Уравнения ядерных реакций бета распада (3 видео)

Альфа-распад. Бета-распад. Ядерные реакции

Ядра большинства атомов – это довольно устойчивые образования. Однако ядра атомов радиоактивных веществ в процессе радиоактивного распада самопроизвольно превращаются в ядра атомов других веществ. Так в 1903 году Резерфорд обнаружил, что помещенный в сосуд радий через некоторое время превратился в радон. А в сосуде дополнительно появился гелий: (88^Rarightarrow86^Rn+2^4) He. Чтобы понимать смысл написанного выражения, он изучил тему о массовом и зарядовом числе ядра атома.

Удалось установить, что основные виды радиоактивного распада – альфа и бета-распад – происходят согласно следующему правилу смещения.

Альфа-распад

При альфа-распаде излучается α-частица (ядро атома гелия). Из вещества с количеством протонов (Z) и нейтронов (N) в атомном ядре оно превращается в вещество с количеством протонов (Z-2) и количеством нейтронов (N-2) и, соответственно, атомной массой (A-4) . То есть происходит смещение образовавшегося элемента на две клетки назад в периодической системе.

Пример α-распада: (92^Urightarrow90^Th+2^4) He.

Альфа-распад – это внутриядерный процесс. В составе тяжелого ядра за счет сложной картины сочетания ядерных и электростатических сил образуется самостоятельная α-частица, которая выталкивается кулоновскими силами гораздо активнее остальных нуклонов. При определенных условиях она может преодолеть силы ядерного взаимодействия и вылететь из ядра.

Бета-распад

При бета-распаде излучается электрон ( (beta) -частица). В результате распада одного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино состав ядра увеличивается на один протон, а электрон и антинейтрино излучаются вовне. Соответственно, образовавшийся элемент смещается в периодической системе на одну клетку вперед.

Пример (beta) -распада: (19^Krightarrow20^Ca+_ ^0e+_0 ^0v) .

Бета-распад – это внутринуклонный процесс. Превращение претерпевает нейтрон. Существует также бета-плюс-распад или позитронный бета-распад. При позитронном распаде ядро испускает позитрон и нейтрино, а элемент смещается при этом на одну клетку назад по периодической таблице. Позитронный бета-распад обычно сопровождается электронным захватом.

Гамма-распад

Кроме альфа и бета-распада существует также гамма-распад. Гамма-распад – это излучение гамма-квантов ядрами в возбужденном состоянии, при котором они обладают большой по сравнению с невозбужденным состоянием энергией. В возбужденное состояние ядра могут приходить при ядерных реакциях, либо при радиоактивных распадах других ядер. Большинство возбужденных состояний ядер имеют очень непродолжительное время жизни – менее наносекунды.

Также существуют распады с эмиссией нейтрона, протона, кластерная радиоактивность и некоторые другие, очень редкие виды распадов. Но превалирующие виды радиоактивности это альфа, бета и гамма-распад.

Можно описать и так, что альфа-распад – это вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание дважды магического ядра гелия (^4) He – альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер – на (2) . Альфа-распад наблюдается только у тяжелых ядер (атомный номер должен быть больше 82, массовое число должно быть больше (200) ). Альфа-частица испытывает туннельный переход через кулоновский барьер в ядре, поэтому альфа-распад является существенно квантовым процессом. Поскольку вероятность туннельного эффекта зависит от высоты барьера экспоненциально, период полураспада альфа-активных ядер экспоненциально растет с уменьшением энергии альфа-частицы (этот факт составляет содержание закона Гейгера-Нэттола). При энергии альфа-частицы меньше (2) МэВ время жизни альфа-активных ядер существенно превышает время существования Вселенной. Поэтому, хотя большинство природных изотопов тяжелее церия в принципе способны распадаться по этому каналу, лишь для немногих из них такой распад действительно зафиксирован.

Скорость вылета альфа-частицы составляет от 9400 км/с (изотоп неодима (^) Nd) до (23700) км/с (у изотопа полония (^) Po). В общем виде формула альфа-распада выглядит следующем образом:

Пример альфа-распада для изотопа (^U) :

Альфа-распад может рассматриваться как предельный случай кластерного распада.

Впервые альфа-распад был идентифицирован британским физиком Эрнестом Резерфордом в 1899 году. Одновременно в Париже французский физик Пол Виллард проводил аналогичные эксперименты, но не успел разделить излучения раньше Резерфорда. Первую количественную теорию альфа-распада разработал советский и американский физик Георгий Гамов.

Какой вид ионизирующих излучений из перечисленных ниже наиболее опасен при внешнем облучении человека?

Детектор радиоактивных излучений помещен в закрытую картонную коробку с толщиной стенок (approx1) мм. Какие излучения он может зарегистрировать?

Какой заряд (Z) и массовое число А будет иметь ядро элемента, получившегося из ядра изотопа (_^) Po после одного (alpha) -распада и одного электронного (beta) -распада?

(alpha) -излучение – это

В результате одного (alpha) -распада и одного (beta) -распада из радиоактивного изотопа лития (_3^8Li) образуется изотоп

Естественная радиоактивность – это

(alpha) -излучение представляет собой поток

Ядерная реакция имеет вид (x+_1^1H rightarrow _^Na+_2^4He) . Определите недостающий элемент.

Ядерная реакция имеет вид (_2^4He + _4^9Be rightarrow _6^C+x) . Определите недостающий продукт реакции.

Ядро бериллия (9^4) Ве сталкивается с частицей, при этом продуктом реакции оказались один нейтрон и ядро изотопа некоторого элемента. Определите этот элемент.

Каково массовое число ядра (X) в реакции (^_!Cm + ^_!He → X + 2^1_0n?)

Определите число (α) и (β) распадов при превращении ядра урана (_^!U) в ядро свинца (_^Pb) .

Определите массовое число и порядковый номер элемента, образовавшегося из урана (_^) U , если с ним произошло (3 alpha) -распада и (2 beta) -распада.

Определите массовое число ядра (X) в реакции деления урана.

Из приведенных реакций выберите те, которые соответствуют термоядерным.

Содержание

<img src="http://www.uran.donetsk.ua/
Прослушать и посмотреть можно Радиоактивность
Альфа-распад
Гамма-распад
Состав атомного ядра. Ядерные реакции
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
🎬 Видео

Видео:Уравнения ядерных реакций для разных видов распада (видео 19)| Квантовая физика | ФизикаСкачать

<img src="http://www.uran.donetsk.ua/

masters/2012/feht/tasbash/library/images/article7_pic2.png» />Альфа- бета- и гамма- распады

Видео:Ядерные реакции. 10 класс.Скачать

Прослушать и посмотреть можно Радиоактивность

Ядра большинства атомов – это довольно устойчивые образования.

Видео:альфа и бета распадСкачать

Альфа-распад

При альфа-распаде излучается α-частица (ядро

При бета-распаде излучается электрон (β-частица). В результате распада одного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино, состав ядра увеличивается на один протон, а электрон и антинейтрино излучаются вовне. Соответственно, образовавшийся элемент смещается в периодической системе на одну клетку вперед.

Видео:Альфа-распадСкачать

Гамма-распад

Гамма-распад – это излучение гамма-квантов ядрами в возбужденном состоянии, при котором они обладают большой по сравнению с невозбужденным состоянием энергией. В возбужденное состояние ядра могут приходить при ядерных реакциях либо при радиоактивных

Существуют распады с эмиссией нейтрона, протона, кластерная радиоактивность и некоторые другие, очень редкие виды распадов. Но превалирующие виды радиоактивности это альфа, бета и гамма распад.

Изменение заряда ядра Z

Изменение массового числа А

Вылет α-частицы – системы двух протонов и двух нейтронов, соединенных воедино

Взаимные превращения в ядре нейтрона ( ) и протона ( )

Электронный захват (е – -или К-захват)

и – электронное нейтрино и антинейтрино

Деление ядра обычно на два осколка, имеющих приблизительно равные массы и заряды

Видео:9 класс. Решение задач "Ядерные реакции"Скачать

Состав атомного ядра. Ядерные реакции

1. Экспериментальное изучение строения атомного ядра осуществлял Резерфорд. Он облучал ( beta ) -частицами атомы азота и других элементов. При этом из ядер азота вылетали ядра водорода ( ^1_1He ) . Резерфорд предположил, что эти частицы входят в состав атомного ядра, В дальнейшем их назвали протонами и стали условно обозначать ( ^1_1p ) .

Было также экспериментально доказано, что существует еще одна частица, которая входит в состав ядра любого элемента. Эта частица не имеет электрического заряда и потому на неё не действует ни электрическое, ни магнитное поле. Её назвали нейтроном, обозначается эта частица буквой ( ^1_1n ) . Масса нейтрона приблизительно равна массе протона.

Результаты этих и других экспериментов послужили основанием для создания протонно-нейтронной модели ядра, согласно которой ядро любого элемента состоит из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны имеют общее название нуклоны.

То, что ядра химических элементов устойчивы, нельзя объяснить гравитационным взаимодействием нуклонов:

оно слишком мало, поскольку мала масса нуклонов;
электромагнитное взаимодействие между этими частицами отсутствует, так как нейтрон не имеет электрического заряда. Соответственно, между нуклонами в ядре действуют силы другой природы. Их называют ядерными силами, они характеризуют взаимодействие, называемое сильным. Ядерное взаимодействие очень сильное, но существует на малых расстояниях.

Поскольку атом в целом нейтрален, то число протонов равно числу электронов, а суммарный заряд протонов равен по модулю суммарному заряду электронов, т.е. ( Zcdot e ) , где ( Z ) — порядковый номер элемента в таблице Д.И. Менделеева или зарядовое число. Сумму числа протонов и числа нейтронов в ядре называют массовым числом, которое обозначается буквой ( A ) . Число нейтронов ( N ) равно разности между массовым числом и зарядовым числом или: ( A=Z+N ) .

Ядро атома обозначается символом химического элемента; перед символом наверху пишут массовое число, а внизу зарядовое число. Например: в ядре атома лития ( ^7_3Li ) содержится: протонов ( Z=3 ) и нейтронов ( N=A-Z=4 ) .

Ядра одного и того же химического элемента могут содержать разное число нейтронов. При этом они имеют одинаковое зарядовое число, но разное массовое число. Например, ядра ( ^_U ) и ( ^_U ) имеют по 92 и 143 и 146 нейтронов соответственно. Элементы, имеющие одинаковое зарядовое число и разные массовые числа называются изотопами.

2. Радиоактивные элементы, испуская излучение, превращаются в другие элементы. При этом, поскольку излучение приводит к появлению нового химического элемента, можно сделать вывод, что изменения происходят именно с ядром атома. Радиоактивное превращение ядер одних элементов в ядра других элементов называют радиоактивным распадом.

В процессе радиоактивного распада испускается альфа- и бета-излучение. Эти процессы называются соответственно альфа- и бета-распады.

Альфа-распад — превращение ядра ( X ) в новое ядро ( Y ) при испускании ( alpha ) -частицы. Реакция ( alpha ) -распада выглядит следующим образом ( ^A_ZXto^_Y+^4_2He ) . В результате альфа-распада образуется ядро элемента, порядковый номер которого на 2 меньше, чем исходного, а массовое число на 4 меньше, чем исходного, т.е. в таблице Д.И. Менделеева элемент смещается на две клетки к её началу.

Примером альфа-распада может служить реакция превращения изотопа протактиния ( ^_Pa ) в изотоп ( ^_Ac ) : ( ^_Pato ^_Ac+^4_2He )

Примером бета-распада может служить реакция превращения изотопа бора ( ^_5B ) в изотоп углерода ( ^_6C ) : ( ^_Bto ^_C+^_e )

3. В процессе радиоактивного распада число радиоактивных атомов уменьшается. Распад разных радиоактивных веществ происходит с разной интенсивностью. Например, радиоактивные изотопы qода распадаются значительно быстрее, чем изотопы стронция. Характеристикой интенсивности радиоактивного распада является величина, называемая периодом полураспада.

Периодом полураспада ( T ) называют промежуток времени, в течение которого распадается половина первоначального числа атомов радиоактивного вещества. Чем меньше период полураспада, тем быстрее распадутся все радиоактивные атомы.

Например, имеется 4·10 8 атомов радиоактивного изотопа йода, период полураспада которого 25 минут. Это означает, что в течение 25 минут распадается половина ядер изотопа йода, т.е. 2·10 8 ядер, а 2·10 8 ядер останется нераспавшимися. Еще через 25 минут нераспавшимися останется 10 8 ядер йода, еще через 25 минут — 0,5·10 8 ядер и так далее.

Особенностью закона радиоактивного распада является то, что невозможно предсказать, когда произойдет распад каждого конкретного атома. Оно может произойти вовремя одного периода полураспада, или двух, или трех. Период полураспада относится не к конкретному атому, а к совокупности атомов радиоактивного вещества.

Превращение ядер одного элемента в ядра другого элемента происходит не только в процессе радиоактивного распада. Такое превращение может происходить при взаимодействии ядер элементов друг с другом или с такими частицами, как альфа-частицы, электроны, протоны, нейтроны. Превращение исходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в другое ядро, отличное от исходного, называют ядерной реакцией.

4. Все реально происходящие ядерные реакции подчиняются закону сохранения массового числа и закону сохранения зарядового числа.

Например, осуществлена ядерная реакция ( ^_Mg+^1_1pto^_Na+? ) , в результате которой получен изотоп натрия и некоторая частица, которую нужно определить. Находим сумму массовых чисел в левой части уравнения. Она равна 26. Вычитаем из этого числа массовое число изотопа натрия: 26 — 22 = 4. Следовательно, массовое число неизвестной частицы равно 4. Определяем зарядовое число: сумма зарядовых чисел в левой части равенства равна 13, следовательно, зарядовое число неизвестной частицы 13 — 11 = 2. Таким образом, массовое число образовавшейся в результате реакции частицы 4, а зарядовое число 2. Это — альфа-частица. Уравнение имеет вид: ( ^_Mg+^1_1pto^_Na+^4_2He ) .

Видео:Виды ядерного распада(видео 18) | Квантовая физика | ФизикаСкачать

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Ядро атома состоит из

1) протонов и электронов
2) нейтронов и протонов
3) нейтронов и электронов
4) только протонов

2. Ядро аргона ( ^_Ar ) содержит

1) 40 протонов и 22 нейтрона
2) 40 протонов и 18 нейтронов
3) 18 протонов и 40 нейтронов
4) 18 протонов и 22 нейтрона

3. Период полураспада ядер изотопа кальция составляет 164 суток. Это означает, что

1) каждые 164 суток распадается одно ядро атома кальция
2) все исходные ядра атомов кальция распадутся за 328 суток
3) половина всех исходных ядер атомов кальция распадётся за 164 суток
4) массовое число ядра кальция уменьшится в 2 раза за 164 суток

4. Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией ( beta ) -распада?

1) только А
2) и А, и Б
3) только Б
4) ни А, ни Б

5. Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией «-распада?

1) только А
2) и А, и Б
3) только Б
4) ни А, ни Б

6. Период полураспада ядер изотопа 3,8 дня. Через какое время масса родона уменьшится в 4 раза?

1) 3,8 дня
2) 7,6 дня
3) 11,4 дня
4) 15,2 дня

7. В результате альфа-распада изотопа азота ( ^_N ) образуется изотоп бора ( ^_B ) . Правильно записана реакция

8. В результате бомбардировки изотопа лития ( ^7_3Li ) ядрами дейтерия образуется изотоп бериллия: ( ^_3Li+^2_1Hto^_Be+X ) . Какая при этом испускается частица?

1) электрон ( ^0_e )
2) протон ( ^1_p )
3) а-частица ( ^4_He )
4) нейтрон ( ^1_n )

9. Какая частица взаимодействует с ядром бора в следующей ядерной реакции: ( ^_5B+?to^_Li+^_He ) ?

1) протон ( ^1_p )
2) нейтрон ( ^1_n )
3) электрон ( ^0_e )
4) а-частица ( ^4_He )

10. Используя фрагмент Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, представленный на рисунке, определите, какое ядро образуется в результате ( alpha ) -распада ядра нептуния-237.

1) ядро протактиния
2) ядро урана
3) ядро америция
4) ядро плутония

11. Установите соответствие между частицей (в левом столбце таблицы) и её зарядом (в правом столбце таблицы). В таблице под номером частицы левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.

ЧАСТИЦА
А. Электрон
Б. Протон
В. Нейтрон

ЗАРЯД ЧАСТИЦЫ
1. Положительный
2. Отсутствие заряда
3. Отрицательный

12. Происходит ядерная реакция ( ^_5Bto^_C+^_e ) . Как изменилось число протонов, число нейтронов в ядре атомов углерода по сравнению с ядром бора? Установите соответствие между частицей (в левом столбце таблицы) и её зарядом (в правом столбце таблицы). В таблице под номером частицы левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.

ЧАСТИЦА
А) Число нейтронов
Б) Число протонов

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
1) Увеличилось
2) Уменьшилось
3) Не изменилось