającego rozpadowi maleje z biegiem czasu. Jeżeli warunki czasu T dobierzemy tak, aby liczba atomów promieniotwórczych malała w tym czasie o połowę, to wyniki pomiarów rozpadu atomów dowolnego izotopu promieniotwórczego będą zmieniały się w czasie. Tak dobrany okres czasu naz. się czasem połowicznego rozpadu. Po upływie czasu t = nT liczba jąder promieniotwórczych wynosi N = N0 ⋅2^ -n . Po wyeliminowaniu n otrzymamy prawo rozpadu promieniotwórczego :
N = No ⋅ 2^ -t/T
Prawo to określa, że liczba jąder, które w jednostce czasu ulegają przemianie promieniotwórczej, jest proporcjonalna do liczby jąder nierozpadniętych w danym czasie
b) Średni czas zycia jąder :
Liczba jąder, które przeżyły czas t wynosi :
- t
N(t) = N0 e
W czasie t do t + dt rozpadowi uległo :
dN = - Ndt
jader, zatem Ndt jąder ma czas życia t
Średni czas życia pojedyńczego jądra można obl. dzieląc czas życia tj wszystkich jąder przez liczbę jąder N0 :
t j 1 T
= = = = 1,44 T
N0 ln 2
c) Aktywność promieniotwórcza .
Liczbę rozpadów A danej substancji promieniotwórczej w jednostce czasu naz. aktywnością :
dN(t) - t
A = = N(t) = N0 e
dt
Jednostką aktywności jest Bekerel (Bg) - jest to aktywność źródła promieniotwórczego, w którym zachodzi jeden rozpad na sekundę.
58. Rodzaje oddziaływań promieniowania jądrowego z materią. Przekrój czynny.
Oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią :
defektor
kolimator absorbent
Schemat urządzenia do pomiaru absorbcji cząsteczek promieniowania jądrowego.
Absorbent - warstwa substancji o określonej grubości (jest znanym związkiem chem. lub pierwiastkiem o liczbie porządkowej Z i masowej A )
Jeżeli w wyniku oddziaływania z substanją absorbenta cząstki ani nie znikną, ani nie wytwarzają nowych cząsteką oraz jeśli nie zmieni się energia wew. cząstek, to oddziaływanie to naz. się rozproszeniem sprężystym. Rozproszenie nie sprężyste to takie, w którym w wyniku wzajemnego oddziaływania rodzaje cząstek nie zmienią się, jak tez nie powstana nowe, ale zmieni się energia wew. cząstek złożonych. ( ponadto jeżeli w wyniku oddziaływania powstaje nowe jądro, to taki proces naz. reakcją jadrową ).
Przekrój czynny - miara prawdopodobieństwa występowania określonego procesu elementarnego lub reakcji (proces rozpraszania sprężystego, reakcje jądrowe) między cząstkami biorącymi w nich udział
I0 - I1 I1
= 1 -
I0 I0 ; gdzie :
I1 - liczba cząstek po przejściu strumienia przez powierzchnię ,
I0 - liczba czastek padająca na jednostkę powierzchni w czasie
Jeżeli efektywną powierzchnię poprzecznego przekroju kuli
odpowiadajacy danej cząstce oznaczymy przez σ, to prawdopodobieństwo P zajścia określonego oddziaływania wynosi : P = σ Na ; gdzie :
σ - przekrój czynny
59. Prawo rozpadu sukcesywnego. Równanie
równowagi promieniotwórczej.
a) Rozpad sukcesywny - jądra powstające w wyniku rozpadu promieniotwórczego, często są niestabilne, lecz rozpadają się z inną stałą rozpadu niż jądra macierzyste
dN1(t)
= - 1N1(t)
dt
d N2(t)
= 1N1(t) - 2N2(t)
dt
gdzie : N2 - jądro powstaje w wyniku rozpadu jąder N1
1 , 2 - stałe rozpadu jąder N1 , N2
W tym równaniu różniczkowym warunkiem jest radioaktywność N2
b) Równanie równowagi promieniotwórczej :
w stanie równowagi promieniotwórczej liczby nuklitów sa wprost proporcjonalne do ich czasów połowicznego rozpadu :
N2(t) 1 T2
= =
N1(t) 2 T1
gdzie : T - czas połowicznego rozpadu
60. Oddziaływanie neutronów z meterią. Spowalnianie neutronów.
Neutrony oddziaływują przede wszystkim z jądrami. W wyniku oddziaływania neutronu z jądrem może nastąpić rozproszenie sprężyste lub niesprężyste nuetronu, lub też wychwyt neutronu przez jądro. Rozproszenie niesprężyste neutronu zachodzi tylko wówczas, gdy jego energia jest większa od energii poziomu wzbudzenia danego jądra, który jest zwykle rzędu kilku MeV. Rozproszenie sprężyste występuje przy mniejszych energiach neutronów aż do energii wiązania atomu w krysztale 10eV. Neutrony ulegają rozproszeniu, zmniejszają swoją prędkość i wskutek tego wzrasta prawdopodobieństwo ich wychwytu przez jądro. Wychwyt neutronu prowadzi do utworzenia jądra złożonego, które może emitować kwanty lub inne cząsteczki, względnie może ulec rozproszeniu na fragmenty. Własności rozproszeń sprężystych nuetronów noszą nazwę spowolnienia lub moderacji neutronów. Nuetron zderzając się sprężyście z jądrem przekazuje mu część swojej energii, sam zaś zmniejsza swą energię kinet. W tym przypadku proces spowolnienia neutronów przebiega najszybciej. W dowolnym ośrodku na skutek wielu zderzeń energia neutronu maleje na tyle, że staje się porównywalna z energią ruchów cieplnych cząstek ośrodka spowalniającego (MODERATORA). Po osiągnięciu tej energii proces spowalniania zostaje zakończony, ponieważ w następnych zderzeniach z atomami ośrodka, nuetron może zarówno stracić energię jak i nią zyskać. Neutrony o energiach porównywalnych z energią ruchu termicznego atomów i cząstek moderatora noszą nazwę neutronów termicznych.
61. Oddziaływanie promieniowania z materią.
Kwanty mogą oddziaływać zarówno z elektronami jak i z jądrami. Mogą te oddziaływania prowadzić do sprężystego i niesprężystego rozproszenia kwantów lub do ich całkowitej absorpcji.
Rodzaje oddziaływań kwantów z materią :
a) Zjawisko fotoelektryczne, w którym kwant oddziałując z elektronem atomu ulega całkowitemu pochłonięciu powodując oderwanie elektronu od atomu.
5
Z
f ~
3,5
E
gdzie : Z - liczba atomowa
E - energia
- współ. absorpcji
b) Zjawisko Comptona - polega na rozproszeniu kwantów na elektronach swobodnych oraz na elektronach związanych, oenergii wiązania dużo mniejszej od energii kwantów, że uważamy je za elektrony swobodne. W wyniku tekiego rozproszenia kwant zmniejsza swoją energię i zmienia kierunek ruchu.
Z 1
c ~
E
c) Zjawisko tworzenia się pary elektronowej, w którym kwant ulega całkowitej absorpcji, a pojwiia się para cząstek : elektron i pozyton.
2
par ~ Z ln E
= f + c + par ; gdzie :
- całkowity współczynnik absorbcji
62. Oddziaływanie promieniowania z materią. można podzielić na trzy gropy :
a) Jonizacja i wzbudzanie atomów.
Jonizacja polega na wybijaniu elektronów przez padające cząstki - podobnie jak w przypadku ciężkich cząstek naładowanych. Wzbudzanie polega na przechodzeniu elektronów na wyższe poziomy energetyczne w powłokach atomowych.
b) Zderzenia sprężyste z jądrami i elektronami. Przy zderzeniach z jądrami cząstki zmieniają kierunek ruchu prawie bez straty energii. Przy zderzeniach z elektronami, zmieniają swój kierunek i mogą przekazywać część swojej energii elektronom.
c) Zderzenia niesprężyste z jądrami.
Proces ten polega na odchyleniu padającej cząstki w polu elektrycznym jądra. Z odchyleniem tym jest związane pewne hamowanie cząstek , będących przyczyną emisji przez nie promieniowania elektromag-netycznego, zwanego promieniowaniem hamowania.
Wszystkie wymienione procesy powodują usuwanie cząstek z padającej wiązki. Udział poszczególnych procesów w absorbcji cząstek zależy od ich energii oraz od liczby masowej absorbenta. Przy małych energiach cząstek przeważają straty energi na jonizację, przy dużych zaś - straty na promieniowanie hamowania. Gdy absorbent jest pierwiastkiem lekkim, to przeważa jonizacja, gdy zaś jest pierwiastkiem ciężkim to jonizacja i zderzenia z jądrami odgrywają prawie prawie jednakową rolę.