docpobierz zbiór pdf
download 
Reklamacja Transkrypt
pobierz zbiór pdf
Rozpady promieniotwórcze Przez rozpady promieniotwórcze rozumie się spontaniczne procesy, w których niestabilne jądra atomowe przekształcają się w inne jądra atomowe i emitują specyficzne promieniowanie α β γ X rozszczepienie Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 1 Rozpady promieniotwórcze Rodzaje rozpadów promieniotwórczych: Rozpad alfa – emisja α ≡ 4He (Z=2,N=2) Rozpad beta – emisja e─ i antyneutrina (β─), e+ i neutrina (β+), wychwyt elektronu z emisją neutrina Rozpad gamma – emisja kwantu gamma (γ) Rozpad protonowy – emisja protonu (p) Rozpad neutronowy – emisja neutronu (n) Rozszczepienie – emisja 2 fragmentów oraz neutronów Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 2 Tablica nuklidów – schematy rozpadów Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 3 Jądra podlegające rozpadowi alfa Jądra zaznaczone na żółto na wykresie podlegają rozpadowi alfa α (A,Z) ⎯→ (A–4,Z–2) + (4,2) Są to jądra ciężkie – położone powyżej ścieżki stabilności Widać 3 wyraźne wyspy zaczynające się powyżej liczb magicznych Z>50 i N>50 N>82 Z>82 Oczywiście gdy N>82 i Z>82 także obserwuje się rozpad alfa Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 4 Jądra podlegające rozpadowi beta Rozpad beta zachodzi dla izobarów, tzn. jądra początkowe i końcowe mają tę samą liczbę masową A lecz różnią się ładunkiem (następuje zmiana N/Z) β─ (A,Z) ⎯→ (A,Z+1) + e─ + υe β+ (A,Z) ⎯→ (A,Z–1) + e+ + υe (A,Z) + e─ ⎯→ (A,Z–1) + υe Rozpad beta minus zachodzi dla jąder położonych poniżej ścieżki stabilności Rozpad beta plus i wychwyt elektronu dla jąder powyżej ścieżki stabilności Procesy te pojawiają się w całym zakresie liczby masowej Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 5 Jądra podlegające rozpadowi gamma Emisja kwantów gamma zachodzi dla wszystkich jąder przy przechodzeniu z wyżej położonych energetycznie stanów do niższych γ (A,Z) ⎯→ (A,Z) + γ Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 6 Jądra emitujące nukleon Rozpad nukleonowy zachodzi dla jąder poza „linią odpadnięcia” (drip line) protonów lub neutronów. Znanych jest obecnie ponad 20 jader emiterów protonów p (A,Z) ⎯→ (A–1,Z–1) + (1,1) n (A–1,Z) + (1,0) (A,Z) ⎯→ Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 7 Jądra ulegające rozszczepieniu (fission) Spontanicznemu rozszczepieniu podlegają tylko bardzo ciężkie jądra (A,Z) ⎯→ (A1,Z1) + (A2,Z2) + k⋅n ignorując ewentualną emisję cząstek innych niż neutrony: Z1 + Z2 = Z i A1 + A2 + k = A (k=2-4) Bariera na rozszczepienie znikałaby dla parametru rozszczepialności Z2/A ~ 47 Neutron Energy Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 8 Rozpady egzotyczne Marek Pfützner IFD UW – emisja 2 protonów (2002) Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 9 Rozpady egzotyczne Rozpad z emisją cząstki (klastra) cięższej niż α (A,Z) ⎯→ (A–Ac,Z–Zc) + (Ac,Zc) znane 10 typów (od 1984) 14C, 20O, 23F, 24Ne, 25Ne, 26Ne, 28Mg, 30Mg, 32Si, 34Si prawdopodobieństwo w stosunku do rozpadu α mniejsze o 9 (14C z 223Ra) do 16 (34Si z 242Cm) rzędów wielkości preferowane jądro końcowe podwójnie magiczne (lub bliskie) podwójnie magicznemu we wszystkich zaobserwowanych dotychczas takich rozpadach jądrem końcowym był 208Pb lub bliskie doń jądro Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 10 Statystyczne prawa rozpadu Czas życia nietrwałego jądra opisany jest rozkładem wykładniczym: gdzie , a średni czas życia związany jest ze stałą rozpadu wzorem: Stała rozpadu występuje w równaniu różniczkowym, którego rozwiązaniem jest N(t): Inną wielkością charakteryzującą czas życia jest tzw. półokres rozpadu po którym połowa jąder rozpadnie się (a połowa wyjściowych pozostanie), więc prawo rozpadu można też zapisać: Średni czas życia to inaczej wartość oczekiwana czasu życia a czas połowicznego rozpadu to jego mediana. Związane są wzorem: Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 11 Statystyczne prawa rozpadu c.d. Zależność liczby radioaktywnych jąder od czasu: Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 12 Aktywność Radioaktywność charakteryzowana jest przez liczbę rozpadów w jednostce czasu zwaną aktywnością „A”: Jednostkami aktywności są: 1 Becquerel (Bq) = 1 rozpad/s 1 Curie (Ci) = 3,7 x 1010 rozpadów/s (jest to stara jednostka odpowiadająca aktywność 1 g radu 226Ra) Jeżeli jądro może rozpadać się różnymi sposobami to stała rozpadu (opisująca aktywność) jest sumą poszczególnych stałych: Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 13 Aktywność c.d. Zmiana aktywności w czasie jest oczywiście opisana także funkcją eksponencjalną: Dla próbki o znanej aktywności A liczba rozpadów w przedziale czasu Δt jest równa: Tylko dla Δt « T½ można przyjąć A jako stałe w ciągu Δt czyli liczba rozpadów jest: Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 14 Szereg promieniotwórczy A→B→C→ Zmiana liczby radioaktywnych jąder opisana jest przez równania Rysunek ilustruje sytuację gdy Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 15 Rozpad sukcesywny 1→2→3stabilne Dla dostaniemy: ⇒ promieniotwórcza równowaga wiekowa Dla dostaniemy: ⇒ przejściowa równowaga promieniotwórcza Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 16 Podstawy Fizyki Jądrowej Do zobaczenia za tydzień Wykład 3 Podstawy Fizyki Jądrowej - St. Kistryn 17
