Тези .Ядерна фізика та атомна фізика"Методика викладання ядерної фізики в вищих навчальних закладах".

УДК

ВІДОМОСТІ З ЯДЕРНОЇ ФІЗИКИ ТА ЗАКОНИ РАДІОАКТИВНОГО РОЗПАДУ

Національний педагогічний університет

Драгоманова МП

Кафедра  методики фізики

Доктор філософії, доцент Данилова Інеса

Україна,Київ.

telt4221@gmail.com.
Анотація:Основні теоретичні відомості про ядерну фізику,загальні питання та закони радіоактивного розпаду Визначення  теорії радіоактивного розпаду.

Abstract: Basic theoretical information about nuclear physics, general questions and laws of radioactive decay Definition of the theory of radioactive decay.

Ядерна фізика вивчає властивості і структуру атомних ядер.Основне її завдання з’ясувати природу ядерних сил, що діють між нуклонами – складовими частинками ядер, і особливості руху нуклонів у ядрі. Теоретичною основою ядерної фізики є квантова теорія, а в основі експериментальної бази лежать сучасні методи досліджень, які ґрунтуються на застосуванні різноманітних реєструючих пристроїв, у тому числі газорозрядних лічильників, камери Вільсона, іонізаційної і дифузійної камер.Згідно з уявленнями нейтронно-протонної моделі (В.Гейзенберг, Д.Д.Іваненко, 1932 ), ядра всіх атомів хімічних елементів складаються з протонів і нейтронів. Протон (р) – це ядро атома водню з зарядом Qp=+e=1,602189210-19 Kл і масою mp=1836,15152 me, де me=9,108510-31 кг –маса електрона. Заряд нейтрона Qn=0, а маса mn = 1838,6562 me. Кількість нуклонів в ядрі A називається масовим числом ядра:A = Z + N , (1)де Z – кількість протонів, N – кількість нейтронів у ядрі. Число Z визначає загальний заряд ядра, що дорівнює Zе, і порядковий номер хімічного елемента, і називається атомним номером ядра.
Для позначення ядер прийнята символіка XA Z , де X – символ хімічного елемента. Ядра з однаковим Z, але різними A, називаються ізотопами. Ядра, у яких Z і A однакові, але різні періоди піврозпаду, називаються ядерними ізомерами.
Маса ядра завжди дещо менша від сумарної маси нуклонів, з яких воно складається:M = Zmp+(A–Z)mn–M. (2)
Зменшення маси ядра на величину M – дефект мас – пояснюється виділенням енергії при об’єднанні нуклонів в ядро. Величина енергії, якій відповідає ця зміна маси, дорівнюєE = Mc2 (3)і називається енергією зв’язку ядра. Вона дорівнює тій енергії, яку необхідно затратити для розщеплення ядра атома на складові нейтрони і протони.

Таким чином,радіоактивність – явище самовільного перетворення атомних ядер в ядра інших хімічних елементів шляхом їхнього розпаду з випусканням однієї або кількох частинок. Ядра, які зазнають такого розпаду, називаються радіоактивними, а решта ядер – стабільними. Сьогодні з 1300 різновидів відомих ядер понад 1000 є радіоактивними.
При радіоактивному розпаді ядер змінюються:
1) кількість нуклонів, або масове число A;
2) протонно-нейтронний склад при сталому A;
3) внутрішня енергія і спін ядра.
Необхідною умовою самовільного розпаду є енергетична вигідність
процесу, тобто маса радіоактивного ядра має бути більшою від суми мас продуктів розпаду. Характеристиками радіоактивного розпаду є:
1) час протікання процесу (період піврозпаду);
2) сорт частинок – продуктів розпаду;
3) енергії частинок, що випромінюються;
4) кути розлітання продуктів розпаду.
Процес радіоактивного розпаду є екзотермічним, тобто енергія, яка
виділяється при розпаді у формі кінетичної енергії продуктів розпаду, більша від нуля.
Теорія радіоактивного розпаду ґрунтується на тому, що радіоактивність є
статистичним процесом. Однакові ядра розпадаються за різний час, однак
середній час життя ядра певного сорту не залежить від зовнішніх умов, а також методу його отримання. Зважаючи на те, що окремі ядра підлягають перетворенням незалежно один від одного, для кількості ядер dN, які розпадаються за час dt, можна записати:dN = -Ndt,(4)де N – кількість радіоактивних ядер у момент часу t,  – стала розпаду –характерна для конкретного радіоактивного ізотопу величина, яка характеризує ймовірність розпаду ядра за одиницю часу. За одиницю часу з кількості N однакових нестабільних ядер у середньому буде розпадатися N ядер.
Величина N, що характеризує швидкість розпаду ядер радіоактивної речовини, називається активністю. Одиниця активності в системі СІ – беккерель: 1 Бк –1 розпад за секунду. Часом активність виражають в позасистемній одиниці кюрі(Kі): 1 Kі = 3,71010 Бк. За 1 Kі прийнята активність приблизно 1 г 226Ra.Після інтегрування співвідношення (4) отримаємо основний закон радіоактивного розпаду:N  N0et,де N – кількість ядер, що не розпалися на час t. Згідно з (5) кількість ядер радіоактивного елемента, що не розпалися, з часом зменшується за експоненціальним законом.
Періодом піврозпаду t1/2 називається час, протягом якого розпадається половина початкової кількості ядер:0 0 1/ 2,2N 1N e01t; t1/2 ln2 0,693
Періоди піврозпаду відомих ядер знаходяться в широкому інтервалі часу від 310-7с до 1,41017 років.
Середній час життя ядра n – величина, що є обернено пропорційною до сталої розпаду :-1,і дорівнює проміжкові часу, за який початкова кількість ядер зменшиться в e разів.
Якщо радіоактивний препарат складається з ядер одного типу, то логарифм активності лінійно залежить від часу:N t t N inln( ddo . Тангенс кута нахилу графіка цієї залежності дорівнює сталій розпаду .
Якщо ж препарат складається з ядер із різними сталими розпаду, то залежність логарифма активності від часу є нелінійною.
Література

1.  Райский С.М., Смирнов В.Ф. Физические основы метода радиоактивных препаратов. – М.: Атомиздат, 1956. 335 c.
   2. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. – М.: Наука, 1972. 465с.
   3. Специальный практикум по современным методам физических исследований. Часть 1 / Под ред. Б.И. Горячева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987.
2.