Радиоактивность

Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер. К числу основных таких превращений относятся: 1) α - распад; 2) β - распад; 3) протонная радиоактивность; 4) спонтанное деление тяжелых ядер. Бывает искусственная и естественная. Закон радиоактивного распада. Для каждого радиоактивного ядра имеется определенная вероятность λ того, что оно испытает превращение в единицу времени. Количество атомов dN, которое претерпит превращение за время dt

dN = - λN dt (« - » – рассматривается приращение

нераспавшихся атомов)

N = N_oe^-λt ,

где N – количество нераспавшихся атомов; N_o – начальное число нераспавшихся атомов; λ – постоянная распада (вероятность того, что атом радиоактивного вещества испытает превращение в единицу времени).

N_o – N = N_o (1 – e^-λt),

Т – период полураспада. 1/2 N_o = N_oe^-λТ,

Т = ℓn2/λ = 0,693/ λ

Период полураспада для известных в настоящее время радиоактивных веществ колеблется в пределах от 3·10^-7 сек до 5·10¹⁵ лет. Новые продукты распада могут также оказаться радиоактивными. В результате возникает целый ряд радиоактивных превращений. Впервые была открыта французским ученым Беккерелем. Большой вклад внесли Пьер и Мария Склодовская-Кюри. Радиоактивное вещество является источником 3 видов излучения.

α – распад

α - лучи представляют собой поток ядер гелия ₂Не⁴.

_ZX^A → _Z-2Y^A-4 + ₂He⁴

₉₂U²³⁸ → ₉₀Th²³⁴ + ₂He⁴ (образуется торий ₉₀Th²³⁴)

Кинетическая энергия α - частиц возникает за счет избытка энергии покоя материнского ядра над суммарной энергией покоя дочернего ядра и α - частицы. Эта избыточная энергия распределяется между α - частицей и дочерним ядром в отношении, обратно пропорциональном их массам. Энергии α - частиц, испускаемых данным веществом, строго определенные. В большинстве случаев радиоактивное вещество испускает несколько групп α - частиц близкой, но различной энергии, так как дочернее ядро может возникать не только в нормальных, но и в возбужденных состояниях.

β - распад

Существуют три разновидности β - распада. Ядро может испускать электрон, позитрон, в третьем случае (к - захват) ядро поглощает один из электронов к - слоя атома.

Первый вид протекает по схеме:

_ZX^A → _Z+1Y^A + _-1e^o + ν 

β - распад может сопровождаться испусканием γ – лучей (λ ~ 10^-8 см). Причина их та же, что и в случае α – распада – дочернее ядро возникает не только в нормальном, но и в возбужденном состояниях. Участие в β – распаде третьей частицы продиктовано законом сохранения

момента импульса. Спин нейтрино (или антинейтрино) = ½.

Второй вид распада (β⁺ - распад) протекает по схеме:

_ZX^A → _Z-1Y^A + ₊₁e^o + ν

Процесс β⁺ - распада протекает так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон, испустив при этом позитрон и нейтрино

р → n + e⁺ + ν

Третий вид распада (к – захват) заключается в том, что ядро поглощает один из к – электронов своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино

р + е^- → n + ν

Возникшее ядро может оказаться в возбужденном состоянии. Переходя затем в более низкие энергетические состояния, оно испускает γ – фотоны

_ZX^A + _-1e^o → _Z-1Y^A + ν

Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышележащих слоев, в результате чего возникают рентгеновские лучи.