Энергия распада

Энергия распада — это изменение энергии ядра, подвергшегося радиоактивному распаду . Радиоактивный распад — это процесс, при котором нестабильное атомное ядро ​​теряет энергию из-за испускания ионизирующих частиц и излучения . 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 записывают как Q :

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

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

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

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

Типы радиоактивного распада включают в себя

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

Энергия распада представляет собой разницу масс Δm между родительским и дочерним атомом и частицами. равна энергии излучения E. Она Если А — радиоактивная активность , т. е. число трансформирующихся атомов за раз, М — молярная масса, то мощность излучения Р равна:

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

или

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

или

$P=QA.$

Пример: ⁶⁰ Co распадается на ⁶⁰ Ни. Разница масс Δm составляет 0,003   ед . Излучаемая энергия составляет примерно 2,8   МэВ. Молярная масса составляет 59,93. Период полураспада T, равный 5,27 года, соответствует активности A = N [ln(2)/T] , где N — количество атомов на моль, а T — период полураспада. Уход за агрегатами: мощность излучения для ⁶⁰ Co составляет 17,9   Вт/г.

Мощность излучения в Вт/г для нескольких изотопов:

⁶⁰ Со: 17,9

²³⁸ Пу: 0,57

¹³⁷ Кс: 0,6

²⁴¹ Утро: 0,1

²¹⁰ Po: 140 (Т = 136   д)

⁹⁰ Старший: 0,9

²²⁶ Дата: 0.02

Для использования в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РТГ) желательна высокая энергия распада в сочетании с длительным периодом полураспада. Для снижения стоимости и веса радиационной защиты источники, не излучающие сильное гамма-излучение предпочтительны . Эта таблица показывает, почему, несмотря на огромную стоимость, ²³⁸
Pu с его периодом полураспада примерно восемьдесят лет и низким уровнем гамма-выбросов стал предпочтительным нуклидом РТГ. ⁹⁰
Sr работает хуже, чем ²³⁸
Pu почти по всем параметрам: он короче по времени жизни, является бета-излучателем, а не легко экранируемым альфа-излучателем и испускает значительное гамма-излучение, когда его дочерний нуклид ⁹⁰
Y 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 в отдаленных местах на протяжении большей части 20-го века. Кобальт-60, хотя он широко используется для таких целей, как облучение пищевых продуктов, не является практически осуществимым изотопом РИТЭГ, поскольку большая часть его энергии распада выделяется гамма-лучами, что требует значительной защиты. Более того, его пятилетний период полураспада слишком короток для многих применений.

См. также

• Значение Q (ядерная наука)

Ссылки

• Радиоактивность, радионуклиды, радиация, Джозеф Магилл и Джин Гали, Springer Verlag, 2005 г.