Строение ядра атома. Изотопы

Кафедра физического воспитания и безопасности жизнедеятельности

РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Методические указания

По выполнению практической работы

Для студентов всех специальностей

Заочной формы обучения

Новоуральск 2013

УДК 574 (075.8)

 

МиМ______________13

 

 

Радиационная безопасность

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Методические указания по выполнению практической работы для студентов всех специальностей заочной формы обучения. – Новоуральск: изд. НТИ НИЯУ «МИФИ», 2013. – 18 с.

 

 

 

 

Составила ст. преподаватель Гацкова Ю.В.

 

 

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры

«Физического воспитания и безопасности жизнедеятельности»

«____»_________2013 г. Протокол №____

 

 

Зав. кафедрой ФВ и БЖ

к.м.н., доцент                                                                            Е.П. Ковалева

 

СОГЛАСОВАНО:

 

Председатель методического совета НТИ НИЯУ «МИФИ»

 

д.т.н., профессор                                                                       А.Е. Беляев      

 

                              

 

СОДЕРЖАНИЕ

1   Цель и задачи работы……………………………………………..4

2   Теоретические сведения

2.1  Общие сведения об ионизирующих излучениях………...…..4

2.2  Строение ядра атома. Изотопы…...…………………………..5

2.3  Виды распада. Ядерные реакции……………………………..6

2.4  Основные характеристики радиоизотопов…………………..7

2.5  Применение радиоактивных изотопов……………………….9

3   Практическая часть

3.1 Примеры решения типовых задач ………….…………………11

3.2 Расчетные задачи……………………………………………….12

4 Контрольные вопросы…………………………………………...13

5 Вопросы для самоконтроля…..………………………………….14

6 Требования к оформлению отчета………………………………16

  Литература………………………………………………………...16

Приложение……………………………………………………….17

 

 

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Целью работы является углубление основных понятий: радиоактивность, ионизирующее излучение, радиоактивные превращения, основные характеристики радионуклидов, а также приобретение навыков написания ядерных реакций и построения кривой радиоактивного распада.

Задачи работы:

– изучить теоретические сведения по теме работы;

– рассчитать некоторые характеристики радионуклидов;

– построить кривую радиоактивного распада и определить по ней возраст образца;

– ознакомиться с областями применения радионуклидов;

– сделать выводы по работе.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Общие сведения об ионизирующих излучениях

Радиационная опасность обусловлена воздействием на окружающую среду ионизирующих излучений, которые составляют часть общего понятия – радиация, включающего в себя также радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.

Ионизирующим называется излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. К ним относятся:

1) a, b, g - излучения, обусловленные естественной и искусственной радиоактивностью химических элементов;

2) рентгеновские излучения, создающиеся в рентгеновских аппаратах, а также образующиеся при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов;

3) потоки нейронов и g - квантов, возникающих при ядерных реакциях деления и синтеза;

4) излучения, генерируемые на ускорителях;

5) излучения, приходящие из космоса и т.д.

Различают корпускулярное и фотонное ионизирующие излучения.

Корпускулярное излучение – поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля (a и b – частицы, нейтроны, протоны, электроны и др.). Кинетическая энергия этих частиц достаточна для ионизации атомов при столкновении – называется непосредственно ионизирующим излучением.

Фотонное излучение – электромагнитное излучение. К нему относятся: g - излучение, возникающее при изменении энергетического состояния ядер; тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц; характеристическое излучение, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома; рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения. Фотоны имеют массу покоя, равную нулю.

Фотонное излучение, а также нейтроны и другие незаряженные частицы непосредственно ионизацию не производят, но в процессе взаимодействия со средой они высвобождают заряженные частицы, способные ионизировать атомы и молекулы данной среды. Поэтому его еще называют косвенно ионизирующим излучением.

Частицы корпускулярного излучения и фотоны принято называть ионизирующими частицами.

Радиоактивность – свойство неустойчивых атомных ядер одних химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра атомов других химических элементов с испусканием одной или нескольких ионизирующих частиц. Процесс такого спонтанного ядерного превращения называется радиоактивным распадом. При этом образовавшееся новое (дочернее) ядро оказывается в более устойчивом состоянии, чем исходное материнское.

Радиоактивность может быть естественной и искусственной.

Естественная радиоактивность наблюдается у существующих в природе неустойчивых изотопов.

Искусственной называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций в ядерных реакторах, на ускорителях, при ядерных взрывах и др.

 

Строение ядра атома. Изотопы

Атом – электронейтральная частица, которая состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Атомное ядро состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов. Протон (p) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя m_p = 1,6726 · 10^{-27 кг. Нейтрон (} n) – нейтральная частица с массой покоя m_n = 1,6749 · 10^{-27 кг. Протоны и нейтроны называются нуклонами (от лат.} nucleus – ядро). Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числомА.

Атомное ядро характеризуется зарядом (обозначается Z). Z равно числу протонов в ядре и совпадает с порядковым номером элемента в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Массовое число связано с зарядом ядра  (атомным номером) соотношением:

A = Z + N, где N – число нейтронов в ядре атома.

Массовое число нуклида принято указывать в виде верхнего индекса, а атомный номер – в виде нижнего индекса слева от символа элемента. Например: ¹²₆C.

Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т.е. с разным количеством нейтронов) называются изотопами. Изотопы одного элемента имеют одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. В подавляющем числе случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами.

Элемент водород имеет три изотопа: протий  ¹₁Н (в ядре один протон и нет нейтронов), дейтерий  ²₁Н, или D (один протон и один нейтрон) и тритий ³₁Н, или Т (один протон и два нейтрона).