VII. Элементы атомной и ядерной физики.

7.1. ≈ 24·10^-20 Дж. 7.2. ≈ 6,6·10⁷ м/с. 7.5. 9,64·10^-4 Вт. 7.6. 0,0011нм, 0,009 нм. 7.7. ≈ 1,37·10^-19 Дж. 7.8. 1,554·10⁷ м/с; 6,4·10^-6 нм. 7.9. ≈ 2,75 нм. 7.10. Длина волны фотона за­висит от освобождающейся при торможении электрона энергии, кото­рая обусловлена как начальной кинетической энергией электрона, так и интенсивностью торможения. Если сквозь вещество проходит поток электронов даже с одинаковой энергией, то в веществе условия торможения будут различны: одни из них тормозятся на самой по­верхности, другие проникают в глубь вещества анода, постепенно те­ряя свою скорость, и излучают, обладая уже меньшей энергией, поэтому спектр тормозного рентгеновского излучения будет сплош­ным. При торможении в веществе анода вся кинетическая энергия электрона может перейти в энергию одного кванта рентгеновских лу­чей. Излучение в этом случае имеет максимальную частоту (мини­мальную длину волны). Такие кванты и будут определять резкую границу спектра, так как при вполне определенном напряжении U излучение с более короткой длиной волны возникнуть не может. 7.11. Граничная длина волны λ₀ спектра тормозного рентгеновского излучения со стороны коротких длин волн соответствует максимально возможной энергии фотона E_{Ф. max}, которая равна энергии, освобож­дающейся при полном торможении электрона с наибольшей энергией E_{Э. max}, полученной в результате разгона его в электрическом поле. Тогда , откуда , т.е. λ₀ ~ U ^-1. 7.12. Для получения одной из К-линий надо вырвать электрон из К-оболочки, для которой энергия возбуждения 69,3 кэВ. Это и определяет вели­чину порогового напряжения для К-серии характеристического рент­геновского излучения. 7.13. ≈ 2,1·10⁸ м/с. 7.14. 250 кВ; 7,4·10^-3 нм. 7.15. Рентгеновское излучение будет более жестким, так как фотоны рентгеновских лучей будут иметь большую энергию. 7.16. ≈ 2,1·10^-6 нм. 7.17. Рентгеновское излучение будет возни­кать, но при данном напряжении оно мягкое и небольшой интенсив­ности, поэтому защитное стекло его полностью поглощает. 7.18. 0,75%. 7.19. У элементов с малым порядковым номером внутриядерные си­лы преобладают над кулоновскими силами отталкивания. Это приводит к устойчивости атомного ядра. При увеличении порядкового номера элемента в его ядре возрастает количество нуклонов, причем нейтронов становится больше, чем протонов, устойчивость ядра уменьшает­ся, величина внутриядерных сил приближается к величине кулоновских и при большом преобладании нейтронов, как у , действие внутриядерных сил делается меньше кулоновских, ядро становится неустойчивым и распадается. 7.20. При α-распаде заряд ядра и соот­ветственно порядковый номер элемента уменьшаются на две единицы, следовательно, вторичный элемент сдвигается в таблице Менделеева на два номера влево. При β-распаде (электронном) заряд ядра и соот­ветственно порядковый номер элемента увеличивается на единицу, поэтому вторичный элемент сдвигается на один номер вправо. Если ядро испускает γ-фотон, то изменяется только внутренняя энергия ядра, порядковый номер элемента остается прежним. 7.21. При рас­паде происходит превращение нейтрона в протон. В результате массо­вое число не изменяется, а число протонов увеличивается на единицу, что связано с образованием нового химического элемента: . 7.22. . 7.23. . 7.24. Прямые короткие треки были оставлены α-частицами, образовавшимися при распаде ядер радия, а не стронция (⁹⁰Sr излучает β-частицы). 7.25. β^--из­лучение. 7.26. ; . 7.27. α-излучение. 7.28. Электроны возникают в ядре в момент β^--распада в результате превращения нейтрона в протон: . Одно­временно с электроном образуется антинейтрино . 7.30. 5,4·10^-10 Ки. 7.31. 5,34·10^-3 мкКи. 7.32. 1,03·10⁹ кг. 7.33. ≈ 5,8·10. 7.34. ≈ 1,6·10^-11 г. 7.35. ≈ 0,3 мл. 7.36. 20,6 суток; 39,9 года; 7,6 го­да. 7.37. В 2,7 раза. 7.38. 1,5·10^-8 г. 7.39. ≈ 5,83ч. 7.40. ≈ 2,8·10^-4 с^-1; 41,6 мин. 7.41. ≈ 168 мкКи. 7.42. 13320. 7.43. Время пролета медленных нейтронов вблизи ядра атома больше, чем быст­рых. Это увеличивает вероятность захвата нейтрона ядром. 7.44. В результате каждого взаимодействия быстрого нейтрона с ядрами лег­ких элементов наблюдается упругое рассеяние, сопровождающееся значительной потерей энергии нейтроном и быстрым замедлением его до уровня энергии тепловых нейтронов. При каждом же взаимодейст­вии с ядрами тяжелых элементов (свинец и др.) потери энергии нейт­роном будут незначительными, так как при упругом ударе двух тел их энергии распределяются обратно пропорционально массам этих тел. 7.45. В мягкой ткани потеря энергии нейтронами в основном происходит при упругом рассеянии на ядрах водорода, так как в ткани они составляют 2/3 всех ядер. Передача энергии протонам максимальна, что приводит к быстрому замедлению нейтронов. 7.46. Нейт­роны не имеют электрического заряда и практически не взаимодейст­вуют с электронными оболочками атомов и сами не производят иони­зацию, поэтому проникающая способность их велика. Опасность нейт­ронов связана с вторичными процессами, вызывающими ионизацию атомов за счет ядер отдачи при упругом рассеянии нейтронов, γ-излучения, испускаемого ядрами при неупругом рассеянии и радиацион­ном захвате, а также излучения, возникающего при ядерных реакциях и распаде атомных ядер, активизированных нейтронами. 7.47. Биоло­гический эффект лучевого воздействия зависит от энергии излучения и его ионизирующей способности, которые у α-частицы являются наибольшими по сравнению с другими видами излучения. 7.48. Для того чтобы началась ядерная реакция, α-частица должна проникнуть внутрь ядра атома, преодолев кулоновские силы отталкивания, кото­рые пропорциональны порядковому номеру элемента. По этой причи­не энергия α-частиц, полученных от радиоактивных элементов, может оказаться недостаточной для преодоления электростатического барье­ра ядер тяжелых элементов. 7.49. . 7.50. . 7.51. . 7.52. При взаимодейст­вии быстрых нейтронов с ядрами тяжелых атомов часть энергии, передаваемой при соударении, переводит ядро отдачи в возбужденное состояние. При переходе его в основное состояние испускается один или несколько γ-квантов. 7.53. . 7.54. . 7.55. ≈ 0,02 дел. 7.56. Вели­чина тока насыщения при указанных условиях будет определяться иони­зирующей способностью излучения, которая у α-частиц, наибольшая. 7.57. 1 %; 11 %. 7.58. α- и β-части­цы, обладающие определенной энергией, проникают через стенки (окошко) счетчика в рабочий объем камеры и, производя ионизацию, вызывают газовый разряд, который фиксируется счетной установкой. Ионизирующая способность γ-лучей значительно меньше, чем α- и β-частиц, поэтому γ-фотоны, взаимодействуя с катодом трубки, вы­бивают из него отдельные электроны, которые, попав в рабочий объем камеры, вызывают газовый разряд. Эффективность регистрации γ-фотонов зависит от их энергии, материала катода и до некоторой степени от толщины катода. 7.59. 2,88 мР/ч. 7.60. 0,3%. 7.61. 48 имп/мин. 7.62. 14 нейтронов/ (см²·с). 7.63. При облучении дозами, мощность которых значительно превышает предельно допусти­мую для дозиметра данной конструкции, в рабочем объеме камеры создается большая плотность ионов. Это приводит к их рекомбина­ция, что и сказывается на результатах измерений. 7.64. 9·10^-11 Кл; 0,15 р. 7.65. Атомный состав кости значительно отличается от атомного состава воздуха и мягкой ткани, поэтому в костной ткани поглощается значительно большая часть энергии. 7.66. Мягкие ткани животных и человека воздухоэквивалентны (по эффективному атомному номеру), следова­тельно, и количество энергии рентгеновских или γ-лучей, поглощен­ных 1 г мягких тканей, практически эквивалентно количеству энер­гии, поглощенной 1 г воздуха. 7.67. 320 рад. 7.68. 4·10^-5 Гр/ч. 7.69. 3,6 мР. Это значительно меньше предельно допустимой недель­ной дозы (100 мР). 7.70. Ес­ли вся поглощенная энергия полностью превратится в тепло, то тем­пература всего тела поднимается примерно на 0,002 °С, что не смо­жет повлиять на течение жизненных процессов. Значит, тепловой фактор не является определяющим. 7.71. 2,8 Р. 7.72. Не более 13,5 мКи. 7.73. ≈ 9,76м. 7.74. 43 мКи. 7.75. В 1,78 раза. 7.76. 16,8 Р/ч. 7.77. ≈ 8·10^-4 Р. Меньше предельно допустимой дозы в 125 раз. 7.78. При применении рентге­новских лучей учитывается, что поглощение их данной средой не только ослабляет поток излучения, но и изменяет его энергетический состав. Мягкие лучи, т.е. лучи с большой длиной волны, погло­щаются сравнительно тонким поверхностным слоем и не проникают глубоко в тело. Поэтому для глубинных облучений необходимо применять более жесткие лучи, чем при лечении поверхностных кож­ных заболеваний, а время облучения для создания необходимой глубин­ной дозы увеличивать в несколько раз. При таких условиях для избе­жания поражения поверхности тела мягким рентгеновским излучением, сопровождающим жесткое, и ставятся фильтры. 7.79. Поток излу­чения квантов с большой энергией будет ослаблен фильтром меньше, чем поток излучения квантов с малой энергией. 7.80. 14,7 см. 7.81. 0,14 см^-1; ≈ 4,95 см. 7.82. ≈ 14 раз. 7.83. 6,64 см.