Радиоактивность

Явление радиоактивности состоит в спонтанном (самопроиз­вольном) превращении ядер одних химических элементов в ядра других элементов с испусканием радиоактивных излучений.

Ядра, подверженные такому распаду, называются радиоактивными. Ядра, не испытывающие радиоактивного распада, называются ста­бильными. В процессе распада у ядра может изменяться как атом­ный номер Z, так и массовое число А.

Радиоактивные превращения протекают самопроизвольно. На скорость их течения не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного по­лей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние.

Радиоактивный распад характеризуется временем его проте­кания, сортом и энергиями испускаемых частиц, а при вылете из ядра нескольких частиц еще и относительными углами между на­правлениями вылета частиц. Исторически радиоактивность является первым ядерным процессом, обнаруженным человеком (А. Бекке­рель, 1896).

Различают радиоактивность естественную и искусственную.

Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях. Искусственной называют радиоактивность ядер, образованных в результате различных ядерных реакций. Принципиального различия между искусственной и естественной радиоактивностями нет. Им присущи общие закономерности.

В атомных ядрах возможны и действительно наблюдаются че­тыре основных типа радиоактивности: -распад, -распад, -распад и спонтанное деление.

Явление -распада состоит в том, что тяжелые ядра самопро­извольно испускают -частицы (ядра гелия ₂Н⁴). При этом массовое число ядра уменьшается на четыре единицы, а атомный номер – на две:

_ZХ^А  _Z-2Y^А-4 + ₂Н⁴.

-частица состоит из четырех нуклонов: двух нейтронов и двух протонов.

В процессе радиоактивного распада ядро может испускать не только частицы, входящие в его состав, но и новые частицы, рож­дающиеся в процессе распада. Процессами такого рода являются - и - распады.

Понятие -распада объединяет три вида ядерных пре­вращений: электронный (^-) распад, позитронный (⁺) распад и элек­тронный захват.

Явление ^--распада состоит в том, что ядро самопроизвольно испускают электрон е^- и легчайшую электрически нейтральную час­тицу антинейтрино , переходя при этом в ядро с тем же массовым числом А, но с атомным номером Z, но единицу большим:

_ZХ^А  _Z+1Y^А + е^- + .

Необходимо подчеркнуть, что испускаемый при ^--распаде электрон не имеет отношения к орбитальным электронам. Он рождается внутри самого ядра: один из нейтронов превращается в протон и при этом испускает электрон.

Другим типом -распада является процесс, в котором ядро ис­пускает позитрон е⁺ и другую легчайшую электрически нейтраль­ную частицу – нейтрино . При этом один из протонов превращается в нейтрон:

_ZХ^А  _Z-1Y^А + е⁺ +.

Этот распад называют позитронным или ⁺-распадом.

В круг -распадных явлений входит также электронный захват (часто называемый также К-захватом), при котором ядро поглощает один из электронов атомной оболочки (обычно из К-оболочки), ис­пуская нейтрино. При этом, как и в позитронном распаде, один из протонов превращается в нейтрон:

е^- +_ZХ^А  _Z-1Y^А +.

К - излучению относят электромагнитные волны, длина которых значительно меньше межатомных расстояний:

 d,

где d - имеет порядок 10^-8 см. В корпускулярной картине это излучение представляет собой поток частиц, называемых - квантами. Нижний предел энергии - квантов

Е = 2 с/

имеет порядок десятков кэВ. Естественного верхнего предела нет. В современных ускорителях получаются кванты с энергией вплоть до 20 ГэВ.

Распад ядра с испусканием  - излучения во многом напоми­нает испускание фотонов возбужденными атомами. Подобно атому, ядро может находиться в возбужденном состоянии. При переходе в состояние с более низкой энергией, или основное состояние, ядро испускает фотон. Так как -излучение не несет заряда, при  - распаде не происходит превращения одного химического элемента в другой.