5.3 Радиоактивность. Радиоактивное излучение
Радиоактивностью называется самопроизвольное (спонтанное) превращение одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием элементарных частиц. Это явление было открыто А. Беккерелем (1896), большой вклад в изучение радиоактивности внесли Пьер и Мария Кюри, а также супруги Жолио-Кюри.
Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдаемую у неустойчивых ядер, существующих в природе) и искусственную (наблюдаемую у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы и принципиального различия между этими двумя видами радиоактивности нет.
В процессе радиоактивного распада отдельные ядра претерпевают превращение независимо друг от друга.
Общее число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону
N=N0e-λt, (5.2)
где N0 – начальное количество ядер, N – число нераспавшихся ядер в момент времени t, λ – постоянная распада, характерная для данного радиоактивного вещества.
Промежуток времени, за который число нераспавшихся ядер в среднем уменьшается вдвое, называется периодом полураспада Т1/2. Периоды полураспада для радиоактивных элементов колеблются от долей секунды до многих миллиардов лет. Так, период полураспада изотопа 8Be равен 10-16 с, а период полураспада изотопа 232Th составляет 1,4×1010 лет. Интенсивность процесса распада характеризует также среднее время жизни ядра τ=1/λ. |
Рисунок 17 – Закон радиоактивного распада |
Часто бывает, что возникающие в результате радиоактивного превращения ядра в свою очередь оказываются радиоактивными. В результате возникают цепочки радиоактивных превращений, конечными продуктами которых всегда оказываются стабильные изотопы свинца.
К наиболее распространенным видам радиоактивного распада относятся α-распад, β- – и β+ – распады (рисунок 18).
Рисунок 18 – Виды радиоактивного распада
Радиоактивные превращения ядер сопровождаются радиоактивным излучением. Различают три вида излучений: α-излучение, β-излучение и γ-излучение.
α-излучение представляет собой поток ядер гелия 4Не. α-излучение обладает большой ионозирующей способностью и достаточно малой проникающей способностью.
β-излучение представляет собой поток электронов или позитронов.
γ-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 10-10 м и обладает ярко выраженными корпускулярными свойствами. γ-излучение не отклоняется электрическими и магнитными полями, обладает относительно слабой ионизирующей и очень большой проникающей способностью. γ -излучение проходит через слой свинца толщиной 5 см. Экспериментально установлено, что γ-излучение не является самостоятельным видом радиоактивности, а только сопровождает α- и β-распады, а также возникает при ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц, их распаде и т.д.