Радиоактивный распад
| English | Русский |
|---|---|
| radiation/ˌreɪdɪˈeɪʃn/ | конвекция |
| positron/ˈpɒzɪtrɒn/ | позитрон |
| photon/ˈfəʊtɒn/ | фотон |
| penetration/ˌpenɪˈtreɪʃn/ | ценопроникновение |
| ionising/ˈaɪənaɪzɪŋ/ | ионизирующий |
| deflected/dɪˈflektɪd/ | отклонённый |
| antiparticles/ˌæntɪˈpɑːtɪklz/ | античастицы |
| neutrinos/njuːˈtriːnəʊz/ | нейтрино |
Три вида излучения
- Нестабильное ядро успокаивается, выбрасывая излучение.
- Их три вида — альфа-, бета- и гамма-излучение — и они ведут себя совершенно по-разному.
- Умение их различать составляет суть этой темы.
Что представляет собой каждый вид
- α: ядро гелия ($^{4}_{2}\alpha$), заряд $+2e$, масса $\approx 4\ \text{u}$.
- β: быстрый электрон ($\beta^{-}$) или позитрон ($\beta^{+}$), заряд $\mp e$, малая масса.
- γ: высокоэнергетический фотон, без заряда, без массы.
Радиоактивный распад
A = A₀·bᵗ
Активность убывает экспоненциально — установите основание b меньше 1.
α-частица это:
α-частица — это $^{4}_{2}\alpha$ — ядро гелия-4 с зарядом $+2e$.
Проникающая способность и ионизация
- α: останавливается листом бумаги; сильно ионизирует.
- β: останавливается несколькими миллиметрами алюминия.
- γ: ослабляется только толстым свинцом; слабо ионизирует.
Сопоставьте каждый вид излучения с тем, что его останавливает.
Проникающая способность: α < β < γ; ионизирующая способность обратна (α — самый сильный ионизатор).
Из трех видов α-излучение является наиболее сильно ионизирующим.
Да — α является самым сильным ионизатором (и поэтому наименее проникающим); γ — weakest ionizer (самый слабый ионизатор и наиболее проникающий).
В электрическом поле
- Поле действует на заряды: α отклоняется к отрицательной пластине, β$^{-}$ в противоположную сторону, γ не отклоняется совсем.
- Сила равна $F = Eq$, поэтому α испытывает вдвое большую силу, чем β — но его масса в тысячи раз больше, поэтому он изгибается значительно меньше.
- То же правило для любых двух заряженных частиц в одном поле: сравнивайте силы по заряду, ускорения по $\dfrac{q}{m}$.
α-частица, β⁻-частица и γ-квант входят в однообразное электрическое поле рядом друг с другом. Какое утверждение верно?
Противоположные заряды отталкиваются в разные стороны. У β⁻ значительно больше отношение заряда к массе, поэтому оно ускоряется гораздо сильнее; незаряженный γ не испытывает силы.
Античастицы и нейтрино
- У каждой частицы есть античастица — та же масса, противоположный заряд (позитрон является античастицей электрона).
- При β-распаде всегда испускается также (анти)нейтрино: почти безмассовое, без заряда, очень трудно обнаружить.
Позитрон — это ____ электрона.
Античастица имеет ту же массу, но противоположный заряд — позитрон является $+e$ для заряда электрона $-e$.
Почему спектр β непрерывен
- α-распад делит энергию между двумя частицами → α имеет одну фиксированную энергию (дискретную).
- β-распад делит энергию между тремя частицами (с нейтрино) → энергии β варьируются от нуля до максимума (непрерывный спектр).
β-частицы вылетают с непрерывным диапазоном энергий, потому что энергия распределяется между:
При распределении между тремя частицами β может получить любую долю до максимума. При α-распаде энергия делится между двумя частицами, фиксируя энергию α.
Уравнения распада
- α: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + {}^{4}_{2}\alpha$.
- β$^{-}$: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z+1}\text{Y} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}_{e}$ (нейтрон превращается в протон).
- β$^{+}$: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z-1}\text{Y} + {}^{0}_{+1}\beta + \nu_{e}$ (протон превращается в нейтрон).
При α-распаде на сколько уменьшается массовое число $A$?
α уносит 4 нуклона (2 протона + 2 нейтрона), поэтому $A$ уменьшается на 4 (а $Z$ на 2).
При β$^{-}$-распаде зарядовое число $Z$:
Нейтрон превращается в протон, поэтому $Z$ возрастает на 1, а $A$ остается прежним.
Разобранный пример: азот-12 и поле
Азот-12, $^{12}_{7}\text{N}$, распадается с испусканием позитрона. Испущенный позитрон и α-частица затем проходят через одно и то же однородное электрическое поле.
- Уравнение: $^{12}_{7}\text{N} \to {}^{12}_{6}\text{C} + {}^{0}_{+1}\beta + \nu_{e}$. Проверка: $12 = 12 + 0$ и $7 = 6 + 1$.
- Заряд позитрона: $+e$ — античастица электрона.
- Силы в поле: $F = Eq$, значит $\dfrac{F_{\alpha}}{F_{\beta}} = \dfrac{2e}{e} = 2$.
- Ускорения: $a = \dfrac{Eq}{m}$, поэтому $\dfrac{a_{\alpha}}{a_{\beta}} = \dfrac{2e / 4\,\text{u}}{e / (\text{u}/1840)} \approx \dfrac{1}{3700}$ — позитрон ускоряется в тысячи раз больше.
- Проверка: вдвое большая сила, но в четыре тысячи раз большая масса: α почти не искривляется. Обе частицы отклоняются в одну сторону, так как обе положительны.
Ядро X (заряд $+2e$, масса $4\ \text{u}$) и ядро Y (заряд $+e$, масса $3\ \text{u}$) находятся в одном и том же однородном электрическом поле. Каково отношение ускорения X : ускорения Y?
$a = \dfrac{Eq}{m}$, поэтому отношение равно $\dfrac{2/4}{1/3} = \dfrac{0.5}{0.333} = 1.5$. Отношение сил alone было бы $2$; массы меняют это значение.
Частица β$^{-}$ исходит из ядра — нейтрон превращается в протон — а не из орбитальных электронов. γ-луч меняет ни $A$, ни $Z$; он лишь уносит энергию. И причина того, что энергии β непрерывны, заключается в том, что (анти)нейтрино делит эту энергию — именно этот вопрос «объясните» чаще всего встречается на экзаменах в данной теме.
Вы поняли
- α = ядро He, $+2e$, $4\ \text{u}$ (останавливается бумагой, сильный ионизатор); β = электрон/позитрон (останавливается Al); γ = фотон (свинец)
- в поле: сила $\propto q$, ускорение $\propto \dfrac{q}{m}$; α и β$^{-}$ искривляются в противоположные стороны, γ не искривляется
- β-распад испускает (анти)нейтрино, благодаря чему его энергетический спектр непрерывен; α: $A{-}4, Z{-}2$; β$^{-}$: $Z{+}1$; β$^{+}$: $Z{-}1$