2. Основные виды радиоактивного распада.

Под общим названием радиоактивного излучения объединяются 3 вида излучения, различных по природе, но имеющих некоторые общие свойства. Они исторически были названы альфа-, бета- и гамма-лучами.

Альфа-излучение – это поток частиц с высокой кинетической энергией. Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием α-частицы (ядра гелия). Схема α-распада с учётом правила смещения записывается в виде:

,

где X – символ исходного (материнского) ядра; Y – символ ядра – продукта распада (дочернее ядро).

В связи с выбрасыванием α-частицы заряд ядра и соответственно атомный номер элемента уменьшается на две единицы, а массовое число на четыре единицы. Следовательно, вторичный элемент сдвигается в таблице Менделеева на два номера влево, а атомная масса его становится меньше на четыре единицы. Примером α-распада может служить распад радия, при котором образуется радон:

.

При этом излучается γ-фотон. При α-распаде дочернее ядро может находиться не только в нормальном, но и в возбуждённом состоянии, а так как эти состояния дискретны, то и значения энергии α-частиц, вылетающих из разных ядер одного и того же радиоактивного вещества, дискретны. Энергия возбуждения дочернего ядра чаще всего выделяется в виде γ-фотона. Именно поэтому α-распад сопровождается γ-излучением. Скорость вылета α-частиц из ядра имеет значение (1,4 – 2)·10⁷ м/с, что соответствует начальной кинетической энергии 4 – 8,8 МэВ. Альфа-частицы, испускаемые определённым элементом, составляют несколько групп с близкой энергией, поэтому спектр α-излучений состоит из нескольких близко расположенных линий.

Бета-распад происходит у ядер, неустойчивость которых связана с определённым соотношением числа протонов и нейтронов. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный β-распад ядра, при котором один нейтрон превращается в протон, при этом в ядре образуется электрон:

,

где - антинейтрино (элементарная частица). Электрон выбрасывается из ядра и в нём остаётся более устойчивый комплекс нуклонов. Электронный β-распад описывается уравнением:

.

При этом заряд ядра, а соответственно атомный номер элемента увеличивается на единицу, т.е. вторичный элемент сдвигается в таблице Менделеева на один номер вправо, массовое его число остаётся без изменения. Пример: .

Если в ядре излишек протонов, то происходит позитронный β-распад, при котором один из протонов превращается в нейтрон, при этом в ядре образуется позитрон: , где ν – нейтрино.

Позитрон выбрасывается, в ядре образуется более устойчивый комплекс нуклонов. Позитронный β-распад описывается уравнением:

.

Заряд ядра, а соответственно атомный номер элемента изменяется на единицу, и вторичный элемент сдвигается в таблице Менделеева на один номер влево, массовое число его остаётся неизменным. Пример:

.

Начальная скорость и соответственно кинетическая энергия β-частиц могут значительно отличаться. Наибольшая начальная скорость имеет значение 1,6·10⁸м/с, а энергия β-частиц может быть в пределах от десятых и сотых долей МэВ до 10-12 МэВ. Энергетический спектр β-частиц сплошной, т.е. их энергия может принимать различные значения. Для того чтобы объяснить различие в энергии β-частиц при распаде ядра одного и того же элемента, В. Паули предположил в 1939 году, что при β-распаде наряду с β-частицей из ядра выбрасываются нейтральные частицы нейтрино и антинейтрино с массой равной примерно 1/2000 массы покоя электрона и имеющие энергию, которая в сумме с энергией β-частицы составляют некоторую постоянную величину, характерную для данного вещества. Причём, эта энергия у разных ядер делится между бета- и этими частицами в разнообразных соотношениях. Это объясняет сплошной спектр β-частиц.

При испускании β-частиц, также как и при α-распаде, ядра атомов могут находиться в возбуждённом состоянии. Переход их в невозбуждённое состояние (иногда ступенчато) сопровождается испусканием γ-квантов с энергией от 0,2 до 3 МэВ. Спектр γ-излучения линейчатый. γ-излучение возникает не только при α- и β-распадах. При столкновении ядра с частицей оно может перейти в возбуждённое состояние, а затем, возвращаясь в основное состояние, излучать γ-фотон.

Существует третий вид β-распада, который называется – электронный или e-захват. Он заключается в том, что ядро захватывает один из внутренних электронов, находящихся на K, L, M оболочках, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон: .

При электронном захвате освобождается место в электронной оболочке, поэтому этот вид радиоактивности сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.