1. Явление радиоактивности

Явление радиоактивности заключается в самопроизвольном превращении одних ядер в другие. При этом образуется новый атом, отличающийся по химическим свойствам от исходного. Ра­диоактивность обусловлена только внутренним строением ядра и не зависит от внешних уcловий. Это явление было открыто в 1896 г. А.Беккерелем, изучением его занимались Пьер и Мария Кюри, Э.Резерфорд и др.

Радиоактивность, наблюдающаяся у изотопов, встречающих­ся в естественных условиях, называется естественной (₉₂U²³⁸, ₁₉Са⁴⁰, ₈₀Th²³² и др.), а радиоактивность изотопов, полученных ис­кусственным путем (с помощью ядерных реакций), называется искусственной радиоактивностью. Радиоактивные ядра содержат избыток нейтронов или протонов по сравнению со стабильными ядрами того же элемента. В природе открыты радиоактивные яд­ра испускающие, α-, β-, γ- лучи. К естественной радиоактивнос­ти относят также самопроизвольное деление тяжелых ядер (А 240) на два средних (А 120).

α-частица имеет заряд +2е, масса ее m_α=4,0026 а.е.м., это ядра атома гелия ₂Не⁴, β- частицы - это электроны ядерного происхождения, по свойствам не отличающиеся от атомных электронов. Они образуются в процессе радиоак­тивного распада, а не входят в состав ядра: γ-лучи явля­ются потоком квантов коротковолнового электромагнитного излу­чения, близкого по свойствам к рентгеновскому. Если кванты видимого излучения имеют энергию 1,3÷3 эВ, кванты рентгенов­ского излучения -10²÷10⁵ эВ, то γ- кванты - 0,1÷5 МэВ. Процесс радиоактивного распада записывают в виде уравнения

или

где _ZX^A- материнское ядро, _ZY^A - дочернее ядро, a - испускаемая частица. Например, . Если дочернее ядро возникает в возбужденном состоянии, то после распада испускаются γ-кванты. При радиоактивном распаде выполня­ются законы сохранения энергии, импульса, электрического за­ряда, числа нуклонов.

Закон сохранения энергии при радиоактивном распаде поко­ящегося ядра имеет вид

(38.1)

где Е_р - полная энергия распада. Она равна части энергии покоя материнского ядра, преобразующееся в кинетическую энергию до­чернего ядра испускаемой частицы и γ-квантов. Например,

2. Закон радиоактивного распада

Отдельные радиоактивные ядра испытывают распад независи­мо друг от друга, поэтому количество распавшихся ядер dN за время dt пропорционально числу имеющихся ядер N и времени

dN=-λNdt (38.2)

где λ- постоянная распада, характерная величина для данно­го вещества. Знак минус указывает на убыль радиоактивных ядер. Из (38.2) находим уравнение (закон) радиоактивного распада

(38.3)

где N₀ - начальное количество ядер, N - количество нераспавшихся ядер к моменту времени t.

Время, за которое распадается половина первоначального количества ядер, называется периодом полураспада Т. Оно находится из условия

откуда

(38.4)

Т.к. акт распада ядра носит случайный характер, то посто­янная распада А характеризует вероятность распада. Обрат­ная же ей величина называется средним временем жизни радиоак­тивного ядра:

(38.5)

Т=0,693τ (38.6)

Периоды полураспада известных в настоящее время изотопов находятся в пределах от 3∙10^-7с до 5∙10¹⁵лет. Например, для , а для .

Радиоактивные вещества характеризуется активностью, рав­ную числу ядер, распадающихся за 1с:

За единицу активности принят 1 распад/с. Часто пользуют­ся внесистемной единицей 1 Ки (кюри) =3,7∙10¹⁰ расп/с. Актив­ность радиоактивного вещества массой m равна

где N_A - число Авогадро, А-атомная масса.

Для получения активности в 1 Ки масса вещества

m=8,61∙10^-17AT,

а активность 1 кг вещества в Ки

Так, например, для получения активности в 1 Ки надо взять , а .