Transformations atomiques radioactives. Transformations des noyaux atomiques

Type de cours
Objectifs de la leçon:

Continuer à étudier le phénomène de la radioactivité;

Etudier les transformations radioactives (règles de déplacement et loi de conservation des nombres de charge et de masse).

Etudier des données expérimentales fondamentales afin d'expliquer de manière élémentaire les principes de base de l'utilisation de l'énergie nucléaire.
Tâches:
éducatif
développement
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Leçon sur le thème "Transformations radioactives des noyaux atomiques".

Professeur de physique de 1ère catégorie Medvedeva Galina Lvovna

Type de cours : une leçon pour apprendre de nouveaux matériaux
Objectifs de la leçon:

Continuer à étudier le phénomène de la radioactivité;

Etudier les transformations radioactives (règles de déplacement et loi de conservation des nombres de charge et de masse).

Etudier des données expérimentales fondamentales afin d'expliquer de manière élémentaire les principes de base de l'utilisation de l'énergie nucléaire.
Tâches :
éducatif - familiariser les élèves avec la règle du biais; l'expansion des idées des élèves sur l'image physique du monde;
développement - élaborer les compétences de la nature physique de la radioactivité, des transformations radioactives, des règles de déplacement par système périodique éléments chimiques; continuer à développer des compétences en travaillant avec des tableaux et des diagrammes; poursuivre le développement des compétences professionnelles: mettre en valeur l'essentiel, présenter le matériel, développer l'attention, la capacité de comparer, analyser et généraliser les faits, favoriser le développement de la pensée critique.
éducatif - favoriser le développement de la curiosité, former la capacité d'exprimer son point de vue et de défendre son innocence.

Résumé de la leçon:

Texte de la leçon.

Bonjour à tous ceux qui sont présents à notre leçon d'aujourd'hui.

Prof: Nous sommes donc à la deuxième étape travail de recherche sur le thème "Radioactivité". Qu'Est-ce que c'est? Autrement dit, nous étudierons aujourd'hui les transformations radioactives et les règles de déplacement. ----C'est le sujet de nos recherches et, par conséquent, le sujet de la leçon

Matériel de recherche: tableau périodique, carte de travail, collection de problèmes, mots croisés (un pour deux).

Professeur, épigraphe: «À un moment donné, lorsque le phénomène de la radioactivité a été découvert, Einstein l'a comparé à la production de feu dans les temps anciens, car il croyait que le feu et la radioactivité sont également des jalons majeurs dans l'histoire de la civilisation.

Pourquoi le pensait-il?

Les étudiants de notre classe ont fait quelques recherches théoriques et voici le résultat:

Message de l'étudiant:

1. Pierre Curie a placé une ampoule de chlorure de radium dans le calorimètre. Il absorbait les rayons α, β, γ et, en raison de leur énergie, le calorimètre était chauffé. Curie a déterminé que 1 g de radium libère environ 582 J d'énergie en 1 heure. Et cette énergie a été libérée au fil des ans.
2. La formation de 4 grammes d'hélium s'accompagne de la libération de la même énergie que dans la combustion de 1,5 à 2 tonnes de charbon.
3. L'énergie contenue dans 1 g d'uranium est égale à l'énergie libérée lors de la combustion de 2,5 tonnes de pétrole.

Au cours de la journée, des mois et des années, l'intensité du rayonnement n'a pas changé sensiblement. Il n'a en aucun cas été affecté par des influences habituelles telles que le chauffage ou l'augmentation de la pression. Les réactions chimiques auxquelles les substances radioactives sont entrées n'ont pas non plus affecté l'intensité du rayonnement.

Chacun de nous n'est pas seulement "sous la surveillance" d'une "nounou" vigilante aux radiations, chacun de nous est un peu radioactif en soi. Les sources de rayonnement ne sont pas seulement en dehors de nous. Lorsque nous buvons, à chaque gorgée, nous introduisons dans le corps un certain nombre d'atomes de substances radioactives, il en va de même lorsque nous mangeons. De plus, lorsque nous respirons, notre corps reçoit à nouveau quelque chose de l'air qui est capable de désintégration radioactive - peut-être l'isotope radioactif du carbone C-14, peut-être le potassium K-40 ou un autre isotope.

Enseignant: D'où vient la quantité de radioactivité constamment présente autour et à l'intérieur de nous?

Communication étudiante:

Selon la géophysique nucléaire, il existe de nombreuses sources de radioactivité naturelle dans la nature. Dans les rochers croûte, en moyenne, une tonne de roches représente 2,5 à 3 grammes d'uranium, 10 à 13 g de thorium, 15 à 25 g de potassium. Certes, le K-40 radioactif ne représente que 3 milligrammes par tonne. Toute cette abondance de noyaux radioactifs instables se désintègre continuellement et spontanément. Chaque minute, une moyenne de 60 000 noyaux K-40, 15 000 noyaux isotopiques Rb-87, 2 400 noyaux Th-232, 2 200 noyaux U-238 se désintègrent dans 1 kg de matériel terrestre. La valeur totale de la radioactivité naturelle est d'environ 200 000 désintégrations par minute. Saviez-vous que la radioactivité naturelle est différente pour les hommes et les femmes? L'explication de ce fait est évidente - les tissus mous et denses ont des structures différentes, absorbent et accumulent les substances radioactives de différentes manières..

PROBLÈME: Quelles équations, règles, lois décrivent ces réactions de décomposition des substances?

Enseignant: Quel problème allons-nous résoudre avec vous? Quelles solutions proposez-vous?

Les élèves travaillent et font leurs hypothèses.

L'élève répond:

Moyens de solution:

Élève 1: Rappelez-vous les définitions de base et les propriétés des rayonnements radioactifs.

Élève 2: En utilisant les équations de réaction proposées (selon la carte), obtenez équations générales pour les réactions de conversion radioactive en utilisant le tableau périodique, formuler des règles générales de déplacement pour les désintégrations alpha et bêta.

Apprenti 3 : Consolider les connaissances acquises afin de les appliquer à des recherches ultérieures (résolution de problèmes).

Prof.

D'accord. Passons à la solution.

Étape 1: travailler avec des cartes. On vous pose des questions auxquelles vous devez donner par écritréponses.

Cinq questions - cinq bonnes réponses. Nous estimons sur un système en cinq points.

(Donnez du temps pour travailler, puis exprimez verbalement les réponses, comparez-les aux diapositives, notez-nous en fonction des critères).

1. La radioactivité est ...
2. Les rayons α sont ...
3. Les rayons β sont….
4. Rayonnement γ -….
5. Formulez la loi de conservation de la charge et des nombres de masse.

RÉPONSES ET POINTS:

ÉTAPE 2. Enseignant.

Nous travaillons de manière autonome et au tableau noir (3 étudiants).

A) Nous notons les équations de réaction, qui s'accompagnent de la libération de particules alpha.

2. Ecrire la réaction de la désintégration α de l'uranium235 92 U.

3. .Écrire la désintégration alpha d'un noyau polonium

Prof:

CONCLUSION # 1:

En raison de la désintégration alpha, le nombre de masse de la substance résultante diminue de 4 amu et le nombre de charge de 2 charges élémentaires.

B) Nous notons les équations de réaction, qui s'accompagnent de la libération de particules bêta (3 à étudier au tableau noir).

1. . Ecrire la réaction de la désintégration β du plutonium239 94 Pu.

2. Ecrire la désintégration bêta de l'isotope du thorium

3.Écrire la réaction β-désintégration du curium247 96 cm

Prof: Quelle expression générale pouvons-nous écrire avec vous et tirer une conclusion appropriée?

CONCLUSION # 2:

En raison de la désintégration bêta, le nombre de masse de la substance résultante ne change pas et le nombre de charge augmente d'une charge élémentaire.

ÉTAPE 3.

Prof: À un moment donné après l'obtention de ces expressions, l'étudiant de Rutherford, Frederick Soddy,règles de biais proposées pour les désintégrations radioactives, à l'aide duquel les substances formées peuvent être trouvées dans le tableau périodique. Regardons les équations que nous avons.

QUESTION:

1). QUELLE RÉGULARITÉ EST OBSERVÉE DANS LA DÉCOMPOSITION ALPHA?

RÉPONSE: Avec la désintégration alpha, la substance résultante est déplacée de deux cellules au début du tableau périodique.

2). QUELLE RÉGULARITÉ EST-ELLE OBSERVÉE PENDANT LA DÉCHARENCE BÊTA?

RÉPONSE: Pendant la désintégration bêta, la substance résultante est déplacée d'une cellule vers la fin du tableau périodique.

ÉTAPE 4.

Prof. : Et la dernière étape de notre activité pour aujourd'hui:

Travail indépendant (basé sur la collection de problèmes par Lukashik):

Option 1.

Option 2.

VÉRIFIER: au tableau, par vous-même.

CRITÈRES D'ÉVALUATION:

"5" - tâches terminées

"4" - 2 tâches terminées

"3" - 1 tâche terminée.

AUTO-ÉVALUATION PAR LEÇON:

SI LE TEMPS RESTE:

Question à la classe:

Quel sujet avez-vous étudié en classe aujourd'hui? Après avoir deviné les mots croisés, vous apprendrez le nom du processus de libération de rayonnement.

1. Quel scientifique a découvert le phénomène de la radioactivité?

2. Une particule de matière.

3. Le nom du scientifique qui a déterminé la composition du rayonnement radioactif.

4. Les noyaux avec le même nombre de protons, mais avec un nombre différent de neutrons sont ...

5. Un élément radioactif découvert par les Curie.

6. L'isotope du polonium est alpha-radioactif. Quel élément est formé dans ce cas?

7. Le nom d'une femme - un scientifique devenu Lauréat du Prix Nobel deux fois.

8. Qu'y a-t-il au centre de l'atome?

Dans la leçon précédente, nous avons discuté d'une question liée à l'expérience de Rutherford, à la suite de laquelle nous savons maintenant que l'atome est un modèle planétaire. c'est ce qu'on appelle - le modèle planétaire de l'atome. Au centre du noyau se trouve un noyau massif chargé positivement. Et les électrons tournent autour du noyau sur leurs orbites.

Figure: 1. Modèle planétaire de l'atome de Rutherford

Frederick Soddy a participé aux expériences avec Rutherford. Soddy est chimiste, il a donc mené son travail précisément en termes d'identification des éléments obtenus par leurs propriétés chimiques. C'est Soddy qui a pu comprendre ce que sont exactement les particules a, dont le flux est tombé sur la plaque d'or dans les expériences de Rutherford. Lorsque les mesures ont été faites, il s'est avéré que la masse de la particule a est de 4 unités de masse atomique et la charge de la particule a est de 2 charges élémentaires. En comparant ces choses, après avoir accumulé une certaine quantité de particules a, les scientifiques ont découvert que ces particules se sont transformées en un élément chimique - l'hélium gazeux.

Les propriétés chimiques de l'hélium étaient connues, grâce à cela, Soddy a fait valoir que les noyaux, qui sont des particules a, capturaient des électrons de l'extérieur et se transformaient en atomes d'hélium neutres.

Par la suite, les principaux efforts des scientifiques ont été dirigés vers l'étude du noyau atomique. Il est devenu clair que tous les processus qui se produisent avec le rayonnement radioactif ne se produisent pas avec la couche d'électrons, pas avec les électrons qui entourent les noyaux, mais avec les noyaux eux-mêmes. C'est dans les noyaux que se produisent certaines transformations, à la suite desquelles de nouveaux éléments chimiques se forment.

La première chaîne de ce type a été obtenue pour la transformation de l'élément radium, utilisé dans des expériences sur la radioactivité, en un gaz inerte radon avec émission d'une particule a; la réaction dans ce cas s'écrit comme suit:

Premièrement, une particule a est 4 unités de masse atomique et un double, deux fois la charge élémentaire, et la charge est positive. Le radium a un numéro de série 88, son numéro de masse est 226, et le radon a déjà un numéro de série 86, un numéro de masse 222, et une particule a apparaît. C'est le noyau d'un atome d'hélium. Dans ce cas, nous écrivons juste l'hélium. Nombre ordinal 2, nombre de masse 4.

Les réactions entraînant la formation de nouveaux éléments chimiques et en même temps la formation de nouveaux rayonnements et d'autres éléments chimiques sont appelées réactions nucléaires.

Lorsqu'il est devenu clair que des processus radioactifs se déroulaient à l'intérieur du noyau, ils se sont tournés vers d'autres éléments, pas seulement vers le radium. En étudiant divers éléments chimiques, les scientifiques ont réalisé qu'il y avait non seulement des réactions avec émission, émission d'une particule a du noyau d'un atome d'hélium, mais aussi d'autres réactions nucléaires. Par exemple, des réactions avec l'émission d'une particule B. Nous savons maintenant que ce sont des électrons. Dans ce cas, un nouvel élément chimique est également formé, respectivement, nouvelle particule, c'est une particule b, c'est aussi un électron. Dans ce cas, tous les éléments chimiques avec un numéro de série supérieur à 83 présentent un intérêt particulier.

Ainsi, nous pouvons formuler le soi-disant. Règles de Soddy, ou règles de biais pour les transformations radioactives:

... Avec la désintégration alpha, le nombre ordinal de l'élément diminue de 2 et le poids atomique diminue de 4.

Figure: 2. Désintégration alpha

Pendant la désintégration bêta, le numéro de série augmente de 1, tandis que le poids atomique ne change pas.

Figure: 3. Désintégration bêta

Liste de littérature supplémentaire

1. Bronstein, député Atomes et électrons. "Bibliothèque" Quant "". Problème 1 M.: Nauka, 1980
2. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Physique: manuel pour la 9e année école secondaire... M.: "Éducation"
3. Kitaygorodsky A.I. La physique pour tous. Photons et noyaux. Livre 4.M.: Science
4. Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. La physique. Optique Physique quantique. 11e année: manuel pour étude approfondie la physique. M.: Outarde
5. Rutherford E. Sélectionné travaux scientifiques... Radioactivité. M.: Science
6. Rutherford E. Travaux scientifiques sélectionnés. La structure de l'atome et la transformation artificielle des éléments. M.: Science

Histoire de la découverte

Déjà en 1903, les physiciens Rutherford et Soddy ont découvert que pendant la désintégration alpha radioactive, l'élément radium est converti en un autre élément chimique - le radon. Ces deux éléments chimiques ont des propriétés complètement différentes. Le radium est un solide, un métal et le radon est un gaz inerte. Les atomes de radium et de radon diffèrent par leur masse, le nombre d'électrons dans la couche électronique et la charge du noyau. Des recherches plus poussées ont montré que la désintégration bêta convertit certains éléments chimiques en d'autres. En 1911, Rutherford proposa un modèle nucléaire de l'atome. L'essence du modèle était la suivante: un atome se compose d'un noyau chargé positivement et d'électrons chargés négativement qui se déplacent autour du noyau. Il était logique de supposer que dans un tel modèle d'atome avec désintégration radioactive alpha ou bêta, c'est dans le noyau de l'atome qu'un changement se produit, car si seulement le nombre d'électrons changeait, alors un nouvel élément chimique ne serait pas obtenu, mais un ion du même élément chimique serait obtenu ...

Décomposition de la formule

La désintégration alpha du radium s'écrit comme suit:

(226,88) Ra -\u003e (222,86) Rn + (4,2) He.

Image

Dans la formule ci-dessus, (226.88) Ra désigne le noyau d'un atome de radium, (222.86) Rn est le noyau d'un atome de radon et (4.2) He est une particule alpha, ou le noyau d'un atome d'hélium.

Veuillez noter que la même notation est utilisée pour désigner le noyau d'un atome que pour l'atome lui-même. Traitons des index. Le nombre en haut est appelé le nombre de masse. Le nombre de masse du noyau d'un atome montre combien d'unités de masse atomique sont contenues dans la masse du noyau d'un atome donné. Le numéro écrit ci-dessous est appelé le numéro de charge. Le numéro de charge du noyau d'un atome montre combien de charges électriques élémentaires sont contenues dans la charge du noyau d'un atome donné. Les nombres de masse et de charge sont toujours des valeurs entières et positives. Ils n'ont pas d'unité de désignation distincte, car ils expriment combien de fois la masse et la charge du noyau d'un atome donné sont supérieures à des indicateurs simples.

L'essence du phénomène

Analysons l'équation de réaction que nous avons écrite pour la désintégration alpha du noyau de l'atome de radium.

(226,88) Ra -\u003e (222,86) Rn + (4,2) He.

Nous avons que le noyau d'un atome de radium lors de l'émission d'une particule alpha a perdu 4 unités de masse et deux charges élémentaires, et s'est donc transformé en noyau d'un atome de radon. On voit que les lois de conservation du nombre de masse et de la charge sont satisfaites. Ajoutons séparément les nombres de masse et les nombres de charge des deux éléments résultants:

Comme vous pouvez le voir, ils totalisent les mêmes valeurs que le noyau de radium. De tout ce qui précède, il s'ensuit que le noyau d'un atome se compose également de certaines particules, c'est-à-dire qu'il a une composition complexe. Et nous pouvons maintenant affiner la définition de la radioactivité. Radioactivité - la capacité des noyaux de certains atomes à se transformer spontanément en d'autres noyaux, tout en émettant des particules.

S.G. Kadmensky
Université d'État de Voronej

Radioactivité des noyaux atomiques: histoire, résultats, dernières réalisations

En 1996, la communauté physique a célébré le centenaire de la découverte de la radioactivité des noyaux atomiques. Cette découverte a conduit à la naissance d'une nouvelle physique qui a permis de comprendre la structure de l'atome et du noyau atomique, et a servi de porte d'entrée vers le monde quantique étrange et harmonieux des particules élémentaires. Comme pour de nombreuses découvertes exceptionnelles, la découverte de la radioactivité s'est faite par accident. Au début de 1896, immédiatement après la découverte de V.K. À l'aide de rayons X, le physicien français Henri Becquerel, en train de tester l'hypothèse de la nature fluorescente du rayonnement X, a découvert que le sel d'uranium-potassium spontanément, spontanément, sans influences extérieures, émet un rayonnement dur. Plus tard, Becquerel a découvert que ce phénomène, qu'il a appelé la radioactivité, c'est-à-dire l'activité de rayonnement, est entièrement lié à la présence d'uranium, qui est devenu le premier élément chimique radioactif. Quelques années plus tard, des propriétés similaires ont été retrouvées dans le thorium, puis dans le polonium et le radium, découverts par Marie et Pierre Curie, et plus tard dans tous les éléments chimiques, dont le nombre est supérieur à 82.Avec l'avènement des accélérateurs et des réacteurs nucléaires, des isotopes radioactifs ont été retrouvés dans tous les éléments chimiques, dont la plupart ne se produisent pratiquement pas dans des conditions naturelles.

TYPES DE CONVERSIONS RADIOACTIVES DE NUCLEI ATOMIQUE

En analysant la capacité de pénétration du rayonnement radioactif de l'uranium, E. Rutherford a découvert deux composants de ce rayonnement: moins pénétrant, appelé rayonnement α, et plus pénétrant, appelé rayonnement γ. Le troisième composant du rayonnement uranifère, le plus pénétrant de tous, a été découvert plus tard, en 1900, par Paul Willard et nommé par analogie avec la série de rayonnements gamma de Rutherford. Rutherford et ses collaborateurs ont montré que la radioactivité est associée à la désintégration des atomes (beaucoup plus tard, il est devenu clair que nous parlons de la désintégration des noyaux atomiques), accompagnée de la libération d'un certain type de rayonnement. Cette conclusion a porté un coup dur au concept d'indivisibilité des atomes qui prévalait en physique et en chimie.
Dans des études ultérieures de Rutherford, il a été montré que le rayonnement α est un flux de particules α, qui ne sont rien de plus que les noyaux de l'isotope d'hélium 4 He, et que le rayonnement β est constitué d'électrons. Enfin, le rayonnement γ se révèle être un parent de la lumière et du rayonnement X et est un flux de quanta électromagnétiques haute fréquence émis par les noyaux atomiques pendant la transition des états excités aux états inférieurs.
La nature de la désintégration β des noyaux s'est avérée très intéressante. La théorie de ce phénomène n'a été créée qu'en 1933 par Enrico Fermi, qui a utilisé l'hypothèse de Wolfgang Pauli sur la naissance en β-désintégration d'une particule neutre de masse au repos proche de zéro et appelée neutrino. Fermi a découvert que la β-désintégration est due à un nouveau type d'interaction de particules dans la nature - interaction "faible" et est associée aux processus de transformation dans le noyau parent d'un neutron en proton avec l'émission d'un électron e - et antineutrino (β - désintégration), d'un proton en neutron avec l'émission d'un positron е + et neutrinos ν (β + -decay), ainsi qu'avec la capture d'un électron atomique par un proton et l'émission de neutrinos ν (capture d'électrons).
Le quatrième type de radioactivité découvert en Russie en 1940 par les jeunes physiciens G.N. Flerov et K.A. Petrzhak, est associé à une fission nucléaire spontanée, au cours de laquelle certains noyaux assez lourds se décomposent en deux fragments de masses approximativement égales.
Mais la fission n'a pas épuisé tous les types de transformations radioactives des noyaux atomiques. À partir des années 1950, les physiciens ont abordé méthodiquement la découverte de la radioactivité protonique des noyaux. Pour qu'un noyau à l'état fondamental puisse émettre spontanément un proton, il faut que l'énergie de séparation d'un proton du noyau soit positive. Mais de tels noyaux n'existent pas dans des conditions terrestres, et ils ont dû être créés artificiellement. Les physiciens russes de Dubna étaient très près d'obtenir de tels noyaux, mais la radioactivité des protons a été découverte en 1982 par des physiciens allemands à Darmstadt en utilisant le plus puissant accélérateur d'ions à charges multiples au monde.
Enfin, en 1984, des groupes indépendants de scientifiques en Angleterre et en Russie ont découvert la radioactivité en grappes de certains noyaux lourds qui émettent spontanément des amas - des noyaux atomiques avec des poids atomiques de 14 à 34.
Table 1 présente l'historique de la découverte de différents types de radioactivité. Le temps dira s'ils ont épuisé tous les types possibles de transformations radioactives des noyaux. En attendant, la recherche se poursuit intensivement pour les noyaux qui émettraient à partir des états fondamentaux un neutron (radioactivité neutronique) ou deux protons (radioactivité à deux protons).

Tableau 1. Historique de la découverte de divers types de radioactivité

Type de radioactivité des noyaux	Type de rayonnement détecté	Année d'ouverture	Auteurs de la découverte
Radioactivité des noyaux atomiques	Radiation	1896	A. Becquerel
Désintégration alpha	4 Pas	1898	E. Rutherford
Désintégration bêta	e -	1898	E. Rutherford
Désintégration gamma	γ -Quantum	1900	P. Willard
Fission nucléaire spontanée	Deux éclats	1940	G.N. Flerov, K.A. Petrzhak
Désintégration des protons	p	1982	3. Hoffman et coll.
Désintégration du cluster	14 C	1984	X. Rose, G. Jones; D.V. Alexandrov et autres.

CONCEPTS MODERNES DE LA DÉFICIENCE ALPHA

Tous les types de transformations radioactives des noyaux satisfont à une loi exponentielle:

N (t) \u003d N (0) exp (-λt),

où N (t) est le nombre de noyaux radioactifs qui ont survécu au temps t > 0 si à l'instant t \u003d 0 leur nombre était N (0). La valeur de λ coïncide avec la probabilité de désintégration d'un noyau radioactif par unité de temps. Puis le temps T 1/2, appelé demi-vie, pendant lequel le nombre de noyaux radioactifs diminue de moitié, est défini comme

T 1/2 \u003d (ln2) / λ,.

Les valeurs T 1/2 pour les émetteurs α varient dans une large plage de 10-10 secondes à 10 20 ans, en fonction de la valeur de l'énergie Q du mouvement relatif de la particule α et du noyau fille, qui, en utilisant les lois de conservation de l'énergie et de l'impulsion pendant la désintégration α, est déterminée comme

Q \u003d B (A-4, Z-2) + B (4,2) - B (A, Z),

où B (A, Z) est l'énergie de liaison du noyau parent. Pour toutes les transitions α étudiées, la valeur Q\u003e 0 et ne dépasse pas 10 MeV. En 1910, Hans Geiger et George Nettall ont découvert expérimentalement une loi reliant la demi-vie T 1/2 à l'énergie Q:

logT 1/2 \u003d B + CQ -1/2

(1)

où les valeurs de B et C ne dépendent pas de Q. La figure 1 illustre cette loi pour les isotopes pairs du polonium, du radon et du radium. Mais alors un problème très grave se pose. Le potentiel d'interaction V (R) de la particule α et du noyau fille, en fonction de la distance R entre leurs centres de gravité, peut être représenté qualitativement comme suit (Fig. 2). A de grandes distances R, ils interagissent de manière coulombienne et le potentiel

A de petites distances R, des forces nucléaires à courte portée entrent en jeu et le potentiel V (R) devient attractif. Une barrière apparaît donc dans le potentiel V (R), la position du maximum R B dont V B \u003d V (R B) se situe pour les noyaux lourds avec Z ≈ 82 de l'ordre de 10 -12 cm, et la valeur V B \u003d 25 MeV. Mais alors la question se pose de savoir comment une particule a d'énergie Q < V B peut s'échapper du noyau radioactif si dans la région sous-barrière sa valeur énergie cinétique K \u003d Q - V (R) devient négatif et du point de vue de la mécanique classique le mouvement d'une particule dans cette zone est impossible. La solution à ce problème a été trouvée en 1928 par le physicien russe G.A. Gamow. S'appuyant sur la mécanique quantique créée peu de temps auparavant, Gamow a montré que les propriétés d'onde d'une particule α lui permettent de pénétrer à travers une barrière de potentiel avec une certaine probabilité P. Ensuite, si nous supposons que la particule α existe sous une forme complètement formée à l'intérieur du noyau, pour la probabilité de sa désintégration α par unité de temps A, la formule apparaît

où 2 ν est le nombre d'impacts d'une particule α sur la paroi interne de la barrière, déterminé par la fréquence ν vibrations d'une particule α à l'intérieur du noyau parent. Puis, après avoir calculé la valeur de mécanique quantique de P et estimé v dans les approximations les plus simples, Gamow a obtenu la loi de Geiger-Nettol pour logT 1/2 (1). Le résultat de Gamow a eu une énorme résonance parmi les physiciens, car il a démontré que le noyau atomique est décrit par les lois de la mécanique quantique. Mais le problème principal de la désintégration α reste non résolu: d'où viennent les particules α dans les noyaux lourds constitués de neutrons et de protons?

THÉORIE DE L'ALPHA-DÉCISION MULTIPARTICLE

La théorie multiparticulaire de la désintégration α, dans laquelle le problème de la formation d'une particule α à partir de neutrons et de protons du noyau parent, est résolu de manière cohérente, s'est posée au dernières années a reçu l'achèvement conceptuel dans les travaux de plusieurs physiciens, y compris l'auteur et ses collaborateurs. Cette théorie est basée sur le modèle de coque du noyau, qui a été justifié dans le cadre de la théorie des liquides de Fermi par L.D. Landau et A.B. Migdal, dans lequel il est supposé que le proton et le neutron du noyau se déplacent de manière indépendante dans le champ auto-cohérent créé par le reste des nucléons. En utilisant les fonctions d'onde de coquille de deux protons et de deux neutrons, on peut trouver la probabilité avec laquelle ces nucléons seront à l'état de particules. Alors la formule de Gamow (2) peut être généralisée comme

où W if est la probabilité de formation d'une particule alpha à partir des nucléons du noyau parent i avec la formation d'un état spécifique f du noyau fille. Les calculs des valeurs W if ont démontré l'importance fondamentale de la prise en compte des propriétés superfluides des noyaux atomiques pour comprendre la nature de la désintégration alpha.
Un peu d'histoire. En 1911, Heike Kamerlingh Onnes découvre le phénomène de supraconductivité de certains métaux, pour lesquels à des températures inférieures à une certaine valeur critique, la résistance chute brusquement à zéro. En 1938, P.L. Kapitsa a découvert le phénomène de superfluidité de l'hélium liquide 4 He, qui consiste en ce qu'à des températures inférieures à une certaine valeur critique, l'hélium liquide s'écoule à travers de minces tubes capillaires sans frottement. Ces deux phénomènes ont longtemps été considérés comme indépendants, bien que de nombreux physiciens aient intuitivement ressenti leur relation. La superfluidité de l'hélium liquide a été expliquée dans les travaux de N.N. Bogolyubov et S.T. Belyaev en ce que la condensation de Bose s'y produit à de basses températures, dans lesquelles la plupart des atomes d'hélium s'accumulent dans un état avec une impulsion nulle. Cela est possible parce que les atomes d'hélium ont un spin nul, et sont donc des particules de Bose qui peuvent être dans un certain état quantique dans n'importe quelle quantité, par exemple, dans un état avec un moment nul. Contrairement aux atomes d'hélium, les électrons, les protons et les neutrons ont un spin demi-entier et sont des particules de Fermi, pour lesquelles le principe de Pauli est valide, qui permet à une seule particule d'être dans un certain état quantique. L'explication de la supraconductivité des métaux est basée sur le phénomène prédit par L. Cooper, lorsque deux électrons dans un supraconducteur forment un système lié, appelé paire de Cooper. Le spin total de cette paire est nul et il peut être considéré comme une particule de Bose. Alors une condensation de Bose de paires de Cooper avec des impulsions égales à zéro se produit dans le supraconducteur, et le phénomène de superfluidité de ces paires se produit en eux, semblable au phénomène de superfluidité de l'hélium liquide. La superfluidité des paires de Cooper forme également les propriétés supraconductrices des métaux. Ainsi, deux phénomènes qui appartiennent formellement à des branches différentes de la physique - la supraconductivité et la superfluidité - se sont avérés être physiquement liés. La nature n'aime pas perdre ses belles trouvailles. Elle les utilise dans divers objets physiques. Cela forme l'unité de la physique.
En 1958, Oge Bohr a émis l'hypothèse de l'existence de propriétés superfluides dans les noyaux atomiques. En près d'un an, cette hypothèse a été complètement confirmée et mise en œuvre dans la création d'un modèle superfluide du noyau atomique, dans lequel on suppose que les paires de protons ou de neutrons se combinent en paires de Cooper avec un spin égal à zéro, et la condensation de Bose de ces paires forme les propriétés superfluides des noyaux.
Puisque la particule α se compose de deux protons et de deux neutrons avec des spins totaux égaux à zéro, sa symétrie interne coïncide avec la symétrie des paires de Cooper de protons et de neutrons dans les noyaux atomiques. Par conséquent, la probabilité de formation d'une particule α W si est maximale si elle est formée de deux paires de Cooper de protons et de neutrons. Les α-transitions de ce type sont appelées facilitées et se produisent entre les états fondamentaux des noyaux pairs, où tous les nucléons sont appariés. Pour de telles transitions dans le cas de noyaux lourds avec Z\u003e 82, la valeur W si \u003d 10 -2. Si la particule α ne contient qu'une seule paire de Cooper (proton ou neutron), alors ces α-transitions, caractéristiques des noyaux impairs, sont appelées semi-légères et pour elles W si \u003d 5 * 10 -4. Enfin, si une particule est formée à partir de protons et de neutrons non appariés, alors la transition α est dite non facilitée et pour elle la valeur W si \u003d 10 -5. Sur la base du modèle superfluide du noyau, l'auteur et ses collaborateurs ont réussi en 1985 à décrire, sur la base de formules comme (3), non seulement des probabilités relatives, mais aussi absolues de désintégration α des noyaux atomiques.

THÉORIE MULTIPARTICULAIRE DE LA RADIOACTIVITÉ PROTON

Pour observer de manière fiable la désintégration du proton des noyaux atomiques à partir du sol et les états excités de basse altitude, il est nécessaire que l'énergie du mouvement relatif du proton et du noyau fille Q soit positive et en même temps sensiblement inférieure à la hauteur de la barrière de potentiel protonique VB, de sorte que la durée de vie du noyau de désintégration du proton ne soit pas trop courte pour son Recherche expérimentale. En règle générale, ces conditions ne sont remplies que pour les noyaux fortement déficients en neutrons, dont la production n'est devenue possible que ces dernières années. À l'heure actuelle, plus de 25 désintégrateurs de protons ont été découverts à partir du sol et des états excités isomères (plutôt de longue durée) des noyaux. D'un point de vue théorique, la désintégration du proton semble beaucoup plus simple que la désintégration alpha, puisque le proton fait partie du noyau, et il semble donc qu'il était possible d'utiliser des formules comme la formule (2). Cependant, très vite, il est devenu clair que presque toutes les transitions protoniques sont sensibles à la structure des noyaux parent et fille et il est nécessaire d'utiliser la formule (3), et de calculer les probabilités W si l'auteur et ses collègues devaient développer une théorie à plusieurs particules de la radioactivité protonique en tenant compte des effets superfluides. Sur la base de cette théorie, il a été possible de décrire avec succès tous les cas observés de désintégration du proton, y compris le cas particulièrement incompréhensible de la désintégration de l'état isomérique à vie longue du noyau 53Co, et de faire des prédictions sur les nouveaux candidats les plus probables pour l'observation de la radioactivité des protons. Dans le même temps, il a été démontré que la majorité des noyaux en désintégration de protons sont non sphériques, contrairement aux concepts initiaux.

DÉFINITION DU CLUSTER DE NUCLEI ATOMIQUE

À l'heure actuelle, 25 noyaux de 221 Fr à 241 Аm ont été découverts expérimentalement, émettant à partir des groupes d'états fondamentaux des types 14 С, 20 О, 24 Ne, 26 Ne, 28 Mg, 30 Mg, 32 Si et 34 Si. Les énergies de mouvement relatif de l'amas éjecté et du noyau fils Q varient de 28 à 94 MeV et se révèlent dans tous les cas nettement inférieures à la hauteur de la barrière de potentiel V B. Dans le même temps, tous les noyaux radioactifs de l'amas étudiés sont également des noyaux de désintégration α, et les rapports de la probabilité k de leur désintégration par unité de temps à la probabilité similaire λ α pour la désintégration α diminuent avec l'augmentation de la masse de l'amas éjecté et se situent dans la plage allant de 10 -9 à 10 -16. Des valeurs aussi faibles de ces rapports n'ont jamais été analysées auparavant pour d'autres types de radioactivité et démontrent les réalisations record des expérimentateurs dans l'observation de la désintégration des grappes.
Actuellement, deux approches théoriques sont en cours de développement pour décrire la dynamique de la désintégration des amas de noyaux atomiques, qui sont en fait deux cas limites possibles. La première approche considère la désintégration des amas comme une fission spontanée profondément sous-barrière, fortement asymétrique dans les masses des fragments résultants. Dans ce cas, le noyau parent, qui est dans l'état et jusqu'à ce que le moment de la rupture se reconstruise en douceur, en changeant sensiblement de forme et en passant par une configuration intermédiaire b, qui est illustré à la Fig. 3. La description d'un tel réarrangement est effectuée sur la base de modèles nucléaires collectifs, qui sont une généralisation du modèle hydrodynamique. Cette approche rencontre actuellement des difficultés importantes pour décrire les caractéristiques fines de la désintégration des grappes.

La seconde approche est construite par analogie avec la théorie de la désintégration α. Dans ce cas, la description du passage à la configuration finale en est effectuée sans introduire de configuration intermédiaire b directement à partir de la configuration a dans le langage d'une formule comme (3) utilisant le concept de probabilité de formation d'amas W si. Un bon argument en faveur de la deuxième approche est le fait que pour la désintégration des amas, comme dans le cas de la désintégration α, la loi de Geiger-Nettall (1) est remplie, qui relie la demi-vie d'amas T 1/2 et l'énergie Q. Ce fait est illustré sur la Fig. 4. Dans le cadre de la seconde approche, l'auteur et ses collaborateurs ont réussi, par analogie avec la désintégration α, à classer les transitions d'amas selon le degré de légèreté, en utilisant l'idéologie du modèle superfluide du noyau, et à prédire la structure fine dans les spectres des amas sortants. Plus tard, cette structure a été découverte dans les expériences du groupe français à Saclay. Cette approche a également permis de décrire raisonnablement l'échelle des probabilités relatives et absolues des désintégrations de grappes connues et de faire des prédictions en observant la radioactivité des grappes dans les nouveaux noyaux de désintégration des grappes.

CONCLUSION

Les études sur divers types de radioactivité des noyaux atomiques se poursuivent à l'heure actuelle. L'étude de la désintégration des protons des noyaux est particulièrement intéressante, car dans ce cas, il est possible d'obtenir des informations uniques sur la structure des noyaux se trouvant au-delà des limites de la stabilité des nucléons des noyaux. Tout récemment, une équipe de physiciens dirigée par le professeur K.Davids du Argonne National Laboratory (USA) a synthétisé le noyau 131 Eu fortement déficient en neutrons et découvert non seulement la désintégration du proton, mais aussi pour la première fois la structure fine de son spectre de protons. Une analyse de ces phénomènes sur la base de la théorie développée par l'auteur a permis de confirmer de manière convaincante l'idée de la forte non-sphéricité de ce noyau.
Un article du journaliste M. Brownie intitulé «Un regard sur les noyaux inhabituels change le point de vue de la structure atomique», paru dans le numéro de mars 1998 du New York Times, qui décrit les résultats sous une forme populaire, illustre l’intérêt d’une telle recherche. obtenus par le groupe Argonne, et les méthodes de leur interprétation.
L'examen ci-dessus, qui illustre le développement d'idées sur la nature de la radioactivité des noyaux atomiques sur un siècle entier, démontre une nette accélération du taux d'obtention de nouvelles connaissances dans ce domaine, en particulier au cours des 25 dernières années. Et bien que la physique nucléaire soit une science assez développée au sens expérimental et théorique, il ne fait aucun doute que la recherche en cours dans son cadre, ainsi qu'à l'interface avec d'autres sciences, peut dans un proche avenir donner à l'humanité de nouveaux résultats très beaux et étonnants.

Transformations radioactives des noyaux

Structure de la matière

Tout dans la nature est composé de substances simples et complexes. Les substances simples comprennent les éléments chimiques, complexes - composants chimiques... On sait que les substances dans le monde qui nous entoure sont constituées d'atomes, qui sont la plus petite partie d'un élément chimique. Un atome est la plus petite particule de matière qui le définit propriétés chimiques, il a un complexe structure interne... Dans la nature, seuls les gaz inertes se trouvent sous forme d'atomes, puisque leur enveloppe extérieure est fermée, toutes les autres substances existent sous forme de molécules.

En 1911, E. Rutherford a proposé un modèle planétaire de l'atome, qui a été développé par N Bohr (1913). Selon le modèle généralement accepté de la structure de l'atome, deux régions y sont distinguées: un noyau lourd et chargé positivement situé au centre, dans lequel presque toute la masse de l'atome est concentrée, et une couche d'électrons légers, constituée de particules chargées négativement - des électrons, tournant autour du noyau à une vitesse énorme.

Électron (e -)- une particule élémentaire stable avec une masse au repos égale à 9,1 · 10 -31 kg ou 0,000548 amu. (une unité de masse atomique est une valeur sans dimension de masse atomique, qui montre combien de fois un atome d'un élément ou d'une particule donné est plus lourd que 1/12 d'un atome de l'isotope carbone-12; l'équivalent énergétique de 1 amu est de 931 MeV). Un électron porte une charge élémentaire négative d'électricité (q \u003d 1,6 · 10 -19 C), c'est-à-dire la plus petite quantité d'électricité trouvée dans la nature. À partir de là, la charge électronique est considérée comme une unité élémentaire de charge électrique.

En fonction de l'énergie qui retient les électrons tout en tournant autour du noyau, ils sont regroupés en différentes orbites (niveaux ou couches). Le nombre de couches dans différents atomes n'est pas le même. Dans les atomes de grande masse, le nombre d'orbites atteint sept. Ils sont désignés par des nombres, ou des lettres de l'alphabet latin, à partir du noyau: K, L, M, N, O, P, Q. Le nombre d'électrons dans chaque couche est strictement défini. Ainsi, la couche K n'a pas plus de 2 électrons, la couche L - jusqu'à 8, la couche M - jusqu'à 18, la couche N - 32 électrons, etc.

La taille d'un atome est déterminée par la taille de sa couche électronique, qui n'a pas de frontières strictement définies. Les dimensions linéaires approximatives de l'atome sont de 10 à 10 m.

Coeur - la partie centrale massive de l'atome, constituée de protons et de neutrons, chargée positivement. Presque toute la masse de l'atome (plus de 99,95%) est concentrée dans le noyau. Le nombre total d'électrons sur les orbites est toujours égal à la somme des protons dans le noyau. Par exemple, un atome d'oxygène contient 8 protons dans son noyau et 8 électrons sur ses orbites, un atome de plomb a 82 protons dans son noyau et 82 électrons sur ses orbites. En raison de l'égalité de la somme des charges positives et négatives, un atome est un système électriquement neutre. Deux forces égales et dirigées de manière opposée agissent sur chacun des électrons se déplaçant autour du noyau: la force de Coulomb attire les électrons vers le noyau et la force d'inertie centrifuge égale tend à «arracher» l'électron à l'atome. De plus, les électrons, se déplaçant (en rotation) autour du noyau sur une orbite, ont simultanément leur propre moment de mouvement, appelé spin, qui est simplifié comme une rotation similaire à un sommet autour de son propre axe. Les spins des électrons individuels peuvent être orientés parallèlement (rotation dans le même sens) et antiparallèle (rotation dans des directions différentes). Sous une forme simplifiée, tout cela assure le mouvement stable des électrons dans l'atome.

On sait que la liaison d'un électron avec un noyau est affectée non seulement par la force d'attraction coulombienne et la force d'inertie centrifuge, mais aussi par la force de répulsion d'autres électrons. Cet effet est appelé dépistage. Plus l'orbite électronique est éloignée du noyau, plus le blindage des électrons est fort et plus la liaison énergétique entre le noyau et l'électron est faible. Sur les orbites extérieures, l'énergie de liaison des électrons ne dépasse pas 1 à 2 eV, tandis que pour les électrons de la couche K, elle est plusieurs fois plus grande et augmente avec l'augmentation du numéro atomique d'un élément. Par exemple, pour le carbone, l'énergie de liaison des électrons dans la couche K est de 0,28 keV, pour le strontium - 16 keV, pour le césium - 36 keV, pour l'uranium - 280 keV. Par conséquent, les électrons de l'orbite externe sont plus sensibles aux facteurs externes, en particulier aux rayonnements de faible énergie. Lorsqu'ils transmettent de l'énergie supplémentaire aux électrons de l'extérieur, ils peuvent passer d'un niveau d'énergie à un autre, voire quitter les limites d'un atome donné. Si l'énergie de l'influence externe est plus faible que l'énergie de liaison de l'électron avec le noyau, alors l'électron ne peut passer que d'un niveau d'énergie à un autre. Un tel atome reste neutre, mais il diffère du reste des atomes de cet élément chimique par un excès d'énergie. Les atomes avec un excès d'énergie sont appelés excités, et la transition des électrons d'un niveau d'énergie à un autre, plus éloigné du noyau, est un processus d'excitation. Puisque dans la nature, tout système a tendance à passer à un état stable dans lequel son énergie sera la plus petite, puis l'atome après un certain temps passe de l'état excité à l'état fondamental (initial). Le retour de l'atome à l'état fondamental s'accompagne de la libération d'un excès d'énergie. La transition des électrons des orbites externes vers les orbites internes s'accompagne d'un rayonnement de longueur d'onde caractéristique uniquement pour une transition donnée d'un niveau d'énergie à un autre. Les transitions d'électrons dans les orbites les plus éloignées du noyau produisent un rayonnement composé de rayons ultraviolets, lumineux et infrarouges. Sous de fortes influences externes, lorsque l'énergie dépasse l'énergie de liaison des électrons avec le noyau, les électrons sont arrachés de l'atome et retirés de celui-ci. Un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons se transforme en un ion positif, et celui qui a «attaché» un ou plusieurs électrons à lui-même se transforme en un ion négatif. Par conséquent, pour chaque ion positif, un ion négatif est formé, c'est-à-dire qu'une paire d'ions apparaît. La formation d'ions à partir d'atomes neutres s'appelle ionisation... Un atome à l'état d'ion existe dans des conditions normales pendant une période de temps extrêmement courte. L'espace libre dans l'orbite d'un ion positif est rempli d'un électron libre (un électron non lié à l'atome), et l'atome redevient un système neutre. Ce processus est appelé recombinaison ionique (désionisation) et s'accompagne de la libération d'un excès d'énergie sous forme de rayonnement. L'énergie libérée lors de la recombinaison ionique est numériquement approximativement égale à l'énergie dépensée pour l'ionisation.

Proton(r) Est une particule élémentaire stable d'une masse égale à 1,6725 · 10 -27 kg ou 1,00758 amu, soit environ 1840 fois la masse d'un électron. La charge d'un proton est positive et de grandeur égale à la charge d'un électron. Un atome d'hydrogène est un noyau contenant un proton, autour duquel tourne un électron. Si vous «arrachez» cet électron, alors le reste de l'atome sera le proton, donc le proton est souvent défini comme le noyau de l'hydrogène.

Chaque atome de tout élément contient un certain nombre de protons dans le noyau, qui est constant et détermine les propriétés physiques et chimiques de l'élément. Par exemple, dans le noyau de l'atome d'argent, il y en a 47, dans le noyau d'uranium - 92. Le nombre de protons dans le noyau (Z) est appelé numéro atomique ou numéro de charge, il correspond au numéro ordinal de l'élément dans le système périodique de DI Mendeleev.

Neutron(n) - une particule élémentaire électriquement neutre d'une masse légèrement supérieure à la masse d'un proton et égale à 1,6749 10 -27 kg ou 1,00898 amu. Les neutrons ne sont stables que dans le cadre de noyaux atomiques stables. Les neutrons libres se désintègrent en protons et en électrons.

Le neutron, en raison de sa neutralité électrique, n'est pas dévié sous l'influence d'un champ magnétique, n'est pas repoussé par le noyau atomique et, par conséquent, a une capacité de pénétration élevée, ce qui pose un grave danger en tant que facteur de l'effet biologique du rayonnement. Le nombre de neutrons dans le noyau ne donne que fondamentalement les caractéristiques physiques de l'élément, car dans différents noyaux du même élément chimique, il peut y avoir un nombre différent de neutrons (de 1 à 10). Dans les noyaux des éléments stables à la lumière, le nombre de protons est lié au nombre de neutrons comme 1: 1. Avec une augmentation du numéro atomique d'un élément (à partir du 21e élément - scandium), le nombre de neutrons dans ses atomes dépasse le nombre de protons. Dans les noyaux les plus lourds, le nombre de neutrons est 1,6 fois le nombre de protons.

Les protons et les neutrons sont les éléments constitutifs du noyau, par conséquent, pour plus de commodité, ils sont appelés nucléons. Nucléon(du latin nucleus - nucleus) - un nom commun pour les protons et les neutrons du noyau. En outre, lorsque l'on parle d'un noyau atomique spécifique, le terme nucléide est utilisé. Nucléide - tout noyau atomique avec un nombre donné de protons et de neutrons.

Lorsqu'ils désignent des nucléides ou des atomes, ils utilisent le symbole de l'élément auquel appartient le noyau et indiquent au-dessus du nombre de masse - A, en dessous - le nombre atomique (ordinal) - Z sous forme d'indices, où E est le symbole d'un élément chimique. A montre le nombre de nucléons qui composent le noyau d'un atome (A \u003d Z + N). Z montre non seulement la charge du noyau et le nombre ordinal, mais aussi le nombre de protons dans le noyau et, par conséquent, le nombre d'électrons dans l'atome, depuis l'atome est généralement neutre. N est le nombre de neutrons dans le noyau, qui n'est le plus souvent pas indiqué. Par exemple, - un isotope radioactif du césium, A \u003d 137, donc le noyau est constitué de 137 nucléons; Z \u003d 55, ce qui signifie qu'il y a 55 protons dans le noyau et, par conséquent, 55 électrons dans l'atome; N \u003d 137 - 55 \u003d 82 est le nombre de neutrons dans le noyau. Le nombre ordinal est parfois omis, car le symbole de l'élément détermine complètement sa place dans le tableau périodique (par exemple, Cs-137, He-4). Les dimensions linéaires du noyau atomique sont de 10 -15 -10 -14 m, soit 0,0001 du diamètre de l'atome entier.

Les protons et les neutrons sont retenus à l'intérieur du noyau par des forces appelées nucléaire... En termes d'intensité, ils sont beaucoup plus puissants que les forces électriques, gravitationnelles et magnétiques. Les forces nucléaires sont de courte portée avec une portée de 10 -14 -10 -15 m et se manifestent de la même manière entre proton et neutron, proton et proton, neutron et neutron. Avec une augmentation de la distance entre les nucléons, les forces nucléaires diminuent très rapidement et deviennent pratiquement égales à zéro. Les forces nucléaires ont la propriété de saturation, c'est-à-dire que chaque nucléon n'interagit qu'avec un nombre limité de nucléons voisins. Par conséquent, avec une augmentation du nombre de nucléons dans le noyau, les forces nucléaires s'affaiblissent considérablement. Ceci explique la moindre stabilité des noyaux d'éléments lourds, qui contiennent un nombre important de protons et de neutrons.

Pour diviser le noyau en ses protons et neutrons constitutifs et les retirer du champ d'action des forces nucléaires, il est nécessaire d'effectuer un travail, c'est-à-dire dépenser de l'énergie. Cette énergie s'appelle énergie de liaison du noyau... Au contraire, lorsqu'un noyau est formé à partir de nucléons, l'énergie de liaison est libérée.

m i \u003d m p N p + m n N n,

où m i est la masse du noyau; m p est la masse du proton; N p est le nombre de protons; m n est la masse neutronique; N n est le nombre de neutrons, alors il sera égal à 1,0076 · 2 + 1,0089 · 2 \u003d 4,033 amu.

Dans le même temps, la masse réelle du noyau d'hélium est de 4,003 amu. Ainsi, la masse réelle du noyau d'hélium s'avère inférieure à la masse calculée de 0,03 amu. et dans ce cas, on dit que le noyau présente un défaut de masse (manque de masse). La différence entre la masse calculée et réelle du noyau est appelée le défaut de masse (Dm). Le défaut de masse montre à quel point les particules sont liées dans le noyau, ainsi que la quantité d'énergie libérée lors de la formation du noyau à partir de nucléons individuels. Vous pouvez connecter la masse à l'énergie en utilisant l'équation dérivée par A. Einstein:

où DE - changement d'énergie; Dm - défaut de masse; c est la vitesse de la lumière.

Considérant que 1 amu. \u003d 1661 10 -27 kg, et en physique nucléaire, l'électron-volt (eV) est considéré comme une unité d'énergie et 1 amu. équivaut à 931 MeV, alors l'énergie libérée lors de la formation d'un noyau d'hélium sera égale à 28 MeV. S'il y avait un moyen de diviser le noyau d'un atome d'hélium en deux protons et deux neutrons, cela nécessiterait de dépenser au moins 28 MeV d'énergie.

L'énergie de liaison des noyaux augmente proportionnellement à une augmentation du nombre de nucléons, mais pas strictement proportionnelle à leur nombre. Par exemple, l'énergie de liaison du noyau azoté est de 104,56 MeV et celle de l'uranium est de 1800 MeV.

L'énergie de liaison moyenne par nucléon est appelée énergie de liaison spécifique... Pour l'hélium, ce sera 28: 4 \u003d 7 MeV. Hormis les noyaux les plus légers (deutérium, tritium), l'énergie de liaison par nucléon est d'environ 8 MeV pour tous les noyaux.

La plupart des éléments chimiques de la nature sont certains mélanges d'atomes avec des noyaux de masses différentes. La différence de masse est due à la présence dans les noyaux nombres différents neutrons.

Les isotopes (du grec isos - le même et topos - place) - variétés d'un atome du même élément chimique, qui ont le même nombre de protons (Z) et un nombre différent de neutrons (N). Ils ont pratiquement les mêmes propriétés physiques et chimiques, il est très difficile de les séparer dans un mélange naturel. Le nombre d'isotopes d'éléments varie de 3 pour l'hydrogène à 27 pour le polonium. Les isotopes sont stables et instables. Les isotopes stables ne subissent aucun changement dans le temps s'il n'y a pas d'influence externe. Les isotopes instables ou radioactifs, en raison des processus se déroulant à l'intérieur du noyau, sont convertis au fil du temps en isotopes d'autres éléments chimiques. Les isotopes stables ne se trouvent que dans les éléments avec un numéro de série Z≤83. Actuellement, environ 300 isotopes stables et plus de 2000 isotopes radioactifs sont connus. Pour tous les éléments du système périodique de D.I. Mendeleev, des isotopes radioactifs, dits artificiels, ont été synthétisés.

Le phénomène de la radioactivité

Tous les éléments chimiques ne sont stables que dans une plage étroite du rapport du nombre de protons au nombre de neutrons dans le noyau. Dans les noyaux légers, il devrait y avoir des parties à peu près égales de protons et de neutrons, c'est-à-dire que la valeur du rapport n: p est proche de 1, pour les noyaux lourds ce rapport diminue à 0,7. S'il y a trop de neutrons ou de protons dans le noyau, ces noyaux deviennent instables (instables) et subissent des transformations radioactives spontanées, à la suite desquelles la composition du noyau change et en même temps des particules chargées ou neutres sont émises. Le phénomène du rayonnement spontané était appelé radioactivité et les substances émettant des rayonnements étaient appelées radioactives.

Radioactivité (du latin radio - je rayonne, rayon - rayon, aktivus - efficace) - ce sont des transformations spontanées (désintégrations) de noyaux atomiques de certains éléments chimiques en noyaux atomiques d'autres éléments avec l'émission d'un type spécial de rayonnement. La radioactivité entraîne une modification du numéro atomique et du numéro de masse de l'élément chimique d'origine.

La découverte du phénomène de la radioactivité a été facilitée par deux découvertes majeures du XIXe siècle. En 1895, W. Roentgen découvrit des rayons qui se produisaient lorsqu'un courant à haute tension passait entre des électrodes placées dans un tube de verre scellé d'où l'air était évacué. Les faisceaux étaient appelés rayons X. Et en 1896, A. Becquerel a découvert que les sels d'uranium émettent spontanément des rayons invisibles avec une grande capacité de pénétration, provoquant le noircissement des plaques photographiques et l'éclat de certaines substances. Il a appelé ce rayonnement radioactif. En 1898, Pierre Curie et Maria Sklodowska-Curie ont découvert deux nouveaux éléments radioactifs - le polonium et le radium, qui émettaient un rayonnement similaire, mais leur intensité était plusieurs fois supérieure à celle de l'uranium. De plus, on a découvert que les substances radioactives libéraient en permanence de l'énergie sous forme de chaleur.

Le rayonnement radioactif est également appelé rayonnement ionisant, car il peut ioniser le milieu, ou nucléaire, soulignant que le rayonnement est émis par un noyau et non par un atome.

La désintégration radioactive est associée à des changements dans les noyaux atomiques et à la libération d'énergie, dont la valeur, en règle générale, est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à l'énergie. réactions chimiques... Ainsi, avec la désintégration radioactive complète de 1 atome g de 14 C, 3 est libéré. 10 9 calories, tandis que la combustion de la même quantité de 14 C en dioxyde de carbone est libérée seulement 9,4. 10 4 calories.

En tant qu'unité d'énergie de désintégration radioactive, 1 électron-volt (eV) et ses dérivés 1 keV \u003d 10 3 eV et 1 MeV \u003d 10 6 eV sont pris. 1 eV \u003d 1,6. 10 -19 J. 1 eV correspond à l'énergie acquise par un électron dans un champ électrique lors du passage d'un chemin sur lequel la différence de potentiel est de 1 volt. Dans la désintégration de la plupart des noyaux radioactifs, l'énergie libérée varie de plusieurs keV à plusieurs MeV.

Les phénomènes radioactifs se produisant dans la nature sont appelés radioactivité naturelle; processus similaires se produisant dans des substances obtenues artificiellement (par le biais des réactions nucléaires correspondantes) - radioactivité artificielle. Cependant, les deux types de radioactivité obéissent aux mêmes lois.

Types de désintégration radioactive

Les noyaux atomiques sont stables, mais changent d'état lorsqu'un certain rapport de protons et de neutrons est violé. Les noyaux légers doivent contenir une proportion à peu près égale de protons et de neutrons. S'il y a trop de protons ou de neutrons dans le noyau, ces noyaux sont instables et subissent des transformations radioactives spontanées, à la suite desquelles la composition du noyau change et, par conséquent, le noyau d'un atome d'un élément se transforme en noyau d'un atome d'un autre élément. Ce processus émet un rayonnement nucléaire.

Il existe les principaux types de transformations nucléaires ou types de désintégration radioactive suivants: désintégration alpha et désintégration bêta (électronique, positron et capture K), conversion interne.

Désintégration alpha -c'est l'émission de particules alpha par le noyau d'un isotope radioactif. En raison de la perte de deux protons et de deux neutrons avec une particule alpha, le noyau en décomposition se transforme en un autre noyau, dans lequel le nombre de protons (charge nucléaire) diminue de 2 et le nombre de particules (nombre de masse) de 4. Par conséquent, pour une désintégration radioactive donnée, conformément à la règle déplacement (décalage), formulé par Faience et Soddy (1913), l'élément (fille) résultant est déplacé vers la gauche par rapport à l'original (parent) de deux cellules vers la gauche dans le système périodique de D.I. Mendeleev. Le processus de désintégration alpha s'écrit généralement comme suit:

,

où X est le symbole du noyau d'origine; Y est le symbole du noyau du produit de désintégration; 4 2 Il est une particule alpha, Q est un excès d'énergie libérée.

Par exemple, la désintégration des noyaux de radium-226 s'accompagne de l'émission de particules alpha, tandis que les noyaux de radium-226 sont convertis en noyaux de radon-222:

L'énergie libérée lors de la désintégration alpha est divisée entre la particule alpha et le noyau en proportion inverse de leur masse. L'énergie des particules alpha est strictement liée à la demi-vie d'un radionucléide donné (loi de Geiger-Nettol) . Cela suggère que, connaissant l'énergie des particules alpha, il est possible d'établir la demi-vie et d'identifier le radionucléide par la demi-vie. Par exemple, le noyau du polonium-214 est caractérisé par les valeurs de l'énergie des particules alpha E \u003d 7,687 MeV et T 1/2 \u003d 4,5 × 10 -4 s, tandis que pour le noyau uranium-238 E \u003d 4,196 MeV et T 1/2 \u003d 4, 5 × 10 9 ans. De plus, il a été constaté que plus l'énergie de désintégration alpha est élevée, plus elle se déroule rapidement.

La désintégration alpha est une transformation nucléaire assez répandue de noyaux lourds (uranium, thorium, polonium, plutonium, etc. avec Z\u003e 82); plus de 160 noyaux émetteurs alpha sont actuellement connus.

Désintégration bêta -transformations spontanées d'un neutron en proton ou d'un proton en neutron à l'intérieur du noyau, accompagnées de l'émission d'électrons ou de positrons et d'antineutrino ou neutrino ne.

S'il y a un surplus de neutrons dans le noyau («surcharge neutronique» du noyau), il se produit alors une désintégration bêta électronique, dans laquelle l'un des neutrons se transforme en proton, tout en émettant un électron et un antineutrino:

Au cours de cette désintégration, la charge du noyau et, par conséquent, le numéro atomique du noyau fille augmente de 1 et le nombre de masse ne change pas, c'est-à-dire que l'élément fille est déplacé dans le système périodique de D.I. Le processus de désintégration bêta s'écrit généralement comme suit:

.

De cette manière, les noyaux avec un excès de neutrons se désintègrent. Par exemple, la désintégration des noyaux de strontium-90 s'accompagne de l'émission d'électrons et de leur conversion en yttrium-90:

Souvent, les noyaux d'éléments produits par désintégration bêta ont un excès d'énergie, qui est libéré par l'émission d'un ou plusieurs quanta gamma. Par exemple:

La désintégration bêta électronique est caractéristique de nombreux éléments radioactifs naturels et artificiellement obtenus.

Si le rapport défavorable des neutrons et des protons dans le noyau est dû à un excès de protons, il se produit une désintégration bêta du positron, dans laquelle le noyau émet un positron et un neutrino à la suite de la transformation d'un proton en neutron à l'intérieur du noyau:

La charge du noyau et, par conséquent, le numéro atomique de l'élément enfant diminue de 1, le nombre de masse ne change pas. L'élément enfant aura lieu dans le système périodique de D. I. Mendeleev une cellule à gauche du parent:

La désintégration du positron est observée dans certains isotopes obtenus artificiellement. Par exemple, la désintégration de l'isotope phosphore-30 avec la formation de silicium-30:

Un positron, ayant échappé au noyau, arrache l'électron «supplémentaire» (faiblement lié au noyau) de la coquille atomique ou interagit avec un électron libre, formant une paire «positron-électron». Du fait que la particule et l'antiparticule sont instantanément annihilées avec la libération d'énergie, la paire formée se transforme en deux quanta gamma d'énergie équivalente à la masse des particules (e + et e -). Le processus de transformation d'une paire «positron-électron» en deux quanta gamma est appelé annihilation (destruction), et le résultat un rayonnement électromagnétique appelé annihilation. Dans ce cas, il y a transformation d'une forme de matière (particules de matière) en une autre (rayonnement). Ceci est confirmé par l'existence de la réaction inverse - la réaction de formation d'une paire, dans laquelle un rayonnement électromagnétique d'énergie suffisamment élevée, passant près du noyau sous l'action d'un fort champ électrique de l'atome, se transforme en une paire d '"électron-positron".

Ainsi, au cours de la désintégration bêta du positron, dans le résultat final, ce ne sont pas des particules qui s'envolent du noyau mère, mais deux quanta gamma, chacun ayant une énergie de 0,511 MeV, égale à l'énergie équivalente aux masses restantes de particules - un positron et un électron E \u003d 2m ec 2 \u003d 1,022 MeV ...

La transformation du noyau peut être réalisée par capture d'électrons, lorsque l'un des protons du noyau capture spontanément un électron d'une des couches internes de l'atome (K, L, etc.), le plus souvent de la couche K, et se transforme en neutron. Ce processus est également appelé K-capture. Un proton se transforme en neutron selon la réaction suivante:

Dans ce cas, la charge nucléaire diminue de 1 et le nombre de masse ne change pas:

Par exemple,

Dans ce cas, la place évacuée par l'électron est prise par l'électron des enveloppes extérieures de l'atome. À la suite du réarrangement des couches d'électrons, un quantum de rayons X est émis. L'atome conserve toujours sa neutralité électrique, car le nombre de protons dans un noyau lors de la capture d'électrons diminue de un. Ainsi, ce type de désintégration conduit aux mêmes résultats que la désintégration bêta du positron. C'est typique, en règle générale, pour les radionucléides artificiels.

L'énergie libérée par le noyau lors de la désintégration bêta d'un radionucléide particulier est toujours constante, mais comme ce type de désintégration produit non pas deux, mais trois particules: un noyau de recul (fille), un électron (ou positron) et un neutrino, l'énergie est différente à chaque acte de désintégration, il est redistribué entre un électron (positron) et un neutrino, puisque le noyau fille emporte toujours la même portion d'énergie. En fonction de l'angle d'expansion, un neutrino peut emporter plus ou moins d'énergie, ce qui fait qu'un électron peut recevoir n'importe quelle énergie de zéro à une certaine valeur maximale. Par conséquent, dans la désintégration bêta, les particules bêta du même radionucléide ont des énergies différentes, de zéro à une certaine valeur maximale caractéristique de la désintégration d'un radionucléide donné. Par l'énergie du rayonnement bêta, il est presque impossible d'identifier le radionucléide.

Certains radionucléides peuvent se désintégrer simultanément de deux ou trois manières: par désintégration alpha et bêta et par capture K, une combinaison de trois types de désintégration. Dans ce cas, les transformations sont effectuées dans un rapport strictement défini. Ainsi, par exemple, le radio-isotope naturel à vie longue potassium-40 (T 1/2 \u003d 1,49 × 10 9 ans), dont la teneur en potassium naturel est de 0,0119%, subit une désintégration bêta électronique et une capture K:

(88% - désintégration électronique),

(12% - capture K).

A partir des types de désintégration décrits ci-dessus, nous pouvons conclure que la désintégration gamma n'existe pas sous «forme pure». Le rayonnement gamma ne peut accompagner que divers types de désintégrations. Lorsqu'un rayonnement gamma est émis dans le noyau, ni le nombre de masse ni sa charge ne changent. Par conséquent, la nature du radionucléide ne change pas, mais seule l'énergie contenue dans le noyau change. Un rayonnement gamma est émis lorsque les noyaux passent de niveaux excités à plus de bas niveaux, y compris le principal. Par exemple, lorsque le césium 137 se désintègre, un noyau excité de baryum 137 se forme. Le passage d'un état excité à un état stable s'accompagne de l'émission de quanta gamma:

Depuis la durée de vie des noyaux dans les états excités est très courte (généralement t<10 -19 с), то при альфа- и бета-распадах гамма-квант вылетает практически одновременно с заряженной частицей. Исходя из этого, процесс гамма-излучения не выделяют в самостоятельный вид распада. Par l'énergie du rayonnement gamma, ainsi que par l'énergie du rayonnement alpha, il est possible d'identifier le radionucléide.

Conversion interne.Un état excité (à la suite de l'une ou l'autre transformation nucléaire) du noyau atomique indique la présence d'un excès d'énergie en lui. Un noyau excité peut passer à un état d'énergie inférieure (état normal) non seulement en émettant un quantum gamma ou en éjectant une particule, mais aussi par conversion interne, ou conversion avec la formation de paires électron-positon.

Le phénomène de conversion interne consiste dans le fait que le noyau transfère l'énergie d'excitation à l'un des électrons des couches internes (couche K, L ou M), qui en conséquence est extrait de l'atome. Ces électrons sont appelés électrons de conversion. Par conséquent, l'émission d'électrons de conversion est due à l'interaction électromagnétique directe du noyau avec les électrons de la coquille. Les électrons de conversion ont un spectre d'énergie linéaire, contrairement aux électrons de désintégration bêta, qui donnent un spectre continu.

Si l'énergie d'excitation dépasse 1,022 MeV, alors la transition du noyau à l'état normal peut s'accompagner de l'émission d'une paire «électron-positron» avec leur annihilation ultérieure. Après que la conversion interne a eu lieu, une place «vide» de l'électron de conversion arraché apparaît dans la couche électronique de l'atome. L'un des électrons de couches plus éloignées (à partir de niveaux d'énergie plus élevés) effectue une transition quantique vers un endroit «vide» avec l'émission de rayons X caractéristiques.

Propriétés du rayonnement nucléaire

Le rayonnement nucléaire (radioactif) est un rayonnement généré à la suite de la désintégration radioactive. Le rayonnement de tous les radionucléides naturels et artificiels est divisé en deux types - corpusculaire et électromagnétique. Le rayonnement corpusculaire est un flux de particules (corpuscules), qui se caractérisent par une certaine masse, charge et vitesse. Ce sont des électrons, des positrons, des noyaux d'atomes d'hélium, des deutons (noyaux de l'isotope d'hydrogène du deutérium), des neutrons, des protons et d'autres particules. En règle générale, le rayonnement corpusculaire ionise directement le milieu.

Le rayonnement électromagnétique est un flux de quanta ou de photons. Ce rayonnement n'a ni masse ni charge et produit une ionisation indirecte du milieu.

La formation d'une paire d'ions dans l'air nécessite en moyenne 34 eV. Par conséquent, le rayonnement ionisant comprend un rayonnement d'une énergie de 100 eV et plus (n'inclut pas la lumière visible et le rayonnement UV).

Pour caractériser les rayonnements ionisants, les concepts de kilométrage et d'ionisation spécifique sont utilisés. Plage - l'épaisseur minimale de l'absorbeur (une substance) requise pour l'absorption complète des rayonnements ionisants. L'ionisation spécifique est le nombre de paires d'ions formées par longueur de trajet unitaire dans une substance sous l'influence d'un rayonnement ionisant. Notez que le concept de kilométrage et de distance parcourue ne sont pas des concepts identiques. Si les particules se déplacent en ligne droite, ces valeurs coïncident, si la trajectoire des particules est une ligne sinueuse brisée, alors la distance est toujours inférieure à la longueur du chemin parcouru.

Rayonnement alpha est un flux de particules a, qui sont les noyaux d'atomes d'hélium parfois appelés atomes d'hélium doublement ionisés). Une particule alpha est constituée de 2 protons et de 2 neutrons, est chargée positivement et porte avec elle deux charges positives élémentaires. Masse des particules m a \u003d 4,003 amu. Est la plus grosse des particules. La vitesse de déplacement est de (14,1-24,9) × 10 6 m / s Dans la matière, les particules alpha se déplacent de manière rectiligne, ce qui est associé à une masse et une énergie relativement importantes. La déflexion se produit uniquement lors d'une collision frontale avec les noyaux.

La gamme des particules alpha dans une substance dépend de l'énergie de la particule alpha et de la nature de la substance dans laquelle elle se déplace. En moyenne, la portée d'une particule alpha dans l'air est de 2,5 à 9 cm, le maximum peut atteindre 11 cm, dans les tissus biologiques - 5 à 100 microns, dans le verre - 4. 10 -3 cm. L'énergie de la particule alpha est comprise entre 4 et 9 MeV. Vous pouvez arrêter complètement le rayonnement alpha avec une feuille de papier. Sur l'ensemble de son trajet, une particule alpha peut créer entre 116 000 et 254 000 paires d'ions.

L'ionisation spécifique est d'environ 40 000 paires d'ions / cm dans l'air, la même ionisation spécifique dans le corps est en voie de 1-2 microns.

Une fois l'énergie dépensée, la particule alpha est décélérée, le processus d'ionisation s'arrête. Les lois régissant le processus de formation des atomes entrent en vigueur. Les noyaux des atomes d'hélium attachent 2 électrons et un atome d'hélium à part entière se forme. Ceci explique le fait de la présence obligatoire d'hélium dans les roches contenant des substances radioactives.

De tous les types de rayonnement radioactif, le rayonnement alpha est le plus fortement fluorescent (lueur).

Rayonnement bêta Est un flux de particules bêta, qui sont des électrons ou des positrons. Une charge électrique élémentaire est transportée, m b \u003d 0,000548 amu. Ils se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, c.-à-d. (0,87 à 2,994) × 10 8 m / s.

Contrairement aux particules a, les particules b du même élément radioactif ont des réserves d'énergie différentes (de zéro à une certaine valeur maximale). Cela est dû au fait qu'à chaque désintégration bêta, deux particules sont émises simultanément à partir du noyau atomique: une particule b et un neutrino (n e). L'énergie libérée à chaque acte de désintégration est répartie entre la particule b et le neutrino dans des proportions différentes. Par conséquent, l'énergie des particules bêta varie de dixièmes et centièmes de MeV (rayonnement b doux) à 2-3 MeV (rayonnement dur).

Du fait que les particules bêta émises par le même émetteur bêta ont des réserves d'énergie différentes (du minimum au maximum), alors la longueur du trajet et le nombre de paires d'ions ne sont pas les mêmes pour les particules bêta d'un radionucléide donné. En règle générale, la portée dans l'air est de plusieurs dizaines de cm, parfois de plusieurs mètres (jusqu'à 34 m), dans les tissus biologiques - jusqu'à 1 cm (jusqu'à 4 cm avec une énergie de particules bêta de 8 MeV).

Le rayonnement bêta a un effet ionisant nettement moins important que le rayonnement alpha. Ainsi, dans l'air, les particules bêta forment de 1 000 à 25 500 paires d'ions sur tout leur trajet. En moyenne, pour tout le trajet dans l'air, soit 50 à 100 paires d'ions par 1 cm de trajet. Le degré d'ionisation dépend de la vitesse de la particule, plus la vitesse est basse, plus l'ionisation est importante. La raison en est que les particules bêta à haute énergie volent trop rapidement devant les atomes et n'ont pas le temps de provoquer le même effet puissant que les particules bêta lentes.

Les particules bêta ayant une masse très faible, elles s'écartent facilement de leur direction d'origine lorsqu'elles entrent en collision avec des atomes et des molécules. Ce phénomène de déflexion est appelé diffusion. Par conséquent, il est très difficile de déterminer exactement la longueur du trajet des particules bêta, et non la plage, car elle est trop tortueuse.

Lorsque l'énergie est perdue, un électron est capturé soit par un ion positif pour former un atome neutre, soit par un atome pour former un ion négatif.

Rayonnement gamma Est un flux de photons (quanta) de rayonnement électromagnétique. Leur vitesse de propagation dans le vide est égale à la vitesse de la lumière - 3 × 10 8 m / s. Puisque le rayonnement gamma est une longueur d'onde, il est caractérisé par la longueur d'onde, la fréquence de vibration et l'énergie. L'énergie du g-quantum est proportionnelle à la fréquence des oscillations, et la fréquence des oscillations est liée à leur longueur d'onde. Plus la longueur d'onde est longue, plus la fréquence de vibration est basse, et vice versa, c'est-à-dire que la fréquence de vibration est inversement proportionnelle à la longueur d'onde. Plus la longueur d'onde est courte et plus la fréquence de vibration du rayonnement est élevée, plus son énergie et, par conséquent, sa capacité de pénétration sont importantes. L'énergie du rayonnement gamma des éléments radioactifs naturels varie de plusieurs keV à 2-3 MeV et atteint rarement 5-6 MeV.

Les quanta gamma, dépourvus de charge et de masse au repos, provoquent un faible effet ionisant, mais ils ont une grande capacité de pénétration. Dans l'air, ils peuvent voyager jusqu'à 100-150 m. Ce rayonnement traverse le corps humain sans atténuation.

Des mesures

Concept de dose

Le résultat de l'exposition aux rayonnements ionisants sur des objets irradiés est des changements physico-chimiques ou biologiques de ces objets. Des exemples de tels changements sont le réchauffement corporel, la réaction photochimique des films radiographiques, les changements des paramètres biologiques d'un organisme vivant, etc. L'effet du rayonnement dépend des grandeurs physiques X icaractérisant le champ de rayonnement ou l'interaction du rayonnement avec la matière:

Les quantités X ifonctionnellement lié à l'effet de rayonnement η , sont appelés dosimétriques. Le but de la dosimétrie est de mesurer, d'étudier et de calculer théoriquement des grandeurs dosimétriques pour prédire ou évaluer l'effet du rayonnement, en particulier l'effet radiobiologique.

Le système des grandeurs dosimétriques est en cours de formation suite au développement de la radiobiologie, de la dosimétrie et de la radioprotection. Les critères de sécurité sont largement déterminés par la société, par conséquent, différents systèmes de quantités dosimétriques ont été formés dans différents pays. Un rôle important dans l'unification de ces systèmes est joué par la Commission internationale de protection radiologique (CIPR) - une organisation indépendante réunissant des experts dans le domaine des effets biologiques des rayonnements, de la dosimétrie et