ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Правило смещения


Вопрос 1. Как направлено магнитное поле на рисунке 33?

Поскольку a-частицы имеют большой электрический заряд, они сильно взаимодействуют с веществом. В жидкости или в твердом теле проходят малые расстояния. При попадании на живую ткань вызывают сильные ожоги. Большей проникающей способностью обладает bизлуче­ние. Фотоны нейтральны. Их проникающая способность значительно превосходит проникающую способность a-излучения и bизлучения. От g-из­лучения трудно защититься.

Вопрос 2. Приведенные выше аргументы в определенной степени объясняют, почему фотоны с энергией в несколько КэВ или МэВ могут пройти через защиту толщиной в несколько десятков сантиметров. Как тогда объяснить, что фотоны видимого света почти не проходят даже через лист бумаги?

2.2 Реакции распада

a-распад. При a-распаде массовое число ядра уменьшается на 4, а заряд уменьшается на 2e. В результате могут получаться как стабильные, так и нестабильные (радиоактивные) ядра.

Примеры: Астат радиоактивен; t»0,02 с. Радий bрадиоактивен; t»6,7 лет.

b-распад. При bраспаде массовое число ядра остается неизменным, а заряд увеличивается, если излучается электрон, или уменьшается, если излучается позитрон. bизлучение может проникнуть через миллиметровый лист металла.

Примеры. Актиний радиоактивен с t » 6,1 года.
Азот стабилен.

g-излучение. Рентгеновские фотоны излучаются возбужденными ядрами. Состав ядра при этом не изменяется. Излучение аналогично излучению возбужденными атомами.

Пример. Изотоп кобальта радиоактивен. Он испытывает позитронный bраспад: Получающееся ядро железа находится в возбужденном состоянии. При переходе ядра в основное состояние излучается фотон с энергией около 14 КэВ.

2.3 Правило смещения

Процессы распада, или любые другие взаимодействия в субатомном мире происходят так, что законы сохранения не нарушаются. Правила смещения являются следствием действия законов сохранения электрического заряда и барионного заряда. Правило смещения при a-распаде состоит в том, что происходит превращение одного элемента в другой — перемещение по таблице Менделеева. По таблице Менделеева, происходит смещение на два номера к началу таблицы. Это результат действия закона сохранения заряда. При a-распаде действует еще один закон, — закон сохранения барионного заряда. Барионный заряд ядра — это просто число нуклонов, входящих в его состав. Он определяет массу ядра. Массовое число при распаде уменьшается на 4 единицы.

При электронном b-распаде закон сохранения заряда требует, чтобы происходило смещение на один номер к концу таблицы Менделеева, а при позитронном b-распаде — на один номер к началу таблицы. Так как барионный заряд ядра при этом остается неизменным, массовое число не изменяется.

При излучении возбужденными ядрами фотонов смещения не происходит.

Задание. Используя правила смещения, допишите следующие ядерные реакции используемых для получения не существующих в естественных условиях изотопов:

3. Закон радиоактивного распада

3.1 Период полураспада

Когда были получены искусственные радиоактивные изотопы с малыми временами жизни, заметили, что со временем интенсивность радиоактивного излучения уменьшается. Исследования показали, что уменьшение интенсивности излучения является следствием того, что уменьшается число распадающихся ядер. Был установлен общий для всех распадов закон — интенсивность излучения пропорциональна количеству еще нераспавшихся ядер. Этот факт позволяет получить временной закон убывания числа еще нераспавшихся ядер и, соответственно. интенсивности радиоактивного излучения.

Из факта пропорциональности интенсивности излучения числу нераспавшихся ядер вытекает экспериментально подтверждаемое следствие. Допустим, имелось первоначально N0 радиоактивных ядер. В результате распадов через время T их количество уменьшилось вдвое. Закон состоит в том, что новое число радиоактивных ядер N уменьшается вдвое также за время T. Уменьшение вдвое любого числа нераспавшихся ядер данного сорта происходит за одно и то же время T. Это время называется периодом полураспада.

Пусть первоначальное число радиоактивных ядер N0. Построим последовательность чисел выживших ядер
N0 при t=0; N0/2 при t=T; N0/4 при t=2T; N0/8 при t=3T; ×××××
N0/2n при t=nT. Эта последовательность подсказывает следующий закон убывания числа нераспавшихся ядер:
(1)
Закон (1) можно представить еще в одном, наиболее часто употребляющемся виде. Заметим, что , поэтому левую часть уравнения (1) можно записать в виде
(2)
Величина равна среднему времени жизни ядра в нераспавшемся состоянии. Этот же закон управляет и распадом возбужденных состояний атома.

То, что интенсивность распада за равные промежутки времени уменьшается в равное число раз, говорит о равной вероятности распада ядра в равные малые промежутки времени вне зависимости от того, сколько ядро уже прожило. “Ядра не стареют”. Сколько бы они не прожили — вероятность распада в последующий малый интервал времени остается одной и той же. Из этого обстоятельства можно было бы вывести закон (2).

2.2.3_34.wmfДополнительный материал. Пусть в начальный момент времени было N0 радиоактивных ядер. Определим их число в момент времени t. Разобьем интервал (0, t) на равные малые промежутки времени длительности Dt. Если вероятность распада в любой промежуток времени одна и та же, то, если перед началом временного интервала было N молекул, то за время Dt их число уменьшится на DN=-NlDt, где l — постоянная, характеризующая скорость распада данных ядер. Для каждого промежутка времени можно записать
N0-N1=N0lDt;
N
1-N2=N1lDt;
N
2-N3=N2lDt;
×××××
N
n-1-Nn=Nn-1lDt.
Поделим обе части первого уравнения на N0, второго на N1, и т. д. Тогда система уравнений может быть переписана так:
N1/N0=1lDt;
N2/N1=1lDt;
N3/N2=1lDt;
×××××
Nn/Nn-1=1lDt.
Перемножим почленно все уравнения, тогда получим
(3)
Заметим, что Dt=t/n, поэтому уравнение (3) можно записать так
(4)
Если сделать замену переменных -n/lt=m, то уравнение (4) принимает вид
(5)
Нас, конечно, интересует значение правой части уравнения (5) при Если с помощью калькулятора вычислить несколько значений выражения при m=4, 8, 16, 32, 64, 128 и т. д., то можно заметить, что получающаяся последовательность значений этого выражения — 2,4414; 2,5658; 2,6379; 2,6770; 2,6973; 2,7077 стремится к некоторому пределу. Этот предел равен основанию натурального логарифма — e. Таким образом, уравнение (5) приобретает вид
N(t)=N0elt. (6)
Сравнивая (6) с выражением (2), можно сделать вывод, что скорость распада l связана с периодом полураспада и со средним временем жизни соотношением
(7)

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод