В 1955 г. в издательстве ЛГУ вышел курс «Введение в радиоактивность», вскоре переведенный на ряд иностранных языков и послуживший, можно сказать, целому поколению студентов-радиохимиков.
Немногое из этого курса осталось в предлагаемом читателю учебнике под измененным названием «Физические основы радиохимии».
Перед каждым студентом-химиком, приступающим к изучению курса радиохимии, встают специфические трудности, связанные с необходимостью иметь определенный запас-знаний по ядерной физике. Однако существующие учебники и учебные пособия по ядерной физике могут быть использованы студентами скорее в качестве справочника, так как эти книги велики по объему и, как правило, требуют более основательной подготовки, нежели это дается в химических вузах. Именно поэтому автор попытался создать учебник, который стал бы доступным студенту при скромной затрате времени и в то же время давал бы ему минимум знаний по основам ядерной физики, необходимым для дальнейшего изучения курса и работы в измерительной и радиохимической лабораториях.
Некоторые разделы книги предполагают знакомство читателя с основами квантовой теории и статистической термодинамики в объеме, не большем обычной университетской программы для химиков. При первом чтении можно опустить соответствующие места книги (например, изложенную в гл. VI теорию р-рас-пада) без существенного ущерба для понимания •предмета в целом.
Из числа лиц, оказавших мне помощь при написании и оформлении книги, должен прежде всего поблагодарить моего ученика и друга канд. хим. наук П. П. Серегина. Последние главы книги (XIV—XVI) написаны совместно с ним и канд. хим. наук С. И. Бон-даревским.
Выражаю искреннюю благодарность за тщательное рецензирование всего текста проф. АН. Н. Несмеянову и И. А. Коршунову. Автор также глубоко признателен М. М. Поплавской, взявшей на себя нелегкий труд по редактированию книги.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр. Предисловие .......................... 3
Глава I. Общие свойства атомных ядер................ 5
.§ 1. Заряд атомного ядра .................. 5
§ 2. Масса атомного ядра................... . 6
§ 3. Протонно-нейтронная модель ядра...........ц
§ 4. Энергия связи нуклонов в ядре............12
§ 5. Спин ядра, магнитный и квадрупольнын моменты ядер ... 15
Глава II. Изотопия.........................19
§ 1. Изотопный состав вещества................19
§ 2. Систематика изотопов .,.................. 20
§ 3. Разделение изотопов .,,...,................ 23
Глава III. Естественная радиоактивность ............... 31
§ 1. Открытие радиоактивности, а-, Р- и у-Лучи......... 31
§ 2. Радиоактивные семейства................. 33-
§ 3. Законы радиоактивного распада.............. 37
§ 4. Радиоактивные флуктуации.............. 48
§ 5. Единицы радиоактивности................. 55
§ 6. Сравнение у-активности радиоактивных препаратов..... 56
§ 7. Дозиметрия и ее задачи................. 56
§ 8. Естественные радиоактивные изотопы некоторых элементов.
Захват орбитальных электронов .............. 57
§ 9. Определение геологического возраста радиоактивными методами . ..,,..,..................... 59
Г)
' Глава IV. Методы обнаружения и измерения интенсивности радиоактивных излучений .,.,,:. . . . . . . . . . 1 . ....•.'....... • . . 62
§ 1. Ионизационные методы.................. 62
§ 2. Сцинтилляционные (люминесцентные) счетчики. . ...;.•. 69
§ 3. Камера Вильсона. Диффузионная камера ........ . 70
§ 4. Пузырьковая и искровая камеры............. 72
§ 5. Фотографические методы................ . 74
§ 6. Применение эффекта Черепкова............... 75
§ 7. Калориметрические методы.................. 77
Глава V. а-Частицы и прохождение их через вещество...........78
§ 1. Энергетический спектр а-частиц..............7&
§ 2. Длиннопробежные а-частицы. Правило Гейгера — Неттола 79 § 3. Потеря энергии а-частиц при прохождении через вещество 80
§ 4. Пробег а-частиц........................83
§ 5. Рассеяние а-частиц ядрами................ ^
§ 6. Механизм а-распада...................90
§ 7. Атомы отдачи ......................95
Глава VI. $-Лучи ,,..... ... .... . ...............98
§ 1. р-Спектр...........................98
§ 2. Нейтрино............................О»
§ 3. Позитрон. Позитроний..................^j>
§ 4. Устойчивость ядер относительно р-распада и Х-захвата . . . 10Ь
§ 5. Теория р-распада.......................jy9
§ 6. Несохранение четности при р-распаде..........llcJ
§ 7. Потеря энергии электронами при прохождении через вещество . ------ .......................}{д
§ 8. Упругое рассеяние. Пробеги электронов в веществе . . . • il°
Стр.
Глава VII. -^-Излучение . L-J •,•;•,•_•.! •;.•> • i • '-л-..-j •.;•;• • • • •.• -120 § 1. Рассеяние у-квантов на электронах. Фотоэлектрическое поглощение , . ; . .,...•.,.;....... .1 ....... ... .......120
§ 2. Образование пар. Сравнительная роль различных эффектов 122 § 3. Основные методы определения энергии у-лучей . ... • • - • 126 § 4. Идентификация радиоактивных изотопов по рентгеновскому
излучению . .i........................131
§ 5. Явление внутренней конверсии...............132
§ 6. Ядерная изомерия.....................134
Глава VIII. Методы ускорения заряженных частиц.......... 136
§ 1. Введение ,........................ 136
§ 2. Статитрон........................ 137
§ 3. Линейный ускоритель .................. 138
§ 4. Циклотрон и фазотрон .................. 140
§ 5. Бетатрон..........'............... 145
Глава IX. Ядерные реакции.....................148
§ 1. Открытие нейтрона, его масса..............148
§ 2. Радиоактивность нейтрона ................151
§ 3. Открытие искусственной радиоактивности '.........151
§ 4. Энергетический эффект ядерной реакции.........152
§ 5. Роль электростатического барьера в ядерных реакциях . . . 155 $ 6. Механизм ядерных реакций, конкуренция ядерных процессов 156
§ 7. Выход ядерной реакции. Эффективное сечение......157
§ 8. Получение нейтронов с помощью заряженных частиц . . . 159
S 9. Замедление нейтронов................. . 162
•. § 10. Реакции нейтронов с ядрами. Реакция (п, у) ...... . 165
§ 11. Рассеяние и поглощение медленных нейтронов. Альбедо 168 § 12. Применение ядерных реакций для детектирования нейтронов 169 § 13. Использование реакции I4N (n, р) 14С для определения абсолютного возраста . . . . , . . . •............. . . .171
§ 14. Дополнительные сведения о взаимодействии нейтронов с веществом .........: ...............173
§ 15. Ядерный фотоэффект..................174
§ 16. Реакции, идущие под действием протонов...... . . 175
§ 17. Реакции, идущие под действием дейтонов, тритонов
и а-частиц.........................177
Глава X. Реакции деления.......................180
§ 1. Введение t.........................180
§ 2. Открытие деления ядер................ . .183
§ 3. Деление ядер под действием нейтронов..........185
§ 4. Продукты деления ..........•..........187
§ 5. Нейтроны, образующиеся при делении. Энергетический баланс
процесса деления........................188
§ 6. Спонтанное деление...................190
§ 7. Цепная ядерная реакция, урановый реактор........191
§ 8. Получение реакторных изотопов..............196
Глава XI. Волновые свойства нейтронов .................198
§ 1. Дифракция нейтронов...................198
§ 2. Получение и исследование монохроматических нейтронов 200 § 3. Изменение фазы волны де Бройля при когерентном рассеянии нейтронов . . ......... .,.. .i. .л, г. i. j. ... .203
§ 4. Магнитное взаимодействие и поляризация нейтронов .... 205
Стр.
Глава XII. Взаимодействие сверхбыстрых частиц с ядрами.......207
§ 1. Ядерные реакции под действием частиц очень больших энергий ............................207
§ 2. Мезоны.........................210
§ 3. Открытие антипротона и антинейтрона...........214
§ 4. Электронное и мюоЛюе нейтрино.............216
Глава XIII. Новые элементы периодической системы Д. И Менделеева 220
§ 1. Трансурановые элементы........ . . .......220
§ 2. О возможности продолжения периодической системы .... 225 § 3. Радиоактивный ряд нептуния и побочные цепочки естественных радиоактивных рядов................. . 228
§ 4. Технеций и прометий ...... . . . ......... . . 229
Глава XIV. После-эффекты ядерных превращений .,...,......231
§ 1. Изомерный переход ........,............. .231
§ 2. Последствия (3-распада...................234
§ 3. Химические последствия реакции (п, у)..........237
§ 4. Процессы потери энергии атомами отдачи в твердых телах 240 § 5. Явление удерживания. Изотопные эффекты ....... . 243
§ 6. Получение меченых соединений с помощью химии горячих
атомов , . . i.;....... .,.;.,. i.... . .;. . .:. . . . . i. . 246
Глава XV. Эффект Мессбауэра и его применение к проблемам радиохимии. Возмущенные угловые корреляции . . .............. 249
§ 1. Форма ядерных спектральных линий. Коэффициент Мессбауэра . .'. . . . . . ......... . .., ....... 249
§ 2. Тонкая структура мессбауэровских спектров . ...;... . 254 § 3. Применение эффекта Мессбауэра для исследования химических последствий ядерных превращений в твердых телах ., . 257 § 4. Метод возмущенных угловых корреляций.........263
Глава XVI. Методы исследования, основанные на ядерных процессах 266
§ 1. Ядерный магнитный резонанс...............266
§ 2. Ядерный квадрупольный резонанс.............268
§ 3. Активационный анализ ...................270
§ 4. Химический сдвиг рентгеновских спектров.........272
Заключение , . . . ......................... . 275
Приложения . ....... . . ... i ... j ..,.•..............276
Литература . ... .... . . . . . ... . ............• • 282
