방사성 원자 변환. 원자핵의 변형
수업 유형
수업 목표:
방사능 현상을 계속 연구하십시오.
방사성 변환 (변위 규칙과 전하 및 질량 수 보존 법칙)을 연구합니다.
원자력 사용의 기본 원리를 기본적으로 설명하기 위해 기초 실험 데이터를 연구합니다.
과제:
교육적인
개발 중
교육적인
다운로드 :
시사:
"원자핵의 방사성 변환"주제에 대한 강의.
1st 범주 Medvedeva Galina Lvovna의 물리학 교사
수업 유형 : 새로운 자료를 배우는 교훈
수업 목표 :
방사능 현상을 계속 연구하십시오.
방사성 변환 (변위 규칙과 전하 및 질량 수 보존 법칙)을 연구합니다.
원자력 사용의 기본 원리를 기본적으로 설명하기 위해 기초 실험 데이터를 연구합니다.
작업 :
교육적인 -학생들에게 편향 규칙을 익 힙니다. 세계의 물리적 그림에 대한 학생들의 생각 확장;
개발 중 -방사능의 물리적 특성, 방사능 변환, 변위 규칙에 대한 기술을 연구합니다. 주기적 시스템 화학 원소; 표와 다이어그램 작업에 대한 기술을 계속 개발하십시오. 작업 기술 개발을 계속하십시오 : 주요 사항 강조, 자료 발표, 주의력 개발, 사실 비교, 분석 및 일반화 능력, 비판적 사고 개발 촉진.
교육적인 -호기심의 발달을 촉진하고 그들의 관점을 표현하고 그들의 순수함을 방어하는 능력을 형성합니다.
강의 요약 :
강의 텍스트입니다.
안녕하세요, 모두 오늘 수업에 참석했습니다.
선생님: 그래서 우리는 두 번째 단계에 있습니다 연구 작업 "방사능"주제에. 뭔데? 즉, 오늘 우리는 방사능 변환과 변위 규칙을 연구 할 것입니다. ----이것은 우리 연구의 주제이며 따라서 수업의 주제입니다.
연구 장비: 주기율표, 작업지도, 문제집, 십자말 풀이 (1 대 2).
교사, 서문 : "한때 방사능 현상이 발견되었을 때 아인슈타인은 화재와 방사능이 문명의 역사에서 똑같이 중요한 이정표라고 믿었 기 때문에 고대의 화재 생산과 비교했습니다."
왜 그렇게 생각 했습니까?
우리 학급의 학생들은 몇 가지 이론적 연구를 수행했으며 결과는 다음과 같습니다.
학생 메시지 :
- Pierre Curie는 열량계에 염화 라듐 앰플을 넣었습니다. 그것은 α-, β-, γ- 선을 흡수했고 그 에너지로 인해 열량계가 가열되었습니다. Curie는 1g의 라듐이 1 시간 동안 약 582J의 에너지를 방출한다고 결정했습니다. 그리고이 에너지는 수년에 걸쳐 방출되었습니다.
- 4 그램의 헬륨이 형성되면 1.5-2 톤의 석탄을 연소 할 때와 동일한 에너지가 방출됩니다.
- 우라늄 1g에 포함 된 에너지는 2.5 톤의 오일을 연소 할 때 방출되는 에너지와 같습니다.
낮, 몇 달, 몇 년 동안 방사선 강도는 눈에 띄게 변하지 않았습니다. 가열이나 압력 증가와 같은 일반적인 영향에 의해 어떤 식 으로든 영향을받지 않았습니다. 방사성 물질이 들어간 화학 반응도 방사선 강도에 영향을 미치지 않았습니다.
우리 각자는 방사선 경계 "유모"의 "감독 아래"있을뿐만 아니라, 우리 각자는 그 자체로 약간의 방사능을 가지고 있습니다. 방사선원은 우리 밖에있는 것이 아닙니다. 우리가 마실 때마다 한 모금을 할 때마다 일정한 수의 방사성 물질 원자를 체내에 도입하고 먹을 때도 똑같은 일이 발생합니다. 더욱이, 우리가 숨을 쉴 때, 우리 몸은 다시 공기로부터 방사성 붕괴가 가능한 무언가를받습니다. 아마도 탄소 C-14의 방사성 동위 원소, 아마도 K-40 칼륨 또는 다른 동 위원 소일 것입니다.
교사 : 우리 주변과 내부에 끊임없이 존재하는 방사능의 양은 어디에서 왔습니까?
학생 커뮤니케이션 :
핵 지구 물리학에 따르면 자연에는 많은 자연 방사능 원천이 있습니다. 바위에서 빵 껍질, 평균 2.5-3g의 우라늄, 10-13g의 토륨, 15-25g의 칼륨이 1 톤의 암석에 떨어집니다. 사실, 방사성 K-40은 톤당 최대 3 밀리그램에 불과합니다. 이 모든 방사성, 불안정한 핵은 지속적으로 자발적으로 붕괴하고 있습니다. 1 분마다 평균 60,000 개의 K-40 핵, 15,000 개의 Rb-87 동위 원소 핵, 2,400 개의 Th-232 핵, 2,200 개의 U-238 핵이 1kg의 지상 물질에서 분해됩니다. 자연 방사능의 총 가치는 분당 약 20 만 붕괴입니다. 자연 방사능이 남녀마다 다르다는 것을 알고 계셨습니까? 이 사실에 대한 설명은 분명합니다. 부드럽고 조밀 한 조직은 구조가 다르고 방사성 물질을 다른 방식으로 흡수하고 축적합니다..
문제: 물질 분해 반응을 설명하는 방정식, 규칙, 법칙은 무엇입니까?
교사 : 당신과 함께 어떤 문제를 해결할까요? 어떤 해결책을 제안합니까?
학생들은 일하고 가정을합니다.
학생 답변 :
솔루션 방법 :
학생 1 : 방사성 방사선의 기본 정의와 특성을 상기하십시오.
학생 2 : (지도에 따라) 제안 된 반응 방정식을 사용하여 일반 방정식 주기율표를 사용한 방사성 전환 반응의 경우 알파 및 베타 붕괴에 대한 일반적인 변위 규칙을 공식화합니다.
견습생 3 : 추가 연구 (문제 해결)에 적용하기 위해 습득 한 지식을 통합합니다.
선생님.
괜찮아. 해결책을 살펴 보겠습니다.
1 단계 :지도 작업. 서면으로 제공해야하는 질문을 받았습니다.대답.
다섯 가지 질문-다섯 가지 정답. 우리는 5 점 시스템으로 추정합니다.
(일할 시간을주고, 대답을 구두로 말하고, 슬라이드와 대조하여 확인하고, 기준에 따라 자신을 표시하십시오).
- 방사능은 ...
- α 선은 ...
- 베타선은….
- γ- 방사선-….
- 전하 및 질량 수 보존 법칙을 공식화합니다.
답변 및 요점 :
2 단계. 교사.
우리는 칠판에서 독립적으로 일합니다 (학생 3 명).
A) 알파 입자의 방출과 함께 반응 방정식을 기록합니다.
2. 우라늄 α- 붕괴 반응 쓰기235 92 U.
3. . 폴로늄 핵의 알파 붕괴 쓰기
선생님:
결론 # 1 :
알파 붕괴의 결과로 생성 된 물질의 질량 수는 4amu 감소하고 전하 수는 기본 전하 2 개만큼 감소합니다.
B) 베타 입자의 방출과 함께 반응 방정식을 기록합니다 (칠판에 3 명의 학생).
1. . 플루토늄의 β- 붕괴 반응 쓰기239 94 Pu.
2. 토륨 동위 원소의 베타 붕괴 쓰기
3. curium의 반응 β-decay를 작성하십시오.247 96cm
선생님: 당신과 함께 어떤 일반적인 표현을 적고 적절한 결론을 이끌어 낼 수 있습니까?
결론 # 2 :
베타 붕괴의 결과로 생성되는 물질의 질량 수는 변하지 않으며 전하 수는 기본 전하 1만큼 증가합니다.
3 단계.
선생님: 이 표현을 얻은 후 한때 러더 포드의 학생 프레 더릭 소디가방사성 붕괴에 대한 편향 규칙 제안, 형성된 물질을 주기율표에서 찾을 수 있습니다. 우리가 얻은 방정식을 봅시다.
질문:
1). 알파 붕괴에는 어떤 규정이 적용됩니까?
답변 : 알파 붕괴로 형성된 물질은 주기율표의 시작 부분으로 두 개의 세포에 의해 이동됩니다.
2). 베타 디케이 기간 동안 어떤 규정이 지켜 지나요?
답변 : 베타 붕괴 동안 생성 된 물질은 주기율표의 끝을 향해 하나의 세포로 옮겨집니다.
4 단계.
선생님. : 그리고 오늘 우리 활동의 마지막 단계 :
독립적 인 작업 (Lukashik의 문제 수집 기준) :
옵션 1.
옵션 2.
검사: 혼자서 보드에.
평가 기준 :
"5"-완료된 작업
"4"-2 개의 작업 완료
"3"-1 개의 작업을 완료했습니다.
강의 별 자체 평가 :
시간이 남아있는 경우 :
수업에 질문 :
오늘 수업에서 어떤 주제를 공부 했습니까? 십자말 풀이를 맞히면 방사선 방출 과정의 이름을 알 수 있습니다.
1. 방사능 현상을 발견 한 과학자는 누구입니까?
2. 물질의 입자.
3. 방사성 방사선의 구성을 결정한 과학자의 성.
4. 양성자의 수는 같지만 중성자의 수는 다른 핵은 ...
5. 큐리가 발견 한 방사성 원소.
6. 폴로늄의 동위 원소는 알파 방사성입니다. 이 경우 어떤 요소가 형성됩니까?
7. 여성의 이름-과학자가 된 노벨상 수상자 두번.
8. 원자의 중심에는 무엇이 있습니까?
이전 수업에서 우리는 Rutherford의 실험과 관련된 질문에 대해 논의했으며 그 결과 원자가 행성 모델이라는 것을 이제 알게되었습니다. 그것이 바로 원자의 행성 모델입니다. 핵의 중심에는 거대하고 양전하를 띤 핵이 있습니다. 그리고 전자는 궤도에서 핵 주위를 회전합니다.
그림: 1. 러더 포드의 행성 원자 모델
Frederick Soddy는 Rutherford와의 실험에 참여했습니다. Soddy는 화학자이므로 얻은 원소를 화학적 특성으로 식별하는 측면에서 정확하게 작업을 수행했습니다. 러더 포드의 실험에서 그 플럭스가 금판에 떨어진 입자가 정확히 무엇인지 알아 낸 것은 Soddy였습니다. 측정 결과 a 입자의 질량은 4 원자 질량 단위이고 a 입자의 전하는 2 기본 전하임을 알 수 있습니다. 과학자들은 특정 수의 a 입자를 축적하여 이러한 것들을 비교 하여이 입자가 화학 원소 인 헬륨 가스로 변한다는 것을 발견했습니다.
이로 인해 헬륨의 화학적 특성이 알려 졌기 때문에 Soddy는 a- 입자 인 핵이 외부에서 전자를 포획하여 중성 헬륨 원자로 변했다고 주장했다.
그 후 과학자들의 주요 노력은 원자핵 연구에 집중되었습니다. 방사성 방사선으로 발생하는 모든 과정은 핵을 둘러싼 전자가 아니라 핵 자체에서 전자 껍질에서 발생하지 않는다는 것이 분명해졌습니다. 일부 변형이 발생하여 새로운 화학 원소가 형성되는 것은 핵에서입니다.
첫 번째 사슬은 방사능 실험에 사용 된 원소 라듐을 a- 입자 방출과 함께 불활성 가스 라돈으로 변환하기 위해 얻어졌습니다. 이 경우 반응은 다음과 같이 작성됩니다.
첫째, a- 입자는 4 원자 질량 단위와 두 배, 기본 전하의 두 배이며 전하는 양수입니다. 라듐은 일련 번호 88, 질량 번호 226, 라돈은 이미 일련 번호 86, 질량 번호 222를 가지고 있으며 입자가 나타납니다. 이것은 헬륨 원자의 핵입니다. 이 경우 헬륨이라고 씁니다. 서수 2, 질량 번호 4입니다.
새로운 화학 원소의 형성과 동시에 새로운 방사선 및 기타 화학 원소의 형성을 초래하는 반응을 핵 반응.
방사능 과정이 핵 내부에서 일어나고 있다는 것이 분명해 졌을 때, 그들은 라듐뿐만 아니라 다른 요소로 전환되었습니다. 다양한 화학 원소를 연구하면서 과학자들은 방출과의 반응, 헬륨 원자 핵의 입자 방출뿐만 아니라 다른 핵 반응도 있음을 깨달았습니다. 예를 들어, b 입자 방출과의 반응. 우리는 이제 이것이 전자라는 것을 압니다. 이 경우 새로운 화학 원소도 각각 형성됩니다. 새로운 입자, 이것은 b 입자이고 전자이기도합니다. 이 경우 특히 흥미로운 것은 일련 번호가 83보다 큰 모든 화학 원소입니다.
그래서 우리는 소위를 공식화 할 수 있습니다. Soddy의 규칙 또는 방사성 변환에 대한 편향 규칙 :
... 알파 붕괴를 사용하면 원소의 서수는 2만큼 감소하고 원자량은 4만큼 감소합니다.
그림: 2. 알파 붕괴
베타 붕괴 동안 일련 번호는 1 씩 증가하지만 원자량은 변하지 않습니다.
그림: 3. 베타 붕괴
추가 문헌 목록
- Bronstein M.P. 원자와 전자. "라이브러리"Quant "". 발행물 1. M. : Nauka, 1980
- 키코 인 I.K., 키코 인 A.K. 물리학 : 9 학년을위한 교과서 고등학교... M. : "교육"
- Kitaygorodsky A.I. 모두를위한 물리학. 광자와 핵. Book 4.M. : 과학
- Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. 물리학. 광학 양자 물리학. 11 학년 : 교과서 심층 연구 물리학. M. : 버스 타드
- Rutherford E. 선택 과학 작품... 방사능. M. : 과학
- Rutherford E. 선정 된 과학 작품. 원자의 구조와 요소의 인공적인 변형. M. : 과학
발견 역사
이미 1903 년에 물리학 자 Rutherford와 Soddy는 방사성 알파 붕괴 동안 원소 라듐이 다른 화학 원소 인 라돈으로 변환된다는 사실을 발견했습니다. 이 두 가지 화학 원소는 완전히 다른 특성을 가지고 있습니다. 라듐은 고체, 금속이며 라돈은 불활성 기체입니다. 라듐과 라돈 원자는 질량, 전자 껍질의 전자 수 및 핵의 전하가 다릅니다. 추가 연구에 따르면 베타 붕괴는 일부 화학 원소를 다른 원소로 전환합니다. 1911 년 러더 포드는 원자의 핵 모델을 제안했습니다. 모델의 본질은 다음과 같습니다. 원자는 양으로 하전 된 핵과 핵 주위를 이동하는 음으로 하전 된 전자로 구성됩니다. 방사성 알파 또는 베타 붕괴를 가진 원자 모델에서 변화가 일어나는 것은 원자의 핵에 있다고 가정하는 것이 논리적이었습니다. ...
포뮬러 붕괴
라듐의 알파 붕괴는 다음과 같이 작성됩니다.
(226.88) Ra-\u003e (222.86) Rn + (4.2) He.
그림
위의 공식에서 (226.88) Ra는 라듐 원자의 핵, (222.86) Rn은 라돈 원자의 핵, (4.2) He는 알파 입자 또는 헬륨 원자의 핵입니다.
원자 자체와 동일한 표기법이 원자의 핵을 표시하는 데 사용됩니다. 인덱스를 다루겠습니다. 위에있는 숫자를 질량 번호라고합니다. 원자핵의 질량수는 주어진 원자핵의 질량에 얼마나 많은 원자 질량 단위가 포함되어 있는지를 보여줍니다. 아래에 적혀있는 번호를 요금 번호라고합니다. 원자핵의 전하 수는 주어진 원자핵의 전하에 얼마나 많은 기본 전하가 포함되어 있는지를 보여줍니다. 질량 및 전하량은 항상 정수이며 양수입니다. 그들은 주어진 원자의 핵 질량과 전하가 단일 지표보다 몇 배나 더 큰지를 표현하기 때문에 별도의 지정 단위가 없습니다.
현상의 본질
라듐 원자핵의 알파 붕괴에 대해 적어 놓은 반응식을 분석해 보겠습니다.
(226.88) Ra-\u003e (222.86) Rn + (4.2) He.
우리는 알파 입자가 방출되는 동안 라듐 원자의 핵이 4 단위의 질량과 두 개의 기본 전하를 잃어 라돈 원자의 핵으로 변했습니다. 질량수와 전하 보존의 법칙이 충족되었음을 알 수있다. 결과 두 요소의 질량 번호와 충전 번호를 별도로 추가해 보겠습니다.
보시다시피, 그들은 라듐 핵과 동일한 값을 합산합니다. 위의 모든 것에서 원자의 핵도 일부 입자로 구성됩니다. 즉, 복잡한 구성을 가지고 있습니다. 이제 우리는 방사능의 정의를 구체화 할 수 있습니다. 방사능 -일부 원자의 핵이 입자를 방출하면서 자발적으로 다른 핵으로 변형되는 능력.
S.G. 카드 멘 스키
보 로네시 주립 대학
원자핵의 방사능 : 역사, 결과, 최신 성과
1996 년, 물리적 공동체는 원자핵의 방사능 발견 100 주년을 기념했습니다. 이 발견은 원자와 원자핵의 구조를 이해할 수있게 해주는 새로운 물리학의 탄생으로 이어졌으며, 소립자의 이상하고 조화로운 양자 세계로가는 관문 역할을했습니다. 많은 뛰어난 발견과 마찬가지로 방사능의 발견은 우연히 일어났습니다. 1896 년 초, V.K. 프랑스의 물리학 자 Henri Becquerel은 X 선 방사선의 형광 특성에 대한 가설을 테스트하는 과정에서 X 선을 사용하여 우라늄-칼륨 염이 외부 영향없이 자발적으로 자연적으로 강한 방사선을 방출한다는 사실을 발견했습니다. 나중에 Becquerel은 그가 방사능, 즉 방사능이라고 부르는이 현상이 최초의 방사성 화학 원소가 된 우라늄의 존재와 전적으로 관련이 있음을 확립했습니다. 몇 년 후, 마리와 피에르 퀴리가 발견 한 토륨, 폴로늄과 라듐, 이후 82 개가 넘는 모든 화학 원소에서 유사한 특성이 발견되었습니다. 대부분은 자연 조건에서 거의 발견되지 않습니다.
원자 핵의 방사성 변환의 유형
E. Rutherford는 우라늄에서 방사성 방사선의 투과 능력을 분석하여이 방사선의 두 가지 구성 요소를 발견했습니다. α- 방사선이라고하는 덜 침투하는 것과 γ- 방사선이라고하는 더 침투하는 것입니다. 가장 침투력이 높은 우라늄 방사선의 세 번째 성분은 1900 년 폴 윌라드 (Paul Willard)에 의해 발견되었으며 Rutherford 시리즈의 γ- 방사선과 유사하게 명명되었습니다. 러더 포드와 그의 공동 연구자들은 방사능이 원자의 붕괴와 관련이 있음을 보여주었습니다 (훨씬 나중에 원자핵의 붕괴에 대해 이야기하고 있다는 것이 분명해졌습니다). 이 결론은 물리학과 화학에서 우세한 원자의 불가분성 개념에 큰 타격을 입혔습니다.
Rutherford의 후속 연구에서 α- 방사선은 헬륨 동위 원소 4 He의 핵에 지나지 않는 α- 입자의 플럭스이며 β- 방사선은 전자로 구성됩니다. 마지막으로, γ- 방사선은 빛과 X- 선 복사의 상대적인 것으로 밝혀졌으며 여기 상태에서 낮은 상태로 전환되는 동안 원자핵에 의해 방출되는 고주파 전자기 양자의 플럭스입니다.
핵의 β- 붕괴의 본질은 매우 흥미로운 것으로 밝혀졌습니다. 이 현상의 이론은 1933 년에 Enrico Fermi에 의해 만들어졌습니다. 그는 볼프강 파울리의 가설을 사용하여 나머지 질량이 0에 가깝고 중성미자 (neutrino)라고 불리는 중성 입자의 β- 붕괴에서 탄생했습니다. Fermi는 β- 붕괴가 자연에서 입자의 새로운 유형의 상호 작용 ( "약한"상호 작용)에 기인하며 전자 e의 방출과 함께 중성자의 모핵에서 양성자로의 변환 과정과 관련이 있음을 발견했습니다. е + 및 중성미자 ν (β +-붕괴)뿐만 아니라 양성자에 의한 원자 전자 포획과 중성미자 ν (전자 포획)의 방출.
네 번째 유형의 방사능은 1940 년 러시아에서 젊은 물리학 자 G.N. Flerov 및 K.A. Petrzhak은 자발적인 핵분열과 관련이 있으며, 그 과정에서 다소 무거운 핵이 대략 동일한 질량을 가진 두 개의 조각으로 붕괴됩니다.
그러나 핵분열은 원자핵의 모든 유형의 방사능 변형을 소진시키지 않았습니다. 1950 년대 이후 물리학 자들은 핵의 양성자 방사능 발견에 체계적으로 접근 해 왔습니다. 기저 상태의 핵이 자발적으로 양성자를 방출 할 수 있으려면 핵에서 양성자를 분리하는 에너지가 양이어야합니다. 그러나 그러한 핵은 지상 조건 하에서 존재하지 않으며 인위적으로 생성되어야했습니다. Dubna의 러시아 물리학 자들은 그러한 핵을 얻기에 매우 가까웠지만, 양성자 방사능은 1982 년 Darmstadt의 독일 물리학 자들에 의해 발견되었습니다.
마지막으로, 1984 년에 영국과 러시아의 독립적 인 과학자 그룹은 자발적으로 클러스터를 방출하는 일부 중핵의 클러스터 방사능을 발견했습니다.
표 1은 다양한 유형의 방사능 발견의 역사를 제시합니다. 시간은 그들이 가능한 모든 유형의 핵 방사능 변형을 소진했는지 여부를 알려줄 것입니다. 그 동안 중성자 (중성자 방사능) 또는 두 개의 양성자 (2 개 양성자 방사능) 상태로 지상에서 방출되는 핵에 대한 탐색이 집중적으로 계속됩니다.
표 1. 다양한 유형의 방사능 발견 역사
| 핵 방사능 유형 | 감지 된 방사선 유형 | 개업 년도 | 발견의 저자 |
| 원자핵의 방사능 | 방사능 | 1896 | A. 베크렐 |
| 알파 붕괴 | 4 아닙니다 | 1898 | E. 러더 포드 |
| 베타 붕괴 | e- | 1898 | E. 러더 포드 |
| 감마 붕괴 | γ -양자 | 1900 | P. 윌라드 |
| 자발적 핵분열 | 두 개의 샤드 | 1940 | G.N. Flerov, K.A. Petrzhak |
| 양성자 붕괴 | 피 | 1982 | 3. Hoffman et al. |
| 클러스터 붕괴 | 14C | 1984 | X. Rose, G. Jones; D.V. Alexandrov 및 기타. |
알파 붕괴의 현대적 개념
모든 유형의 핵 방사능 변환은 지수 법칙을 충족합니다.
N (t) \u003d N (0) exp (-λt),
여기서 N (t)는 시간 t까지 생존 한 방사성 핵의 수입니다. > 현재 t \u003d 0이면 숫자가 N (0)이면 0입니다. λ의 값은 단위 시간당 방사성 핵의 붕괴 확률과 일치합니다. 그러면 방사성 핵의 수가 반으로 감소하는 반감기라고하는 시간 T 1/2은 다음과 같이 정의됩니다.
T 1/2 \u003d (ln2) / λ,.
α- 이미 터에 대한 T 1/2 값은 α- 붕괴에서 에너지 및 운동량 보존 법칙을 사용할 때 결정되는 α- 입자와 딸 핵의 상대 운동의 에너지 Q 값에 따라 10-10 초에서 1020 년까지 광범위하게 다양합니다. 같이
Q \u003d B (A-4, Z-2) + B (4,2)-B (A, Z),
여기서 B (A, Z)는 모핵의 결합 에너지입니다. 조사 된 모든 α- 전이에 대해 값 Q\u003e 0이며 10MeV를 초과하지 않습니다. 1910 년에 Hans Geiger와 George Nettall은 반감기 T 1/2을 에너지 Q와 관련된 법칙을 실험적으로 발견했습니다.
| logT 1/2 \u003d B + CQ -1/2 | (1) |
여기서 B와 C의 값은 Q에 의존하지 않습니다. 그림 1은 폴로늄, 라돈 및 라듐의 짝수 동위 원소에 대해 표시된 법칙을 보여줍니다. 그러나 매우 심각한 문제가 발생합니다. α 입자와 딸핵의 상호 작용 전위 V (R)는 무게 중심 사이의 거리 R에 따라 다음과 같이 정 성적으로 나타낼 수 있습니다 (그림 2). 먼 거리 R에서 그들은 쿨롱 방식과 잠재력으로 상호 작용합니다.
작은 거리 R에서는 단거리 핵력이 작용하고 잠재적 인 V (R)가 매력적이됩니다. 따라서 전위 V (R)에 장벽이 나타나고, V B \u003d V (R B)는 10-12cm 영역에서 Z ≈ 82, 값 V B \u003d 25 MeV 인 무거운 핵에 대한 R B 최대 위치입니다. 그러나 에너지 Q를 가진 입자가 어떻게 < V B는 하위 장벽 영역에있는 경우 방사성 핵에서 벗어날 수 있습니다. 운동 에너지 К \u003d Q-V (R)는 음이되고 고전 역학의 관점에서이 영역에서 입자의 운동은 불가능합니다. 이 문제에 대한 해결책은 1928 년 러시아 물리학 자 G.A. Gamow. 얼마 전에 생성 된 양자 역학에 의존하여 Gamow는 α 입자의 파동 특성이 특정 확률 P로 잠재적 장벽을 통과 할 수 있음을 보여주었습니다. 그런 다음 α 입자가 핵 내부에 완전히 형성된 형태로 존재한다는 것을 인정하면 단위 시간 A 당 α- 붕괴 확률에 대해 공식이 나타납니다.
여기서 2 ν 주파수에 의해 결정되는 장벽의 내벽에 대한 α 입자의 영향 수 ν 모핵 내부의 α- 입자의 진동. 그런 다음 P의 양자 역학적 값을 계산하고 가장 간단한 근사값으로 v를 추정 한 후 Gamow는 logT 1/2에 대한 Geiger-Nettol 법칙을 얻었습니다 (1). Gamow의 결과는 원자핵이 양자 역학의 법칙에 의해 설명된다는 것을 보여 주었기 때문에 물리학 자들 사이에서 큰 반향을 불러 일으켰습니다. 그러나 α- 붕괴의 주요 문제는 해결되지 않은 채로 남아 있습니다. α- 입자는 중성자와 양성자로 구성된 중핵에서 어디에서 왔습니까?
다중 입자 알파-붕괴 이론
모핵의 중성자와 양성자로부터 α- 입자가 형성되는 문제가 일관되게 해결되는 α- 붕괴의 다 입자 이론은 1950 년대 초와 지난 몇 년 저자와 그의 협력자를 포함한 여러 물리학 자들의 작품에서 개념 완성을 받았습니다. 이 이론은 L.D.에 의해 Fermi 액체 이론의 틀 내에서 입증 된 핵의 껍질 모델을 기반으로합니다. Landau 및 A.B. Migdal은 핵의 양성자와 중성자가 나머지 핵에 의해 생성 된 자기 일관된 장에서 독립적 인 방식으로 이동한다고 가정합니다. 두 개의 양성자와 두 개의 중성자의 껍질 파동 함수를 사용하여 이러한 핵이 입자 상태에있을 확률을 찾을 수 있습니다. 그러면 Gamow의 공식 (2)는 다음과 같이 일반화 될 수 있습니다.
여기서 W if는 딸 핵의 특정 상태 f의 형성과 함께 모핵 i의 핵으로부터 알파 입자가 형성 될 확률입니다. 값이 알파 붕괴의 특성을 이해하기 위해 원자핵의 초 유체 특성을 고려하는 근본적인 중요성을 입증 한 경우 W의 계산.
약간의 역사. 1911 년 Heike Kamerlingh Onnes는 일부 금속의 초전도 현상을 발견했습니다.이 현상은 특정 임계 값 이하의 온도에서 저항이 갑자기 0으로 떨어집니다. 1938 년 P.L. Kapitsa는 액체 헬륨 4 He의 과잉 현상을 발견했는데, 이는 특정 임계 값 이하의 온도에서 액체 헬륨이 마찰없이 얇은 모세관을 통해 흐른다는 사실로 구성됩니다. 많은 물리학 자들이 직관적으로 그들의 관계를 느꼈지만이 두 현상은 오랫동안 독립적으로 여겨져 왔습니다. 액체 헬륨의 초 유동성은 N.N. Bogolyubov 및 S.T. Belyaev는 Bose 응축이 저온에서 발생하며 대부분의 헬륨 원자가 운동량이 0 인 상태로 축적된다는 점에서 볼 수 있습니다. 이것은 헬륨 원자의 스핀이 0이므로 Bose 입자이기 때문에 가능합니다. 따라서 Bose 입자는 특정 양자 상태, 예를 들어 운동량이 0 인 상태에서 임의의 양이 될 수 있습니다. 헬륨 원자와 달리 전자, 양성자 및 중성자는 반정 수 스핀을 가지며 파울리 원리가 유효한 페르미 입자이며, 이는 하나의 입자 만 특정 양자 상태에 있도록 허용합니다. 금속의 초전도성에 대한 설명은 L. Cooper가 예측 한 초전도체의 전자 두 개가 Cooper 쌍이라고하는 결합 시스템을 형성하는 현상을 기반으로합니다. 이 쌍의 총 스핀은 0이며 Bose 입자로 간주 할 수 있습니다. 그런 다음 초전도체에서 운동량이 0 인 Cooper 쌍의 Bose 응축이 초전도체에서 발생하고 액체 헬륨의 초 유동 현상과 유사한 이러한 쌍의 초 유동 현상이 발생합니다. Cooper 쌍의 초 유동성은 또한 금속의 초전도 특성을 형성합니다. 따라서 공식적으로 물리학의 다른 분야에 속하는 두 가지 현상 인 초전도성과 초 유동성은 물리적으로 관련된 것으로 밝혀졌습니다. 자연은 그녀의 아름다운 발견을 잃는 것을 좋아하지 않습니다. 그녀는 다양한 물리적 물체에서 그것들을 사용합니다. 이것은 물리학의 통일성을 형성합니다.
1958 년 Oge Bohr는 원자핵에 초 유체 특성이 존재한다는 가설을 세웠습니다. 거의 1 년 만에이 가설은 원자핵의 초 유체 모델을 만드는 과정에서 완전히 확인되고 구현되었습니다. 여기서 양성자 또는 중성자의 쌍은 0과 동일한 스핀으로 Cooper 쌍으로 결합되고이 쌍의 Bose 응축이 핵의 초 유체 특성을 형성한다고 가정합니다.
α- 입자는 총 스핀이 0 인 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성되어 있기 때문에 내부 대칭은 원자핵에서 양성자와 중성자의 Cooper 쌍의 대칭과 일치합니다. 따라서 두 개의 Cooper 쌍의 양성자와 중성자로부터 형성되는 경우 α- 입자 W if가 형성 될 확률은 최대입니다. 이 유형의 α- 전이는 촉진이라고 불리며 모든 핵이 쌍을 이루는 짝수 핵의 바닥 상태 사이에서 발생합니다. Z\u003e 82 인 무거운 핵의 경우 이러한 전환의 경우 값 W \u003d 10 -2입니다. α- 입자에 하나의 Cooper 쌍 (양성자 또는 중성자) 만 포함 된 경우 홀수 핵의 특징 인 이러한 α- 전이를 반 경량이라고하며 W \u003d 5 * 10-4이면 W입니다. 마지막으로,-입자가 짝을 이루지 않은 양성자와 중성자로부터 형성되면 α- 전이를 비 촉진이라고하며, 이에 대해 \u003d 10 -5이면 W 값입니다. 핵의 초 유체 모델을 기반으로하여 저자와 그의 공동 연구자들은 1985 년까지 (3)과 같은 공식을 기반으로 원자핵의 알파 붕괴의 상대 확률뿐만 아니라 절대 확률도 설명하는 데 성공했습니다.
양성자 방사능의 다중 이론
지면과 낮은 여기 상태에서 원자핵의 양성자 붕괴를 확실하게 관찰하려면 양성자와 딸핵 Q의 상대 운동 에너지가 양성이어야하며 동시에 양성자 전위 장벽 VB의 높이보다 현저히 낮아 양성자 붕괴 핵의 수명이 너무 짧지 않아야합니다. 실험적 연구. 일반적으로 이러한 조건은 중성자가 부족한 핵에 대해서만 충족되며 최근 몇 년 동안 만 생산이 가능해졌습니다. 현재 지상에서 25 개 이상의 양성자 붕괴가 발견되었으며 핵의 이성체 (오래 수명이 긴) 여기 상태가 발견되었습니다. 이론적 인 관점에서 보면 양성자가 핵의 일부이기 때문에 양성자 붕괴가 알파 붕괴보다 훨씬 간단 해 보이므로 식 (2)와 같은 공식을 사용할 수있는 것 같습니다. 그러나 곧 거의 모든 양성자 전이가 부모와 딸 핵의 구조에 민감하고 공식 (3)을 사용하고 저자와 그의 동료가 초 유체 효과를 고려하여 양성자 방사능에 대한 다 입자 이론을 개발해야한다면 확률 W를 계산해야한다는 것이 분명해졌습니다. 이 이론을 바탕으로 53Co 핵의 수명이 긴 이성체 상태의 붕괴에 대한 특히 이해할 수없는 경우를 포함하여 관찰 된 모든 양성자 붕괴 사례를 성공적으로 설명하고 양성자 방사능을 관찰 할 가능성이 가장 높은 새로운 후보에 대한 예측을 할 수있었습니다. 동시에, 대부분의 양성자 붕괴 핵은 초기 개념과 달리 비 구형이라는 것이 입증되었습니다.
원자핵의 클러스터 붕괴
현재 221 Fr에서 241 Аm까지 25 개의 핵이 실험적으로 발견되어 14 С, 20 О, 24 Ne, 26 Ne, 28 Mg, 30 Mg, 32 Si 및 34 Si 유형의 지상 상태 클러스터에서 방출됩니다. 방출 된 클러스터와 딸 핵 Q의 상대 운동 에너지는 28 ~ 94 MeV로 다양하며 모든 경우에 전위 장벽 V B의 높이보다 눈에 띄게 낮습니다. 동시에 조사 된 모든 클러스터 방사성 핵도 α- 붕괴 핵이며, 단위 시간당 클러스터 붕괴 확률 k와 α- 붕괴에 대한 유사한 확률 λ α의 비율은 방출 된 클러스터의 질량이 증가함에 따라 감소하고 10-9에서 10-16. 이러한 비율의 이러한 작은 값은 이전에 다른 유형의 방사능에 대해 분석 된 적이 없으며 클러스터 붕괴를 관찰하는 실험자의 기록적인 성과를 보여줍니다.
현재 원자핵의 클러스터 붕괴 역학을 설명하기 위해 두 가지 이론적 접근 방식이 개발되고 있으며, 이는 실제로 두 가지 가능한 제한 사례입니다. 첫 번째 접근 방식은 클러스터 붕괴를 결과 조각의 질량에서 강하게 비대칭 인 깊이 하위 장벽의 자발적 핵분열로 간주합니다. 이 경우 상태 인 상위 코어 과 파열 순간까지 부드럽게 재건되어 모양이 눈에 띄게 바뀌고 중간 구성을 통과합니다. 비, Fig. 3. 이러한 재배치에 대한 설명은 유체 역학적 모델의 일반화 인 집단 핵 모델을 기반으로 수행됩니다. 이 접근법은 현재 클러스터 붕괴의 미세한 특성을 설명하는 데 상당한 어려움이 있습니다.
두 번째 접근법은 α- 붕괴 이론과 유사하게 구성됩니다. 이 경우 최종 구성으로의 전환에 대한 설명은 중간 구성을 도입하지 않고 수행됩니다. 비 클러스터 형성 확률 W의 개념을 사용하여 (3)과 같은 공식의 언어로 구성 a에서 즉시. 두 번째 접근 방식을 선호하는 좋은 주장은 α 붕괴의 경우와 같이 클러스터 붕괴의 경우 클러스터 반감기 T 1/2 및 에너지 Q와 관련된 Geiger-Nettol 법칙 (1)이 충족된다는 사실입니다.이 사실은 그림 1에 나와 있습니다. 4. 두 번째 접근법의 틀 안에서 저자와 그의 공동 연구자들은 α- 붕괴와 유사하게 핵의 초 유체 모델의 이데올로기를 사용하여 밝기 정도에 따라 클러스터 전이를 분류하고 나가는 클러스터 스펙트럼의 미세 구조를 예측하는 데 성공했습니다. 나중에이 구조는 Saclay에서 프랑스 그룹의 실험에서 발견되었습니다. 이 접근법은 또한 알려진 클러스터 붕괴의 상대적 및 절대 확률의 규모를 합리적으로 설명하고 새로운 클러스터 붕괴 핵에서 클러스터 방사능을 관찰하여 예측할 수있게했습니다.
결론
현재까지 다양한 형태의 원자핵 방사능에 대한 연구가 계속되고있다. 특히 흥미로운 것은 핵의 양성자 붕괴 연구입니다.이 경우 핵의 핵 안정성 경계를 넘어서는 핵 구조에 대한 고유 한 정보를 얻을 수 있기 때문입니다. 아주 최근에 미국 아르곤 국립 연구소의 K. Davids 교수가 이끄는 물리학 팀이 강력한 중성자 결핍 핵 131 Eu를 합성하여 양성자 붕괴뿐만 아니라 양성자 스펙트럼의 미세 구조를 처음으로 발견했습니다. 저자가 개발 한 이론을 기반으로 이러한 현상을 분석하면이 핵의 강한 비구면성에 대한 아이디어를 설득력있게 확인할 수있었습니다.
이러한 연구에 대한 관심을 보여주는 예는 저널리스트 M. Brownie의 "비정상적인 핵이 원자 구조의 관점을 바꾸는 것"이라는 제목의 기사로 New York Times의 1998 년 3 월호에 실린 결과를 대중적인 형식으로 설명합니다. Argonne 그룹이 얻은 해석 방법.
한 세기 동안 원자핵의 방사능의 본질에 대한 아이디어의 발전을 보여주는 위의 검토는 특히 지난 25 년 동안이 분야에서 새로운 지식을 얻는 속도가 분명하게 가속화되었음을 보여줍니다. 그리고 핵 물리학은 실험적이고 이론적 인 의미에서 상당히 발전된 과학이지만, 다른 과학과의 인터페이스뿐만 아니라 그 틀 안에서 진행중인 연구가 가까운 장래에 인류에게 매우 아름답고 놀라운 결과를 줄 수 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다.
핵의 방사성 변환
물질의 구조
자연의 모든 것은 단순하고 복잡한 물질로 구성됩니다. 단순한 물질에는 화학 원소, 복잡한- 화학 화합물... 우리 주변의 물질은 화학 원소의 가장 작은 부분 인 원자로 구성되어있는 것으로 알려져 있습니다. 원자는 그것을 정의하는 물질의 가장 작은 입자입니다 화학적 특성, 그것은 복잡한 내부 구조... 본질적으로 불활성 가스 만 원자 형태로 발견됩니다. 외부 껍질이 닫혀 있기 때문에 다른 모든 물질은 분자 형태로 존재합니다.
1911 년 E. Rutherford는 N Bohr (1913)에 의해 개발 된 원자의 행성 모델을 제안했습니다. 일반적으로 받아 들여지는 원자 구조 모델에 따르면 두 영역이 구별됩니다. 중심에 위치한 무겁고 양전하를 띤 핵은 거의 모든 원자 질량이 집중되어 있고 음전하 입자로 구성된 가벼운 전자 껍질-전자는 엄청난 속도로 핵 주위를 회전합니다.
전자 (e-)-9.1 · 10 -31 kg 또는 0.000548 amu와 같은 나머지 질량을 가진 안정된 기본 입자. (원자 질량 단위는 원자 질량의 무 차원 값으로, 주어진 원소 또는 입자의 원자가 동위 원소 탄소 -12 원자의 1/12보다 몇 배 더 무거운 지 보여줍니다. 1 amu에 해당하는 에너지는 931 MeV입니다). 전자는 하나의 기본 음전하 (q \u003d 1.6 · 10 -19 C), 즉 자연에서 발견되는 최소 전기량을 전달합니다. 이 과정에서 전자 전하는 하나의 기본 전하 단위로 간주됩니다.
핵 주위를 회전하는 동안 전자를 보유하는 에너지에 따라 다른 궤도 (레벨 또는 층)로 그룹화됩니다. 다른 원자의 층 수는 동일하지 않습니다. 질량이 큰 원자의 궤도 수는 7에 이릅니다. 그것들은 K, L, M, N, O, P, Q 핵에서 시작하는 라틴 알파벳의 숫자 또는 문자로 지정됩니다. 각 층의 전자 수는 엄격하게 정의됩니다. 따라서 K 층에는 2 개 이하의 전자, L 층-최대 8 개, M 층-최대 18 개, N 층-32 개의 전자 등이 있습니다.
원자의 크기는 엄격하게 정의 된 경계가없는 전자 껍질의 크기에 의해 결정됩니다. 원자의 대략적인 선형 치수는 10-10m입니다.
핵심 -양성자와 중성자로 구성된 원자의 중심 질량 부분. 원자의 거의 전체 질량 (99.95 % 이상)이 핵에 집중되어 있습니다. 궤도의 총 전자 수는 항상 핵의 양성자의 합과 같습니다. 예를 들어, 산소 원자는 핵에 8 개의 양성자를 포함하고 궤도에 8 개의 전자를 가지고 있으며, 납 원자는 핵에 82 개의 양성자와 궤도에 82 개의 전자를 가지고 있습니다. 양전하와 음전하의 합이 같기 때문에 원자는 전기적으로 중립적 인 시스템입니다. 두 개의 동일하고 반대 방향의 힘이 핵 주위를 이동하는 각 전자에 작용합니다. 쿨롱 힘은 전자를 핵으로 끌어 당기고 동일한 원심력의 관성력은 원자에서 전자를 "잡아내는"경향이 있습니다. 또한, 궤도에서 핵 주위를 이동 (회전)하는 전자는 동시에 회전이라고하는 자체 운동 순간을 가지며, 이는 자체 축을 중심으로 회전하는 것처럼 단순화됩니다. 개별 전자의 스핀은 평행 (동일한 방향으로 회전) 및 반 평행 (다른 방향으로 회전)으로 배향 될 수 있습니다. 단순화 된 형태로,이 모든 것이 원자에서 전자의 안정적인 이동을 보장합니다.
전자와 핵의 결합은 쿨롱 인력과 관성 원심력뿐만 아니라 다른 전자의 반발력의 영향을받는 것으로 알려져 있습니다. 이 효과를 스크리닝이라고합니다. 전자 궤도가 핵에서 멀어 질수록 전자의 차폐가 강해지고 핵과 전자 사이의 에너지 결합이 약해집니다. 외부 궤도에서 전자의 결합 에너지는 1–2 eV를 초과하지 않는 반면 K 층의 전자의 경우 요소의 원자 번호가 증가함에 따라 몇 배 더 크고 증가합니다. 예를 들어, 탄소의 경우 K 층에서 전자의 결합 에너지는 0.28 keV, 스트론튬-16 keV, 세슘-36 keV, 우라늄-280 keV입니다. 따라서 외부 궤도의 전자는 외부 요인, 특히 저에너지 복사에 더 민감합니다. 외부에서 전자에 추가 에너지를 전달하면 한 에너지 수준에서 다른 에너지 수준으로 이동하거나 특정 원자의 한계를 벗어날 수도 있습니다. 외부 영향의 에너지가 전자와 핵의 결합 에너지보다 약하면 전자는 한 에너지 레벨에서 다른 에너지 레벨로만 이동할 수 있습니다. 이러한 원자는 중성으로 남아 있지만 과잉 에너지로 인해이 화학 원소의 나머지 원자와 다릅니다. 과량의 에너지를 가진 원자를 여기라고하며 한 에너지 수준에서 핵에서 더 먼 다른 에너지 수준으로 전자의 전이를 여기 과정이라고합니다. 본질적으로 모든 시스템은 에너지가 가장 작은 안정된 상태로 이동하는 경향이 있기 때문에 잠시 후 원자는 여기 상태에서 바닥 (초기) 상태로 이동합니다. 원자가 기저 상태로 돌아가는 것은 과도한 에너지의 방출을 동반합니다. 외부 궤도에서 내부 궤도로 전자의 전이는 한 에너지 레벨에서 다른 에너지 레벨로 주어진 전이에 대해서만 파장 특성을 가진 복사를 동반합니다. 핵에서 가장 먼 궤도 내에서 전자의 전이는 자외선, 광선 및 적외선으로 구성된 방사선을 생성합니다. 강한 외부 영향 하에서 에너지가 핵과 전자의 결합 에너지를 초과하면 전자가 원자에서 찢어지고 제거됩니다. 하나 이상의 전자를 잃은 원자는 양이온으로 변하고 하나 이상의 전자를 자기 자신에 "부착"한 원자는 음이온으로 변합니다. 결과적으로 각 양이온에 대해 하나의 음이온이 형성됩니다. 즉, 한 쌍의 이온이 나타납니다. 중성 원자로부터의 이온 형성을 이온화... 이온 상태의 원자는 매우 짧은 시간 동안 정상적인 조건에서 존재합니다. 양이온 궤도의 자유 공간은 자유 전자 (원자에 결합되지 않은 전자)로 채워지고 원자는 다시 중성 계가됩니다. 이 과정을 이온 재결합 (탈 이온화)이라고하며 방사선 형태로 과도한 에너지를 방출합니다. 이온 재결합 중에 방출되는 에너지는 이온화에 소비 된 에너지와 수치 적으로 거의 동일합니다.
양성자(아르 자형) 전자 질량의 약 1840 배인 1.6725 · 10 -27 kg 또는 1.00758 amu와 같은 질량을 가진 안정된 기본 입자입니다. 양성자의 전하는 양이며 전자의 전하와 크기가 같습니다. 수소 원자는 하나의 전자가 회전하는 하나의 양성자를 포함하는 핵입니다. 이 전자를“찢어 버리면”나머지 원자는 양성자가 될 것입니다. 따라서 양성자는 종종 수소의 핵으로 정의됩니다.
모든 원소의 각 원자는 핵에 일정한 수의 양성자를 포함하며, 이는 일정하며 원소의 물리적 및 화학적 특성을 결정합니다. 예를 들어은 원자핵에는 47 개, 우라늄 핵에는 92 개가 있는데, 핵 (Z)에있는 양성자의 수를 원자 번호 또는 전하 수라고하며 DI Mendeleev 주기율표의 원소 서수에 해당합니다.
중성자(엔)-질량이 양성자의 질량을 약간 초과하고 1.6749 10-27 kg 또는 1.00898 amu와 같은 전기적으로 중성 인 기본 입자. 중성자는 안정된 원자핵의 일부로 만 안정적입니다. 자유 중성자는 양성자와 전자로 붕괴됩니다.
중성자는 전기적 중성으로 인해 자기장의 영향을 받아 편향되지 않고 원자핵에 의해 반발되지 않으므로 투과성이 높아 방사선의 생물학적 영향에 심각한 위험을 초래합니다. 핵의 중성자의 수는 동일한 화학 원소의 다른 핵에서 다른 수의 중성자 (1에서 10까지)가있을 수 있기 때문에 기본적으로 원소의 물리적 특성만을 제공합니다. 광 안정 원소의 핵에서 양성자의 수는 중성자의 수와 1 : 1로 관련됩니다. 원소의 원자 번호가 증가함에 따라 (21 번째 원소-스칸듐에서 시작) 원자의 중성자의 수는 양성자의 수를 초과합니다. 가장 무거운 핵에서 중성자 수는 양성자 수의 1.6 배입니다.
양성자와 중성자는 핵의 구성 부분이므로 편의상 핵 종이라고합니다. Nucleon(라틴 핵-핵에서)-핵의 양성자와 중성자의 일반적인 이름. 또한 특정 원자핵에 대해 말할 때 핵 종이라는 용어가 사용됩니다. 핵종 -주어진 수의 양성자와 중성자를 가진 원자핵.
핵종이나 원자를 나타낼 때 핵이 속한 원소의 기호를 사용하고 위의 질량 번호-A, 아래-원자 (순서) 번호-Z를 인덱스 형태로 나타냅니다. 여기서 E는 화학 원소의 기호입니다. A는 원자의 핵을 구성하는 핵의 수를 나타냅니다 (A \u003d Z + N). Z는 핵의 전하와 서수뿐만 아니라 핵의 양성자 수, 따라서 원자의 전자 수를 보여줍니다. 원자는 일반적으로 중성입니다. N은 핵에있는 중성자의 수이며 대부분 표시되지 않습니다. 예를 들어,-세슘의 방사성 동위 원소, A \u003d 137, 따라서 핵은 137 개의 핵으로 구성됩니다. Z \u003d 55, 이는 핵에 55 개의 양성자가 있으며 따라서 원자에 55 개의 전자가 있음을 의미합니다. N \u003d 137-55 \u003d 82는 핵의 중성자의 수입니다. 원소의 기호가 주기율표에서 그 위치를 완전히 결정하기 때문에 서수는 때때로 생략됩니다 (예 : Cs-137, He-4). 원자핵의 선형 치수는 10-15-10-14m로 전체 원자 직경의 0.0001입니다.
양성자와 중성자는 다음과 같은 힘에 의해 핵 내부에 고정됩니다. 핵무기... 강도면에서 전기, 중력 및 자기력보다 훨씬 강력합니다. 핵력은 10 -14 -10 -15 m 범위의 단거리이며, 양성자와 중성자, 양성자와 양성자, 중성자와 중성자간에 동일한 방식으로 나타납니다. 핵 사이의 거리가 증가함에 따라 핵력은 매우 빠르게 감소하고 사실상 0이됩니다. 핵력은 포화 속성을 가지고 있습니다. 즉, 각 핵은 제한된 수의 인접 핵과 만 상호 작용합니다. 따라서 핵의 핵종 수가 증가하면 핵력이 크게 약화됩니다. 이것은 상당한 수의 양성자와 중성자를 포함하는 중원 소 핵의 낮은 안정성을 설명합니다.
핵을 구성하는 양성자와 중성자로 나누고 핵력의 작용 장에서 제거하려면 작업을 수행해야합니다. 에너지를 소비하십시오. 이 에너지는 핵의 결합 에너지... 반대로 핵이 핵으로 형성되면 결합 에너지가 방출됩니다.
m i \u003d m p N p + m n N n,
여기서 mi는 핵의 질량입니다. m p는 양성자 질량입니다. N p는 양성자의 수입니다. mn은 중성자 질량입니다. N n은 중성자의 수이며 1.0076 · 2 + 1.0089 · 2 \u003d 4.033 amu와 같습니다.
동시에 헬륨 핵의 실제 질량은 4.003 amu입니다. 따라서 헬륨 핵의 실제 질량은 계산 된 것보다 0.03amu로 작습니다. 이 경우 핵은 질량 결함 (질량 부족)이 있다고합니다. 계산 된 핵 질량과 실제 질량의 차이를 질량 결함 (Dm)이라고합니다. 질량 결함은 입자가 핵에 얼마나 강하게 결합되어 있는지, 개별 핵에서 핵이 형성되는 동안 얼마나 많은 에너지가 방출되었는지를 보여줍니다. A. Einstein에서 파생 된 방정식을 사용하여 질량과 에너지를 연결할 수 있습니다.
어디서 DE-에너지 변화; Dm-질량 결함; c는 빛의 속도입니다.
1 amu를 고려하십시오. \u003d 1,661 10 -27 kg, 핵 물리학에서 전자 볼트 (eV)는 에너지 단위로 간주되며 1 amu입니다. 931 MeV와 같으면 헬륨 핵 형성 중에 방출되는 에너지는 28 MeV와 같습니다. 헬륨 원자의 핵을 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 나누는 방법이 있다면 최소한 28 MeV의 에너지를 소비해야합니다.
핵의 결합 에너지는 핵의 수가 증가함에 따라 비례 적으로 증가하지만 그 수에 엄격하게 비례하지는 않습니다. 예를 들어 질소 핵의 결합 에너지는 104.56 MeV이고 우라늄의 결합 에너지는 1800 MeV입니다.
핵당 평균 결합 에너지는 특정 결합 에너지... 헬륨의 경우 28 : 4 \u003d 7 MeV입니다. 가장 가벼운 핵 (중수소, 삼중 수소)을 제외하고, 핵당 결합 에너지는 모든 핵에 대해 약 8 MeV입니다.
자연의 대부분의 화학 원소는 다른 질량의 핵과 원자의 특정 혼합물입니다. 질량의 차이는 핵에 존재하기 때문입니다 다른 숫자 중성자.
동위 원소 (그리스어 isos에서-동일 및 topos-장소)-동일한 수의 양성자 (Z)와 다른 수의 중성자 (N)를 갖는 동일한 화학 원소의 원자 품종. 그들은 실질적으로 동일한 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있으며, 천연 혼합물로 분리하는 것은 매우 어렵습니다. 원소의 동위 원소 수는 수소의 경우 3에서 폴로늄의 경우 27까지 다양합니다. 동위 원소는 안정적이고 불안정합니다. 안정된 동위 원소는 외부 영향이 없으면 시간이 지남에 따라 변화하지 않습니다. 핵 내부에서 일어나는 과정으로 인해 불안정하거나 방사성 동위 원소는 시간이 지남에 따라 다른 화학 원소의 동위 원소로 변환됩니다. 안정적인 동위 원소는 일련 번호 Z≤83 인 원소에서만 발견됩니다. 현재 약 300 개의 안정한 동위 원소와 2000 개 이상의 방사성 동위 원소가 알려져 있습니다. D.I. Mendeleleev의 주기적 시스템의 모든 요소에 대해 인공이라고 불리는 방사성 동위 원소가 합성되었습니다.
방사능 현상
모든 화학 원소는 핵의 중성자 수에 대한 양성자 수의 비율이 좁은 범위에서만 안정적입니다. 가벼운 핵에서는 양성자와 중성자의 비율이 거의 같아야합니다. 즉, n : p의 값은 1에 가까우며 중핵의 경우이 비율은 0.7로 감소합니다. 핵에 중성자 또는 양성자가 너무 많으면 이러한 핵이 불안 정해져 (불안정) 자발적인 방사성 변형을 겪게되며, 그 결과 핵의 구성이 변하고 동시에 하전되거나 중성 입자가 방출됩니다. 자발 방사선 현상을 방사능이라고하고 방사선을 방출하는 물질을 방사성이라고합니다.
방사능 (라틴 라디오에서-나는 방사, 반경-광선, aktivus-효과적)-이들은 특정 종류의 방사선을 방출하면서 일부 화학 원소의 원자핵을 다른 원소의 원자핵으로 자발적으로 변환 (붕괴)합니다. 방사능은 원래 화학 원소의 원자 번호와 질량 번호를 변화시킵니다.
방사능 현상의 발견은 19 세기의 두 가지 주요 발견에 의해 촉진되었습니다. 1895 년, W. Roentgen은 공기가 빠져 나가는 밀봉 된 유리관에 배치 된 전극 사이에 고전압 전류가 흐르면 발생하는 광선을 발견했습니다. 광선은 엑스레이라고 불렀습니다. 그리고 1896 년에 A. Becquerel은 우라늄 염이 저절로 눈에 보이지 않는 광선을 방출하여 큰 투과력으로 사진 판을 검게하고 특정 물질의 빛을 발한다는 사실을 발견했습니다. 그는 이것을 방사성이라고 불렀습니다. 1898 년 Pierre Curie와 Maria Sklodowska-Curie는 비슷한 방사선을 방출하는 두 가지 새로운 방사성 원소 인 폴로늄과 라듐을 발견했지만 그 강도는 우라늄보다 몇 배 더 높았습니다. 또한 방사성 물질은 열의 형태로 지속적으로 에너지를 방출하는 것으로 밝혀졌습니다.
방사성 방사선은 환경 또는 핵을 이온화 할 수 있기 때문에 이온화 방사선이라고도하며, 이는 방사선이 원자가 아닌 핵에 의해 방출된다는 점을 강조합니다.
방사성 붕괴는 원자핵의 변화 및 에너지 방출과 관련이 있으며, 그 값은 일반적으로 에너지보다 수십 배 더 높습니다. 화학 반응... 따라서 14 C의 1g 원자의 완전한 방사성 붕괴로 3이 방출됩니다. 10 9 칼로리, 같은 양의 14C를 연소 시키면 이산화탄소가 9.4 만 방출된다. 10 4 칼로리.
방사성 붕괴 에너지의 단위로 1 전자 볼트 (eV)와 그 파생물 1 keV \u003d 10 3 eV 및 1 MeV \u003d 10 6 eV가 취해집니다. 1eV \u003d 1.6. 10 -19 J. 1 eV는 전위차가 1V 인 경로를 통과 할 때 전기장에서 전자가 획득 한 에너지에 해당합니다. 대부분의 방사성 핵의 붕괴에서 방출되는 에너지는 수 keV에서 수 MeV에 이릅니다.
자연에서 발생하는 방사성 현상을 자연 방사능이라고합니다. 인공적으로 얻은 물질에서 발생하는 유사한 과정 (해당 핵 반응을 통해)-인공 방사능. 그러나 두 유형의 방사능 모두 동일한 법칙을 따릅니다.
방사능 붕괴의 유형
원자핵은 안정적이지만 양성자와 중성자의 특정 비율을 위반하면 상태가 바뀝니다. 가벼운 핵은 거의 같은 비율의 양성자와 중성자를 포함해야합니다. 핵에 양성자 또는 중성자가 너무 많으면 이러한 핵은 불안정하고 자발적인 방사성 변형을 겪으며 그 결과 핵의 구성이 변하고 결과적으로 한 원소의 원자핵이 다른 원소의 원자핵으로 바뀝니다. 이 과정은 핵 방사선을 방출합니다.
다음과 같은 주요 유형의 핵 변환 또는 방사성 붕괴 유형이 있습니다 : 알파 붕괴 및 베타 붕괴 (전자, 양전자 및 K- 포획), 내부 전환.
알파 붕괴-방사성 동위 원소의 핵에 의한 알파 입자의 방출입니다. 알파 입자가있는 두 개의 양성자와 두 개의 중성자의 손실로 인해 붕괴하는 핵은 양성자 (핵 전하)의 수가 2 개 감소하고 입자의 수 \u200b\u200b(질량 수)가 4 개 감소하는 또 다른 핵으로 변합니다. 따라서 규칙에 따라 주어진 방사성 붕괴에 대해 Faience와 Soddy (1913)가 공식화 한 변위 (이동), 결과 (딸) 요소는 D.I. Mendeleleev의 주기율표에서 왼쪽에있는 두 개의 셀에 의해 원래 (부모)에 비해 왼쪽으로 변위됩니다. 알파 붕괴 과정은 일반적으로 다음과 같이 작성됩니다.
,
여기서 X는 원래 커널의 기호입니다. Y는 붕괴 생성물의 핵의 상징입니다. 4 2 He-알파 입자, Q-과도한 에너지를 방출했습니다.
예를 들어, 라듐 -226 핵의 붕괴는 알파 입자의 방출을 수반하는 반면 라듐 -226 핵은 라돈 -222 핵으로 변환됩니다.
알파 붕괴 동안 방출되는 에너지는 질량에 반비례하여 알파 입자와 핵 사이에서 나뉩니다. 알파 입자의 에너지는 주어진 방사성 핵종의 반감기와 엄격하게 관련됩니다 (Geiger-Nettol 법칙) . 이것은 알파 입자의 에너지를 알면 반감기를 설정하고 반감기로 방사성 핵종을 식별 할 수 있음을 시사합니다. 예를 들어, 폴로늄 -214의 핵은 알파 입자 E \u003d 7.687 MeV 및 T 1/2 \u003d 4.5 × 10 -4 s의 에너지 값을 특징으로하는 반면, 우라늄 -238 핵의 경우 E \u003d 4.196 MeV 및 T 1/2 \u003d 4, 5 × 10 9 년. 또한 알파 붕괴 에너지가 클수록 진행 속도가 빨라지는 것으로 나타났습니다.
알파 붕괴는 중핵 (우라늄, 토륨, 폴로늄, 플루토늄 등 Z\u003e 82)의 상당히 널리 퍼진 핵 변형입니다. 현재 160 개 이상의 알파 방출 핵이 알려져 있습니다.
베타 붕괴-전자 또는 양전자 및 반 중성미자 또는 중성미자 방출과 함께 중성자가 양성자로 또는 양성자가 핵 내부의 중성자로 자발적으로 변환됩니다.
핵에 중성자가 과잉 인 경우 (핵의 "중성자 과부하") 전자 베타 붕괴가 발생합니다.이 경우 중성자 중 하나가 양성자로 바뀌면서 전자와 항 중성미자를 방출합니다.
이 붕괴로 인해 핵의 전하와 그에 따라 딸 핵의 원자 번호가 1만큼 증가하고 질량 수는 변하지 않습니다. 즉, 딸 요소가 D.I. Mendeleleev의 주기적 시스템에서 원래 세포의 오른쪽으로 이동합니다. 베타 붕괴 프로세스는 일반적으로 다음과 같이 작성됩니다.
.
이런 식으로 과도한 중성자를 가진 핵은 붕괴됩니다. 예를 들어, 스트론튬 -90 핵의 붕괴는 전자 방출과 이트륨 -90으로의 변환을 동반합니다.
종종 베타 붕괴에 의해 생성 된 원소의 핵은 하나 이상의 감마 양자의 방출에 의해 방출되는 과잉 에너지를 가지고 있습니다. 예를 들면 :
전자 베타 붕괴는 자연적으로 발생하고 인공적으로 얻은 많은 방사성 원소의 특징입니다.
핵에서 중성자와 양성자의 바람직하지 않은 비율이 양성자의 과잉으로 인한 것이라면 양성자가 핵 내부의 중성자로 변환되어 핵이 양전자와 중성미자를 방출하는 양전자 베타 붕괴가 발생합니다.
핵의 전하와 그에 따라 자식 원소의 원자 번호가 1만큼 감소하고 질량 수는 변하지 않습니다. 자식 요소는 D.I. Mendeleev의 주기적 시스템에서 부모의 왼쪽에있는 한 셀에서 발생합니다.
양전자 붕괴는 인공적으로 얻은 일부 동위 원소에서 관찰됩니다. 예를 들어, 실리콘 -30의 형성에 따른 동위 원소 인 -30의 붕괴 :
핵에서 탈출 한 양전자는 원자의 껍질에서 "추가"전자 (핵에 약하게 결합 된)를 제거하거나 자유 전자와 상호 작용하여 "양전자-전자"쌍을 형성합니다. 입자와 반입자가 에너지 방출과 함께 즉시 소멸된다는 사실로 인해 형성된 쌍은 입자의 질량 (e + 및 e-)과 동일한 에너지를 가진 두 개의 감마 양자로 변합니다. 한 쌍의 "양전자-전자"가 두 개의 감마 양자로 변환되는 과정을 소멸 (파괴)이라고하며 그 결과 전자기 방사선 소멸이라고합니다. 이 경우 한 형태의 물질 (물질 입자)이 다른 형태 (방사선)로 변형됩니다. 이것은 원자의 강한 전기장의 작용으로 핵 근처를 지나가는 충분히 높은 에너지의 전자기 복사가 한 쌍의 "전자-양전자"로 변하는 역반응의 존재에 의해 확인됩니다.
따라서 양전자 베타 붕괴 동안 최종 결과에서 입자가 모핵 밖으로 날아가는 것이 아니라 각각 0.511 MeV의 에너지를 갖는 두 개의 감마 양자 (양전자 및 전자) E \u003d 2m ec 2 \u003d 1.022 MeV ...
핵의 변환은 전자 포획에 의해 수행 될 수 있습니다. 핵의 양성자 중 하나가 원자의 내부 껍질 (K, L 등) 중 하나에서 자발적으로 전자를 포착하여 대부분 K 껍질에서 중성자로 변할 때 수행됩니다. 이 프로세스를 K- 캡처라고도합니다. 양성자는 다음 반응에 따라 중성자로 변합니다.
이 경우 핵 전하가 1만큼 감소하고 질량 수는 변경되지 않습니다.
예를 들어
이 경우 전자에 의해 비워진 장소는 원자의 외피에서 전자가 차지합니다. 전자 껍질의 재배 열의 결과로 X 선 양자가 방출됩니다. 전자 포획 동안 핵에있는 양성자의 수가 1만큼 감소하기 때문에 원자는 여전히 전기적 중립성을 유지합니다. 따라서 이러한 유형의 붕괴는 양전자 베타 붕괴와 동일한 결과를 초래합니다. 일반적으로 인공 방사성 핵종의 경우 일반적입니다.
특정 방사성 핵종의 베타 붕괴 동안 핵이 방출하는 에너지는 항상 일정하지만 이러한 유형의 붕괴는 반동 핵 (딸), 전자 (또는 양전자) 및 중성미자 등 두 개가 아닌 세 개의 입자를 생성하므로 에너지가 다릅니다. 각 붕괴 행위에서 딸핵은 항상 같은 부분의 에너지를 운반하기 때문에 전자 (양전자)와 중성미자 사이에 재분배됩니다. 팽창 각도에 따라 중성미자는 더 많거나 적은 에너지를 운반 할 수 있으며, 그 결과 전자는 0에서 특정 최대 값까지 모든 에너지를받을 수 있습니다. 따라서, 베타 붕괴 동안 같은 방사성 핵종의 베타 입자는 다른 에너지를 가지고 0에서 주어진 방사성 핵종의 붕괴에 전형적인 특정 최대 값까지. 베타 방사선의 에너지로는 방사성 핵종을 식별하는 것이 거의 불가능합니다.
일부 방사성 핵종은 두 가지 또는 세 가지 방식으로 동시에 붕괴 할 수 있습니다. 알파 및 베타 붕괴를 통해 그리고 세 가지 유형의 붕괴를 조합 한 K- 포획을 통해. 이 경우 변환은 엄격하게 정의 된 비율로 수행됩니다. 예를 들어 천연 칼륨 함량이 0.0119 % 인 천연 장수 방사성 동위 원소 칼륨 -40 (T 1/2 \u003d 1.49 × 10 9 년)은 전자 베타 붕괴 및 K- 포획을 겪습니다.
(88 %-전자 붕괴),
(12 %-K- 캡처).
위에서 설명한 붕괴 유형으로부터 감마 붕괴가 "순수한 형태"로 존재하지 않는다는 결론을 내릴 수 있습니다. 감마 방사선은 다양한 유형의 붕괴 만 동반 할 수 있습니다. 감마선이 핵에서 방출되면 질량수도 전하도 변하지 않습니다. 결과적으로 방사성 핵종의 특성은 변하지 않고 핵에 포함 된 에너지 만 변합니다. 감마선은 핵이 여기 된 수준에서 낮은 수준, 주요 항목을 포함합니다. 예를 들어, 세슘 -137이 붕괴되면 바륨 -137의 여기 핵이 형성됩니다. 여기에서 안정 상태로의 전환은 감마 양자의 방출을 동반합니다.
여기 상태에서 핵의 수명은 매우 짧기 때문에 (보통 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. 감마선의 에너지와 알파선의 에너지로 방사성 핵종을 식별 할 수 있습니다..
내부 전환.원자핵의 흥분 상태 (하나 또는 다른 핵 변환의 결과)는 그 안에 과도한 에너지가 있음을 나타냅니다. 여기 된 핵은 감마 양자를 방출하거나 입자를 방출함으로써 에너지가 낮은 상태 (정상 상태)로 갈 수있을뿐만 아니라 내부 변환 또는 전자-양전자 쌍의 형성으로 변환 될 수 있습니다.
내부 변환 현상은 핵이 여기 에너지를 내부 층 (K-, L- 또는 M- 층)의 전자 중 하나로 전달하여 결과적으로 원자에서 분리된다는 사실에 있습니다. 이러한 전자를 변환 전자라고합니다. 결과적으로, 변환 전자의 방출은 핵과 쉘 전자의 직접적인 전자기 상호 작용에 기인합니다. 변환 전자는 연속 스펙트럼을 제공하는 베타 붕괴 전자와 달리 선형 에너지 스펙트럼을 갖습니다.
여기 에너지가 1.022 MeV를 초과하면 핵의 정상 상태로의 전이는 후속 소멸과 함께 "전자-양전자"쌍의 방출을 동반 할 수 있습니다. 내부 변환이 일어난 후, 찢어진 변환 전자의 "빈"장소가 원자의 전자 껍질에 나타납니다. 더 먼 층 (더 높은 에너지 준위)에서 나온 전자 중 하나는 특징적인 X 선을 방출하여 "빈"장소로 양자 전이를 수행합니다.
핵 방사선의 특성
핵 (방사성) 방사선은 방사성 붕괴의 결과로 생성되는 방사선입니다. 모든 자연 및 인공 방사성 핵종의 방사선은 소체와 전자기의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 체내 방사선은 특정 질량, 전하 및 속도를 특징으로하는 입자 (체체)의 흐름입니다. 이들은 전자, 양전자, 헬륨 원자의 핵, 중수소 (중수소의 수소 동위 원소 핵), 중성자, 양성자 및 기타 입자입니다. 일반적으로 미립자 방사선은 매체를 직접 이온화합니다.
전자기 복사는 양자 또는 광자의 플럭스입니다. 이 방사선은 질량도 전하도 없으며 매체의 간접 이온화를 생성합니다.
공기 중에 1 쌍의 이온을 형성하려면 평균 34eV가 필요합니다. 따라서 전리 방사선에는 에너지가 100 eV 이상인 방사선이 포함됩니다 (가시 광선 및 UV 방사선 제외).
전리 방사선을 특성화하기 위해 마일리지 및 특정 이온화 개념이 사용됩니다. 범위-전리 방사선의 완전한 흡수에 필요한 흡수체 (일부 물질)의 최소 두께. 특정 이온화는 전리 방사선의 영향을받는 물질에서 단위 경로 길이 당 형성된 이온 쌍의 수입니다. 마일리지와 이동 거리의 개념은 동일한 개념이 아닙니다. 입자가 직선으로 이동하면 이러한 값이 일치하고 입자의 궤적이 끊어진 구불 구불 한 선이면 범위는 항상 이동 한 경로의 길이보다 작습니다.
알파 방사선 는 때때로 이중 이온화 된 헬륨 원자라고 불리는 헬륨 원자의 핵인 a- 입자의 흐름입니다. 알파 입자는 2 개의 양성자와 2 개의 중성자로 구성되며, 양전하를 띠며 2 개의 기본 양전하를 운반합니다. 입자 질량 m a \u003d 4.003 amu. 가장 큰 입자입니다. 이동 속도는 (14.1-24.9) × 10 6 m / s입니다. 물질에서 알파 입자는 직선으로 이동하며 이는 상대적으로 큰 질량과 상당한 에너지와 관련이 있습니다. 편향은 핵과의 정면 충돌에서만 발생합니다.
물질에서 알파 입자의 범위는 알파 입자의 에너지와 이동하는 물질의 특성에 따라 다릅니다. 평균적으로 공기 중 알파 입자의 범위는 2.5–9cm이고 최대는 11cm이며 생물학적 조직에서는 5–100 마이크론, 유리는 4입니다. 10 -3 cm. 알파 입자의 에너지는 4-9 MeV 범위입니다. 종이 한 장으로 알파 방사를 완전히 멈출 수 있습니다. 전체 경로에서 알파 입자는 116,000 ~ 254,000 개의 이온 쌍을 생성 할 수 있습니다.
특정 이온화는 공기 중 약 40,000 개 이온 쌍 / cm이며 신체의 동일한 특정 이온화는 1-2 미크론으로 진행됩니다.
에너지가 소모되면 알파 입자가 감속되고 이온화 과정이 중지됩니다. 원자 형성 과정을 지배하는 법칙이 발효됩니다. 헬륨 원자의 핵은 2 개의 전자를 부착하고 본격적인 헬륨 원자가 형성됩니다. 이것은 방사성 물질을 포함하는 암석에 헬륨이 의무적으로 존재한다는 사실을 설명합니다.
모든 유형의 방사능 방사선 중에서 알파 방사선은 가장 강한 형광 (광선)입니다.
베타 방사선 전자 또는 양전자 인 베타 입자의 흐름입니다. 하나의 기본 전하가 전달됩니다, m b \u003d 0.000548 amu. 그들은 빛의 속도에 가까운 속도로 움직입니다. (0.87-2.994) × 10 8 m / s.
a- 입자와 달리 동일한 방사성 원소의 b- 입자는 다른 에너지 보유량 (0에서 특정 최대 값까지)을 갖습니다. 이것은 각각의 베타 붕괴와 함께 두 개의 입자가 동시에 원자핵에서 날아 가기 때문입니다 : b- 입자와 중성미자 (n e). 각 붕괴 작용에서 방출되는 에너지는 b 입자와 중성미자 사이에 서로 다른 비율로 분배됩니다. 따라서 베타 입자의 에너지는 MeV (소프트 b- 방사선)의 10 분의 1/100에서 2-3 MeV (경질 방사능)까지의 범위입니다.
동일한 베타 방출기에 의해 방출되는 베타 입자가 에너지 보유량이 서로 다르기 때문에 (최소에서 최대까지) 경로 길이와 이온 쌍의 수가 주어진 방사성 핵종의 베타 입자에 대해 동일하지 않습니다. 일반적으로 공기의 범위는 생물학적 조직에서 수십 cm, 때로는 수 미터 (최대 34m)이며, 최대 1cm (베타 입자 에너지 8 MeV에서 최대 4cm)입니다.
베타 방사선은 알파 방사선보다 이온화 효과가 훨씬 적습니다. 따라서 공기 중에서 베타 입자는 전체 경로를 따라 1000 ~ 25500 개의 이온 쌍을 형성합니다. 평균적으로 공기의 전체 경로 또는 경로 1cm 당 이온 50-100 쌍. 이온화 정도는 입자의 속도에 따라 달라지며 속도가 낮을수록 이온화가 많아집니다. 그 이유는 고 에너지 베타 입자가 원자를 너무 빨리 지나가고 느린 베타 입자와 동일한 강력한 효과를 일으킬 시간이 없기 때문입니다.
베타 입자는 질량이 매우 낮기 때문에 원자 및 분자와 충돌 할 때 원래 방향에서 쉽게 벗어날 수 있습니다. 이러한 편향 현상을 산란이라고합니다. 따라서 베타 입자의 경로 길이가 너무 구불 구불하기 때문에 범위가 아닌 정확한 경로 길이를 결정하기가 매우 어렵습니다.
에너지가 손실되면 전자는 양이온에 의해 포획되어 중성 원자를 형성하거나 원자에 의해 음이온이 형성됩니다.
감마 방사선 전자기 복사의 광자 (양자)의 플럭스입니다. 진공에서의 전파 속도는 빛의 속도-3 × 10 8 m / s와 같습니다. 감마선은 파장이기 때문에 파장, 진동 주파수 및 에너지가 특징입니다. g- 양자의 에너지는 진동 주파수에 비례하며 진동 주파수는 파장과 관련이 있습니다. 파장이 길수록 진동 주파수는 낮아지고 그 반대도 마찬가지입니다. 즉, 진동 주파수는 파장에 반비례합니다. 파장이 짧고 방사선의 진동 주파수가 높을수록 에너지가 커지고 결과적으로 투과 능력이 커집니다. 자연 방사성 원소의 감마 방사선 에너지는 수 keV에서 2-3 MeV까지 다양하며 거의 5-6 MeV에 도달하지 않습니다.
전하와 휴지 질량이없는 감마 양자는 이온화 효과가 약하지만 침투 능력이 뛰어납니다. 공중에서는 100 ~ 150m까지 이동할 수 있으며,이 방사선은 감쇠없이 인체를 통과합니다.
측정
용량 개념
조사 된 물체에 대한 전리 방사선 노출의 결과는 이러한 물체의 물리 화학적 또는 생물학적 변화입니다. 이러한 변화의 예로는 체온, X- 선 필름의 광화학 반응, 생물체의 생물학적 매개 변수 변화 등이 있습니다. 방사선 효과는 물리량에 따라 달라집니다 X 나는방사선 장 또는 방사선과 물질의 상호 작용 특성화 :
수량 X 나는방사선 효과와 기능적으로 관련 η , 선량 계측이라고합니다. 선량 계측의 목적은 방사선 영향, 특히 방사선 생물학적 영향을 예측하거나 평가하기위한 선량계 측량을 측정, 연구 및 이론적으로 계산하는 것입니다.
선량계 측량 체계는 방사선 생물학, 선량 계측 및 방사선 안전의 발전의 결과로 형성되고 있습니다. 안전 기준은 주로 사회에 의해 결정되므로 국가마다 다른 선량 측정 시스템이 형성되었습니다. 이러한 시스템의 통합에서 중요한 역할은 방사선, 선량 측정 및 방사선의 생물학적 영향 분야의 전문가를 통합하는 독립적 인 조직인 ICRP (International Commission on Radiological Protection)에 의해 수행됩니다.
