Радиоактивность и ядерные излучения

Тема 2

Радиоактивность и ядерные излучения

2.1 Строение атома

2.2 Радиоактивность

2.1 Строение атома.

Строение атома, протоны, нейтроны, электроны, элементарные частицы.

Атом – это электронейтральная микросистема, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Протоны, нейтроны и электроны – элементарные частицы, входящие в состав атома.

В центре атома располагается очень плотное тяжелое ядро, которое состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов. Ядро имеет положительный заряд, величина которого определяется числом протонов в ядре. Массы протона и нейтрона почти одинаковы и примерно равны одной условной единице (атомной единице массы или сокращенно а. е. м.). Протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро, называют нуклонами (от латинского «nucleus», что означает «ядро»).

Нуклоны. Ядерные силы притяжения.

Нуклоны удерживаются в ядре мощными ядерными силами притяжения, которые уравновешивают силы кулоновского отталкивания положительно заряженных протонов.

В ядре каждого атома нуклоны находятся на определенном расстоянии друг от друга. В масштабах ядра в качестве единицы измерения расстояния используют ферми (ф) – 1 ферми соответствует 10 ¹⁵ м.

Радиус действия ядерных сил. Радиус действия ядерных сил не превышает 1,4 ф. Связь между нуклонами наиболее прочна, когда расстояние между ними 0,5 ф. При сближении на расстояние до 0,2 ф ядерные силы притяжения сменяются силами отталкивания.

Ядро окружают легкие, отрицательно заряженные частицы – электроны, которые по размерам и массе значительно уступают нуклонам. Масса электрона более чем в 1 800 раз меньше массы нуклона. Заряд электрона условно принят за элементарную единицу отрицательного заряда. По абсолютной величине заряд протона равен заряду электрона. Электрон, протон и нейтрон называют элементарными частицами(nf).

Массы протона и нейтрона.

Масса электрона – 9,11-10^-31 кг

Масса протона – 1,673-10^-27 кг.

Масса нейтрона – 1,675-10^-27 кг.

Таблица 1 – Заряд и масса элементарных атомных частиц

В целом, атом электрически нейтрален, так как число протонов в его ядре равно числу электронов, движущихся вокруг ядра, и положительный заряд ядра уравновешен отрицательным зарядом окружающих его электронов.

Протонное число. Число протонов в ядре атома называют протонным числом (Z), а число нейтронов – нейтронным числом (N). Суммарное количество протонов и нейтронов в ядре атома называют атомным числом (А). Массовое число атома (А) A = Z + N

Протонное число соответствует порядковому номеру химического элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов.

2.2 Радиоактивность

Ядра атомов одного и того же химического элемента при одинаковом количестве протонов могут, однако, отличаться по числу нейтронов. Массовые числа атомов с одинаковым количеством протонов, но разным количеством нейтронов в ядре различны. Такие атомы называют изотопами.

Изотопы – это атомы одного и того же химического элемента то есть атомы, имеющие в своих ядрах одинаковое количество протонов, но отличающиеся массовыми числами из-за разного количества в ядрах нейтронов.

Названия и символы изотопов совпадают с названием и символом соответствующего химического элемента. Только изотопы водорода имеют собственные названия и символы (рисунок 1).

Протий ¹H                             Дейтерий D (² H)      Тритий T (³ H)

(стабильный)                        (стабильный)           (радиоактивный)

Рисунок 1 – Схемы строения атомов протия, дейтерия и трития.

 2.2 Радиоактивность

Радиоактивность – это самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер в другие, более устойчивые ядра с выделением в окружающую среду энергии в виде ионизирующего излучения.

Условие устойчивости атомных ядер. В природе, наряду с устойчивыми (стабильными) нуклидами, существуют и неустойчивые радиоактивные нуклиды (радионуклиды). Ядра устойчивых нуклидов могут существовать в практически неизменном виде, когда число протонов и нейтронов в них не меняется, неограниченно долго. Ядра неустойчивых радиоактивных нуклидов (радионуклидов) самопроизвольно распадаются. В целом, стабильность ядер нуклида зависит от соотношения числа протонов и нейтронов в атомном ядре.

Избыток протонов или нейтронов делает атомное ядро неустойчивым. Неустойчивые атомные ядра обладают избыточной энергией и стремятся перейти в более устойчивое состояние с меньшей энергией. Любые самопроизвольные процессы таких ядерных превращений сопровождаются выделением в окружающую среду энергии в виде ионизирующего излучения. В результате, одни атомные ядра превращаются в другие, энергетически более устойчивые ядра.

Радионуклиды – это атомы с нестабильными ядрами, которые самопроизвольно превращаются в более устойчивые ядра атомов других