Четыре канала распада
Сравни изменение дочернего ядра и состав испущенных частиц.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Переключатель выбирает разные исходные ядра или состояния. Звёздочка означает возбуждение; нейтрино учитываются в бета-каналах.
Самопроизвольное изменение ядра
Радиоактивность — самопроизвольные превращения нестабильных ядер, сопровождаемые испусканием частиц или электромагнитного излучения. Для отдельного ядра момент превращения случаен. Химическое состояние обычно слабо влияет на основные школьные примеры распада.
Нельзя произвольно назначить одному изотопу любой вид распада. Возможный канал определяется энергетикой и законами сохранения. В одном семействе превращений могут участвовать разные дочерние ядра и несколько последовательных процессов.
Исходное ядро
Неустойчивое состояние
Разрешённый канал
Определяется законами и энергией
Продукты
Дочернее ядро и испущенные частицы
Радиоактивность является ядерным процессом с вероятностным моментом отдельного события.
Можно ли выбрать вид распада одного конкретного ядра просто переключателем?
Нет. Переключатель учебной модели выбирает разные реальные примеры, а не произвольно меняет свойства одного изотопа.
Альфа- и гамма-излучение
При альфа-распаде ядро испускает ⁴₂He: A дочернего ядра уменьшается на 4, Z на 2. Пример: ²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He. Заряд и число нуклонов сохраняются во всей системе.
Гамма-переход — уменьшение энергии возбуждённого ядра с испусканием фотона. A и Z не меняются, но состояние и масса покоя ядра меняются на величину, связанную с энергией. Гамма-фотон не является электроном или ядром гелия.
| Процесс | Изменение A ядра | Изменение Z ядра |
|---|---|---|
| Альфа | −4 | −2 |
| Гамма | 0 | 0 |
Гамма-излучение меняет энергетическое состояние ядра, сохраняя его A и Z.
Если A и Z прежние, означает ли это полное отсутствие изменений при гамма-переходе?
Нет. Уменьшается энергия возбуждения, испускается фотон и возникает отдача ядра.
Следы частиц в камере Вильсона
Камера Вильсона делает видимыми следы ионизации: капли образуются вдоль путей заряженных частиц. Саму частицу обычным глазом здесь не видят.
Own work · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Счётчик Гейгера
Прибор регистрирует события взаимодействия излучения. Для перехода к дозе нужны калибровка и сведения о спектре и условиях измерения.
Boffy b · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Бета-превращения
При β⁻-распаде нейтрон в составе ядра превращается в протон с испусканием электрона и электронного антинейтрино. A остаётся прежним, Z увеличивается на 1. Пример: ¹⁴₆C → ¹⁴₇N + e⁻ + антинейтрино.
При β⁺-распаде протон в ядре превращается в нейтрон с испусканием позитрона и электронного нейтрино; A прежнее, Z уменьшается на 1. Пример — фтор-18 в кислород-18. Свободный протон так самопроизвольно не распадается: энергетические условия ядра существенны.
| Канал | A дочернего | Z дочернего | Дополнительные частицы |
|---|---|---|---|
| β⁻ | A | Z + 1 | Электрон, антинейтрино |
| β⁺ | A | Z − 1 | Позитрон, нейтрино |
| α | A − 4 | Z − 2 | Ядро гелия |
Бета-частицы рождаются при превращении; они не являются электронами, заранее хранившимися внутри ядра.
Зачем в бета-распаде учитывать нейтрино?
Оно участвует в балансе энергии, импульса и других квантовых характеристик; энергия распределяется между несколькими продуктами.
Модель: заряд и состав
Выбирай один из четырёх примеров. Модель показывает исходное ядро, дочернее и испущенные частицы, затем раскрывает изменение A и Z. Для β⁻ заряд электрона −e компенсирует увеличение заряда ядра на +e.
Различают проникающую способность и опасность. Альфа-частицы легко задерживаются тонким слоем вещества, но попадание альфа-излучающих веществ внутрь организма может быть опасно. По одному названию излучения нельзя оценить полученную дозу: нужны энергия, геометрия и взаимодействие с тканью.
Определить канал
Какие частицы испускаются
Пересчитать A и Z
Учесть только дочернее ядро
Проверить полный заряд
Добавить заряды испущенных частиц
Проникающая способность и биологическое действие являются разными характеристиками.
Почему слабое внешнее проникновение альфа-частиц не делает любой альфа-источник безопасным?
Внутри организма энергия может передаваться непосредственно близлежащим тканям; путь попадания принципиален.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 11 класс», § 38. Тема и содержание сверены с файлом «11 класс. Физика — § 38. Радиоактивность.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.