Фізика радіоактивності

Природа випромінювань добре вивчена. Щоб зрозуміти, як виникають випромінювання, необхідно згадати деякі відомості з атомної фізики.

Відповідно до планетарної моделі атома, запропонованої в 1911 р. англійським фізиком 3. Резерфордом, ядро атома складається з позитивних протонів і нейтральних нейтронів. Навколо ядра обертаються по своїх орбітах негативно заряджені електрони. Заряд ядра дорівнює сумарному зарядові електронів, тобто атом електрично нейтральний.

Ядра атомів того самого елемента завжди містять однакове число протонів, але кількість нейтронів у них може бути різною.

Атоми, що мають ядра з однаковим числом протонів, але відрізняються числом нейтронів, належать до різновидів того самого хімічного елемента і називаються ізотопами. Щоб відрізнити їх один від одного, до символу елемента приписують число, рівне сумі всіх частинок у ядрі цього ізотопу. Так, уран-238 містить 92 протони і 238 - 92 = 146 нейтронів; в урані-235 теж 92 протони, але 143 нейтрона. Протони і нейтрони мають загальну назву „нуклони".

Повне число нуклонів називається масовим числом А і є мірою стабільності ядра. Чим ближче розташований елемент до кінцевої частини таблиці Менделєєва, тим більше А, тим більше нейтронів у ядрі і тим менше стійкі ці ядра.

Ядра всіх ізотопів утворюють групу «нуклідів». Деякі нукліди стабільні, тобто при відсутності зовнішнього впливу не зазнають жодних перетворень. Більшість же нуклідів нестабільні, вони весь час перетворюються на інші нукліди.

Електрони розташовуються на орбітах у суворій послідовності, на найближчій до ядра орбіті може знаходитися не більш 2 електронів, на наступній - не більше 8, на третій - 18, далі - 32. Ці умови визначив у 1913 р. данський фізик Н. Бор. Згодом вони були підтверджені експериментами.

Енергія атома дискретна. Перехід з одного стану в інший відбувається стрибкоподібно з випромінюванням або поглинанням сувого фіксованої порції енергії- кванта. Цей термін ввів засновник квантової теорії М. Планк.

Електрони можуть переходити з однієї орбіти на іншу і залишати атом. Складні процеси, що відбуваються всередині атома, супроводжуються вивільненням енергії у вигляді випромінювання. Можна сказати, що вивільнення ядром двох протонів і двох нейтронів - це альфа-випромінювання, вивільнення електрона - це бета-випромінювання.

Якщо нестабільний нуклід виявляється перезбудженим, він викидає порцію чистої енергії, названу гамма-випромінюванням (гамма-квантом). Як і у випадку із рентгенівськими променями (багато в чому подібних до гамма-випромінювання), при цьому не відбувається вивільнення жодних частинок. Процес самовільного розпаду нукліда називається радіоактивним розпадом, а сам такий нуклід - радіонуклідом. Рівень нестабільності радіонуклідів неоднаковий: деякі розпадаються дуже швидко, інші - дуже повільно.

Час, протягом якого розпадається половина всіх радіонуклідів цього типу, називається періодом напіврозпаду. Наприклад, період напіврозпаду урану-238 становить 4,47 млрд. років, а протактінія-234 - усього ледве більше однієї хвилини.