1. Состав атомных ядер. Изотопы (стабильные и радиоактивные)

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре Z определяет положительный заряд ядра, равный порядковому номеру элемента. Поэтому порядковый номер элемента называется его протонным числом. Относительная масса ядра состоит из массы протонов, которая также равна Z, и массы нейтронов, в относительных единицах равно числу нейтронов N. Поскольку практически вся масса атома сосредоточена в ядре, можно считать, что относительная атомная масса равна сумме масс протонов и нейтронов: Ar = Z + N. Поскольку протоны и нейтроны имеют общее название — нуклоны, относительная атомная масса определяется общим числом протонов и нейтронов и называется нуклонных числом. Нуклонное число (относительная атомная масса) и протонное число (порядковый номер) обозначаются соответственно верхним и нижним индексами слева от символа элемента. Например, из записи определяем, что протонное число кислорода равна восьми, а нуклонных — шестнадцати .Выясним, как, пользуясь положением химического элемента в периодической системе, можно определить число элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов) в атоме. Найдем в периодической таблице химический элемент Алюминий. Из записи в клетке определяем, что порядковый номер алюминия равен 13, а относительная атомная масса 27. Следовательно, заряд ядра атома алюминия равна +13 (плюс тринадцать). Ядро атома алюминия содержит 13 протонов и 14 (27 — 13 = 14) нейтронов. Пространство вокруг ядра заполняют 13 электронов.Различные виды атомов имеют общее название — нуклиды. Нуклидом называют тип атомов с определенными значениями нуклонного и протонного чисел. Большинство химических элементов, встречающихся в природе, состоят из нескольких нуклидов.

Разновидности атомов одного химического элемента, имеющие одинаковое протонное число, но отличаются друг от друга числом нейтронов, и, соответственно, нуклонных числом (массой ядра), называют изотопами. Например, химический элемент водород имеет три изотопа: протий (в ядре один протон и нет нейтронов), дейтерий  или  (в ядре один протон и один нейтрон) и тритий  или  (в ядре один протон и два нейтрона). Многие элементы в природе имеют по несколько изотопов. Поэтому относительная атомная масса элемента рассчитывается значениями относительных атомных масс изотопов с учетом их массовой доли в природе. Все изотопы делятся на стабильные и радиоактивные. Стабильные изотопы не подлежат радиоактивному распаду, поэтому они хранятся в естественных условиях. Стабильные изотопы встречаются во всех «парных» элементов и в большинстве «нечетных» с порядковым номером меньшим или равным восьмидесяти трем. У элементов, расположенных в периодической системе после висмут все нуклиды являются радиоактивными. Радиоактивные изотопы делятся в свою очередь на естественные и искусственные. И естественные, и искусственные изотопы самотеком распадаются, излучая при этом α — или β — частицы до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп. Химические свойства всех изотопов, в основном, одинаковые. Эти свойства определяются зарядом ядра, а не его массой.

1

2. Естественная и искусственная радиоактивность.

Радиоактивность - это свойство атомных ядер определенных химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным. Нельзя повлиять на течение процесса радиоактивного распада, не изменив состояния атомного ядра. На скорость течения радиоактивных превращений не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние. Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют естественной радиоактивностью (космическая радиация и излучения природных радионуклидов, рассеянных в земных породах, почве, воде, воздухе, строительных и других материалах, живых организмах). Например, изотоп ⁴⁰K широко рассеян в почвах и прочно удерживается глинами вследствие процессов сорбции. Глинистые почвы почти везде богаче радиоактивными элементами, чем песчаные и известняки. Радиоактивные тяжелые элементы (U, Th, Ra) содержатся преимущественно в горных гранитных породах. Радиоактивные элементы распространены в природе в ничтожных количествах. В земной коре естественно-радиоактивные элементы есть преимущественно в урановых рудах, и почти все они являются изотопами тяжелых элементов с атомным номером более 83. Аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), называют искусственной радиоактивностью (сжигание угля, разработка месторождений радиоактивных руд, применение радионуклидов в различных отраслях экономики, работа ядерно-технических установок, ядерные взрывы в мирных целях (строительство подземных хранилищ, нефтедобыча, строительство каналов), аварии на объектах, содержащих радиоактивные вещества, ядерные отходы АЭС, промышленности, флота, испытание ядерного оружия (при ядерных взрывах образуется около 250 изотопов 35 элементов (из них 225 радиоактивных) как непосредственных осколков деления ядер тяжелых элементов (²³⁵U, ²³⁹Pu, ²³³U, ²³⁸U), так и продуктов их распада. Количество радиоактивных продуктов деления (РПД) возраста­ет соответственно мощности ядерного заряда. Часть образовавшихся РПД распадается в ближайшие секунды и минуты после взрыва, другая часть имеет период полураспада порядка нескольких часов. Радионуклиды, такие как ⁸⁶Rb, ⁸⁹Sr, ⁹¹Y, ⁹⁵Cd, ¹²⁵Sn. , обладают периодом полураспада в несколько дней, a ⁸⁵Kr, ⁹⁰Sr,¹⁰⁶Ru, ¹²⁵Sb, – от одного года до нескольких десятков лет. Группа, состоящая из ⁸⁷Rb, ⁹³Zr, ^l29I, ¹³⁵Cs, ¹⁴⁴Nd, ¹³⁷Sm, характеризуется чрезвычайно медленным распадом, продолжающимся миллионы лет)). Искусственные радионуклиды по различным причинам попадают в окружающую среду, повышая тем самым радиационный фон. Кроме того, они включаются в биологические системы и поступают непосредственно в организм животных и человека. Все это создает опасность для нормальной жизнедеятельности живого организма.Внешние и внутренние источники, действуя непрерывно, сообщают организму определенную поглощенную дозу. Большую часть облучения от источников естественной радиации человек получает за счет земных источников — в среднем более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением (в основном внутреннее облучение). Оставшаяся часть приходится на космическое излучение (главным образом внешнее облучение). Эффективная эквивалентная доза от воздействия космического излучения составляет около 300 мкЗв/год (для живу­щих на уровне моря), для живущих выше 2 тыс. м над уровнем моря эта величина в несколько раз больше. Среднегодовая безопасная доза для человека составляет около 1,2 мГр на гонады и 1,3 мГр на скелет.

2