Законы теплового излучения Волновые свойства микрочастиц Операторы физических величин Квантовые  генераторы Электропроводимость  металлов Ядерная физика Атомное ядро Спектры излучения атомных ядер

Курс лекций по физике

  Спектры излучения атомных ядер возникают подобно спектрам излучения атомов и молекул.

  Атомы наиболее интенсивно поглощают электромагнитные волны частоты, соответствующей переходу из основного состояния атома в первое возбуждённое состояние. Это явление называют резонансным поглощением.

 Резонансное поглощение γ-кванта должно переводить ядро в возбуждённое состояние подобно тому, как поглощение света переводит в возбуждённое состояние атом или молекулу. Однако энергия и импульс  γ-кванта во много раз больше, чем у фотона видимого света.

 По закону сохранения импульса атомное ядро при излучении γ-кванта приобретает импульс, равный импульсу излучённого γ-кванта и направленный в противоположную сторону:

 , где  .

 У ядра появляется кинетическая энергия отдачи

 , где М – масса ядра.

24 – 5

 Тогда энергия γ-кванта

то есть энергия этого γ-кванта меньше энергии, необходимой для перевода такого же ядра из нормального состояния в возбуждённое, и резонансное поглощение γ-квантов ядрами обычно не наблюдается.

  Мёссбауэр открыл, что в некоторых кристаллах можно создать такие условия, при которых импульс отдачи при излучении γ-кванта сообщается не отдельному ядру, а всему кристаллу в целом. При этом изменение кинетической энергии кристалла из-за большой его массы (по сравнению с массой одного ядра) приближается к нулю, а энергия излучения γ-кванта оказывается почти в точности равной энергии перехода (Е1 – Е0). При пропускании пучка таких γ-квантов через образец, содержащий атомные ядра того же изотопа, наблюдается резонансное поглощение.

 Замечательной особенностью эффекта Мёссбауэра является необычайно малая ширина спектральной линии поглощения . Это означает, что появляется возможность зарегистрировать изменение энергии γ-кванта на величину, составляющую 10-15 от его первоначального значения.

Радиоактивные ряды

Ядра, возникающие в результате радиоактивных превращений, могут сами оказаться радиоактивными и т.д.. В итоге возникает ряд радиоактивных превращений.

Все α- и β-радиоактивные элементы можно объединить в четыре радиоактивные ряда, родоначальниками которых являются  235U; 236U; 237Np и 238U .

Ряд нептуния состоит из изотопов, не встречающихся в природе, а получающихся искусственным путём.

Остальные три ряда обусловлены естественной радиоактивностью и заканчиваются различными стабильными изотопами свинца:

235U 207Pb

236U 208Pb

238U 206Pb (ряд Тория 232Тh).

24 – 6

Закон сложного  распада

Пусть λ1 – постоянная распада материнского ядра;

 λ2 – постоянная распада дочернего ядра.

Изменение с течением времени числа материнских и дочерних ядер:

 и .

Тогда  и .

Если  , то .

Источники радиоактивных излучений

Более половины элементов таблицы Менделеева имеют естественные радиоактивные изотопы, но многие из них обладают очень большим периодом полураспада (для 238U – 4,5 млрд. лет; для 232Th – 14 млрд. лет).

Но в природе встречаются радиоактивные изотопы со значительно более короткими периодами полураспада (радий 226Ra – 1600 лет; радон 222Rn – 3,82 дня; полоний 218Ро – 3 мин.).

В тканях растений, животных и человека в наибольшем количестве содержатся радиоактивные изотопы калия и углерода.

В природном калии на долю β-радиоактивного изотопа 40К  с периодом полураспада 1,24 млрд. лет приходится 0,012 %. В 1 г природного калия происходит приблизительно 1900 β-распадов в минуту.

Радиоактивность углерода в биологических тканях обусловлена присутствием радиоактивного изотопа углерода 14С (Т5570 лет), который образуется в верхних слоях земной атмосферы под воздействием потока быстрых заряженных частиц из космоса. Изотоп 14С усваивается из воздуха растениями, а затем попадает в состав тканей животных и человека.

По остаточной радиоактивности ископаемых растительного или животного происхождения в археологии определяют примерные даты того или иного события.

Элементарные частицы Сначала элементарными считались частицы, из которых состоят атомы и их ядра – т.е. электроны, протоны и нейтроны.

Систематика  элементарных частиц Бозоны и фермионы

Кварковая  структура адронов Все адроны построены из частиц, названных кварками.

Взаимодействие  ионизирующих излучений с веществом В веществе быстрые заряженные частицы взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов.

Дозиметрия Поглощённая доза излучения (ПДИ) – равна отношению энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к массе вещества . Единицей ПДИ в СИ является грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг.

Цель нанотехнологий состоит в управлении поведением отдельных наночастиц (атомов, молекул, молекулярных систем) при создании новых наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.


;
На главную