10.6 Радиоактивность

Наиболее устойчивы ядра легких элементов, состоящие из одинакового числа протонов и нейтронов. У тяжелых ядер, состоящих из значительного числа нуклонов (с преобладанием нейтронов), может возникать самораспад – естественная радиоактивность.

Это явление открыто в 1896 году французским физиком Беккерелем и впоследствии исследовано супругами Кюри. Все элементы, для которых это явление характерно, получили название радиоактивных.

Радиоактивное излучение состоит из трех составляющих--, - и - излучений (рис.82).

 и  - излучения отклоняются под действием постоянных электрических и магнитных полей и представляют собой соответственно потоки положительных и отрицательных заряженных частиц. Гамма – излучение с электрическим и магнитным полями не взаимодействует

 - излучение – поток  - частиц (дважды ионизованные атомы гелия). Заряд частицы равен +2е, массовое число 4, скорость 1410³ – 2010³ км/с, энергия 4-9 МэВ. Они обладают большой ионизирующей способностью, но малой проникающей способностью – в воздухе 3 – 9 см, полностью поглощаются алюминием толщиной 0,06 мм и биологической тканью 0,12 мм.

Рис.82

 - излучение – поток быстрых электронов ( - частицы). Скорость этих частиц порядка 160000 км/чс, а масса в 7350 раз меньше массы  - частиц. Их ионизирующая способность в 100 раз меньше, а приникающая способность в 100 раз больше, чем у  - частиц. Спектр  - излучения сплошной. Это объясняется тем, что при каждом  - распаде вместе с  - частицей атом выбрасывает еще одну частицу – нейтрино так что суммарная энергия нейтрино и  - частицы всегда одинакова Е_ + Е_ = Const

 - излучение – поток фотонов, имеющих высокую частоту (10¹⁹Гц). Энергия фотонов порядка 1 МэВ. Это жесткое электромагнитное излучение испускаемое атомным ядром. Ионизирующая способность -лучей низка, а проникающая способность велика (несколько сот метров в воздухе, тело человека насквозь, слой свинца толщиной 5 см). для полного поглощения этих лучей необходим слой свинца толщиной более 20 см.

Радиоактивное излучение возникает в результате распада атомных ядер и ведет к превращению атомов излучающего вещества в атомы другого элемента.

Действительно при  - распаде ядро приобретает положительный заряд, равный по величине заряду электрона, а масса атома изменяется незначительно. То есть радиоактивный элемент в результате распада превращается в другой с атомным номером на единицу большим, но с тем же массовым числом.

Например

. (180)

При -распаде заряд ядра уменьшается на две единицы, а массовое число – на четыре (ядро гелия содержит два протона и два нейтрона).

Например

. (181)

Эти соотношения определяют закон смещения радиоактивного элемента в периодической таблице Менделеева.

Радиоактивный распад происходит в соответствии с основным законом

, (182)

где  - постоянная распада данного элемента,

N₀ – число атомов элемента при t=0,

N – число атомов через время t.

Он характеризуется периодом полураспада – временем, в течение которого количество атомов исходного элемента уменьшается вдвое. Активность того или иного радиоактивного элемента характеризуется числом атомных распадов за одну секунду

. (183)

Измеряется в кюри (Кu). 1Кu = 710¹⁰ раcпадов/с

Активность элемента пропорциональна его количеству и обратно пропорциональна периоду полураспада(рис.83). Превращение одного химического элемента в другой происходит за счет внутриядерных процессов, то есть, обусловлено изменениями внутри атомных ядер. Искусственное превращение элементов возможно под воздействием бомбардировки атомных ядер частицами с

Рис.83

высокой энергией (от нескольких миллионов до десятков миллиардов эВ). Такой процесс называется искусственной ядерной реакцией. Впервые ее осуществил в 1919 году Э. Резерфорд.