Энергия распада

Изменение энергии ядра после радиоактивного распада

Энергия распада — это изменение энергии ядра, претерпевшего радиоактивный распад . Радиоактивный распад — это процесс, в котором нестабильное атомное ядро ​​теряет энергию, испуская ионизирующие частицы и излучение . Этот распад, или потеря энергии, приводит к тому, что атом одного типа (называемый родительским нуклидом ) превращается в атом другого типа (называемый дочерним нуклидом ).

Расчет распада

Разность энергий реагентов часто записывается как Q :

${\displaystyle Q=\left({\text{Kinetic energy}}\right)_{\text{after}}-\left({\text{Kinetic energy}}\right)_{\text{before}},}$

${\displaystyle Q=\left({\text{Rest mass}}\right)_{\text{before}}c^{2}-\left({\text{Rest mass}}\right)_{\text{after}}c^{2}.}$^[1]

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

${\displaystyle Q{\text{ [MeV]}}=-931.5\Delta M{\text{ [Da]}},~~({\text{where }}\Delta M=\Sigma M_{\text{products}}-\Sigma M_{\text{reactants}}).}$^[2]

Типы радиоактивного распада включают в себя

• гамма-лучи
• бета-распад (энергия распада делится между испускаемым электроном и нейтрино , которое испускается одновременно)
• альфа-распад

Энергия распада — это разность масс Δm между родительским и дочерним атомом и частицами. Она равна энергии излучения E. Если A — радиоактивная активность , т.е. число превращающихся атомов за единицу времени, M — молярная масса, то мощность излучения P равна:

${\displaystyle P=\Delta {m}\left({\frac {A}{M}}\right).}$

или

${\displaystyle P=E\left({\frac {A}{M}}\right).}$

или

${\displaystyle P=QA.}$

Пример: ⁶⁰ Co распадается на ⁶⁰ Ni. Разница масс Δm составляет 0,003 а.е.м. Излучаемая энергия составляет приблизительно 2,8 МэВ. Молярный вес составляет 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 учетом единиц мощность излучения для ⁶⁰ Co составляет 17,9 Вт/г.   

Мощность излучения в Вт/г для нескольких изотопов:

⁶⁰ Со: 17,9

²³⁸ Pu: 0,57

^137Сs : 0,6

²⁴¹ Ам: 0,1

²¹⁰ Po: 140 (T = 136  дн.)

⁹⁰ Ср: 0,9

^226Ра : 0,02

Для использования в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ) желательна высокая энергия распада в сочетании с длительным периодом полураспада. Для снижения стоимости и веса радиационной защиты предпочтительны источники, не испускающие сильного гамма-излучения . Эта таблица дает представление о том, почему - несмотря на свою огромную стоимость -²³⁸
Pu с его периодом полураспада около восьмидесяти лет и низким уровнем гамма-излучения стал предпочтительным нуклидом для РИТЭГов.90Sr работает хуже, чем²³⁸
Pu почти по всем показателям, будучи менее долговечным, бета-излучателем, а не легко экранируемым альфа-излучателем, и испуская значительное гамма-излучение, когда его дочерний нуклид90Y распадается, но поскольку он является продуктом ядерного деления с высоким выходом и его легко химически извлечь из других продуктов деления,РИТЭГи на основе титаната стронция широко использовались для удаленных мест в течение большей части 20-го века. Кобальт-60, хотя и широко использовался для таких целей, как облучение пищевых продуктов, не является практически применимым изотопом РИТЭГов, поскольку большая часть его энергии распада выделяется гамма-лучами, что требует существенной защиты. Кроме того, его пятилетний период полураспада слишком короток для многих применений.

Смотрите также

• Значение Q (ядерная наука)

Ссылки

1. "Альфа-распад" (PDF) . Soton . Архивировано (PDF) из оригинала 2016-05-08 . Получено 31 марта 2021 .
2. Choppin, Gregory R. (2002). Радиохимия и ядерная химия. Gregory R. Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg (3-е изд.). Woburn, MA: Butterworth-Heinemann. стр. 62. ISBN 978-0-08-051566-3. OCLC  182729523.

• Радиоактивность Радионуклиды Радиация Джозефа Магилла и Джин Гали, Springer Verlag, 2005