Радиоактивность

Процесс самопроизвольного распада атомных ядер называют радиоактивностью. Радиоактивный распад ядер сопровождается превращением одних нестабильных ядер в другие и испусканием различных частиц. Было установлено, что эти превращения ядер не зависят от внешних условий: освещения, давления, температуры и т.д. Существует два вида радиоактивности: естественная и искусственная. Естественная радиоактивность наблюдается у химических элементов находящихся в природе. Как правило, она имеет место у тяжёлых ядер, располагающихся в конце таблицы Менделеева, за свинцом. Однако имеются и лёгкие естественно-радиоактивные ядра: изотоп калия , изотоп углеродаи другие. Искусственная радиоактивность наблюдается у ядер, полученных в лаборатории с помощью ядерных реакций. Однако принципиального различия между ними нет.

Известно, что естественная радиоактивность тяжёлых ядер сопровождается излучением, состоящим из трёх видов: ,илучи.-лучи—это поток ядер гелия, обладающих большой энергией.-лучи—поток электронов,-лучи—электромагнитные волны с очень малой длиной волны.

Радиоактивность широко используется в научных исследованиях и технике. Разработан метод контроля качества изделий или материалов —гамма-дефектоскопия. Она позволяет установить глубину залегания и правильность расположения арматуры в железобетоне, выявить раковины, пустоты или участки бетона неравномерной плотности, случаи неплотного контакта бетона с арматурой. По степени поглощения-лучей высокой энергии судят о влажности материалов. Построены радиоактивные приборы для измерения состава газа, причём источником излучения в них является очень небольшое количество изотопа, дающего-лучи. Радиоактивный сигнализатор позволяет определить наличие небольших примесей газов, образующихся при горении любых материалов. Он подаёт сигнал тревоги при возникновении пожара в помещении.

Закон радиоактивного распада

Пусть радиоактивное вещество к данному моменту времени t содержит N ядер. Экспериментально установлено, что за малый промежуток времени dt убыль dN ядер пропорциональна числу этих ядер и этому промежутку времени, т.е. dN = –Ndt, где  постоянная распада, определяющая его скорость. Интегрируя это уравнение и учитывая, что при t = 0 число атомов равнялось N₀, получаем:

(3)

Соотношение (3) представляет собой закон радиоактивного распада. Для количественной характеристики быстроты распада вводится физическая величина, называемая периодом полураспада, т.е. время Т, за которое начальное число атомов радиоактивного вещества уменьшается в два раза. Найдём связь периода полураспада и постоянной распада . По истечении времени, равным периоду полураспада, т.е. при t = T, число будет равно N = N₀ /2. Подставляя эти выражения в (3), находим: T = ln 2;  Для различных ядер период полураспадаT меняется в широких пределах — от 10^ с до миллиардов лет.

Ядерные реакции и законы сохранения

Превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействиями друг с другом или с элементарными частицами, называются ядерными реакциями. Ядерные реакции осуществляются за счёт бомбардировки ядер атомов-частицами и протонами, обладающими большой кинетической энергией вследствие того, что они разгоняются в ускорителе. В качестве примера приведём первую ядерную реакцию, осуществленную Резерфордом при бомбардировке ядер азота (ядра-мишени) ядрами гелия (ядра-снаряды):. Все ядерные реакции подчиняются следующим общим законам:

1. Сохранение зарядового числа. Сумма зарядовых чисел частиц и ядер, вступающих в реакцию, равна сумме этих чисел продуктов реакции. Например, в приведённой выше ядерной реакции имеем следующее равенство: 2 + 7 = 1 + 8 .

2. Сохранение массового числа. Сумма массовых чисел частиц и ядер до и после реакции равны друг другу. Например, для той же реакции 4 + 14 = 1 + 17.

3. Сохранение массы-энергии.Для изолированной системы полная масса-энергия неизменна.

Для протекания ядерной реакции ядра должны сблизиться на столь малое расстояние, чтобы между ними начали действовать ядерные силы.