title-icon
Яндекс.Метрика
» » Радиоактивность. Радиоактивный распад. Характеристики радиоактивных излучений и потоков частиц

Радиоактивность. Радиоактивный распад. Характеристики радиоактивных излучений и потоков частиц

Единственным реально используемым в информационных методах свойством, проявляющимся без какого-либо воздействия извне, является радиоактивность.
Естественная радиоактивность - самопроизвольный распад ядер атомов, протекающий с определённой вероятностью, характерной для данного радионуклида.
Ядро становится неустойчивым и самопроизвольно распадается при отклонении от соотношения, связывающего атомный номер элемента Z с его массовым числом A:Z=А/(1,98+0,015А2/3), что, как правило, характерно для тяжёлых элементов. Этот процесс называется радиоактивным распадом, а элементы с неустойчивыми ядрами - радиоактивными. Различают естественные, встречающиеся в природе, и искусственные (продукты ядерных реакций) радиоактивные элементы.
Известны следующие основные типы радиоактивных превращений: альфа-распад, бета-распад (электронный и позитронный распады, электронный захват), спонтанное деление ядер (имеет подчинённое значение и возможно лишь у тяжёлых ядер). Для естественных радиоактивных элементов в равной мере характерен ?-распад и электронный ?-распад, для искусственных характерны ?-превращения, включая и электронный захват.
И альфа- и бета-распады сопровождаются гамма-излучением.
В табл. 6.1 приведена характеристика различных радиоактивных превращений. Радиоактивный распад протекает с изменением состава и энергетического состояния ядра.

Альфа-распад - это вылет ?-частицы (4He), сопровождающийся уменьшением заряда ядра Z на две единицы по сравнению с материнским нуклидом. При таком распаде ядра испускают коротковолновое (от десятков до первых сотен кэВ) электромагнитное ?-излучение сравнительно небольшой интенсивности. Начальная кинетическая энергия ?-частицы, образовавшейся при распаде ядра при движении её в веществе, вызывает сильную ионизацию атома. Поэтому её проникающая способность весьма низка (десятки микрон).
Электронный бета-распад возникает в результате внутриядерного превращения нейтрона в протон, при этом испускается быстрый электрон и антинейтрино.
Если распад позитронный, протон превращается в нейтрон с испусканием положительно заряженного позитрона и нейтрино, порядковый номер элемента уменьшается на единицу.
Энергетический спектр ?-частиц непрерывный, максимум кривой распределения энергий ?-частиц приходится в среднем на энергию, равную 28 % от максимального уровня энергии ?-частиц. При переходе дочерних ядер бета-распада с промежуточных энергетических уровней на основной испускаются ?-кванты с энергией от десятков до тысяч кэВ. Среди естественных радионуклидов основными излучателями ?-квантов являются именно ?-излучатели.
При недостатке нейтронов в ядре протон может превратиться в нейтрон с испусканием нейтрино в результате захвата электрона. Этот тип распада называют Е-захватом. Чаще захватывается электрон с ближайшего к ядру К-уровня, тогда процесс называют К-захватом. При восполнении образовавшейся вакансии на К-уровень переходит электрон с более высокого уровня, что сопровождается испусканием ?-кванта. Поскольку захват орбитального электрона происходит раньше, чем заполнение образовавшейся вакансии, то испускание ?-кванта относят к конечному ядру.
Длины волн ?-излучения естественных радионуклидов находятся в диапазоне 3,1*10в-11 - 4,7*10в-13 м, энергия квантов меняется в пределах 0,04-2,6 МэВ (1 МэВ=1,6*10в-13 Дж).
Спонтанное деление ядер возможно у естественно неустойчивых ядер, если [Z2/A)=50. При этом ядро самопроизвольно раскалывается на два разлетающихся осколка.
Продукты распада радиоактивных элементов также могут распадаться, образуя цепочки радиоактивных элементов, называемых семействами или рядами (урановый, ториевый, актиноурановый ряды).
Излучения и потоки элементарных частиц, испускаемые при самопроизвольном распаде ядер радиоактивных элементов и продуктов их распада, отличаются энергетическими спектрами и интенсивностью.
Естественной радиоактивностью обладают урановые, ториевые руды, а также руды, содержащие природные радиоактивные элементы, такие как 19К, 37Rb, 62Sm и др.
В табл. 6.2 приведены характеристики радиоактивных элементов земной коры.
Наибольший интерес для радиометрического обогащения представляют урановые и ториевые руды.
На рис. 6.6 и 6.7 приведены радионуклиды и спектры их излучения для уранового и ториевого рядов.



Уран, торий и их дочерние радиоактивные элементы являются источниками различных видов излучения и потоков частиц. Собственно уран и торий испускают a-излучение и низкоинтенсивное ?-излучение, следующие дочерние элементы при распаде испускают ?-излучение и слабое ?-излучение. Наиболее интенсивными излучателями семейств урана и тория являются элементы дочерних рядов радия и радиотория, имеющие малую продолжительность жизни.
Все естественные и дочерние радиоактивные элементы имеют различные времена жизни, оцениваемые периодом полураспада, и, следовательно, разные скорости распада.
Задача определения содержаний радиоактивных элементов с использованием радиоактивных излучений весьма сложна, поскольку в руде могут одновременно содержаться в меняющихся соотношениях как родоначальники радиоактивных рядов, так и их дочерние элементы. Каждый из них испускает различные (?-, ?-, ?-) виды излучений, отличающиеся интенсивностями испускания и энергетическими спектрами. Поэтому для обеспечения благоприятных условий определения концентраций требуется их радиоактивное равновесие с наиболее интенсивными излучателями соответствующего ряда. Нарушение равновесия снижает эффективность определения содержаний и разделения.
В естественных условиях все радиоактивные элементы приходят в состояние радиоактивного равновесия с продуктами своего распада.
Нарушение радиоактивного равновесия в рядах вызывается растворением и выщелачиванием отдельных элементов, а также частичным удалением газообразных изотопов, таких как 222Rn, Tn (222Rn), An(219Rn). Наиболее часто отмечается нарушение равновесия в урановом ряду, особенно между U, Io(230Th), изотопами тория, радия. Радиоактивные элементы ряда тория дают труднорастворимые химические соединения, у них также малый срок существования и потому нет условий для избыточного накопления дочерних элементов. Благодаря этому руды тория всегда находятся в состоянии радиоактивного равновесия.
Состояние радиоактивного равновесия между ураном и радием, например, характеризуется коэффициентом равновесия с из выражения

где ?Ra, ?U - содержание радия и урана в руде, %.
При с=1 урановая руда равновесная, при с?1 равновесие смещено в сторону урана, при с?1 равновесие смещено в сторону радия.

title-icon Подобные новости