Геометрическая оптика

Реакция синтеза

Ядерным синтезом называются реак­ции слияния протонов и нейтронов или отдельных легких ядер. Простейшими ядерными реакциями синтеза явля­ются:

где — энергия реакции.

Явление радиоактивности

Радиоактивность атомных ядер. Как уже отмечалось, историю ядерной физики принято отсчитывать с 1896 г., когда французский физик А. Беккерель обнаружил, что

содержащий уран минерал обладает способностью засве­чивать фотопластинку, завернутую в светонепроницаемую бумагу. Вскоре французские ученые, будущие лауреаты Нобелевской премии Пьер Кюри (1859—1906) и Мария Складовская-Кюри (1867—1934) обнаружили, что урано­вая смоляная руда обладает способностью давать излу­чение, в четыре раза превосходящее по интенсивности излучение урана, а в 1898 г. они выделили два новых хими­ческих радиоактивных элемента— полоний (28°Ро) и ра­дий (иНа). В дальнейшем было установлено, что причи­ной, приводящей к засвечиванию фотопластинки, является самопроизвольный распад атомных ядер урана. В резуль­тате такого распада возникает особое излучение, назван­ное радиоактивным, а само явление испускания радио­активного излучения — радиоактивностью.

В настоящее время под радиоактивностью понимают способность ядер самопроизвольно превращаться в дру­гие атомные ядра с испусканием радиоактивного излуче­ния. Радиоактивность подразделяется на естественную, источником которой являются изотопы, встречающиеся в природе, и искусственную, которая наблюдается у атомных ядер, являющихся продуктами ядерных реакций и не встречающихся в природе. Явление искусственной радио­активности было открыто французскими физиками Ирен Жолио-Кюри (1897—1956) — дочерью Пьера и Марии Кюри — и ее мужем Фредериком Жолио-Кюри (1900— 1958) и отмечено Нобелевской премией в 1935 г. Принци­пиального различия между обоими видами радиоактив­ности нет, так как они подчиняются одинаковым законам.

Изучение состава радиоактивного излучения позволи­ло установить, что по проникающей способности его можно разделить на три различных компонента (рис. 13.10), кото­рые впоследствии были названы по первым буквам гре­ческого алфавита: альфа (а)-, бета (Р)- и гамма ьиз­лучениями. Исследования показали, что а-излучение пред­ставляет собой поток положительно заряженных ядер гелия Не++, р-излучение — поток электронов или пози­тронов, а-излучение — поток коротковолнового электро­магнитного излучения.

Альфа-распад. Типичным примером радиоактивно­го распада ядер является реакция

(13.17)

При а-распаде ядро урана-238 превращается в ядро с зарядовым числом Z = 90 и массовым числом А = 234,

ямы на глубине. Ее точная форма неизвестна, так как внутри ядра в мощном поле ядерных сил а-частица, по-видимому, теряет свою индивидуальность. Так как пол­ная энергия а-частицы равна Еа, то именно с этой энергией будет двигаться а-частица на большом расстоянии от ядра, где электростатический потенциал спадает до нуля (см. рис. 13.11, а). Волновая функция а-частицы внутри ядра представляет стоячую волну с амплитудой В. Вслед­ствие туннельного эффекта эта волновая функция имеет за пределами электростатического барьера U = U(r) не­большой «хвост» с амплитудой В2. Следо­вательно, вероятность р обнаружить а-частицу за преде­лами барьера имеет вид

а вероятность испускания а-частицы в единицу времени, которая называется постоянной распада, будет равна

— постоянная распада, (13.23)

где п — число столкновений а-частицы с барьером в еди­ницу времени.

Величина, обратная постоянной распада, определяет среднее время жизни материнского ядра по отношению к а-распаду:

— среднее время жизни ядра. (13.24)

Если в образце в момент времени t содержится N ядер, то число распадов в секунду (т. е. скорость уменьшения числа ядер) равно N/т.. Поэтому (13.25) Разделим переменные и выполним интегрирование:

Потенцируя обе части последнего равенства, получаем

(13.26)

Постоянную интегрирования находим из условия, что в начальный момент времени ^ = 0 число ядер равно N0. В результате получим закон уменьшения числа ядер радио­активного вещества: (13.27)

-закон радиоактивного распада.

Экспериментальные исследования подтверждают спра­ведливость полученного закона для всех трех видов рас­пада. На рис. 13.12 представлена кривая радиоактивного распада, определяемая формулой (13.27). Время, в тече­ние которого распадается половина начального числа атомных ядер, называется периодом полураспада (T/z). Подставляя в формулу (13.27) значение N = N0/2 и t = = Ti/2, получаем уравнение связи между периодом полу­распада и средним временем жизни ядер:

(13.28)