Энергия распада

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Энергия распада — изменение энергии, которое происходит в ядре при радиоактивном распаде.

Радиоактивный распад — процесс, при котором радиоактивое атомное ядро теряет энергию путём испускания ионизирующих частиц и излучения. В результате распада, или потери энергии, атом одного типа (называемый родительским нуклидом) преобразуется в атом другого типа (называемый продуктом распада).

Количественное описание распада

[править | править код]

Разность энергий ядер обычно обозначается Q:

[1]

Энергия распада обычно выражается в единицах энергии МэВ (миллион электронвольт) или кэВ (тысяча электронвольт):

[2]

Выделяют следующие типы радиоактивного распада:

Энергия распада — разность масс Δm между родительским атомом и продуктами распада. Она равна энергии излучения E. Если A — активность, то есть число распадающихся атомов в единицу времени, M — молярная масса, тогда мощность излучения P равна:

или

или

Пример: 60Co распадается в 60Ni. Разность масс Δm равна 0,003 а. е.м. Испущенная энергия приблизительно равна 2,8 МэВ. Молярная масса равна 59,93. Период полураспада T равный 5,27 года соответствует активности A = N [ ln(2) / T ], где N — число атомов на моль, а T — период полураспада. С учётом перевода единиц измерения мощность излучения для 60Co составит 17,9 Вт/г.

Мощность излучения в Вт/г для некоторых изотопов:

60Co: 17,9
238Pu: 0,57
137Cs: 0,6
241Am: 0,1
210Po: 140 (Т = 136 сут)
90Sr: 0,9
226Ra: 0,02

Для радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов) нужна высокая энергия распада и большой период полураспада. Чтобы уменьшить стоимость и вес радиационной защиты, предпочтение отдаётся источникам, не испускающим мощное гамма-излучение. Из вышеприведённого перечня видно, почему несмотря на чрезвычайно высокую стоимость — 238Pu, имеющий период полураспада около 80 лет и слабое гамма-излучение, используется в РИТЭГах. 90Sr имеет практически все показатели хуже, чем 238Pu: период полураспада короче, он испускает бета-излучение, а не альфа-излучение, от которого легче защититься, и испускает значительное гамма-излучение при распаде дочернего нуклида 90Y, но из-за высокого выхода продукта ядерного деления и простоты его химического отделения от остальных продуктов деления, РИТЭГи на основе титаната стронция широко использовались в труднодоступных местностях на протяжении большей части XX века. Несмотря на то, что кобальт-60 широко используется для облучения продуктов питания, его не рационально использовать в качестве изотопа для РИТЭГов, поскольку большинство его энергии распада выделяется в виде гамма-лучей, что требует существенной защиты. Более того, период полураспада 5 лет — слишком короткий для большинства задач.

Примечания

[править | править код]
  1. Alpha Decay. Soton. Дата обращения: 31 марта 2021. Архивировано 8 мая 2016 года.
  2. Choppin, Gregory R. Radiochemistry and nuclear chemistry. — 3rd. — Woburn, MA : Butterworth-Heinemann, 2002. — P. 62. — ISBN 978-0-08-051566-3.