Тема 14. Физические процессы в микромире

Радиоактивность – естественное (самопроизвольное) или искусственное (сознательное воздействие на ядра атомов) превращение нестой­ких атомных ядер одних химических элементов в ядра других химических элементов, сопровождающееся испус­канием ядерных излучений (альфа-, бета- и гамма-излучениями). Р. называют также свойство вещества, содержащего радиоактивные ядра.

Бета-излучение – вид ионизирующего излучения; поток электронов или позитронов, возникающий при радиоактивных превращениях атомных ядер. Бета-излучение отклоняются в электрических и магнитных полях; вызывают ионизацию, люминесценцию, воздействуют на фотоэмульсию.

Альфа-излучение – вид ионизирующего излучения; поток ядер атомов гелия (альфа-частиц). Альфа-излучение несет положительный заряд; отклоняется в электрическом и магнитных полях; обладает низкой проникающей способностью; разрушает структуру клеток, попадая внутрь организма.

Гамма-излучение – вид ионизирующего излучения; коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 0.05 нм, испускаемое возбужденными атомными ядрами при ядерных реакциях, радиоактивных превращениях атомных ядер, при аннигиляции электрона и позитрона и при других превращениях элементарных частиц. Гамма-фотоны вызывают ионизацию атомов, обладают большой проникающей способностью, не преломляются, порождают электронно-позитронные пары, не отклоняются в электрических и магнитных полях, не имеют античастицы. Гамма-излучение оказывает на организмы мутагенное и канцерогенное воздействие вплоть до летального исхода.

Радиоактивный распад – явление спонтанного превращения атомного ядра в другое ядро или ядра, которое сопровождается испусканием одной или нескольких положительно и отрицательно заряженных, а также нейтральных частиц (например, электронов, нейтрино, альфа-частиц, фотонов). Закон РР имеет статистический характер и гласит, что среднее количество ядер радиоактивного вещества, распадающихся за секунду, пропорционально периоду полураспада.

Радиоактивные превращения – самопроизвольные превращения одних ядер в другие ядра, которые сопровождаются испусканием различных частиц. Виды РП – альфа-распад и бета-распад.

Альфа-распад – вид самопроизвольного радиоактивного превращения тяжелых атомных ядер, который сопровождается испусканием альфа-частиц из ядра.

Альфа-частица – устойчивая система из двух нейтронов и двух протонов (ядро атома гелия), которая богата ядрами тяжелых радиоактивных элементов (плутоний-239, 238, уран-235, радон-222 и др.).

Бета-распад – тип радиоактивного превращения нестабильных атомных ядер, обусловленный слабым взаимодействием и связанный со взаимным превращением нейтронов и протонов в атомных ядрах.

Бета-частицы – электроны и позитроны, испускаемые ядрами атомов при распаде; они вызывают в организмах канцерогенные и мутагенные эффекты вплоть до летального исхода.

Аннигиляция – превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы – фотоны и мезоны больших энергий (вещество превращается в излучение); например, при аннигиляции пары электрон–позитрон образуются фотоны.

Ядерные реакции – превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с частицами или друг с другом; обычно происходят при бомбардировке тяжелых атомных ядер более легкими ядрами или частицами. Для осуществления ЯР необходимо сближение частиц (двух ядер, ядра и нуклона и т. д.) на расстояние ~ 10^-13 см.

Ядерная энергия – внутренняя энергия атомного ядра, связанная с движением и взаимодействием образующих ядро нуклонов – протонов и нейтронов. Различают два получения ЯЭ: осуществление ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер; осуществление термоядерной реакции синтеза легких ядер.

Ядер деление – ядерная реакция, в которой атомное ядро при бомбардировке нейтронами расщепляется на два или несколько осколков. Полная масса осколков обычно меньше суммы масс исходного ядра и бомбардирующего нейтрона; "недостающая масса" превращается в энергию, которую можно преобразовать в электричество.

Атомная электростанция – электростанция, в которой электроэнергия вырабатывается за счет энергии, выделяющейся при распаде атомных ядер, т.е. атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую энергию. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор.

Термоядерный синтез – реакция слияния (синтеза) легких атомных ядер в более тяжелые ядра, происходящая при очень высоких температурах и давлениях, которая сопровождается выделением огромных количеств энергии. В естественных условиях термоядерные реакции происходят на Солнце и звездах, искусственная термоядерная реакция получена в форме неуправляемой реакции при взрыве водородной бомбы. ТС сопровождается колоссальным энерговыделением на единицу массы реагирующих веществ (удельное энерговыделение на единицу массы топлива в реакциях ядерного синтеза больше, чем в реакциях деления ядер и химических реакциях).

Ядерные цепные реакции – ядерные реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются как продукты этих реакций; пока единственная известная ЯЦР – реакция деления урана и некоторых трансурановых элементов под действием нейтронов.

Энергия связи ядра – энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии.

Дефект массы – разность между массой частицы (атомного ядра) и массой составляющих ее частиц, определяющая энергию связи частицы. Д. м. связан с энергией связи нуклонов в ядре и характеризует устойчивость данного ядра.