2.6. Закон радиоактивного распада

С течением времени количество радиоактивных атомов элемента посте-пенно уменьшается. В каждую единицу времени распадается лишь некоторая часть от общего числа ядер радиоактивного элемента. Скорость распада опре-деляется строением ядра. Поэтому нельзя предсказать точно, когда распадется ядро данного атома. Радиоактивный распад – процесс вероятностный. Однако средняя скорость распада атомов одного и того же изотопа постоянна. Процесс распада различных атомов нельзя замедлить или ускорить действием темпера-туры, давления, изменением химического состояния атомов и другими спосо-бами.

Величина, характеризующая долю ядер радиоактивного вещества, распа-

дающихся в единицу времени, называется постоянной распада.

Постоянная распада обозначается греческой буквой λ и измеряется в единицах, обратных единицам времени (с ^-1, мин ^-1, ч ^-1, сут ^-1 и др.).

Уменьшение с течением времени количества радиоактивных атомов является общим для всех радиоактивных изотопов и носит название закона радиоактивного распада.

Закон радиоактивного распада выражает, что за единицу времени распадается одно и тоже количество ядер радиоактивного элемента. Математически закон радиоактивного распада представлен уравнением:

N_t = N₀ ·ℓ^-λt,

где N_t – количество нераспавшихся ядер; N₀ – количество исходных ядер; ℓ – основание натуральных логарифмов (ℓ = 2,72); λ – постоянная распада, которая для различных радионуклидов разная; t – промежуток времени (t-t₀) распада.

Графически закон радиоактивного распада представляет экспоненциаль-ную кривую (рис. 2.6.1.). С увеличением числа периодов полураспада коли-чество нераспавшихся атомов резко убывает, приближаясь к нулю. Распад ядер происходит во времени неравномерно, то большими, то меньшими порциями.

Постоянная распада λ имеется в таблицах, но прямой информации о ско-рости распада она не несет. Для характеристики закономерности распада радио-активных атомов, вместо постоянной распада, пользуются понятием периода полураспада. Период полураспада обозначается Т_½ и выражается в единицах времени.

Период полураспада (Т_½) – время, в течение которого распадается половина всех радиоактивных атомов радионуклида. Или по-другому период полураспада – промежуток времени, в течение которого в результате радиоак-тивного распада количество ядер радиоактивного вещества уменьшится в два раза. Или время, в течение которого активность радиоактивного вещества уменьшится наполовину. Соответственно вдвое уменьшается интенсивность ионизирующего излучения. Период полураспада (Т_½ ) и постоянная распада (λ) связаны между собой соотношением: Т_½ = 1n2/ λ = 0,693/ λ.  = 0,693/T_½.

Среднее время жизни радионуклида – величина, обратная периоду полураспада. Определяется по формуле:  = 1/.

Число радиоактивных атомов (N) и масса радионуклида (m) связаны соотношением: N = N_А ∙ m/А,

где N_А - постоянная Авогадро (N_А = 6,022∙10²³ моль^-1); А – массовое число изотопа (молярная масса).

С учетом периода полураспада все радиоактивные вещества разделены на короткоживущие (часы, дни) и долгоживущие (годы).

¹³¹J → Т_½ = 8,04 суток, ⁸⁹Sr → Т_½ = 50,5 дня,

⁴⁰K → Т_½ = 1,49·10⁹ лет, ²²⁶Ra → Т_½ = 1620 лет, ²³⁸U → Т_½ = 4,5·10⁹ лет.

Период полураспада для конкретного радионуклида величина постоянная и не может быть изменена никакими внешними воздействиями.

В 1907 году Мария Складовская-Кюри подарила Парижскому радиевому

институту 1 г радия. За 91 год его количество уменьшилось приблизительно на 35 мг. Лишь к 3947 году от подаренного 1 г останется 0,5 г радия. Пройдет 10 периодов полураспада, и от радиоактивного вещества останется менее 0,1 %. Считается, что до полного распада атомов (исчезновения) химического элемента требуется 20 периодов полураспада.