31. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду.
Радіоактивність - випускання радіоактивного випромінювання.
Радіоактивні властивості елемента обумовлені лише структурою його ядра. В даний час під радіоактивністю розуміють здатність деяких атом? Них ядер мимовільно (спонтанно) перетворюватися в інші ядра з випусканням різних видів радіоактивних випромінювань і елементарних частинок. Радіоактивність підрозділяється на природну (спостерігається у нестійких ізотопів, суті? Чих в природі) та штучну (спостерігається у ізотопів, отриманих за допомогою ядерних реакцій). Принципової різниці між цими двома типами радіоактивного? Ності немає, так як закони радіоактивного перетворення в обох випадках однакові. Радіоактивне випромінювання буває трьох типів: -, - і -випромінювання. -Випромінювання відхиляється електричним і магнітним полями, має високу іонізуючої здатністю і малою проникаючою здатністю (наприклад, поглинутої? Щаются шаром алюмінію товщиною приблизно 0,05 мм). -випромінювання являє собою потік ядер гелію; заряд -частинки дорівнює + 2е, а маса збігається з масою ядра ізотопу гелію. -Випромінювання відхиляється електричним і магнітним полями; його іонізуюча здатність значно менше (приблизно на два порядки), а проникаюча спосіб? ність набагато більше (поглинається шаром алюмінію товщиною приблизно 2 мм), ніж у -частинок. -випромінювання являє собою потік швидких електронів (це випливає з визначення їх питомої заряду). -Випромінювання не відхиляється електричним і магнітним полями, володіє від? Носительно слабкою іонізуючої здатністю і дуже великою проникаючою спо? Можності (наприклад, проходить через шар свинцю товщиною 5 см), при проходженні через кристали виявляє дифракцію. -Випромінювання представляє собою корот? Коволновое електромагнітне випромінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі -10 м і внаслідок цього - яскраво вираженими корпускулярним властивостями, тобто є потоком частинок - -квантів (фотонів).
Під радіоактивним розпадом. або просто розпадом, розуміють природне радіоактивними? тивное перетворення ядер, що відбувається мимовільно. Атомне ядро, відчуваючи? Ющее радіоактивний розпад, називається материнським. виникає ядро - дочірнім.
Теорія радіоактивного розпаду будується на припущенні про те, що радіоак? Тивний розпад є спонтанним процесом, який підпорядковується законам статистики. Так як окремі радіоактивні ядра розпадаються незалежно один від одного, то можна вважати, що число ядер dN, що розпалися в середньому за інтервал часу від t до t + dt. пропорційно проміжку часу dt і числу N нераспавшіхся ядер до моме? НТУ часу t. (256.1), де - постійна для даної радіоактивної речовини величина, звана постійної радіоактивного розпаду; знак мінус вказує, що загальне число радіоактивними? тивних ядер в процесі розпаду зменшується. Розділивши змінні та інтегруючи отримаємо (256,2), де N0- початкове число нераспавшіхся ядер (в момент часу t = 0), N- число нераспавшіхся ядер в момент часу t. Формула (256,2) висловлює закон радіоактивного? Ного розпаду. згідно з яким число нераспавшіхся ядер убуває з часом за експоненціальним законом.
Інтенсивність процесу радіоактивного розпаду характеризують дві величини: період напіврозпаду Т1 / 2 і середній час життя радіоактивного ядра. Період полураспадаТ1 / 2- час, за яке вихідне число радіоактивних ядер в середньому зменшується вдвічі. Тоді, згідно з (256,2), звідки. Періоди напіврозпаду для природно-радіоактивних елементів коливаються від десятимільйонних часток секунди до багатьох мільярдів років.
30. Стійкість атомних ядер. Енергія зв'язку. Розподіл важких ядер і синтез легких. Термоядерна енергія.
Стійкість ядер. З Залежність числа нейтронів N від числа протонів Z у атомних ядрах (N = A-Z). Де А - масова число. З факту зменшення середньої енергії зв'язку для нуклідів з масовими числами більше або менше 50-60 випливає, що для ядер з малими А енергетично вигідний процес злиття - термоядерний синтез, що призводить до збільшення масового числа, а для ядер з великими - процес поділу. Детальні дослідження показали, що стійкість ядер також істотно залежить від параметра - відношення чисел нейтронів і протонів. Ядра легких нуклідів найбільш стійкі при. З ростом масового числа все більш помітним стає електростатичне відштовхування між протонами, і область стійкості зсувається до значень 1 "ALIGN = BOTTOM WIDTH = 37 HEIGHT = 6 BORDER = 0>. Для найбільш важких ядер.
Щоб охарактеризувати міцність зв'язку і стійкість системи будь-яких частинок (наприклад, атомного ядра як системи з протонів і нейтронів), вводять поняття енергії зв'язку. Енергія зв'язку системи дорівнює роботі, яку необхідно затратити, щоб розкласти цю систему на складові частини (наприклад, атомне ядро - на протони і нейтрони). Енергія зв'язку системи (40.9), де m0i - маса спокою i -й частки у вільному стані; М0- маса спокою системи, що складається з п частинок. Розподіл важких ядер відбувається при захопленні нейтронів. При цьому випускаються нові частинки і звільняється енергія зв'язку ядра, що передається осколкам поділу. Це фундаментальне явище було відкрито в кінці 30-их років німецькими вченими Ганом і Штрасманом, що заклало основу для практичного використання ядерної енергії. Ядра важких елементів - урану, плутонію і деяких інших інтенсивно поглинають теплові нейтрони. Після акту захоплення нейтрона, важке ядро з імовірністю
0,8 ділиться на дві нерівні за масою частини, звані осколками або продуктами поділу. При цьому випускаються - швидкі нейтрони / (в середньому близько 2,5 нейтронів на кожен акт поділу), негативно заряджені бета-частинок і нейтральні гамма-кванти, а енергія зв'язку частинок в ядрі перетворюється в кінетичну енергію уламків поділу, нейтронів та інших частинок. Ця енергія після цього витрачається на теплове збудження складових речовина атомів і молекул, тобто на розігрівання навколишнього речовини.
Реакція синтезу легких ядер може початися і протікати лише при нагріванні речовини до температури, при якій кінетична енергія теплового руху ядер стає достатньою для подолання сил взаємного електричного відштовхування, що діють між ними. Реакції синтезу легких ядер, ефективно протікають в умовах нагріву речовини до температури десятків мільйонів градусів і більше, називаються термоядерними. Найбільш легко протікає реакція синтезу між ядрами ізотопів водню дейтерію і тритію. Значно більше ви? Сокая температура потрібна для реакцій синтезу між ядрами тільки дейтерію, а також між ядрами тільки тритію. Реакція синтезу ядер відбувається з великою швидкістю, при цьому виділяється досить велика кількість енергії.
Термоядерна енергія. Енергія, яка виділяється при термоядерних реакціях, в розрахунку на один нуклон в кілька разів перевищує питому енергію, що виділяється в ланцюгових реакціях поділу ядер. Так, наприклад, в реакції злиття ядер дейтерію і тритію виділяється 3,5 МеВ / нуклон. В цілому в цій реакції виділяється 17,6 МеВ. Це одна з найбільш перспективних
термоядерних реакцій. Здійснення керованих термоядерних реакцій дасть людству новий екологічно чистий і практично невичерпне джерело енергії. Однак отримання надвисоких температур і утримання плазми, нагрітої до мільярда градусів, являє собою важке науково-технічну задачу на шляху здійснення керованого термоядерного синтезу.
24. Квантово-механічний опис стану електрона в атомі. Заповнення електронних оболонок. Принцип Паулі. Періодична система елементів.
У квантовій механіці для характеристики станів об'єктів в мікросвіті вводиться поняття волновойфункціі. а рух електрона в потенційному полі ядра атома описується стаціонарним рівнянням Шредінгера. U (r) = - потенційна (кулоновская) енергія електрона в полі ядра; W - енергія електрона в атомі, відповідна хвильової функції. за таких умов: - функція. повинна бути кінцевою, безперервної і однозначною; - похідні. / Dx. / Dy. dz повинні бути безперервними; - функція |? | 2 повинна бути інтегрована (тобто dxdydz інтеграл повинен бути кінцевим). При заданому вигляді U функції. називаються власними функціями. а відповідні їм значення W - власними значеннями енергії. Сукупність власних значень утворює енергетичний спектрелектрона. Рішення стаціонарного рівняння Шредінгера для електрона в центрально- симетричному кулонівському полі ядра призводить до того, що стан електронів на атомі описується набором чотирьох квантових чисел (n. L. M. S). Значення моменту імпульсу електрона в атомі квантуется за формулою: L =, де l = 0,1, ..., (n-1) називаетсяорбітальним квантовим числом. Залежно від значення орбітального квантового числа розрізняють наступні стану електрона в атомі - s-стан (l = 0), p-стан (l = 1), d-стан (l = 2), f-стан (l = 3). у квантовій механіці електронні орбіти в атомі розглядаються як геометричні місця точок. в яких з найбільшою ймовірністю, може бути виявлений електрон. Рух електрона в просторі по замкнутій орбіті призводить до виникнення моменту імпульсу, проекція вектора якого Llz на напрям зовнішнього магнітного поля може приймати тільки дискретні значення (просторове квантування орбітальногомомента імпульсу) LlZ = m ħ, m = 0, ± 1, ± 2, ..., ± l - магнітне квантове число.
Для багатоелектронних атомів основним принципом розподілу електронів по станах є принцип Паулі. в будь-якому атомі не може бути двухелектронних, що знаходяться в однакових стаціонарних станах. Ці два електрона повинні відрізнятися квантовим числом. Максимальне число електронів в стані з квантовими числами (n, l, m) дорівнює Z2 (n, l, m) = 2. Максимальне число електронів в стані з квантовими числами (n, l) дорівнює Z3 (n, l) = 2 (2l + 1). Максимальне число електронів в стані з головним квантовим числом n одно Z4 (n) =
Основні положення періодичної системи: 1) Порядковий номер визначає загальне число електронів в атомі даного елемента; 2) Розподіл електронів в атомі по енергетичних станів задовольняє принципу мінімуму енергії атома; 3) Заповнення енергетичних станів відбувається відповідно до принципу Паулі.
Електронною оболонкою (електронним шаром) називається сукупність електронних станів в атомі з однаковим значенням главногоквантового числа n. На кожному рівні у відповідності з принципом Паулі може бути тільки два електрона зі спіновими квантовими числами -1/2 і +1/2. Максимальне значення головного квантового числа, відповідне частково або повністю заповненою оболонці, визначає період періодичної системи елементів, в якому розташовується цей елемент. Зовнішня не до кінця заповнена оболонка називається валентної оболонкою. а розташовані на ній електрони визначають фізико-хімічні властивості елемента. Кількість і склад електронів на валентній оболонці позначається у вигляді валентнойформули. в якій вказується кількість електронів на кожній подоболочкі 2s 2р 3 (N). 3d 24s 2 (Ti). Валентними електронами називаються s- і р-електрони валентної оболонки. Ці електрони визначають хімічні і оптичні властивості атомів. Що входять до складу валентної оболонки d-електрони визначають тип кристалічної решітки для даного елемента і його магнітні властивості.
28. Напівпровідникові діоди і тріоди.
Термоелектронна емісія - явище випускання електронів з поверхні нагрітого катода. Провідність в вакуумі здійснюється термоелектронів. Діод - двохелектродна лампа, що має позитивно заряджений анод і негативно заряджений підігрівається катод, завдяки якому і утворюється термоелектронна емісія; служить для випрямлення змінного струму. Тріод - трьохелектродна лампа, що має анод, що підігрівається катод і сітку, виконану у вигляді спіралі, що охоплює катод; використовуються для посилення електричних сигналів. Всі тверді речовини за своїми електричними властивостями поділяються на такі групи: