31. Радиоактивность, виды радиоактивного распада.

Радиоактивность – способность атомных ядер некоторых элементов к самопроизвольному распаду, который сопровождается радиоактивным излучением. Существует три типа радиоактивного излучения: α-, β- и γ-излучение.

Альфа-излучение и α-распад. Альфа-излучение – поток ядер гелия ⁴₂He со скоростями ~10⁷ м/с. Альфа-распад – самопроизвольный распад атомного ядра (материнского ядра) на дочернее и α-частицу (ядро гелия ⁴₂He). Альфа-распад происходит в тяжелых ядрах с массовым числом A ≥ 140.

Бета-излучение и β-распад – радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся вылетом из ядра электрона или позитрона. β-излучение – это поток электронов ⁰_-1e (β^- излучение) или позитронов ⁰₁e (β⁺ излучение) со скоростями, близкими к скорости света. Позитрон – античастица по отношению к электрону, имеет массу и положительный заряд, равные массе и заряду электрона.

Различают три разновидности β-распада:

1) электронный β^- распад. В этом процессе один из нейтронов ¹₀n ядра превращается в протон ¹₁p с испусканием электрона ⁰_-1e и антинейтрино ⁰₀v:

Процесс β^- распада ядер записывается в виде: где ^А_Z X – распадающееся материнское ядро; ^А_Z+1 Y – образовавшееся в результате распада дочернее ядро.

2) позитронный β⁺ распад. В этом процессе один из протонов ¹₁p ядра превращается в нейтрон ¹₀n с испусканием позитрона ⁰₁e и нейтрино ⁰₀v:

3) электронный захват. Ядро поглощает один из электронов K-оболочки своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом антинейтрино:

Проникающая способность β^-излучения значительно больше, чем у α-излучения, так как электроны по сравнению с ядрами атома гелия имеют меньшие массу и заряд.

Гамма-излучение и γ-распад. Почти все ядра кроме основного квантового состояния имеют дискретный набор возбужденных состояний с большой энергией. При переходе ядра из возбужденного состояния в основное излучается один или несколько γ-квантов. Гамма-излучение – это электромагнитные волны с очень маленькой длиной волны (λ < 10^–11 м). Массовое и зарядовое числа при γ-распаде не изменяются. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, так как имеет малую длину волны, а γ-кванты – соответственно большую энергию.

32. Закон радиоактивного распада.

Под радиоактивным распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно.

Радиоактивный распад – спонтанный распад. Это означает, что ядра радиоактивного вещества распадаются по случайному, статистическому закону, и невозможно точно определить, сколько времени проживет отдельное ядро, прежде чем распадется.

Число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t+dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моменту времени t: dN = - λNdt.

Знак «минус» в этом уравнении означает, что число ядер при распаде уменьшается. Константа λ называется постоянной распада – величина, показывающая, какая часть атомов конкретного радиоактивного вещества распадается в единицу времени. После интегрирования уравнения получаем закон радиоактивного распада: N = N₀*exp^-λt

где N₀ — начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t = 0); N — число нераспавшихся ядер в момент времени t. Формула (256.2) выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону. Распад происходит тем быстрее, чем больше постоянная распада λ.

Время, за которое распадается половина первоначально существовавших ядер, называется периодом полураспада Т_1/2. Подставляя в закон радиоактивного распада значения t = T_1/2 и N/N₀ = 1/2, после взятия натурального логарифма получаем

Таким образом, чем больше постоянная распада λ, тем меньше период полураспада. Закон радиоактивного распада можно записать также в виде