Міністерство освіти і науки України
Полтавський національний педагогічний університет імені В. Г. Короленка
Кафедра загальної фізики
«γ-випромінювання ядер»
Підготувала студентка фізико-математичного
факультету групи Ф-52
Прудка Ірина Іванівна
Полтава-2009
ЗМІСТ
УМОВИ
γ-ВИПРОМІНЮВАННЯ
ІЗОМЕРИ
СПИСОК
ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ:
УМОВИ
γ-ВИПРОМІНЮВАННЯ
Ще на першому
етапі дослідження радіоактивних явищ було встановлено, що в складі
радіоактивного випромінювання крім заряджених α і β є й нейтральна
складова. Ця незаряджена складова радіоактивного випромінювання, яка дістала
назву гамма-променів, має електромагнітну природу і відрізняється від
рентгенівських променів тільки довжиною хвилі.
До гамма-променів
належить електромагнітне випромінювання в інтервалі довжин хвиль 10-8-10-11 см. γ-промені виникають при випромінюванні природних і штучних радіоактивних елементів, а
також при гальмуванні заряджених частинок, їх розпадах тощо. Завдяки короткій
довжині хвилі хвильові властивості в гамма-променів виявляються менше, ніж
корпускулярні. Тому часто визначають не довжину хвилі гамма-променів, а їх
енергію. Природні радіоактивні елементи випромінюють гамма-промені з енергією
порядку кількох МеВ, при ядерних реакціях можна дістати гамма-промені з
енергією порядку 10 МеВ, а в прискорювачах заряджених частинок навіть порядку 1
ГеВ.
Гамма-випромінювання
супроводить процес розпаду, але не є розпадом ядра. У процесі
гамма-випромінювання число нуклонів у ядрі не змінюється і ядро просто
переходить з одного збудженого стану в інший.
Встановлено, що γ-випромінювання
випускається дочірнім (а не материнським) ядром. Дочірнє ядро в момент свого
утворення, виявившись збудженим, за час приблизно 10-13-10-14 с, значно зменшує
час життя збудженого атома (приблизно 10-8 с), переходить в основний стан з
випусканням гамма-випромінювання. Повертаючись в основний стан, збуджене ядро
може пройти через ряд проміжних станів, тому гамма-випромінювання одного й того
ж радіоактивного ізотопу може містити кілька груп гамма-квантів, що
відрізняються одна від одної енергією.
Спектр
гамма-випромінювання є лінійчатим і дискретним. Дискретність γ-спектра має
принципове значення, оскільки є доказом дискретності енергетичних станів
атомних ядер. Якщо Еі і Еf –
значення енергії ядра в початковому і кінцевому станах, то енергія
гамма-кванта: Еγ=Еi-Ef.
При випромінюванні
також повинен справджуватись і закон збереження спіну. Якщо ji і jf ― значення спіну у відповідних станах,
то гамма-квант повинен забрати з собою момент імпульсу L, що дорівнює L=|ji-jf|.
Нехай існує
нестабільне ядро ZXA, для якого
енергетичний баланс дозволяє шляхом β-розпаду перехід у стабільне ядро Z+1XA. Але ядро характеризується ще значенням свого спіну і парності. З
теорії випливає, що розпади, при яких спін дуже змінюється, заборонені (або мають
дуже малу ймовірність). Тому коли спін нестабільного ядра ZXA дуже відрізняється від спіну ядра Z+1XA в основному стані, то розпад ядра ZXA в основний стан Z+1XA заборонений. Ядро ZXA може перейти в збуджений стан ядра Z+1XA, а перехід ядра Z+1XA до свого основного стану здійснюється шляхом γ-випромінювання
(рис. 1). На рис. 1 зображено рівні бета-радіоактивного ізотопу йоду 53І130 і
елемента 54Хе130, в який він переходить шляхом бета-розпаду. Спін йоду дорівнює
5, а спін стабільного ксенону рівний нулю. Безпосередній розпад заборонений,
тому відбувається на третій збуджений рівень ксенону. На рис. 1 бета-перехід
зображується похилою лінією, а гамма-переходи – вертикальними стрілками.
Ліворуч показано спіни, а праворуч – енергії в МеВ.
Визначення енергії
γ-квантів дає можливість іноді побудувати схему енергетичних рівнів ядра.
На рис. 2 зображена така схема на прикладі природного радіоактивного елемента ThC. Він випромінює альфа-частинки і
гамма-кванти. Спектр енергій альфа-частинок складається з шести груп. Одночасно
спектр гамма-випромінювання складається з шести монохроматичних ліній.
Виявляється, що енергію кожного гамма-переходу можна визначити як різницю
енергій α-частинок.
Перехід із
збудженого стану ядра в основний (або менш збуджений) може паралельно з
процесом випромінювання гамма-квантів відбуватися і іншим шляхом: енергія
збудження може перейти до електрона атома, внаслідок чого атом буде
іонізований. Такий процес має назву внутрішньої конверсії, і зовнішнім його
проявом є електронна емісія. Тому внутрішню конверсію можна виявити за
характером бета-спектру. При наявності внутрішньої конверсії розподіл
електронів за енергіями для β-розпаду має характер кривої (рис. 3). Такий
вигляд кривої розподілу свідчить про те, що крім неперервного спектру є й
лінійчатий спектр, тобто існують електрони з цілком певними енергіями, які
відповідають вузьким максимумам на кривій розподілу. Але ці електрони виникли
не шляхом β-розпаду, а вилетіли з атомної оболонки внаслідок внутрішньої
конверсії. Це випливає з порівняння енергії електронів з енергією
гамма-променів.
Нехай Е – енергія,
що відповідає певному максимуму, Еγ – енергія гамма-фотона, що супроводить
бета-розпад, та Еі – енергія іонізації. Дослід показує, що Е=Еγ-Еі. Цей
вираз має вигляд рівняння Ейнштейна для фотоефекту: частина енергії
гамма-кванту пішла на звільнення електрона з атома, а решту отримав атом.
Розрахунки свідчать про те, що внутрішня конверсія відбувається безпосередньою
передачею енергії збудженого ядра електрону атомної оболонки.
ІЗОМЕРИ
Зазвичай час життя
збудженого стану ядра буває невеликим, його тяжко визначити (τ≤10-13
с). Однак у деяких випадках збуджений стан ядра може існувати досить довго:
секунди, години, роки і навіть тисячоліття. Такі стани (рівні) ще називають
метастабільними. Ядро, що має метастабільний рівень, називається ізомером.
Ядро-ізомер ніби несе в собі властивості двох ядер. Його параметри (маса, спін,
магнітний момент та ін.) в основному та метастабільному станах відрізняються.
Це призводить до ряду особливостей у властивостях ядер-ізомерів. Наприклад,
бета-радіоактивне ядро-ізомер може мати два (чи більше) періоди піврозпаду.
Завдяки цій властивості вони й були відкриті. Ядра-ізомери зустрічаються
групами (утворюють так звані острови ізомерії).
радіоактивний
електромагнітний гамма квант
На рис. 4 показано
рівні Br80 у збудженому, основному
і метастабільному станах, а також основний рівень Kr80, в який перетворюється бром внаслідок бета-розпаду. Із збудженого
стану ** бром шляхом гамма-випромінювання переходить на основний рівень
практично умить. Потім бром зазнає бета-розпаду з періодом Т1=18 хв. Але існує
й інша можливість: із збудженого стану ** бром переходить у метастабільний стан
*, на якому затримується на 4,4 год. Потім він переходить в основний стан і
зазнає бета-розпаду.
Отже, другий
ізомер брому – це просто звичайний бром, * бром, який перебуває в
метастабільному стані, тобто живе відносно довгий час.
СПИСОК
ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ:
1.
Альперин М. М., Манакин Л. А. Теоретическая
физика. Физика ядра и элементарных частиц. – Киев: Вища школа,
1979. ― Стр. 79-86.
2.
Дубровский И. М., Егоров Б. В., Рябошапка К. П. Справочник по
физике. ― Киев: Наукова думка, 1986. ― Стр.
425.
3.
Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том ІІІ.
Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. ― Москва: Наука,
1986. ― Стр. 516-521.
4.
Мухин К. Н. Занимательная ядерная физика. ― Москва:
Энергоатомиздат, 1985. ― Стр. 26-30.
5.
Трофимова Т. И. Курс физики: учебник для студентов вузов. ―
Москва: Высшая школа, 1985. ― 1985. ― Стр. 385-387.
Другие работы по теме:
Біологічна дія іонізуючого випромінювання
Процеси взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною клітин. Біологічна дія іонізуючих випромінювань. Етапи розвитку променевої хвороби. Деякі міри захисту від зовнішнього і внутрішнього опромінення. Характер радіаційного впливу на живий організм.
Термоядерный синтез - энергия будущего
Text Text Более глубокое исследование проблем ТУС Более глубокое исследование проблем ТУС Улучшить параметры плазмы и устранить ее неустойчивости Закончить стройку ИТЭР во Франции Graphics
Радіоактивність
РЕФЕРАТ на тему:”Радіоактивність” План 3.2.1. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду. 3.2.2. Закономірності альфа і бета розпаду. Механізм альфа-розпаду.
Термоядерная энергия
Посмотрев на таблицу Менделеева, мы видим, что она начинается водородом, а кончается ураном. Начинается с легких элементов, кончается тяжелыми. Есть еще другой способ освобождения и использования внутриядерной энергии. Этот путь основан на преобразовании ядер легких элементов, расположенных в начале таблицы Менделеева.
Солнечные космические лучи
связаны с деятельностью солнца и появляются в межпланетном пространстве в виде интенсивных потоков заряженных частиц после хромосферных вспышек.Состав СКЛ в основном соответствует распространенности элементов на солнце: около 80% - ядра водорода (протоны), до 15% - альфа частицы. Остальное- более тяжелые ядра.
Ионизирующее излучение
Экспозиционная доза - это количественная характеристика гамма- и рентгеновского излучения, связанная со способностью излучения ионизировать воздух. (Кл/кг).
Випромінювання і спектри
Тема: . План. Спектри випромінювання. Спектри поглинання. Спектроскоп. 4. Спектральний аналіз. 1. Спектри випромінювання Світло сонця, електричної дуги чи лампочки розжарювання розкладаються в суцільну різнобарвну смужку з безперервним переходом одного спектрального кольору в інший, тобто виникає неперервний спектр.
Радіоактивність
Поняття радіоактивності. Різниця між радіоактивністю і розпадом "компаунд"-ядер, утворених дією деяких елементарних частинок на стабільні ядра. Закономірності "альфа" і "бета" розпаду. Гамма-випромінювання ядер не є самостійним видом радіоактивності.
Характеристика засобів контролю поверхонь і поверхневого шару
Технологічне оснащення та узагальнення основних засобів контролю поверхонь і поверхневого шару. Метод гамма-променевої фотоелектронної спектроскопії. Метод електронної ОЖЕ-спектроскопії. Метод Раман-спектроскопії. Метод скануючої тунельної мікроскопії.
Арахис
Арахис, или земляной орех - одна из наиболее широко распространенных в мире и перспективных культур, дающих ценное сырье для пищевой и масложировой промышленности.
Методы радионуклидной диагностики
Министерство общего и профессионального образования РФ Ульяновский Государственный Университет Институт Медицины Экологии и Валеологии Медицинский факультет
Гамма-излучение
Механизм возникновения и характеристики излучения. Применение гамма-излучения
Закон радиактивного распада
Свойства радиактивного излучения были изучены вскоре после открытия Беккерелем радиоактивности в 1896 г. Оказалось, что существуют три различных вида ядерного излучения.
Созвездие Овен
Для созвездия Овна характерна тройка звезд альфа, бета, гамма, выделяющаяся на окружающем, бедном яркими звездами фоне. Звезда гамма — физическая двойная звезда. Обе составляющие похожи друг на друга.
Любовный роман в лирике Ахматовой
Автор: Ахматова А.А. Первые книги Ахматовой исключительно о любви. Читая ее стихотворения, можно подумать, что это дневник женщины, которая находится в постоянном духовном развитии,и вместе с ней развивается и ее любовный роман. Это пики и обрывы, взлеты и падения. А также это целая гамма настроений, чувств, красок жизни.
ЛИСП-реализация основных способов вычисления гамма-функции
Изучение представления, основных способов расчета для целых положительных, простых чисел и ряда точек, и вычисления путем аппроксимации логарифма гамма-функции. Предоставление функциональных моделей, блок-схем и программной реализации решения задачи.
Визначення основних видів забруднення навколишнього середовища
Під забрудненням навколишнього середовища розумітимемо те, що привнесло в екологічну систему не властивих їй живих або неживих компонентів, фізичних або структурних змін, в результаті яких уриваються або порушуються процеси круговороту і обміну речовин, а також відтоки енергії, унаслідок чого знижується продуктивність або руйнується дана екосистема.
Джерела іонізуючих випромінювань
Природні джерела, особливості іонізуючих випромінювань, характер їх впливу на організм людини. Захист населення від наслідків надзвичайних ситуацій. Прогнозування та оцінка радіаційної обстановки після аварії на АЕС з викидом радіонуклідів в атмосферу.
Нейтронна зброя
Особливості нейтронної зброї Бондаревський Петро фснт-1 (соц) Нейтронна зброя – це різновид атомної зброї де основним вражальним чинником є проникаюча радіація.
Прибор радиационной химической разведки
Прибор радиационной химической разведки Дозиметрические приборы предназначены для определения уровней радиации на местности, степени заражения одежды, кожных покровов человека, продуктов питания, воды, фуража, транспорта и других различных предметов и объектов, а также для измерения доз радиоактивного облучения людей при их нахождении на объектах и участках, зараженных радиоактивными веществами.
Дія іонізуючого випромінення на організм людини
Визначення та природа іонізуючого випромінювання. Основні характеристики радіоактивного випромінювання. Дія іонізуючого випромінювання на організм людини та його наслідки. Норми радіаційної безпеки. Захист населення від радіаційного випромінювання.
Источники и область применения ионизирующих излучений
Быстрое развитие ядерной энергетики и широкое применение источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных областях науки, техники и народного хозяйства создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека.
Природа світла
Заняття Тема: Природа світла Питання: 1. Перші уявлення про природу світла. Теорія Ньютона та Гюйгенса. 2. Електромагнітна теорія природи світла. 3. Квантова теорія природи світла.
Розрахункові методи оцінки радіаційної безпеки та параметрів захисту від зовнішнього опромінення
ТЕМА: РОЗРАХУНКОВІ МЕТОДИ ОЦІНКИ РАДІАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ ТА ПАРАМЕТРІВ ЗАХИСТУ ВІД ЗОВНІШНЬОГО ОПРОМІНЕННЯ МЕТА ЗАНЯТТЯ: систематизувати і закріпити знання про принципи та заходи протирадіаційного захисту персоналу під час роботи з радіонуклідами та іншими джерелами іонізуючого випромінювання, оволодіти розрахунковими методами оцінки радіаційної небезпеки та параметрів захисту від зовнішнього опромінення в ході роботи з джерелами —, — та рентгенівського випромінювання.
Захист населення у надзвичайних ситуаціях
Реферат на тему: ЗАХИСТ НАСЕЛЕННЯ У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ Прилади радіаційної, хімічної розвідки і дозиметричного контролю Для організації захисту населення від уражальної дії зброї масового знищення, зокрема від радіоактивного і хімічного зараження, проводяться вимірювання стану навколишнього середовища за допомогою спеціальних приладів.
Откуда берется энергия Солнца?
Реферат по астрономии на тему: Откуда берется энергия солнца? ученика 11 Б класса гимназии № 25 Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды лет? Какое «топливо» даёт ему энергию? Ответы на эти вопросы учёные искали веками, и только в начале ХХ в. было найдено правильное решение. Теперь известно, что Солнце, как и другие звёзды, светит благодаря протекающим в его недрах термоядерным реакциям.