Инженерная графика
Физика
Атомные станции
Строймех
ТКМ
Начертательная геометрия
Экология энергетики
Сопромат
Готика
Черчение
Теплотехника
Математика

Театр

Конспект лекций
Атомная энергетика
Карта

Ядерная физика начало

Радиоактивные семейства ( ряды )

Все естественные радиоактивные нуклиды с А > 209 можно расположить в виде трех последовательных цепочек, называемых радиоактивными семействами или рядами. Каждое радиоактивное семейство начинается с a-радиоактивного нуклида, называемым родоначальником семейства, а каждый радиоактивный последующий элемент семейства является продуктом распада предыдущего.

Переход от одного элемента к другому в пределах семейства может быть описан изменением массового числа в виде формулы, называемой правилом смещения:

А = 4п + С ,

3.1.1

где С - постоянная для данного семейства величина, а n- либо уменьшается на единицу (при a-распаде), либо не изменяется (при b-распаде). На рис. 3.1.1 показано семейство урана. Стрелки на диаграмме (A, Z), направленные влево и вниз обозначают a-распады,

 

 


направленные вверх - b-распады. Возле каждой из жирных стрелок, обозначающих основную цепочку распада, приведены соответствующие периоды полураспада. Начинается это семейство с , который с периодом полураспада T1/2 = 4,5×109 лет путем a-распада превращается в (торий), который, в свою очередь, путем b--распада с Т1/2 = 24 дня превращается в  (протактиний). Протактиний, в свою очередь, с Т1/2 = 1,2 минуты превращается в . Следует обратить внимание на огромное различие в периодах полураспада в первом и втором звеньях ряда. Это различие типично и для остальных радиоактивных семейств. Некоторые нуклиды, входящие в семейства, могут с разной вероятностью испытывать как a-, так и b-распады. На схеме рис. 3.1.1 они образуют т.н. вилки. Семейство урана заканчивается стабильным нуклидом свинца , ядро которого является магическим по числу протонов. Остальные семейства имеют аналогичные характеристики, которые представлены в таблице 3.1.1. Во второй строке этой таблицы даны характеристики не существующего в природе семейства. Родоначальником этого семейства является искусственно получаемый в ядерных реакторах или в ядерных взрывах трансурановый элемент плутоний , но название это семейство получило по имени первого долгоживущего нуклида (период полураспада 2,2·106лет). Название актиноуранового семейства произошло от старого, уже вышедшего из употребления, наименования нуклида 235U.

 

 

Подпись: Таблица 3.1.1
Название семейства	Первый элемент	Последний элемент	nmax	nmin	C
Тория	 
 
58	52	0
Нептуния	 
 
59	52	1
Урана	 
 
59	51	2
Актиноурана	 
 
58	51	3


Последними элементами всех четырех радиоактивных семейств являются стабильные магические (следовательно, особо устойчивые) нуклиды свинца и висмута.

Естественные более легкие радиоактивные ядра, чем нуклиды радиоактивных семейств, которые не успели распасться с момента образования и до настоящего времени, непрерывно образуются под действием космического излучения. Например, под действием космического излучения атмосферный азот 14N превращается в b-активный углерод 14C с периодом полураспада 5730 лет. Измерение содержания этого нуклида в древних органических останках (скелетах, мумиях, деревянных предметах и т.п.) позволяет археологам определять возраст этих предметов.

Постоянная тонкой структуры Обусловленное спином расщепление энергетических уровней является релятивистским эффектом. Релятивистская квантовая теория дает для расстояния между уровнями тонкой структуры 2p1/2 и 2p3/2 водородного атома значение

(13.32)

Здесь Ei – энергия ионизации водородного атома, α – безразмерная величина, называемая постоянной тонкой структуры. Она определяется выражением

(13.33)

Постоянная тонкой структуры принадлежит к числу фундаментальных констант природы и её также называют константой связи электрона с электромагнитным полем.

13.4. Результирующий механический момент многоэлектронного атома.

Как показывает расчет, суммарный орбитальный момент системы определяется выражением

(13.34)

где L — орбитальное квантовое число результирующего момента. В случае системы из двух частиц с орбитальными моментами l1 и l2 квантовое число L — целое, положительное — может иметь следующие значения:

L = (l1 + l2), (l1 + l2 - 1), ..., |l1 - l2|.

(13.35)

Отсюда следует, что L (а значит и результирующий момент) может иметь 2 l1 + 1 или 2 l2 + 1 различных значений (нужно взять меньшее из двух значений l). Если система состоит не из двух, а из многих частиц, то квантовое число L, определяющее результирующий орбитальный момент, находится путем последовательного применения правила (13.35).

Проекция результирующего орбитального момента на некоторое направление Z определяется аналогично (13.27):

Mz = ћmL, mL=0, ±1, ±2, …, ± L.

(13.36)

Подобным же образом определяется и суммарный спиновый момент системы:

(13.37)

где квантовое число S результирующего спинового момента может быть целым или полуцелым — в зависимости от числа частиц — четного или нечетного. Если число N частиц четное, то S = Ns, Ns - 1, ..., 0, где s = 1/2, т. е. в этом случае S — целые числа. Если же число N частиц нечетное, то S принимает все полуцелые значения от Ns до s, где s = 1/2.

Определение, виды радиоактивности, радиоактивные семейства