6.1.2. Ядерні реакції

Відомі такі типи радіоактивних перетворень: α-розпад, β-розпад, спонтан­ний (самочинний) поділ ядер. Ці типи радіоактивних перетворень супровод­жуються випусканням α-частинок, електронів, позитронів, γ-проміння.

У процесі α-рюзпаду ядро атома радіоактивного елемента випускає ядро атома Гелію ⁴₂Не, внаслідок чого заряд ядра атома вихідного радіоактивного елемента зменшується на дві одиниці, а масове число – на чотири. Наприк­лад, перетворення атома Радію на атом Радону можна записати рівнянням

²²⁶₈₆Ra → ²²²₈₄Rn + ⁴₂Не.

Розрізняють декілька видів β-розпаду: електронний β-розпад; позитронний β-розпад; К-захват|. При електронному β-розпаді нейтрон усередині ядра перетворюється на протон, наприклад,

³²₁₅Р → ³²₁₄S + eˉ

де еˉ – електрон.

При випусканні негативно зарядженої β-частинки (тобто eˉ) порядковий номер елемента зростає на одиницю, а атомна маса практично не змінюється.

При позитронному β-розпаді з атомного ядра виділяється позитрон β⁺-частинка (тобто e⁺|), а протон усередині ядра перетворюється на нейтрон. Наприклад

²²₁₁Na → ²²₁₀Ne + e⁺.

Тривалість життя позитрона невелика, оскільки при зіткненні його з електроном відбувається анігіляція, що супроводжується випусканням γ-квантів.

Зменшення заряду ядра радіоактивного атома на одиницю може бути викликане не тільки β⁺-розпадом, а й електронним захопленням, внаслідок чого один із електронів найближчого до ядра електронного шару (К-шару, зрідка L- або М-шарів) захоплюється ядром. При К-захваті| ядро атома захоплює електрон з найближчої електронної оболонки (з К-оболонки|) і один з протонів ядра перетворюється на нейтрон. Наприклад,

⁴⁰₁₉К + eˉ → ⁴⁰₁₈Ar + hν

де hν – квант γ-випромінювання.

На вільне місце в К-оболонці| переходить один з електронів зовнішньої оболонки, що супроводжується випусканням жорсткого рентгенівського випромінювання.

Спонтанне ділення. Воно характерне для елементів періодичної системи Д.І. Менделєєва із Z > 90. При спонтанному діленні важкі атоми діляться на осколки, якими зазвичай є елементи середини таблиці Д.І. Менделєєва. Спонтанне ділення і -розпад| обмежують отримання нових трансуранових елементів.

Потік α і β-частинок називають відповідно α і β-випромінюванням|. Крім того, відоме γ-випромінювання|. Це електромагнітні коливання з дуже короткою довжиною хвилі. В принципі, γ-випромінювання близьке до жорсткого рентгенівського і відрізняється від нього своїм внутрішньоядерним походженням. Рентгенівське випромінювання виникає при переходах в електронній оболонці атома, а γ-випромінювання випускають збуджені атоми, що вийшли в результаті радіоактивного розпаду (α або β).

У результаті радіоактивного розпаду виходять елементи, які по заряду ядер (порядковому номеру) повинні бути поміщені у вже зайняті клітинки періодичної системи елементами з таким же порядковим номером, але іншою атомною масою. Це так звані ізотопи. По хімічних властивостях їх прийнято вважати невиразними, тому суміш ізотопів зазвичай розглядається як один елемент. Незмінність ізотопного складу в переважній більшості хімічних реакцій іноді називають законом постійності ізотопного складу. Наприклад, калій в природних сполуках є сумішшю ізотопів, що перебуває на 93,259 % з K, на 6,729% з К ^| і на 0,0119% з К (К^|-захват| і β-розпад|). Кальцій налічує шість стабільних ізотопів з масовими числами 40, 42, 43, 44, 46 і 48. У хіміко-аналітичних і дуже багатьох інших реакціях це співвідношення зберігається практично незмінним, тому для розділення ізотопів хімічні |реакції зазвичай не застосовуються. Найчастіше для цієї мети використовуються різні фізичні процеси – дифузія, дистиляція або електроліз.

Одиницею активності ізотопу є беккерель (Бк), рівний активності нукліда в радіоактивному джерелі, в якому за час 1 с відбувається один акт розпаду.