Глава 3. Радиоактивность

Открытие в 1895 году Анри Беккерелем явления радиоактивности и исследование его супругами Пьером и Мари Кюри и другими выдающимися физиками имело огромное значение для развития физики, химии, медицины, фармации.

0. 3.1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Основные типы ядерных распадов.

Нуклид - тип атомного ядра, аналог химического элемента в применении к ядру. Основная характеристика химического элемента – количество электронов на оболочках его атомов. А нуклид характеризуется количеством протонов и нейтронов в ядре. Обозначается нуклид, например, так , z – зарядовое число – число в ядре, А – массовое число – число нуклонов – ядерных частиц – суммарное число и в ядре.

Одному и тому же химическому элементу могут соответствовать разные нуклиды. Количество электронов в атоме и химические свойства элемента определяются числом протонов в ядре его атома. А нуклид ещё характеризуется и числом нейтронов. Нуклиды с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами. Химические свойства изотопов одинаковы, но среди некоторых изотопов встречаются стабильные и нестабильные. Последние обладают способностью самопроизвольно распадаться, превращаться в другие нуклиды, и это превращение сопровождается испусканием ионизирующего радиоактивного излучения. Например, кроме стабильных изотопов углерода , содержащих 6 протонов - и 6 нейтронов – в природе, правда в неизмеримо меньшем количестве, встречается его нестабильный »родственник» С¹⁴ , содержащий тоже 6 , но уже 8 что и делает его неустойчивым . То одно, то другое ядро самопроизвольно распадается, а через 5600 лет распадётся примерно половина всех ядер (из их большого числа). Нуклид превращается в - ядро атома азота, и при этом испускается _- частица – электрон с огромной скоростью и энергией и антинейтрино - крохотная частица очень маленькой массы.

→

Есть и такие элементы, у которых все изотопы нестабильны, например, родон:

, .

Радиоактивность – самопроизвольный распад некоторых нуклидов. Радиоактивный распад сопровождается испусканием ионизирующего радиоактивного излучения. Радиоактивные излучения бывают четырёх типов - излучение, _- - излучение, ₊ - излучение и - излучение.

- частицы – ядра атома гелия , в которых 2 и 2 , вылетающие из распавшегося ядра с огромной скоростью, порядка 10⁷ м/с, и энергией – до 10 МэВ, _- частица – электрон, вылетающий из ядра со скоростью до 10⁸ м/с и с энергией до 2-3 Мэв, ₊ частица – позитрон - антиэлектрон, электрон с положительным зарядом, вылетающий из ядра со скоростью до 10⁸ м/с и с энергией до 2-3 Мэв, - излучение – электромагнитные волны с очень малыми длинами волн – меньше 10^-5 нм и, следовательно, с очень большой энергией фотонов - до 2-3 МэВ.

Разные типы неустойчивых ядер – разные радионуклиды способны к разным типам распадов:

А. Схема - распада:

- материнское ядро, – дочернее ядро. Поскольку из материнского ядра вылетает 2 протона и 2 нейтрона - всего 4 нуклона, зарядовое число уменьшается при - распаде на 2, массовое – на 4. Наблюдается превращение одного химического элемента в другой. Например, по этой схеме родон превращается в полоний, а затем полоний в свинец.

Б. Схема _- - распада:

массовое число ядра при этом не меняется, так как масса электрона почти в 2000 раз меньше массы нуклона и поэтому ей можно в данном случае пренебречь, а зарядовое число увеличится на 1 - по закону сохранения заряда, поскольку электрон забрал из ядра отрицательный элементарный заряд. Дело в том что при _- - распаде один нейтрон ядра превращается в протон, электрон и антинейтрино:

Примером _- - распада может служить рассмотренное выше превращение радиоизотопа углерода в азот. Вот ещё один пример – превращение трития в гелий

В. Схема ₊ - распада:

+ ₊+ , в этом случае протон в ядре превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино:

Примером ₊ - распада может служить превращение рубидия в криптон:

А вот особого - распада нет. - излучение может сопровождать , _- , ₊ - распады. Дочернее ядро при этих распадах может оказываться в возбуждённом состоянии и, при переходе в невозбуждённое состояние оно излучает -квант.

Г. Электронный захват – ещё один вид ядерного превращения. Ядро захватывает один из электронов, находящийся на ближайшем к ядру электронном слое. При этом протон в ядре превращается в нейтрон и из ядра вылетает нейтрино

Схема е–захвата

Примером е–захвата может служить превращение бериллия в литий

На освободившееся на внутреннем электронном слое место переходит электрон с одного из верхних слоёв. Это сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.