Естественная радиоактивность калия

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
И.Н. Фетисов
ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ КАЛИЯ
Методические указания к лабораторной работе Я61
по курсу общей физики
Под редакцией Г.В Балабиной
М о с к в а
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2009

УДК 539.16
ББК 22.383
Ф451
Рецензент Е.К. Кузьмина
Фетисов И.Н.
Ф451
Естественная радиоактивность калия : метод. указания к ла(
бораторной работе Я(61 по курсу общей физики / И.Н. Фети(
сов ; под ред. Г.В. Балабиной. – М.: Изд(во МГТУ им. Н.Э. Бау(
мана, 2009. – 26 [6] с.: ил.
Рассмотрены радиоактивные превращения, закон распада, взаимо(
действие излучений с веществом, основные положения дозиметрии.
Изложены методики измерения периода полураспада, коэффициента
поглощения γ(излучения, пробега β(частиц и их энергии.
Для студентов 2(го курса.
УДК 539.16
ББК 22.383
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009
2

Цель работы – ознакомление с радиоактивностью, взаимодей(
ствием излучений с веществом, дозиметрией; проведение измере(
ний периода полураспада, пробега и энергии β(частиц, коэффици(
ента поглощения γ(излучения.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
1. Виды радиоактивных превращений
Атомы включают в себя ядро и электронную оболочку. Линей(
ные размеры атома приблизительно 10 –10 м, а ядра – на 4–5 поряд(
ков меньше. Ядра (нуклиды) состоят из протонов и нейтронов –
частиц, называемых нуклонами. Между нуклонами действуют ядер(
ные силы притяжения. Протон имеет положительный элементар(
ный заряд e = 1,6.10–19 Кл, а нейтрон не заряжен. Масса нуклонов
примерно в 1840 раз больше массы электрона. Химические элемен(
ты различаются количеством протонов Z (зарядовым числом, по(
рядковым номером). Число нуклонов A в ядре называют массовым
числом. Ядро элемента X записывают в виде A
Z X; например, ядро ге(
лия: 4
2He. Атомы одного и того же химического элемента, различаю(
щиеся числом нейтронов, называются изотопами. Например, для
водорода известны три изотопа: 1
1H, 2
1H и 3
1H.
Некоторые ядра (радионуклиды) самопроизвольно (спонтанно)
испускают частицы и превращаются в другое ядро (А. Беккерель,
1896 г.). Это явление получило название «радиоактивность» [1–3].
Распадающееся ядро называют материнским, а образующееся после
распада – дочерним. Дочернее ядро может быть как стабильным, так
и радиоактивным.
К основным радиоактивным превращениям относятся α( и
β(распады.
Альфараспад. Многие тяжелые ядра испускают ядро гелия
(α(частицу):
A
Z X →  4
2 He + A
Z
–
–
4
2Y,
где X и Y – символы химических элементов.
3

Например, превращение радия в радон происходит по схеме
226
88Ra  →  4
2He + 222
86Rn.
Квантовая механика объясняет α(распад туннельным эффек(
том – проникновением α(частицы через потенциальный барьер на
поверхности ядра, образующийся под действием сил ядерного при(
тяжения нуклонов и кулоновского отталкивания протонов [1–3].
Бетараспад. При таком распаде в ядре происходит превращение
нейтрона в протон, электрон и антинейтрино, а протона – в нейтрон,
позитрон и нейтрино. При этих превращениях число нуклонов в ядре
не изменяется, а зарядовое число изменяется на "1.
Известны три разновидности β(распада:
1) электронный β(распад (β
–(распад). Примером такого распада
служит превращение свободного нейтрона n в протон p, электрон –1
 
0e
и электронное антинейтрино ~
νe:
n → p + –1
 
0e + ~
νe.
Подобные превращения нейтрона происходят во многих нестабиль(
ных ядрах, при этом электрон и антинейтрино покидают ядро. Элек(
тронный распад в ядре протекает по схеме
A
Z X → Z+1
AY +  –1
 
0e + ~
νe;
(1)
2) позитронный β(распад (β+(распад). В этом случае ядро испус(
кает позитрон и электронное нейтрино:
A
Z X → Z–1
AY + +1
0e + νe.
При позитронном распаде в ядре происходит превращение протона
в нейтрон, позитрон и нейтрино:
p → n + +1
 
0e + νe.
Позитрон является античастицей электрона, имеющей такую же
массу, но противоположные по знаку электрический и лептонный
заряды, а также магнитный момент [1–3];
3) электронный захват – захват ядром собственного орбитально(
го электрона, чаще с ближайшей Kоболочки:
4