Стефана - Больцмана закон излученияСтефана — Больцмана закон излучения, утверждает пропорциональность 4-й степени абсолютной температуры Т объёмной плотности энергии равновесного излучения r (r = аТ4, где а — постоянная) и связанной с ней полной испускательной способности u (u = s T4, где s — Стефана — Больцмана постоянная). Сформулировав на основе экспериментальных данных Й. Стефаном (1879) для испускательной способности любого тела, однако последующие измерения показали его справедливость только для испускательной способности абсолютно чёрного тела. В 1884 С. — Б. з. и. был теоретически получен Л. Больцманом из термодинамических соображений с учётом пропорциональности (согласно классической электродинамике) давления равновесного излучения плотности его энергии. Однако значения постоянных а и s оказалось возможным определить теоретически только на основе Планка закона излучения, из которого С. — Б. з. и. вытекает как следствие. С. — Б. з. и. применяется для измерения высоких температур (см. Пирометры).
34. Законы теплового излучения используются для измерения температуры раскалённых и самосветящихся тел. Методы измерения температур, использующие зависимость спектральной плотности энергетической светимости тел от температуры, называется оптической пирометрией. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называются пирометрами. Пирометрические методы позволяют измерять температуру в диапазоне от 173 К до 6000 К. Данные методы основаны на измерении параметров излучения объекта. Привязка параметров излучения осуществляется по тепловому излучению абсолютно черного тела, спектральная плотность энергетической светимости которого может быть записана в виде:
35. Гипотеза Планка, блестяще решившая задачу теплового излучения черного тела, получила подтверждение и дальнейшее развитие при объяснении фотоэффекта - явления, открытие и исследование которого сыграло важную роль в становлении квантовой теории. Различают фотоэффект внешний, внутренний и вентильный. Внешним фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). Фотоэффект обнаружен (1887 г.) Г. Герцем, наблюдавшим усиление процесса разряда при облучении искрового промежутка ультрафиолетовым излучением. Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А. Г. Столетовым. Принципиальная схема для исследования фотоэффектаДва электрода (катод К из исследуемого металла и анод А - в схеме Столетова применялась металлическая сетка) в вакуумной трубке подключены к бата рее так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. Ток, возникающий при освещении катода монохроматическим светом (через кварцевое окошко), измеряется включенным в цепь миллиамперметром. Облучая катод светом различных длин волн, Столетов установил следующие закономерности, не утратившие своего значения до нашего времени: 1) наиболее эффективное действие оказывает ультрафиолетовое излучение; 2) под действием света вещество теряет только отрицательные заряды; 3) сила тока, возникающего под действием света, прямо пропорциональна его интенсивности.
Дж. Дж. Томсон в 1898 г. измерил удельный заряд испускаемых под действием света частиц, (по отклонению в электрическом и магнитном полях). Эти измерения показали, что под действием света вырываются электроны. Внутренний фотоэффект - это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри, тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению э.д.с. Вентильный фотоэффект, являющийся разновидностью внутреннего фотоэффекта, - возникновение э.д.с. (фото-э.д.с.) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает, таким образом, пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. На рис. 289 приведена экспериментальная установка для исследования вольт-ампер ной характеристики фотоэффекта - зависимости фототока /, образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между электродами. Такая зависимость, соответствующая двум различным освещенностям Е, катода (частота света в обоих случаях одинакова), приведена на рис. 290. По мере увеличения U фототок постепенно возрастает, т. е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значение тока Iнас - фототок насыщения - определяется таким значением U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:
37. Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Энергия фотона e0=hn. Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии (см. (40.8)): Импульс фотона рg получим, если в общей формуле (40.7) теории относительности положим массу покоя фотона м=0
39.Если фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. Согласно квантовой теории, давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс. Рассчитаем с точки зрения квантовой теории световое давление, оказываемое на поверхность тела потоком монохроматического излучения (частота n), падающего перпендикулярно поверхности. Если в единицу времени на единицу площади поверхности тела падает N фотонов, то при коэффициенте отражения r света от поверхности тела rN фотонов отразится, а (1–r)N — поглотится. Каждый поглощенный фотон передаст поверхности импульс pg=hn/c, а каждый отраженный — 2pg=2hn/c (при отражении импульс фотона изменяется на –pg). Давление света на поверхность равно импульсу, который передают поверхности в 1 с N фотонов:
42. Изотопами, называются разновидности атомов данного химического элемента, обладающие одинаковым зарядом, но различающееся массой. Целое число ближайшее к атомной массе, выраженной в а.е.м. называется массовым числом и обозначается буквой А. Обозначение химического элемента: А - массовое число, X - символ химического элемента, Z -зарядовое число - порядковый номер в таблице Менделеева (): Любое атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами (сильным взаимодействием). Поскольку нейтроны и протоны имеют почти одну и ту же массу и весьма сходные свойства, их обычно называют нуклонами. Сложные ядра называют также нуклидами (термин “ядро” и “нуклид” равнозначны). Ядра (нуклиды), имеющие одинаковое число протонов, но различные числа нейтронов, называются изотопами. Протон. Протон (р) обладает зарядом + e и массой mp = 938,28 МэВ. В ядерной физике принято выражать массы в единицах энергии, умножая их для этой цели на с2. Для сравнения укажем, что масса электрона равна me = 0,511 МэВ. Следовательно, mp = 1836me. Протон имеет спин, равный половине (s = 1/2), и собственный магнитный момент mр = + 2,79 mя, где mя = eh / 2mpc = 5,05 10- 24 эрг/Гс - единица магнитного момента, называемая ядерным магнетоном. mя в 1836 раз меньше магнитона Бора mБ. Следовательно, собственный магнитный момент протона в 660 раз меньше, чем магнитный момент электрона. Нейтрон.Нейтрон (n) был открыт в 1932 г. английским физиком Д.Чедвиком. Его электрический заряд равен нулю, а масс mn = 939,57 МэВ очень близка к массе протона. Разность масс нейтрона и протона составляет 1,3 МэВ, т.е. 2,5 me. Нейтрон обладает спином, равным половине (s = 1/2), и (несмотря на отсутствие электрического заряда) собственным магнитным моментом mn = - 1,91 mЯ. Знак минус указывает на то, что направления собственных механического и магнитного моментов противоположны. Отношение mр /mn = - 3/2. В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен) - он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (e-) и еще одну частицу, называемую антинейтрино (n~). Период полураспада (т.е. время, за которое распадается половина первоначального количества нейтронов) равен примерно 12 мин. Схему распада можно записать следующим образом: n ® p + e- + n~. Масса нейтрино равна нулю (во всяком случае, пренебрежимо мала по сравнению с массами электрона, протона и нейтрона). Масса нейтрона больше массы протона на 2,5me. Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц, фигурирующих в правой части уравнения, на 1,5me, т.е. на 0,77 МэВ. Эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующих частиц. Характеристики атомного ядра. Одной из важнейших характеристик атомного ядра является зарядовое число Z. Оно равно количеству протонов, входящих в состав ядра, и определяет его заряд, который равен + Ze. Число Z определяет порядковый номер химического элемента в периодической таблице Менделеева. Поэтому его также называют атомным номером ядра. Число нуклонов (т.е. суммарное число протонов и нейтронов) в ядре обозначается буквой А и называется массовым числом ядра. Число нейтронов в ядре равно N = А - Z.
43. Ядра атомов представляют собой сильно связанные системы из большого числа нуклонов. Для полного расщепления ядра на составные части и удаление их на большие расстояния друг от друга необходимо затратить определенную работу А. Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны. Е связи = - А По закону сохранения энергия связи одновременно равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных свободных нуклонов. Удельная энергия связи - это энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Если не считать самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Максимальную удельную энергию связи (8,6МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60. Ядра этих элементов наиболее устойчивы. По мере перегрузки ядер нейтронами удельная энергия связи убывает. Для элементов в конце таблицы Менделеева она равна 7,6 МэВ/нуклон (например для урана). Выделение энергии в результате расщепления или синтеза ядра Для того, чтобы расщепить ядро надо затратить определенную энергию для преодоления ядерных сил. Для того, чтобы синтезировать ядро из отдельных частиц надо преодолеть кулоновские силы отталкивания (для этого надо затратить энергию, чтобы разогнать эти частицы до больших скоростей). То есть, чтобы провести расщепление ядра или синтез ядра надо затратить какую-то энергию. При синтезе ядра на малых расстояниях на нуклоны начинают действовать ядерные силы, которые побуждают их двигаться с ускорением. Ускоренные нуклоны излучают гамма-кванты, которые и обладают энергией, равной энергии связи. На выходе реакции расщепления ядра или синтеза энергия выделяется. Есть смысл проводить расщепление ядра или синтез ядра, если получаемая, т.е. выделенная энергия в результате расщепления или синтеза, будет больше, чем затраченная. Согласно графику, выйгрыш в энергии можно получить или при делении (расщеплении) тяжелых ядер, или при при слиянии легких ядер, что и делается на практике. ДЕФЕКТ МАСС Измерения масс ядер показывают, что масса ядра (Мя) всегда меньше суммы масс покоя слагающих его свободных нейтронов и протонов.
При делении ядра: масса ядра всегда меньше суммы масс покоя образовавшихся свободных частиц. При синтезе ядра: масса образовавшегося ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных частиц, его образовавших. Дефект масс равен разности между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра: Z – число протонов в ядре mp – масса покоя свободного протона (из справочника) N – число нейтронов в ядре mn – масса покоя свободного нейтрона (из справочника)
44. Модели ядра. Для описания поведения ядер пользуются различными теориями. Одним из методов изучения свойств атомного ядра является метод моделей ядра. Метод моделей основан на внешней аналогии свойств атомного ядра со свойствами соответствующей модели. Ядерные модели можно разделить на группы: капельная, оболочечная, обобщенная, оптическая и др. Ни одна из существующих моделей не может дать исчерпывающего ответа обо всех свойствах атомного ядра и характеризует лишь определенные его свойства. Каждую модель используют при рассмотрении определенного круга ядерных процессов. Наиболее распространенными из них являются две: капельная и оболочечная. ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ - силы взаимодействия между нуклонами; обеспечивают большую величину энергии связи ядер по сравнению с др. системами. Я. с. являются наиб. важным и распространённым примером сильного взаимодействия (СВ). Когда-то эти понятия были синонимами и сам термин "сильное взаимодействие" был введён для подчёркивания огромной величины Я. с. по сравнению с др. известными в природе силами: эл.-магн., слабыми, гравитационными. После открытия p-,r- идр. мезонов, гиперо-нов и др. адронов термин "сильное взаимодействие" стали применять в более широком смысле - как взаимодействие адронов. В 1970-х гг. квантовая хромодинамика (КХД) утвердилась как общепризнанная микроскопич. теория СВ. Согласно этой теории, адроны являются составными частицами, состоящими из кварков и глюонов, а под СВ стали понимать взаимодействие этих фундам. частиц. Ядерные силы обладают рядом специфических свойств: 1. Ядерные силы на 2–3 порядка интенсивнее электромагнитных. 2. Ядерные силы имеют короткодействующий характер: радиус их действия R ~10–15м (т.е. совпадает по порядку величины с радиусом атомного ядра). 3. Ядерные силы являются силами притяжения на расстояниях ~10–15м, но на существенно меньших расстояниях между нуклонами переходят в силы отталкивания. 4. Ядерные силы нецентральны; на классическом (неквантовом) языке это означает, что они направлены под некоторым углом к прямой, соединяющей взаимодействующие частицы (силы такого типа называют тензорными силами). 5. Ядерные силы обладают зарядовой независимостью, т. е. силы, действующие между нейтроном и нейтроном, между протоном и протоном, а также между нейтроном и протоном, одинаковы. 6. Ядерные силы обладают свойством насыщения: каждый нуклон в ядре притягивает к себе лишь небольшое число своих соседей, отталкивая при этом остальные частицы. 7. Наряду с обычными (парными) ядерными силами существуют и так называемые тройные (и вообще многочастичные) ядерные силы, радиус действия которых примерно вдвое меньше радиуса действия обычных парных сил. (Под тройными имеют в виду силы между тремя частицами, обращающиеся в нуль при удалении на бесконечность хотя бы одной из этих частиц) 8. Ядерные силы, по крайней мере частично, имеют обменный характер. Согласно мезонной теории ядерных сил взаимодействие между нуклонами осуществляется путем испускания и поглощения этими частицами квантов особого пионного поля – пи-мезонов. Полной законченной теории ядерных сил, которая объясняла бы и предсказывала все их свойства, пока еще не создано.
. 45. Закон радиоактивного распада -описывает зависимость радиоактивного распада от времени и количестве радиоактивных атомов в данном образце Для разных химических элементов величина периода полураспада различна: от миллионных долей секунд (например, полоний)до миллиардов лет (например, уран). Число радиоактивных атомов уменьшается со временем по экспоненциальному закону. Скорость распада, то есть число распадов в единицу времени, также падает экспоненциально Для каждого радиоактивного изотопа λ имеет определенное значение и изменяется в широких пределах. Так, постоянная радиоактивного распада урана U234 равна 8,80·10-14 сек-1, фосфора Р32 —5,73·10-7 сек-1, полония Ро214 — 4,38·103 сек-1. Если радиоактивный изотоп имеет несколько типов радиоактивности, например наряду с α-распадом β-распад, то общая П. р. р. равна сумме парциальных констант распада:
46. А = dN/dt. В качестве единицы активности принято одно ядерное превращение в секунду, т. е. один распад в секунду (расп./с). В системе СИ эта единица названа беккерель (Бк), в честь французского физика А. Беккереля. На практике часто пользуются такой единицей, как ГБк (гигабеккерель) и ТБк (терабеккерель) (см. табл. 2-П приложения). При осуществлении радиационного контроля, в том числе и после Чернобыльской катастрофы, широко использовалась внесистемная единица активности – кюри (Ки) Эта первая предложенная единица измерения радиоактивности была названа в честь французских выдающихся физиков и химиков супругов-ученых Марии Складовской и Пьера Кюри. Один беккерель составляет приблизительно 2,7•10-11 Ки. 1 Кюри – это огромная величина, она равна 3,7•1010 ядерных превращений в секунду (Бк). Такой активностью обладает 1 г радия. Другой внесистемной единицей активности является резерфорд (Рд): 1 Рд = 106 Бк. Содержание активности в веществе часто оценивают в пересчёте на единицу массы вещества (Бк/кг) – удельная активность. Иногда оно выражается по отношению к единице объема: Бк/см3, Ки/м3, мКи/дм3, и т.п. (объемная концентрация) или к единице площади: ПБк/м2, Ки/км2, мКи/см2 и т.п. (поверхностная активность). Am = A/m; Av = A/v; АS = А/S. Для прогнозирования снижения активности радионуклидов после аварии на АЭС или ядерном взрыве используется закон Вэя-Вигнера: А1/А2 = (t2/t1)n, где А1 и А2 – активности излучения радионуклидов, соответствующие моментам времени t1 и t2 после начала радиоактивного загрязнения местности; n – показатель степени спада активности излучения во времени, зависящий от состава радионуклидов, выпавших на землю. Для аварии на АЭС с выбросом искусственных радиоактивных веществ ядерного топлива n = 0,4–0,86, а для ядерного взрыва атомного боеприпаса n = 1,2
47.В настоящее время известно более двухсот a-активных ядер, главным образом тяжелых (А>200, Z>82). Только небольшая группа a-активных ядер приходится на область с А = 140 ¸160 (редкие земли). a-Распад подчиняется правилу смещения (256.4). Примером a-распада служит распад изотопа урана 238U с образованием Th: a-Частицы, испускаемые конкретным ядром, обладают, как правило, определенной энергией. Более тонкие измерения, однако, показали, что энергетический спектр a-частиц, испускаемых данным радиоактивным элементом, обнаруживает «тонкую структуру», т. е. испускается несколько групп a-частиц, причем в пределах каждой группы их энергии практически постоянны. Дискретный спектр a-частиц свидетельствует о том, что атомные ядра обладают дискретными энергетическими уровнями. Для a-распада характерна сильная зависимость между периодом полураспада T1/2 и энергией Е вылетающих частиц. Эта взаимосвязь определяется эмпирическим законом Гейгера - Нэттола (1912)*, который обычно выражают в виде зависимости между пробегом Ra (расстоянием, проходимым частицей в веществе до ее полной остановки) a-частиц в воздухе и постоянной радиоактивного распада l:
48. Бета-распад бывает трех видов: 1. Один из нейтронов (n) в ядре превращается в протон (р). При этом излучается электрон (е) и антинейтрино (v,) Это — P- -распад. A(Z,N)~A(Z + 1, N — 1) + е + v, (n-+-р + е + ~,), где А (Z, N) — обозначение ядра с числом протонов Z и нейтронов N. Заряд ядра увеличивается на 1. Простейший вид из всех видов распада — распад свободного нейтрона, который тяжелее протона и поэтому нестабилен. 2. Протон, входящий в состав ядра, распадается на нейтрон (n), позитрон (e+) и нейтрино (v). Это — P+ -распад. А(Z, N)-+-А(Z — 1, N + 1) + е+ + v (p ~ n + е+ + v). Заряд ядра уменьшается на 1. Процесс может происходить только в ядре; свободный протон не распадается таким образом. 3. Наконец, ядро может захватить ближайший из атомных электронов (электронный захват) и превратиться в другое ядро с зарядом на 1 меньше: A(Z, N) + е ~A(Z — 1, N + 1) + v, (р + n -~-л + v). р-частица при этом не излучается. Бета-распад ядер – самопроизвольное взаимное превращение внутриядерных нейтронов и протонов, происходящее по одному из перечисленных ниже направлений с испусканием или поглощением электронов (е-) или позитронов (е+), нейтрино (ν) или антинейтрино (ν~).
49. Явление γ-излучения ядер состоит в том, что ядро (A,Z) испускает g квант без изменения массового числа А и заряда ядра Z. Испускание γ-излучения обычно происходит после α- или β-распадов атомных ядер, если образовавшееся ядро образуется в возбужденном состоянии. Гамма-излучение возникает при распаде возбужденных состояний ядер. Спектр γ-излучения всегда дискретен из-за дискретности ядерных уровней. С точностью до незначительной энергии отдачи ядра энергия γ-перехода равна разности энергий уровней, между которыми происходит γ-переход. Изучая γ-спектры, получают информацию о таких свойствах атомных ядер, как деформация атомного ядра, спаривание тождественных нуклонов, структура и последовательное заполнение ядерных оболочек и др. Гамма-излучение ядер обусловлено взаимодействием нуклонов ядра с электромагнитным полем. Несмотря на это, в отличие от β-распада, γ-излучение - явление не внутринуклонное, а внутриядерное. В литературе часто встречаются термины радиоактивных излучений: рентгеновские или гамма-лучи, или общее название — электромагнитные волны с короткими длинами волн, которые обладают большой проникающей способностью в веществе. Различные названия рентгеновские и гамма лучи — связаны не с различными физическими свойствами этих лучей, а со способом их получения. Наиболее часто употребляется гамма-излучение, которое не является самостоятельным видом радиоактивности, а только сопровождает альфа- и бета- распады. Оно возникает при ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц и т.д. Гамма-излучение испускается дочерним ядром. Дочернее ядро в момент своего образования оказывается возбуждённым, а затем за времяс оно переходит в основное состояние с испусканием гамма-излучения. Возвращаясь в основное состояние, ядро может пройти через ряд промежуточных состояний, поэтому гамма-излучение может содержать несколько групп гамма-квантов, отличающихся значениями энергии. Гамма-кванты, обладая нулевой массой покоя, не могут замедляться в среде, они или поглощаются или рассеиваются. Гамма-излучение не имеет заряда и тем самым не испытывает влияния кулоновских сил. При прохождении пучка гамма-квантов через вещество их энергия не меняется, но уменьшается интенсивность, согласно закону(— интенсивности гамма-излучения на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной X, — коэффициент поглощения); зависит от свойств вещества и энергии гамма-квантов. Основными процессами, сопровождающими прохождение гамма-излучения через вещество является фотоэффект, компто-новское рассеяние и образование электронно-позитронных пар (рис. 1.3). Фотоэффектом называется процесс, при котором атом полностью поглощает гамма квант с энергией hv и испускает электрон с кинетической энергией Ek, равно где I — энергия ионизации соответствующей атомной оболочки. Если энергия hv достаточна для вырывания электрона из любой атомной оболочки (hv >), то наиболее вероятным будет испускание сильно связанных, т.е. глубинных атомных электронов. Увеличение порядкового номера z поглотителя приводит к увеличению вероятности фотоэффекта, поскольку ослабляется связь электронов с атомным остатком и возрастает число электронов в атоме. С ростом энергии hv вероятность фотоэффекта понижается. Комптоновским рассеянием называется такой процесс, при котором гамма-квант, взаимодействуя со слабо связанным электроном, передает ему часть своей энергии hv и рассеивается под углом q к первоначальному направлению, а электрон покидает атом, обладая кинетической энергией. Увеличение энергии гамма квантовприводит к монотонному убыванию вероятности Комптон-эффекта. 50. История открытия и изучения альфа-частиц связана с именем Резерфорда. При помощи альфа-частиц Резерфорд проводил исследования большинства атомных ядер. Альфа-частицы это атомы гелия, потерявшие два электрона, т.е. ядра атома гелия Ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов устойчиво, частицы связаны в нем прочно. В настоящее время известно более 200 альфа активных ядер, главным образом тяжёлых (А > 200, Z > 82), исключение составляют редкоземельные элементы (А=140-160). Примером альфа распада может служить распад изотопов урана: Скорости, с которыми альфа-частицы,, вылетают из распавшегося ядра, очень велики и колеблются для разных ядер в пределах от 1,4 х 107 до 2,0x10' м/с, что соответствует кинетическим энергиям этих частиц 4—8,8 МэВ. Альфа-частицы в состав ядра не входят, и, по современным представлениям, они образуются в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра 2-х протонов и 2-х нейтронов. Пролетая через вещество, альфа-частицы постепенно теряют свою энергию, затрачивая ее на ионизацию газов. Причём в начале пути, когда энергия альфа-частиц велика, удельная ионизация меньше, чем в конце пути. Под пробегом частицы в веществе понимается толщина слоя этого вещества, которую может пройти эта частица до полной остановки. Пробег частиц в основном определен для тяжелых частиц, т.к. их путь представляет прямую линию с наименьшим рассеянием. Пробег альфа-частиц зависит как от энергии частиц, так и от плотности вещества, в котором они движутся. По пробегу альфа частицы можно определить ее энергию. 4.2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕТА-ЧАСТИЦ С ВЕЩЕСТВОМ Бета-распад происходит, когда замена в атомном ядре (нейтрона на протон энергетически выгодна, и образующееся новое ядро имеет большую энергию связи. Бета-излучение состоит из бета-частиц (электронов или позитронов), которые испускаются при бета-распаде радиоактивных изотопов. Электроны не входят в состав ядра и не выбрасываются из оболочки атома, при электроном бета- распаде происходит превращение нейтрона в протон с одновременным образованием электрона и вылетом антинейтрино. При этом заряд ядра и его порядковый номер увеличиваются на единицу. Электронный распад характерен для ядер с избыточным числом нейтронов. Примером электронного бета-распада может служить распад стронция: При позитронном бета-распаде происходит превращение протона в нейтрон с образованием и выбросом из ядра позитрона. Заряд и порядковый номер ядра уменьшаются на единицу. Позитронный бета-распад наблюдается для неустойчивых ядер с избыточным числом протонов. Примером позитронного бета-распада может служить распад радионуклида натрия: К бета-распаду относится также электронный захват (е-захват), т.е. захват атомным ядром одного из электронов своего атома. При этом один из протонов ядра превращается в нейтрон и испускается нейтрино. Возникшее ядро может оказаться в возбужденном состоянии. Переходя в основное состояние оно испускает гамма-фотон. Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышестоящих слоев, в результате возникает рентгеновское излучение. Примером электронного захвата может служить следующая реакция:Бета-частицы, испускаемые при бета-распаде, имеют различную энергию, поэтому и пробег их в веществе не одинаков. Путь, проходимый бета-частицей в веществе, представляет собою не прямую линию, как у альфа-частиц, а ломаную. Взаимодействуя с веществом среды, бета-частицы проходят вблизи ядра. В поле положительно заряженного ядра отрицательно заряженная бета-частица резко тормозится и теряет при этом часть своей энергии. Эта энергия излучается в виде тормозного рентгеновского излучения. С увеличением энергии бета-частиц и атомного номера вещества интенсивность рентгеновского излучения возрастает. Ионизирующая способность бета-частиц много меньше, а длина пробега много больше, чем у альфа-частиц.
|
r=c1/лямда в 5(е в степени С2/лямда Т-1) где C1 = 3.742·10-16 Вт·м2 и C2=0,01439 м·К
где n - число электронов, испускаемых катодом в 1 с.
Фотон — элементарная частица, которая всегда (в любой среде!) движется со скоростью света с и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно, масса фотона отличается от массы таких элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя.
Из приведенных рассуждений следует, что фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом. Выражения (205.1), (205.2) и (200.2) связывают корпускулярные характеристики фотона — массу, импульс и энергию — с волновой характеристикой света — его частотой n.
Nhn=Ee есть энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени, т. е. энергетическая освещенность поверхности, a Ee/c=w — объемная плотность энергии излучения. Поэтому давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность, 
Формула (205.3), выведенная на основе квантовых представлений, совпадает с выражением, получаемым из электромагнитной (волновой) теории Максвелла. Таким образом, давление света одинаково успешно объясняется и волновой, и квантовой теорией. Как уже говорилось, экспериментальное доказательство существования светового давления на твердые тела и газы дано в опытах П. И. Лебедева, сыгравших в свое время большую роль в утверждении теории Максвелла. Лебедев использовал легкий подвес на тонкой нити, по краям которого прикреплены легкие крылышки, одни из которых зачернены, а поверхности других зеркальные. Для исключения конвекции и радиометрического эффекта использовалась подвижная система зеркал, позволяющая направлять свет на обе поверхности крылышек, подвес помещался в откачанный баллон, крылышки подбиралась очень тонкими (чтобы температура обеих поверхностей была одинакова). Световое давление на крылышки определялось по углу закручивания нити подвеса и совпадало с теоретически рассчитанным. В частности оказалось, что давление света на зеркальную поверхность вдвое больше, чем на зачерненную (см. (205.3)).
Дефект масс является мерой энергии связи атомного ядра.
где Мя – масса ядра (из справочника)
Для практического использования закон радиоактивного распада можно записать так: 
Время, за которое распадается половина первоначального числа радиоактивных ядер, называется периодом полураспада (Т) T1/2 = tln2 = (ln2)/ l =0,693/l.. Чем меньше период полураспада, тем меньше живут атомы и следовательно тем быстрее происходит радиоактивный распад.
Постоянная радиоактивного распада (λ) — вероятность распада каждого отдельного ядра атома за единицу времени, измеряемая в единицах, обратных единицам измерения времени (сек-1, мин-1). Для характеристики скорости распада (см. Радиоактивность) используют также период полураспада (Т) и среднее время жизни (т), которые связаны с П. р. р. следующими соотношениями:
Скорости вылетающих при распаде a-частиц очень велики и колеблются для разных ядер в пределах от 1,4×107 до 2×107 м/с, что соответствует энергиям от 4 до 8,8 МэВ. Согласно современным представлениям, a-частицы образуются в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов.
где А и В—эмпирические константы, l = (ln 2)/T1/2. Согласно (257.1), чем меньше период полураспада радиоактивного элемента, тем больше пробег, а следовательно, и энергия испускаемых им a-частиц. Пробег a-частиц в воздухе (при нормальных условиях) составляет несколько сантиметров, в более плотных средах он гораздо меньше, составляя сотые доли миллиметра (a-частицы можно задержать обычным листом бумаги).
