원자핵의 방사성 변형, 원자핵의 구성. MK. 방사성 변환. 방사능의 기본법칙

방사능은 원자핵이 다양한 입자의 방출을 통해 다른 핵으로 변형되는 능력입니다. 핵의 변형이 자발적으로 (자발적으로) 발생하면 방사능을 자연이라고합니다.

붕괴가 인위적으로 수행되면 방사능도 인공적인 것입니다.

방사능은 1896년 프랑스 물리학자 베크렐에 의해 발견되었는데, 그는 우라늄에서 침투하는 방사선의 방출을 처음으로 관찰했습니다.

1890년 러더퍼드(Rutherford)와 소디(Soddy)는 천연 방사능을 사용했습니다.
(토륨)과 가벼운 원소의 방사능은 다양한 패턴을 만들어 냈습니다.

I. 자연방사능에는 세 가지 유형의 방사선이 동반됩니다.

1.  - 방사선은 양으로 하전된  입자의 흐름을 나타냅니다. 코어 스트림
.

3. -방사선 – 짧은 파장의 전자기 방사선 ~ 임대료. 광선
Å.

II. 방사능은 핵의 내부 구조에 기인하며 외부 조건에 의존하지 않습니다

더욱이, 각 핵의 붕괴는 다른 핵의 붕괴에 영향을 미치지 않습니다.

III. 다양한 방사성 물질은 사용되는 방사성 방사선의 양에 따라 크게 다릅니다.

방사성 물질은 일반적으로 단위 시간당 붕괴 횟수를 특징으로 합니다.

방사성 물질의 활동

초당 붕괴 횟수는 ~ 방사성 물질의 총 원자 수, 즉

- rad.at의 수를 표시합니다. 감소하다

- 방사능 상수이며 원소의 붕괴 활동을 특성화합니다.

통합 후

- 방사성 붕괴의 법칙 (러더퍼드)

- 방사성 핵의 초기 수

- m.v당 부패되지 않은 핵의 수 티

방사성 핵의 수명은 일반적으로 반감기, 즉 방사성 핵 수가 절반으로 감소하는 기간을 특징으로 합니다.

이 정의를 바탕으로 반감기와 붕괴 상수 사이의 관계를 찾는 것은 쉽습니다.

방사성 핵의 평균 수명은 다음 식으로 결정됩니다.

통합 후에는 쉽게 얻을 수 있습니다.

즉, 핵의 반감기

실험에서는 일반적으로 물질의 활성, 즉 1초 동안의 핵 붕괴 횟수를 측정합니다.

그러나 비체계적 단위가 가장 자주 사용됩니다.

반감기가 매우 긴 핵(우라늄 9500년)이 있고, 반감기가 몇 초 정도인 핵도 있습니다(
- 5730년)

- 붕괴 – 방출에 의한 원자핵의 붕괴  - 입자. 이러한 유형의 방사능은 주기율표 끝에 위치한 원소의 특징입니다. 현재 자연적으로 발생한 것은 40여종, 인공적으로 발생한 것은 100여종에 이른다.  - 이미 터. 그러나 모든 요소는  -Pv에 대한 부패

즉, 결과적으로  -붕괴, 핵의 전하는 2 단위로 감소하고 A - 4로 감소합니다.

우리는 얻는다

- 붕괴에는 2가지 기능이 있습니다.

1. 붕괴 상수 및 방출 에너지  -입자들은 서로 연결되어 있으며 Nettol의 가이거 법칙을 따르는 것으로 밝혀졌습니다.

안에 1 그리고 안에 2 – 경험적 상수

이 법칙은 기대 수명이 짧을수록 방출되는 α 입자의 에너지가 더 크다는 것을 보여줍니다.

2. 에너지  - 붕괴하는 동안 입자는 다음과 같은 좁은 범위 내에 갇혀 있습니다.
, 이는 에너지보다 훨씬 적습니다.  -입자는 이후에 수신되어야 합니다  -핵의 전기장에서 가속되는 동안 붕괴됩니다.

에너지  -핵의 잠재적 장벽에 비해 입자가 작은 것으로 밝혀졌습니다.

3. 방출된 미세 구조  -입자, 즉 일부 분포가 관찰됩니다.  에너지는 평균값에 가깝습니다. 게다가 이 분포는 이산적이다.

전자 캡처

다른 핵자로부터 에너지를 빌립니다.

-붕괴는 양자역학의 구축이 완료된 후에야 설명되며, 그 입장에서 설명된다. 고전적인 해석에는 적합하지 않습니다.

- 전위 우물 깊이, 전위 장벽 높이 30 M eV

고전 역학에 따르면
-입자( 이자형  )은 잠재적인 장벽을 극복할 수 없습니다.

커널에 이미 하나가 있습니다
- 에너지를 가지고 핵 내부를 움직이는 입자
.

잠재적 장벽이 없다면,
-입자는 에너지를 가지고 핵을 떠날 것입니다

- 코어의 중력을 극복하기 위해 소비하는 에너지.

그러나 코어에 쉘이 있어 전위 장벽이 약 30M eV만큼 증가하므로(다이어그램 참조)
-입자가 핵을 떠날 수 있습니다. 잠재적인 물체를 통해 누출되는 경우에만 가능합니다. 양자역학에 따르면 파동 특성을 지닌 입자는 에너지를 소비하지 않고도 전위 장벽을 통해 누출될 수 있습니다. 현상이라고 합니다 터널 효과 .

애플리케이션
- 부패는 누출 가능성이 있다는 사실에 기인합니다.
- 장벽을 통과하는 입자는 핵의 크기에 따라 달라집니다. 에너지를 알면 핵의 크기를 추정할 수 있다
-입자 이자형  .

핵의 방사성 변형

물질의 구조

자연의 모든 것은 단순한 물질과 복잡한 물질로 구성되어 있습니다. 단순 물질에는 화학 원소가 포함되고, 복합 물질에는 화합물이 포함됩니다. 우리 주변의 물질은 화학 원소의 가장 작은 부분인 원자로 구성되어 있는 것으로 알려져 있습니다. 원자는 화학적 특성을 결정하는 물질의 가장 작은 입자이며 복잡한 내부 구조를 가지고 있습니다. 자연에서는 외부 껍질이 닫혀 있기 때문에 불활성 가스만 원자 형태로 발견됩니다. 다른 모든 물질은 분자 형태로 존재합니다.

1911년에 E. Rutherford는 N. Bohr(1913)가 개발한 원자의 행성 모델을 제안했습니다. 일반적으로 받아 들여지는 원자 구조 모델에 따르면, 원자의 거의 전체 질량이 집중되어있는 중앙에 위치한 무겁고 양전하를 띤 핵과 가벼운 전자 껍질, 두 영역이 구별됩니다. 음전하를 띤 입자(전자)로 구성되어 엄청난 속도로 핵 주위를 회전합니다.

전자 (e –)– 정지 질량이 9.1·10 -31 kg 또는 0.000548 amu인 안정적인 기본 입자입니다. (원자 질량 단위는 주어진 원소 또는 입자의 원자가 탄소-12 동위원소 원자의 1/12보다 몇 배 더 무거운지를 나타내는 원자 질량의 무차원 값입니다. 1 amu의 에너지 등가물은 931 MeV입니다. ). 전자는 하나의 기본 음전하(q=1.6·10 -19 C), 즉 자연에서 발견되는 가장 작은 양의 전기를 운반합니다. 이를 바탕으로 전자의 전하는 전하의 기본 단위로 간주됩니다.

핵 주위를 회전하면서 전자를 보유하고 있는 에너지에 따라 전자는 서로 다른 궤도(레벨 또는 층)로 그룹화됩니다. 서로 다른 원자의 층 수는 동일하지 않습니다. 질량이 큰 원자에서는 궤도 수가 7에 이릅니다. 핵부터 시작하여 K, L, M, N, O, P, Q 등 라틴 알파벳의 숫자 또는 문자로 지정됩니다. 각 층의 전자 수는 엄격하게 정의됩니다. 따라서 K층에는 전자 2개 이하, L층에는 최대 8개, M층에는 최대 18개, N층에는 전자 32개 등이 있습니다.

원자의 크기는 경계가 엄격하게 정의되지 않은 전자 껍질의 크기에 따라 결정됩니다. 원자의 대략적인 선형 크기는 10-10m입니다.

핵심– 양성자와 중성자로 구성된 원자의 중심 부분으로 양전하를 띠고 있습니다. 원자의 거의 전체 질량은 핵에 집중되어 있습니다(99.95% 이상). 궤도에 있는 전자의 총 수는 항상 핵에 있는 양성자의 합과 같습니다. 예를 들어, 산소 원자는 핵에 8개의 양성자를 포함하고 궤도에 8개의 전자를 가지고 있으며, 납 원자는 핵에 82개의 양성자와 궤도에 82개의 전자를 가지고 있습니다. 양전하와 음전하의 합이 동일하기 때문에 원자는 전기적으로 중성 시스템입니다. 핵 주위를 움직이는 각 전자는 두 개의 동일하고 반대 방향의 힘에 의해 작용합니다. 쿨롱 힘은 전자를 핵으로 끌어당기고, 동일한 원심력 관성은 원자에서 전자를 "찢어내는" 경향이 있습니다. 또한, 궤도에서 핵 주위를 이동(회전)하는 전자는 동시에 스핀이라고 하는 자체 운동 순간을 가지며, 축을 중심으로 하는 상단과 유사한 회전으로 단순화하여 표시됩니다. 개별 전자의 스핀은 평행(같은 방향으로 회전) 또는 역평행(다른 방향으로 회전) 방향을 가질 수 있습니다. 단순화된 형태로 이 모든 것이 원자 내 전자의 안정적인 이동을 보장합니다.

전자와 핵 사이의 연결은 쿨롱 인력과 원심력 관성력뿐만 아니라 다른 전자의 반발력에도 영향을 받는 것으로 알려져 있습니다. 이 효과를 스크리닝이라고 합니다. 전자 궤도가 핵에서 멀어질수록 그 위에 위치한 전자의 스크리닝이 강해지고 핵과 전자 사이의 에너지 연결이 약해집니다. 외부 궤도에서 전자의 결합 에너지는 1-2eV를 초과하지 않는 반면, K 층 전자의 경우 요소의 원자 번호가 증가함에 따라 몇 배 더 높고 증가합니다. 예를 들어 탄소의 경우 K층 전자의 결합 에너지는 0.28keV, 스트론튬의 경우 16keV, 세슘의 경우 36keV, 우라늄의 경우 280keV입니다. 따라서 외부 궤도의 전자는 외부 요인, 특히 저에너지 방사선에 더 취약합니다. 외부에서 전자에 추가 에너지가 전달되면 전자는 한 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 이동하거나 특정 원자의 경계를 떠날 수도 있습니다. 외부 영향의 에너지가 전자와 핵의 결합 에너지보다 약하면 전자는 한 에너지 수준에서 다른 에너지 수준으로만 이동할 수 있습니다. 이러한 원자는 중성을 유지하지만 과도한 에너지 측면에서 이 화학 원소의 다른 원자와 다릅니다. 과도한 에너지를 가진 원자를 여기라고 하며, 전자가 한 에너지 수준에서 핵에서 더 멀리 떨어진 다른 에너지 수준으로 전이하는 것을 여기 과정이라고 합니다. 본질적으로 모든 시스템은 에너지가 가장 적은 안정 상태로 전환되는 경향이 있으므로 원자는 일정 시간이 지나면 들뜬 상태에서 바닥(초기) 상태로 이동합니다. 원자가 바닥 상태로 돌아가는 것은 과도한 에너지의 방출을 동반합니다. 외부 궤도에서 내부 궤도로의 전자 전이에는 한 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로의 전이에만 해당하는 파장 특성을 갖는 방사선이 동반됩니다. 핵에서 가장 먼 궤도 내에서 전자 전이는 자외선, 빛 및 적외선으로 구성된 방사선을 생성합니다. 강한 외부 영향 하에서 에너지가 핵과 전자의 결합 에너지를 초과하면 전자가 원자에서 찢어져 경계 너머로 제거됩니다. 하나 이상의 전자를 잃은 원자는 양이온으로 변하고, 하나 이상의 전자를 자신에게 "부착"한 원자는 음이온으로 변합니다. 결과적으로, 모든 양이온에 대해 하나의 음이온이 형성됩니다. 즉, 한 쌍의 이온이 나타납니다. 중성 원자로부터 이온이 형성되는 과정을 이온화. 이온 상태의 원자는 극히 짧은 시간 동안 일반적인 조건에서 존재합니다. 양이온 궤도의 자유 공간은 자유 전자(원자와 결합되지 않은 전자)로 채워지고 원자는 다시 중성계가 됩니다. 이 과정을 이온 재결합(탈이온화)이라고 하며 방사선의 형태로 과도한 에너지가 방출됩니다. 이온 재결합 중에 방출되는 에너지는 이온화에 소비되는 에너지와 수치적으로 거의 동일합니다.

양성자(아르 자형)는 질량이 1.6725·10 -27 kg 또는 1.00758 amu인 안정한 기본 입자로 전자 질량의 약 1840배입니다. 양성자의 전하는 양수이고 전자의 전하와 크기가 같습니다. 수소 원자는 하나의 양성자를 포함하는 핵을 가지고 있으며, 그 주위로 하나의 전자가 회전합니다. 이 전자가 "찢어지면" 원자의 나머지 부분은 양성자가 됩니다. 이것이 바로 양성자를 종종 수소 핵으로 정의하는 이유입니다.

모든 원소의 각 원자는 핵에 일정한 수의 양성자를 포함하고 있으며 이는 일정하며 원소의 물리적, 화학적 특성을 결정합니다. 예를 들어, 은 원자의 핵에는 47개가 있고, 우라늄 핵에는 92개가 있습니다. 핵의 양성자 수(Z)를 원자 번호 또는 전하 수라고 합니다. D. I. Mendeleev의 주기율표 요소.

중성자(N) – 양성자의 질량보다 약간 크고 1.6749 10 -27 kg 또는 1.00898 amu와 같은 질량을 갖는 전기적으로 중성인 기본 입자입니다. 중성자는 안정적인 원자핵에서만 안정적입니다. 자유 중성자는 양성자와 전자로 붕괴됩니다.

중성자는 전기적 중성으로 인해 자기장의 영향을 받아도 편향되지 않고, 원자핵에 의해 반발되지 않으므로 투과력이 커서 방사선의 생물학적 영향에 심각한 위험을 초래한다. . 핵의 중성자 수는 원소의 주요 물리적 특성만을 제공합니다. 동일한 화학 원소의 서로 다른 핵은 중성자 수(1에서 10까지)가 다를 수 있기 때문입니다. 광안정원소의 핵에서는 양성자의 수와 중성자의 수는 1:1로 관련되어 있습니다. 원소의 원자 번호가 증가하면(21번째 원소 - 스칸듐부터 시작) 원자의 중성자 수가 양성자 수를 초과합니다. 가장 무거운 핵에서는 중성자 수가 양성자 수보다 1.6배 더 많습니다.

양성자와 중성자는 핵의 구성성분이므로 편의상 핵자라고 부른다. 핵자(위도 핵-핵심) - 핵의 양성자와 중성자의 일반적인 이름입니다. 또한 특정 원자핵을 말할 때는 핵종이라는 용어가 사용됩니다. 핵종– 주어진 수의 양성자와 중성자를 가진 모든 원자핵.

핵종이나 원자를 표시할 때 핵이 속한 원소의 기호를 사용하고 상단에는 질량수 - A, 하단에는 원자(서수) 번호 - Z를 지수 형태로 표시합니다. 여기서 E 화학 원소의 상징이다. A는 원자의 핵을 구성하는 핵자의 수를 나타냅니다(A = Z + N). Z는 핵전하와 원자 번호뿐만 아니라 핵에 있는 양성자의 수와 그에 따른 원자에 있는 전자의 수도 표시합니다. 원자 전체는 중성이다. N은 핵의 중성자 수이며 대부분 표시되지 않습니다. 예를 들어, 세슘의 방사성 동위원소는 A = 137이므로 핵은 137개의 핵자로 구성됩니다. Z = 55. 이는 핵에 55개의 양성자가 있고, 따라서 원자에 55개의 전자가 있음을 의미합니다. N = 137 - 55 = 82는 핵의 중성자 수입니다. 원소의 기호가 주기율표에서의 위치를 ​​완전히 결정하기 때문에 일련번호가 생략되는 경우도 있습니다(예: Cs-137, He-4). 원자핵의 선형 크기는 10 -15 -10 -14 m이며 이는 전체 원자 직경의 0.0001입니다.

양성자와 중성자는 다음과 같은 힘에 의해 핵 내에 유지됩니다. 핵무기. 그 강도는 전기, 중력, 자기력보다 훨씬 더 강력합니다. 핵력은 작용 반경이 10 -14 -10 -15 m인 단거리이며 양성자와 중성자, 양성자와 양성자, 중성자와 중성자 사이에서 동일하게 나타납니다. 핵자 사이의 거리가 증가함에 따라 핵력은 매우 빠르게 감소하여 거의 0과 같아집니다. 핵력은 포화 특성을 가지고 있습니다. 즉, 각 핵자는 제한된 수의 이웃 핵자와만 상호 작용합니다. 따라서 핵의 핵자 수가 증가하면 핵력은 크게 약해집니다. 이것은 상당한 수의 양성자와 중성자를 포함하는 중원소 핵의 안정성이 낮다는 것을 설명합니다.

핵을 구성하는 양성자와 중성자로 나누고 이를 핵력의 작용 영역에서 제거하려면 작업을 수행해야 합니다. 에너지를 소비합니다. 이 에너지를 핵 결합 에너지. 반대로 핵자로부터 핵이 형성되면 결합 에너지가 방출됩니다.

m i = m p N p + m n N n,

여기서 m i는 코어의 질량입니다. m p – 양성자 질량; N p – 양성자의 수; mn – 중성자 질량; N n은 중성자 수이므로 1.0076·2 + 1.0089·2 = 4.033 amu가 됩니다.

동시에 헬륨 핵의 실제 질량은 4.003amu입니다. 따라서 헬륨 핵의 실제 질량은 계산된 것보다 0.03 amu 작은 것으로 나타납니다. 그리고 이 경우 그들은 핵에 질량 결함(질량 부족)이 있다고 말합니다. 계산된 핵 질량과 실제 핵 질량의 차이를 질량 결손(Dm)이라고 합니다. 질량 결손은 핵 내의 입자들이 얼마나 단단히 결합되어 있는지, 그리고 개별 핵자로부터 핵이 형성되는 동안 얼마나 많은 에너지가 방출되었는지를 보여줍니다. A. Einstein이 도출한 방정식을 사용하여 질량과 에너지를 연결할 수 있습니다.

여기서 DE는 에너지 변화입니다. Dm – 대량 결함; c는 빛의 속도이다.

1 a.u.u. = 1.661 10 -27 kg, 핵물리학에서 전자볼트(eV)는 에너지 단위로 사용됩니다. 931 MeV에 해당하면 헬륨 핵이 형성되는 동안 방출되는 에너지는 28 MeV와 같습니다. 헬륨 원자의 핵을 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 분할하는 방법이 있다면 최소 28MeV의 에너지를 소비해야 합니다.

핵의 결합 에너지는 핵자 수에 비례하여 증가하지만 핵자 수에 엄격하게 비례하지는 않습니다. 예를 들어, 질소 핵의 결합 에너지는 104.56 MeV이고 우라늄 핵의 결합 에너지는 1800 MeV입니다.

핵자 당 평균 결합 에너지는 다음과 같습니다. 특정 결합 에너지. 헬륨의 경우 28:4 = 7 MeV가 됩니다. 가장 가벼운 핵(중수소, 삼중수소)을 제외하고 핵자당 결합 에너지는 모든 핵에 대해 약 8MeV입니다.

자연에 있는 대부분의 화학 원소는 서로 다른 질량의 핵을 가진 원자의 특정 혼합물입니다. 질량의 차이는 핵의 중성자 수가 다르기 때문에 발생합니다.

동위원소(그리스어 isos - 동일 및 topos - 장소) - 동일한 수의 양성자(Z)와 다른 수의 중성자(N)를 갖는 동일한 화학 원소의 원자 품종. 그들은 거의 동일한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있으며, 천연 혼합물에서 분리하는 것은 매우 어렵습니다. 원소의 동위원소 수는 수소의 경우 3개부터 폴로늄의 경우 27개까지 다양합니다. 동위원소는 안정할 수도 있고 불안정할 수도 있습니다. 안정동위원소는 외부 영향이 없는 한 시간이 지나도 아무런 변화가 없습니다. 불안정하거나 방사성 동위원소는 핵 내부에서 발생하는 과정으로 인해 시간이 지남에 따라 다른 화학 원소의 동위원소로 변형됩니다. 안정 동위원소는 원자 번호 Z≤83인 원소에서만 발견됩니다. 현재, 약 300개의 안정 동위원소와 2000개 이상의 방사성 동위원소가 알려져 있습니다. D.I. Mendeleev 주기율표의 모든 요소에 대해 인공이라고 불리는 방사성 동위원소가 합성되었습니다.

방사능 현상

모든 화학 원소는 핵의 양성자 수 대 중성자 수의 비율의 좁은 범위에서만 안정적입니다. 가벼운 핵에는 양성자와 중성자의 수가 거의 같아야 합니다. 즉, n:p 비율은 1에 가깝고 무거운 핵에서는 이 비율이 0.7로 감소합니다. 핵에 중성자 또는 양성자가 너무 많으면 그러한 핵은 불안정해지고(불안정) 자발적인 방사성 변형을 겪게 되며, 그 결과 핵의 구성이 바뀌고 하전 입자 또는 중성 입자가 방출됩니다. 자연 방사선 현상을 방사성이라 하고, 방사선을 방출하는 물질을 방사성이라고 합니다.

방사능(라틴어 라디오 - 방사하다, 반경 - 광선, aktivus - 유효) - 이것은 특별한 종류의 방사선을 방출하면서 일부 화학 원소의 원자핵이 다른 원소의 원자핵으로 자발적으로 변형(붕괴)되는 것입니다. 방사능은 원래 화학 원소의 원자 번호와 질량수를 변화시킵니다.

방사능 현상의 발견은 19세기의 두 가지 주요 발견에 의해 촉진되었습니다. 1895년 V. 뢴트겐은 공기가 빠져나가는 밀봉된 유리관에 놓인 전극 사이에 고전압 전류가 흐를 때 나타나는 광선을 발견했습니다. 광선을 엑스레이라고 불렀습니다. 그리고 1896년에 A. 베크렐은 우라늄염이 투과력이 강한 보이지 않는 광선을 자발적으로 방출하여 사진판을 검게 만들고 특정 물질의 빛을 발산한다는 사실을 발견했습니다. 그는 이 방사선을 방사성이라고 불렀습니다. 1898년에 피에르 퀴리(Pierre Curie)와 마리 스클로도프스카-퀴리(Marie Sklodowska-Curie)는 폴로늄과 라듐이라는 두 가지 새로운 방사성 원소를 발견했습니다. 두 원소는 비슷한 방사선을 방출했지만 강도는 우라늄 강도보다 몇 배 더 높았습니다. 또한 방사성 물질은 지속적으로 열의 형태로 에너지를 방출한다는 사실도 밝혀졌습니다.

방사성 방사선은 매질 또는 핵을 이온화할 수 있기 때문에 이온화 방사선이라고도 하며 방사선이 원자가 아닌 핵에 의해 방출된다는 점을 강조합니다.

방사성 붕괴는 원자핵의 변화 및 에너지 방출과 관련이 있으며, 그 값은 일반적으로 화학 반응의 에너지보다 몇 배 더 높습니다. 따라서 14C의 1g 원자가 완전히 방사성 붕괴하면 3이 방출됩니다. 10 9칼로리인 반면, 같은 양의 14C가 이산화탄소로 연소되면 9.4칼로리만 방출됩니다. 104칼로리.

방사성 붕괴 에너지의 단위는 1 전자볼트(eV)이고 그 파생어는 1 keV = 10 3 eV 및 1 MeV = 10 6 eV입니다. 1eV = 1.6. 10 -19 J. 1eV는 전위차가 1V인 경로를 통과할 때 전기장에서 전자가 획득하는 에너지에 해당합니다. 대부분의 방사성 핵이 붕괴할 때 방출되는 에너지는 수 keV에서 수 MeV에 이릅니다.

자연에서 발생하는 방사성 현상을 자연방사능이라 합니다. (해당 핵반응을 통해) 인공적으로 생산된 물질에서 발생하는 유사한 과정은 인공 방사능입니다. 그러나 두 가지 유형의 방사능 모두 동일한 법률의 적용을 받습니다.

방사성 붕괴의 종류

원자핵은 안정적이지만 특정 비율의 양성자와 중성자를 위반하면 상태가 변경됩니다. 가벼운 핵은 대략 같은 수의 양성자와 중성자를 가지고 있어야 합니다. 핵에 양성자 또는 중성자가 너무 많으면 그러한 핵은 불안정하고 자발적인 방사성 변환을 거쳐 핵의 구성이 바뀌고 결과적으로 한 원소의 원자 핵이 핵으로 변합니다. 다른 원소의 원자. 이 과정에서 핵 방사선이 방출됩니다.

핵 변환 또는 방사성 붕괴의 주요 유형에는 알파 붕괴 및 베타 붕괴(전자, 양전자 및 K-포획), 내부 전환 등이 있습니다.

알파붕괴 –이것은 방사성 동위원소의 핵에 의한 알파 입자의 방출입니다. 알파 입자가 양성자 2개와 중성자 2개를 잃어 붕괴되는 핵은 또 다른 핵으로 바뀌며 양성자 수(핵전하)는 2개, 입자 수(질량수)는 4개 감소합니다. , 주어진 방사성 붕괴에 대해 Fajans와 Soddy(1913)가 공식화한 변위(이동) 규칙에 따라 결과(딸) 요소는 원본(어머니)에 비해 왼쪽으로 두 셀만큼 왼쪽으로 이동합니다. D. I. Mendeleev의 주기율표에서. 알파 붕괴 과정은 일반적으로 다음과 같이 작성됩니다.

,

여기서 X는 원래 커널의 기호입니다. Y – 붕괴 생성물 핵의 상징; 4 2 He – 알파 입자, Q – 과도한 에너지를 방출합니다.

예를 들어, 라듐-226 핵의 붕괴는 알파 입자의 방출을 동반하는 반면, 라듐-226 핵은 라돈-222 핵으로 변합니다.

알파 붕괴 중에 방출되는 에너지는 질량에 반비례하여 알파 입자와 핵 사이에 나누어집니다. 알파 입자의 에너지는 특정 방사성 핵종의 반감기와 엄격하게 관련되어 있습니다(Geiger-Nettol 법칙). . 이는 알파 입자의 에너지를 알면 반감기를 설정하고 반감기로 방사성 핵종을 식별하는 것이 가능하다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 폴로늄-214 핵은 알파 입자 에너지 값 E = 7.687 MeV 및 T 1/2 = 4.5×10 -4 s인 반면, 우라늄-238 핵의 경우 E = 4.196 MeV 및 T 1/2를 특징으로 합니다. = 4, 5x10 9년. 또한 알파 붕괴의 에너지가 높을수록 진행 속도가 빨라지는 것으로 확인되었습니다.

알파 붕괴는 무거운 핵(Z > 82인 우라늄, 토륨, 폴로늄, 플루토늄 등)의 상당히 일반적인 핵 변형입니다. 현재 160개 이상의 알파 방출 핵이 알려져 있습니다.

베타붕괴 –전자 또는 양전자 및 반중성미자 또는 중성미자의 방출을 동반하여 핵 내부에서 중성자가 양성자로 또는 양성자가 중성자로 자발적으로 변환되는 것입니다.

핵에 중성자가 너무 많으면(핵의 "중성자 과부하") 전자 베타 붕괴가 발생합니다. 여기서 중성자 중 하나가 양성자로 변하여 전자와 반중성미자를 방출합니다.

이 붕괴 동안 핵의 전하와 그에 따른 딸 핵의 원자 번호는 1씩 증가하지만 질량수는 변하지 않습니다. 즉, 딸 요소는 D.I Mendeleev의 주기율표에서 한 세포씩 이동합니다. 원본의 권리. 베타 붕괴 과정은 일반적으로 다음과 같이 작성됩니다.

.

이런 식으로 중성자가 너무 많은 핵이 붕괴됩니다. 예를 들어, 스트론튬-90 핵의 붕괴는 전자 방출과 이트륨-90으로의 변환을 동반합니다.

종종 베타붕괴에 의해 생성된 원소의 핵은 하나 이상의 감마선 방출에 의해 방출되는 과도한 에너지를 가지고 있습니다. 예를 들어:

전자 베타 붕괴는 많은 천연 및 인공적으로 생산된 방사성 원소의 특징입니다.

양성자 과잉으로 인해 핵 내 양성자에 대한 중성자의 비가 바람직하지 않은 경우 양전자 베타붕괴가 발생하는데, 핵 내에서 양성자가 중성자로 변환되어 핵이 양전자와 중성미자를 방출합니다. :

핵의 전하와 그에 따른 딸원소의 원자번호는 1씩 감소하고 질량수는 변하지 않습니다. 딸 원소는 D.I. 주기율표에서 부모 원소의 한 셀 왼쪽에 위치합니다.

인공적으로 얻은 일부 동위원소에서는 양전자 붕괴가 관찰됩니다. 예를 들어, 동위원소 인-30이 붕괴하여 실리콘-30을 형성하는 경우:

핵에서 탈출한 양전자는 원자 껍질에서 "추가" 전자(핵에 약하게 결합되어 있음)를 떼어내거나 자유 전자와 상호 작용하여 "양전자-전자" 쌍을 형성합니다. 입자와 반입자는 에너지 방출과 함께 즉시 서로를 소멸시키기 때문에 형성된 쌍은 입자의 질량(e + 및 e -)과 동일한 에너지를 갖는 두 개의 감마 양자로 변합니다. 양전자-전자 쌍이 두 개의 감마 양자로 변환되는 과정을 소멸(파괴)이라고 하며, 그 결과로 발생하는 전자기 복사를 소멸이라고 합니다. 이 경우 한 형태의 물질(물질 입자)이 다른 형태(방사선)로 변환됩니다. 이것은 역반응, 즉 원자의 강한 전기장의 영향으로 핵 근처를 통과하는 충분히 높은 에너지의 전자기 복사가 전자-양전자 쌍으로 변하는 쌍 형성 반응의 존재로 확인됩니다.

따라서 양전자 베타 붕괴의 경우 최종 결과는 입자가 아니라 각각 0.511 MeV의 에너지를 갖는 두 개의 감마 양자입니다. 이는 입자의 나머지 질량과 동등한 에너지와 동일합니다. 양전자 및 전자 E = 2m e c 2 = 1.022MeV .

핵 변환은 핵의 양성자 중 하나가 원자의 내부 껍질(K, L 등) 중 하나, 가장 흔히는 K 껍질에서 자발적으로 전자를 포획하여 전자 포획에 의해 수행될 수 있습니다. 중성자. 이 프로세스를 K-캡처라고도 합니다. 다음 반응에 따라 양성자는 중성자로 변합니다.

이 경우 핵전하는 1만큼 감소하지만 질량수는 변하지 않습니다.

예를 들어,

이 경우 전자가 비운 자리는 원자의 외부 껍질에 있는 전자가 차지합니다. 전자 껍질의 구조 조정의 결과로 X선 양자가 방출됩니다. 전자를 포획하는 동안 핵의 양성자 수가 1씩 감소하기 때문에 원자는 여전히 전기적으로 중성을 유지합니다. 따라서 이러한 유형의 붕괴는 양전자 베타 붕괴와 동일한 결과를 낳습니다. 일반적으로 인공 방사성 핵종의 경우 일반적입니다.

특정 방사성 핵종의 베타 붕괴 중에 핵에서 방출되는 에너지는 항상 일정하지만 이러한 유형의 붕괴는 두 개가 아닌 세 개의 입자, 즉 반동 핵(딸), 전자(또는 양전자) 및 중성미자는 붕괴할 때마다 에너지가 달라지며 딸핵은 항상 동일한 에너지 부분을 운반하기 때문에 전자(양전자)와 중성미자 사이에 재분배됩니다. 분산 각도에 따라 중성미자는 더 많거나 적은 에너지를 운반할 수 있으며, 그 결과 전자는 0부터 특정 최대값까지 모든 에너지를 받을 수 있습니다. 따라서, 베타 붕괴 중에 동일한 방사성 핵종의 베타 입자는 서로 다른 에너지를 갖습니다.주어진 방사성 핵종의 붕괴 특성을 0에서 특정 최대값까지. 베타 방사선 에너지를 기반으로 방사성 핵종을 식별하는 것은 거의 불가능합니다.

일부 방사성 핵종은 두 가지 또는 세 가지 방식으로 동시에 붕괴할 수 있습니다. 즉, 알파 붕괴와 베타 붕괴, 그리고 세 가지 유형의 붕괴를 결합한 K-포획을 통해 붕괴할 수 있습니다. 이 경우 변환은 엄격하게 정의된 비율로 수행됩니다. 예를 들어, 천연 칼륨 함량이 0.0119%인 천연 장수명 방사성 동위원소 칼륨-40(T 1/2 = 1.49 × 10 9 년)은 전자 베타 붕괴 및 K-포획을 겪습니다.

(88% – 전자 붕괴),

(12% – K-그랩).

위에서 설명한 붕괴 유형을 통해 감마 붕괴는 "순수한 형태"로 존재하지 않는다는 결론을 내릴 수 있습니다. 감마선은 다양한 유형의 붕괴에만 동반될 수 있습니다. 감마선이 핵에서 방출되면 질량수나 전하가 변하지 않습니다. 결과적으로 방사성 핵종의 성질은 변하지 않고, 핵에 포함된 에너지만 변하게 됩니다. 감마선은 핵이 들뜬 준위에서 지면을 포함하여 더 낮은 준위로 이동할 때 방출됩니다. 예를 들어, 세슘-137이 붕괴하면 여기된 바륨-137 핵이 생성됩니다. 여기 상태에서 안정 상태로의 전환에는 감마 양자 방출이 동반됩니다.

들뜬 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. 감마선 에너지와 알파선 에너지로 방사성 핵종을 식별하는 것이 가능합니다..

내부 변환.원자핵의 여기(하나 또는 다른 핵 변환의 결과) 상태는 원자핵에 과도한 에너지가 있음을 나타냅니다. 여기된 핵은 감마양자 방출이나 입자 방출뿐만 아니라 내부 변환이나 전자-양전자 쌍 형성을 통한 변환을 통해서도 낮은 에너지 상태(정상 상태)로 전환될 수 있습니다.

내부 변환 현상은 핵이 여기 에너지를 내부 층(K-, L-층 또는 M-층)의 전자 중 하나로 전달하여 결과적으로 원자 외부로 빠져나가는 것입니다. 이러한 전자를 변환전자라고 합니다. 결과적으로 변환 전자의 방출은 핵과 껍질 전자의 직접적인 전자기 상호 작용으로 인해 발생합니다. 연속 스펙트럼을 제공하는 베타 붕괴 전자와 달리 변환 전자는 선 에너지 스펙트럼을 갖습니다.

여기 에너지가 1.022 MeV를 초과하면 핵이 정상 상태로 전이할 때 전자-양전자 쌍이 방출되고 소멸될 수 있습니다. 내부 변환이 발생한 후 방출된 변환 전자를 위한 "빈" 위치가 원자의 전자 껍질에 나타납니다. 더 먼 층(더 높은 에너지 레벨)에 있는 전자 중 하나는 특성 X선 복사를 방출하면서 "빈" 장소로 양자 전이를 수행합니다.

핵 방사선의 특성

핵(방사성) 방사선은 방사성 붕괴의 결과로 형성되는 방사선입니다. 모든 천연 및 인공 방사성핵종의 방사선은 미립자와 전자기의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 미립자 방사선은 특정 질량, 전하 및 속도를 특징으로 하는 입자(미립자)의 흐름입니다. 이들은 전자, 양전자, 헬륨 원자의 핵, 중수소(수소 동위원소 중수소의 핵), 중성자, 양성자 및 기타 입자입니다. 일반적으로 미립자 방사선은 매체를 직접 이온화합니다.

전자기 방사선은 양자 또는 광자의 흐름입니다. 이 방사선은 질량도 전하도 없으며 매체의 간접적인 이온화를 생성합니다.

공기 중에서 한 쌍의 이온을 형성하려면 평균 34eV가 필요합니다. 따라서 전리 방사선에는 100eV 이상의 에너지를 갖는 방사선(가시광선 및 UV 방사선은 포함되지 않음)이 포함됩니다.

전리 방사선을 특성화하기 위해 범위 및 특정 이온화의 개념이 사용됩니다. 범위 - 전리 방사선을 완전히 흡수하는 데 필요한 흡수체(일부 물질)의 최소 두께입니다. 특정 이온화는 전리 방사선의 영향을 받는 물질에서 단위 경로 길이당 형성된 이온 쌍의 수입니다. 마일리지의 개념과 이동한 경로의 길이는 동일한 개념이 아닙니다. 입자가 직선으로 움직이는 경우 이러한 값은 일치합니다. 입자의 궤적이 끊어지고 구불구불한 선인 경우 마일리지는 항상 이동한 경로의 길이보다 작습니다.

알파 방사선헬륨 원자(때때로 이중 이온화된 헬륨 원자라고도 함)의 핵인 a 입자의 흐름입니다. 알파 입자는 2개의 양성자와 2개의 중성자로 구성되어 있으며 양전하를 띠고 두 개의 기본 양전하를 가지고 있습니다. 입자 질량 m a =4.003 amu. - 이것은 입자 중 가장 큰 것입니다. 이동 속도는 (14.1-24.9) × 10 6 m/s입니다. 물질에서 알파 입자는 직선으로 이동하며 이는 상대적으로 큰 질량과 상당한 에너지와 관련됩니다. 편향은 포탄과의 정면 충돌에서만 발생합니다.

물질 내 알파 입자의 범위는 알파 입자의 에너지와 알파 입자가 움직이는 물질의 특성에 따라 달라집니다. 평균적으로 공기 중 알파 입자의 범위는 2.5-9cm, 최대 11cm, 생물학적 조직에서는 5-100 마이크론, 유리에서는 4입니다. 10-3 cm의 알파 입자의 에너지는 4-9 MeV 범위에 있습니다. 종이 한 장으로 알파 방사선을 완전히 차단할 수 있습니다. 전체 경로 길이에 걸쳐 알파 입자는 116,000~254,000개의 이온 쌍을 생성할 수 있습니다.

특정 이온화는 공기 중에서 약 40,000 이온쌍/cm2이며, 이는 신체 내에서도 1-2 마이크론의 경로에서 동일한 특정 이온화입니다.

에너지 소비 후에는 알파 입자의 속도가 느려지고 이온화 과정이 중단됩니다. 원자 형성을 규율하는 법칙이 발효됩니다. 헬륨 원자의 핵은 2개의 전자를 추가하여 본격적인 헬륨 원자가 형성됩니다. 이것은 방사성 물질을 포함하는 암석에 헬륨이 의무적으로 존재한다는 사실을 설명합니다.

모든 유형의 방사성 방사선 중에서 알파 방사선이 가장 많이 형광을 발합니다.

베타 방사선전자나 양전자인 베타 입자의 흐름입니다. 그들은 하나의 기본 전하, m b = 0.000548 amu를 운반합니다. 그들은 빛의 속도에 가까운 속도로 움직입니다. (0.87-2.994)×10 8m/s.

a 입자와 달리 동일한 방사성 원소의 b 입자는 에너지 양이 다릅니다(0부터 특정 최대값까지). 이는 베타 붕괴가 일어날 때마다 원자핵에서 두 개의 입자, 즉 b 입자와 중성미자(n e)가 동시에 방출된다는 사실로 설명됩니다. 각 붕괴 과정에서 방출되는 에너지는 b 입자와 중성미자 사이에 다양한 비율로 분포됩니다. 따라서 베타 입자의 에너지 범위는 10분의 1~100분의 1MeV(연성 b-방사선)에서 2~3MeV(경질 방사선)까지입니다.

동일한 베타 방사체에서 방출되는 베타 입자는 서로 다른 에너지 보유량(최소값에서 최대값까지)을 갖기 때문에 특정 방사성 핵종의 베타 입자에 대한 경로 길이와 이온 쌍 수는 동일하지 않습니다. 일반적으로 공기 중 범위는 수십 cm, 때로는 수 미터(최대 34m), 생물학적 조직에서는 최대 1cm(베타 입자 에너지 8MeV에서 최대 4cm)입니다.

베타 방사선은 알파 방사선보다 이온화 효과가 훨씬 작습니다. 따라서 공기 중에서 베타 입자는 전체 경로를 따라 1000~25,500쌍의 이온을 형성합니다. 평균적으로 공기 중 전체 경로에 대해, 경로 1cm당 이온 쌍은 50-100개입니다. 이온화 정도는 입자의 속도에 따라 달라지며, 속도가 낮을수록 이온화 정도는 커집니다. 그 이유는 고에너지 베타 입자가 원자를 너무 빨리 지나쳐 느린 베타 입자만큼 강한 효과를 일으킬 시간이 없기 때문입니다.

베타 입자는 질량이 매우 작기 때문에 원자나 분자와 충돌하면 쉽게 원래 방향에서 벗어나게 됩니다. 이러한 편향 현상을 산란이라고 합니다. 따라서 베타 입자의 경로 길이는 너무 구불구불하기 때문에 주행 거리가 아닌 정확한 경로 길이를 결정하는 것은 매우 어렵습니다.

에너지가 손실되면 전자는 양이온에 포획되어 중성 원자를 형성하거나 원자에 포획되어 음이온을 형성합니다.

감마선전자기 방사선의 광자(양자) 흐름입니다. 진공에서의 전파 속도는 빛의 속도인 3×10 8 m/s와 같습니다. 감마선은 파동이므로 파장, 진동수, 에너지로 특징 지어집니다. g-양자의 에너지는 진동 주파수에 비례하고 진동 주파수는 파장과 관련됩니다. 파장이 길수록 발진 주파수는 낮아지고, 그 반대도 마찬가지입니다. 즉, 발진 주파수는 파장에 반비례합니다. 방사선의 파장이 짧고 진동 주파수가 높을수록 에너지가 커지고 결과적으로 투과 능력도 커집니다. 자연 방사성 원소의 감마 방사선 에너지는 수 keV에서 2-3 MeV에 이르며 5-6 MeV에 도달하는 경우는 거의 없습니다.

전하나 정지 질량이 없는 감마선은 이온화 효과가 약하지만 투과력이 뛰어납니다. 공중에서는 최대 100~150m까지 이동할 수 있습니다. 이 방사선은 감쇠 없이 인체를 통과합니다.

측정

복용량의 개념

조사된 물체에 대한 전리 방사선의 영향으로 인해 이러한 물체에 물리적, 화학적 또는 생물학적 변화가 발생합니다. 그러한 변화의 예로는 신체의 발열, X선 필름의 광화학 반응, 생물체의 생물학적 매개변수의 변화 등이 있습니다. 방사선 효과는 물리량에 따라 달라집니다. X 나는, 방사선장 또는 방사선과 물질의 상호 작용을 특성화합니다.

수량 X 나는, 기능적으로 방사선 효과와 관련이 있음 η , 선량 측정이라고합니다. 선량계측의 목적은 방사선 영향, 특히 방사선생물학적 영향을 예측하거나 평가하기 위한 선량계측량의 측정, 연구 및 이론적 계산입니다.

선량 측정 시스템은 방사선 생물학, 선량 측정 및 방사선 안전의 발전의 결과로 형성되었습니다. 안전 기준은 주로 사회에 의해 결정되기 때문에 국가마다 서로 다른 선량 측정 시스템을 개발했습니다. 이러한 시스템을 통합하는 데 중요한 역할은 방사선, 선량 측정 및 방사선의 생물학적 영향 분야의 전문가를 모으는 독립 조직인 국제 방사선 방호 위원회(ICRP)가 담당합니다.

수업 유형
수업 목표:

방사능 현상을 계속 연구하십시오.

방사성 변환(변위 규칙, 전하량 보존 법칙, 질량수 보존 법칙)을 연구합니다.

원자력 이용의 기본원리를 기초적인 형태로 설명하기 위해 기초적인 실험데이터를 연구한다.
작업:
교육적인
개발 중
교육적인

다운로드:

시사:

"원자핵의 방사성 변형"이라는 주제에 대한 수업.

물리학 교사 I 카테고리 Medvedeva Galina Lvona

수업 유형 : 새로운 자료를 배우는 수업
수업 목표:

방사능 현상을 계속 연구하십시오.

방사성 변환(변위 규칙 및 전하량 보존 법칙)을 연구합니다.

원자력 이용의 기본원리를 기초적인 형태로 설명하기 위해 기본적인 실험데이터를 연구한다.
작업:
교육적인- 학생들에게 변위 규칙을 숙지시킵니다. 세계의 물리적 그림에 대한 학생들의 이해를 넓힙니다.
개발 중 – 방사능의 물리적 성질, 방사성 변환, 화학 원소 주기율표의 치환 규칙에 대한 기술을 개발합니다. 표와 다이어그램 작업 기술을 계속 개발합니다. 계속해서 업무 기술을 개발하십시오. 주요 사항 강조, 자료 제시, 주의력 개발, 사실 비교, 분석 및 요약 기술, 비판적 사고 개발 촉진.
교육적인 – 호기심의 발달을 촉진하고, 자신의 관점을 표현하고 자신의 의로움을 옹호하는 능력을 개발합니다.

강의 요약:

수업에 대한 텍스트입니다.

오늘 우리 수업에 참석한 모든 분들 안녕하세요.

선생님: 그래서 우리는 "방사능"이라는 주제에 대한 연구 작업의 두 번째 단계에 있습니다. 그것은 무엇입니까? 즉, 오늘 우리는 방사성 변환과 변위 규칙을 연구할 것입니다. ----이것이 우리 연구의 주제이고 그에 따른 수업의 주제입니다.

연구장비: 주기율표, 작업 카드, 문제집, 크로스워드 퍼즐(1:2).

선생님, 비문:“한때 방사능 현상이 발견되었을 때, 아인슈타인은 그것을 고대의 불의 발생에 비유했습니다. 왜냐하면 그는 불과 방사능이 문명사에서 똑같이 중요한 이정표라고 믿었기 때문입니다.”

왜 그렇게 생각했을까요?

우리 반 학생들은 이론적 연구를 수행했으며 그 결과는 다음과 같습니다.

학생 메시지:

1. 피에르 퀴리는 열량계에 염화라듐 앰플을 넣었습니다. α-, β-, γ- 선이 흡수되었고 에너지로 인해 열량계가 가열되었습니다. 퀴리는 라듐 1g이 1시간 동안 약 582J의 에너지를 방출한다는 사실을 알아냈습니다. 그리고 그러한 에너지는 수년에 걸쳐 방출됩니다.
2. 4g의 헬륨이 형성되면 1.5-2톤의 석탄이 연소될 때와 동일한 에너지가 방출됩니다.
3. 우라늄 1g에 포함된 에너지는 석유 2.5톤이 연소할 때 방출되는 에너지와 같습니다.

며칠, 몇 달, 몇 년이 지나도 방사선 강도는 눈에 띄게 변하지 않았습니다. 열이나 압력 증가와 같은 일반적인 영향에는 영향을 받지 않았습니다. 방사성 물질이 들어간 화학 반응도 방사선의 강도에 영향을 미치지 않았습니다.

우리 각자는 경계하는 방사선 "유모"의 "감독하에"있을뿐만 아니라 우리 각자도 약간의 방사능을 가지고 있습니다. 방사선원은 우리 외부에만 있는 것이 아닙니다. 우리가 술을 마실 때마다 일정한 수의 방사성 물질 원자가 몸에 유입되며, 먹을 때도 같은 일이 일어납니다. 더욱이, 우리가 숨을 쉴 때 우리 몸은 다시 공기로부터 방사성 붕괴가 가능한 물질, 즉 탄소 C-14의 방사성 동위원소, K-40 칼륨 또는 기타 동위원소를 받습니다.

사부: 우리 주변과 내부에 끊임없이 존재하는 이토록 많은 양의 방사능은 어디서 오는 걸까요?

학생 메시지:

핵 지구물리학에 따르면 자연에는 자연 방사능의 원천이 많이 있습니다. 지각의 암석에는 평균적으로 암석 1톤당 우라늄 2.5~3g, 토륨 10~13g, 칼륨 15~25g이 들어 있습니다. 사실, 방사성 K-40은 톤당 최대 3mg에 불과합니다. 이 풍부하고 불안정한 핵은 모두 지속적으로, 자연적으로 붕괴됩니다. 매 분마다 평균 60,000개의 K-40 핵, 15,000개의 Rb-87 동위원소 핵, 2,400개의 Th-232 핵, 2,200개의 U-238 핵이 1kg의 암석 물질에서 분해됩니다. 자연 방사능의 총량은 분당 약 20만 붕괴합니다. 남성과 여성의 자연방사능이 다르다는 사실을 알고 계셨나요? 이 사실에 대한 설명은 분명합니다. 부드럽고 밀도가 높은 조직은 구조가 다르며 방사성 물질을 다르게 흡수하고 축적합니다..

문제: 이러한 물질 분해 반응을 설명하는 방정식, 규칙, 법칙은 무엇입니까?

교사: 우리가 당신과 함께 어떤 문제를 해결해 드릴까요? 문제에 대한 어떤 해결책을 제안합니까?

학생들은 작업하고 추측합니다.

학생 답변:

솔루션:

학생 1: 방사성 방사선의 기본 정의와 특성을 기억해 보세요.

학생 2: 제안된 반응 방정식(지도에서)을 사용하여 주기율표를 사용하여 방사성 변환 반응에 대한 일반 방정식을 얻고 알파 및 베타 붕괴에 대한 일반 변위 규칙을 공식화합니다.

학생 3 : 습득한 지식을 통합하여 향후 연구(문제 해결)에 적용합니다.

선생님.

괜찮은. 해결책을 살펴보겠습니다.

1단계. 카드 작업. 귀하는 서면으로 답변해야 하는 질문을 받았습니다.답변.

다섯 가지 질문 - 다섯 가지 정답. 우리는 5점 시스템을 사용하여 평가합니다.

(작업할 시간을 준 다음 답변을 구두로 말하고 슬라이드로 확인하고 기준에 따라 점수를 매기십시오).

1. 방사능은..
2. α선은...
3. 베타선은...
4. γ-방사선 -…
5. 전하량과 질량수의 보존 법칙을 공식화합니다.

답변 및 요점:

2단계. 선생님.

우리는 이사회에서 독립적으로 일합니다(학생 3명).

A) 알파 입자의 방출에 수반되는 반응 방정식을 작성합니다.

2. 우라늄의 α-붕괴 반응을 쓰시오. 235 92 유.

3. .폴로늄 핵의 알파 붕괴를 쓰세요.

선생님 :

결론 #1:

알파 붕괴의 결과로 생성된 물질의 질량 수는 4 amu 감소하고 전하 수는 2 기본 전하만큼 감소합니다.

B) 베타 입자의 방출에 수반되는 반응 방정식을 작성합니다(게시판에서 3건의 연구).

1. . 플루토늄의 β-붕괴 반응을 쓰시오 239 94 푸.

2. 토륨 동위원소의 베타 붕괴를 쓰시오.

3.큐륨의 β-붕괴 반응을 써라. 247 96cm

선생님 : 어떤 일반적인 표현을 적어서 적절한 결론을 내릴 수 있습니까?

결론 #2:

베타 붕괴의 결과로 생성된 물질의 질량수는 변하지 않지만 전하수는 1 기본 전하만큼 증가합니다.

3단계.

선생님: 이러한 표현을 얻은 후 한때 Rutherford의 학생 Frederick Soddy는 다음과 같이 말했습니다.방사성 붕괴에 대해 제안된 변위 규칙, 그 결과 물질은 주기율표에서 찾을 수 있습니다. 우리가 얻은 방정식을 살펴 보겠습니다.

질문:

1). 알파붕괴 동안 어떤 규칙성이 관찰됩니까?

답변: 알파붕괴 동안 생성된 물질은 두 개의 세포를 주기율표의 시작 부분으로 이동시킵니다.

2). 베타 붕괴에서는 어떤 규칙성이 관찰됩니까?

대답: 베타 붕괴 동안 생성된 물질은 한 세포를 주기율표의 끝으로 이동시킵니다.

4단계.

선생님. : 그리고 오늘 활동의 마지막 단계는 다음과 같습니다.

독립적인 작업(Lukashik의 문제 모음을 기반으로 함):

옵션 1.

옵션2.

시험: 보드에서 독립적으로.

평가 기준:

"5" - 완료된 작업

“4” – 2개의 작업 완료

"3" - 1개의 작업이 완료되었습니다.

수업에 대한 자기 평가:

시간이 남는 경우:

수업에 대한 질문:

오늘 수업시간에는 어떤 주제를 공부하셨나요? 십자말 풀이를 풀면 방사능 방출 과정의 이름을 알 수 있습니다.

1. 방사능 현상을 발견한 과학자는 누구입니까?

2. 물질의 입자.

3. 방사성 방사선의 구성을 결정한 과학자의 이름.

4. 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 핵은 다음과 같습니다.

5. 퀴리 부부가 발견한 방사성 원소.

6. 폴로늄의 동위원소는 알파 방사성입니다. 이 경우 어떤 요소가 형성됩니까?

7. 노벨상을 두 번이나 받은 여성 과학자의 이름.

8. 원자의 중심에는 무엇이 있습니까?

질문.

1. α 붕괴로 인해 라듐에는 어떤 일이 발생합니까?

라듐 Ra(금속)가 붕괴하면 α 입자가 방출되면서 라돈 Ra(가스)로 변환됩니다.

2. α-붕괴 또는 β-붕괴로 인해 방사성 화학 원소에는 어떤 일이 발생합니까?

α- 및 β-붕괴 동안 하나의 화학 원소가 다른 화학 원소로 변환됩니다.

3. 방사성 붕괴 중에 원자의 어느 부분(핵 또는 전자 껍질)이 변화를 겪는가? 왜 그렇게 생각하시나요?

방사성 변환 동안 원자핵은 변화를 겪습니다. 화학적 성질을 결정하는 것은 원자의 핵입니다.

4. 라듐의 α-붕괴 반응을 적고 이 표기법의 각 기호가 무엇을 의미하는지 설명하십시오.

5. 요소의 문자 지정 앞에 나타나는 상위 및 하위 숫자의 이름은 무엇입니까?

이를 질량수와 전하수라고 합니다.

6. 질량수는 얼마입니까? 청구 번호?

질량수는 주어진 원자의 원자 질량 단위의 전체 수와 같습니다.
전하수는 주어진 원자 핵의 기본 전하 수와 같습니다.

7. 라듐의 붕괴반응의 예를 이용하여 전하보존법칙(전하수)과 질량수가 무엇인지 설명하시오.

질량수와 전하 보존의 법칙에 따르면 방사성 변환 중에 원자 질량수의 합과 변환에 참여하는 모든 입자의 전하의 합은 일정한 값입니다.

8. 러더퍼드와 소디가 발견한 내용을 통해 어떤 결론을 얻었습니까?

원자핵은 복잡한 구성을 가지고 있다는 결론이 나왔습니다.

9. 방사능이란 무엇입니까?

방사능은 일부 원자핵이 입자를 방출함으로써 자발적으로 다른 핵으로 변형되는 능력입니다.

수업 과정.

1. 다음 원소의 원자핵의 질량(정확한 amu 단위)과 전하(기본 전하 단위)를 결정합니다. 탄소 12 6 C; 리튬 6 3 Li; 칼슘 40 20 Ca.

2. 이전 문제에 나열된 각 화학 원소의 원자에는 몇 개의 전자가 포함되어 있습니까?

3. 리튬 원자 6 3 Li의 핵 질량이 수소 원자 1 1 H의 핵 질량보다 몇 배 더 큰지 (정수 내에서) 결정하십시오.

4. 베릴륨 원자 9 4 Be의 핵에 대해 다음을 결정하십시오. a) 질량수; b) a의 핵 질량. e.m. (정수로 정확함) c) 핵의 질량은 탄소 원자 12 6 C 질량의 1/12보다 몇 배나 큽니까(정확한 정수): d) 전하수; e) 기본 전하의 핵 전하; f) 기본 전하의 원자 내 모든 전자의 총 전하; g) 원자의 전자 수.

5. 질량수와 전하 보존의 법칙을 사용하여 다음 β-붕괴 반응의 결과로 형성된 화학 원소 X의 ​​핵의 질량수와 전하를 결정하십시오.

14 6C → X + 0 -1e,

원자의 주요 특징 2개의 숫자가 있습니다:

1. 질량수(A) – 핵의 양성자와 중성자의 합과 같습니다.

2. 멘델레예프의 원소 주기율표에서 원자 번호(Z) – 핵의 양성자 수와 동일합니다. 즉, 핵의 전하량에 해당합니다.

방사성 변환 유형이 결정됩니다. 붕괴 중에 방출되는 입자의 유형. 방사성 붕괴 과정은 항상 발열, 즉 에너지를 방출합니다. 초기 핵을 모핵(아래 그림에서 기호 X로 지정)이라고 하며, 붕괴 후 생성된 핵을 딸핵(그림에서 기호 Y)이라고 합니다.

불안정한 핵은 4가지 주요 유형의 방사성 변형을 겪습니다.

에이) 알파붕괴- 무거운 핵이 자발적으로 알파 입자를 방출한다는 사실로 구성됩니다. 즉, 이것은 순전히 핵 현상입니다. 200개 이상의 알파 활성 핵이 알려져 있으며, 거의 모두 83보다 큰 일련 번호를 가지고 있습니다(Am-241, Ra-226, Rn-222, U-238 및 235, Th-232, Pu-239 및 240). . 무거운 핵에서 나오는 알파 입자의 에너지는 대부분 4~9 MeV 범위에 있습니다.

알파 붕괴의 예:

비) 베타 변환– 이것은 핵내 과정입니다. 핵에서는 단일 핵이 붕괴되고 그 동안 핵의 내부 구조 조정이 일어나고 b 입자 (전자, 양전자, 중성미자, 반중성미자)가 나타납니다. 베타 변환을 겪는 방사성핵종의 예: 삼중수소(H-3); C-14; 나트륨 방사성 핵종(Na-22, Na-24); 인 방사성 핵종(P-30, P-32); 황 방사성 핵종(S-35, S-37); 칼륨 방사성 핵종(K-40, K-44, K-45); Rb-87; 스트론튬 방사성 핵종(Sr-89, Sr-90); 요오드 방사성 핵종(I-125, I-129, I-131, I-134); 세슘 방사성 핵종(Cs-134, Cs-137).

베타 입자의 에너지는 0에서 Emax(붕괴 중에 방출되는 총 에너지)까지 넓은 범위에 걸쳐 다양하며 단위는 keV, MeV입니다. 동일한 핵에 대해 방출된 전자의 에너지 분포는 규칙적이며 다음과 같이 불립니다. 전자 스펙트럼비-붕괴 또는 베타 스펙트럼; 베타 입자의 에너지 스펙트럼을 사용하여 붕괴하는 원소를 식별할 수 있습니다.

단일 핵자의 베타 변환의 한 예는 다음과 같습니다. 자유 중성자 붕괴(반감기 11.7분):

핵의 베타 변환 유형:

1) 전자 붕괴: .

전자 붕괴의 예: ,

2) 양전자 붕괴:

양전자 붕괴의 예:

3) 전자 캡처(K-포획, 핵은 일반적으로 K-껍질에서 원자 껍질의 전자 중 하나를 흡수하기 때문에):

전자 캡처의 예: ,

안에) 감마 변환(이성질체 전이)– 여기 에너지로 인해 핵이 감마 양자를 방출하여 보다 안정된 상태로 변하는 핵 내 현상. 이 경우 질량수와 원자번호는 변하지 않습니다. 감마 방사선 스펙트럼은 항상 이산적입니다. 핵에서 방출되는 감마선은 일반적으로 수십 keV에서 수 MeV의 에너지를 갖습니다. 감마 변환을 겪는 방사성 핵종의 예: Rb-81m; Cs-134m; Cs-135m; 113m 이내; Y-90m.

여기서 지수 "m"은 핵의 준안정 상태를 의미합니다.

감마 변환의 예:

G) 자발적인 핵분열– 질량 번호 232로 시작하는 핵에 대해 가능합니다. 핵은 비슷한 질량의 2개 조각으로 나뉩니다. 새로운 초우라늄 원소를 얻을 가능성을 제한하는 것은 핵의 자발적인 분열입니다. 원자력은 중성자를 포획할 때 무거운 핵이 분열하는 과정을 사용합니다.

핵분열의 결과로 과도한 수의 중성자를 가진 조각이 형성되고, 그 후 여러 차례의 연속적인 변환(보통 베타 붕괴)을 거칩니다.