Явление искусственной радиоактивности

Устойчивое ядро характеризуется определенным числом протонов и нейтронов. Если искусственно, путем облучения ядра какими-нибудь частицами, нарушить равновесие между протонами и нейтронами, то такое ядро окажется искусственно-радиоактивным.

В легких ядрах избыточное число нейтронов приводит к нарушению устойчивости ядер, т.е. такие ядра становятся β – радиоактивными.

Вопрос об устойчивости ядер рассмотрим более подробно.

Как мы знаем, взаимодействие нуклонов зависит от ориентации их спинов. Это приводит к тому, что у ядер с четным числом протонов и нейтронов энергия связи максимальна, у ядер с нечетным числом - она минимальна. Согласно определению энергия связи равна разности между энергией покоя нуклонов и полной энергией ядра.

Устойчивыми называются такие атомные ядра, состав которых не изменяется с течением времени. При данном массовом числе А наиболее устойчивы ядра с таким значением заряда Z, которое соответствует наименьшему значению полной энергии ядра. Это значение равно

.

Условие устойчивости ядер может быть также нарушено путем введения в ядро избыточных протонов. Такие ядра будут претерпевать радиоактивный распад, соответствующий превращению избыточного протона в нейтрон по схеме

,

где - позитрон;

- нейтрино.

Явление искусственной радиоактивности было открыто в 1934 г. Фредериком и Ирен Жолио-Кюри. Они облучали ядра алюминия, бора и других легких элеменов α – частицами и, исследуя продукты реакции с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, обнаружили испускание позитронов. После прекращения облучения α–частицами испускание позитронов продолжалось, и убывало по закону , характерному для радиоактивного распада.

Явление искусственной радиоактивности находит широкое применение в науке и технике. Вспомним, что искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций. Период полураспада искусственно-радиоактивных ядер лежит в интервале от долей секунды до тысячи лет.

В настоящее время получены искусственно-радиоактивные изотопы с высокой активностью. Это дает возможность создавать довольно компактные источники радиоактивного излучения, которые находят широкое практическое применение в методе «меченых» атомов или в методе радиоактивных изотопов.

Ряд изотопов, например , и т.д. дает проникающее излучение. Это излучение позволяет просвечивать металлические детали толщиной в несколько сантиметров с целью обнаружения в них внутренних дефектов. Аналогичным путем можно непрерывно контролировать толщину изделий при прокате.

Добавление небольшого количества атомов радиоактивного изотопа к нерадиоактивным изотопам того же самого элемента составляет основу метода «меченых» атомов.

Вводя меченые атомы в детали машин, можно контролировать их износ в процессе работы по радиоактивности смазочного масла, омывающего деталь. С помощью меченых атомов можно проследить движение грунтовых вод и обнаружить течь в трубопроводах.

В ряде химических и биологических соединений участвует множество различных сложных соединений, содержащих в разных количествах одни и те же химические элементы. В силу тождественности атомов одного и того же элемента, невозможно проследить их путь в сложной цепочке реакций. Это оказалось возможным при использовании меченых атомов.

В сельском хозяйстве методом меченых атомов была установлена эффективность внекорневой подкормки растений (опыление листьев). С помощью меченых атомов удается установить скорость диффузии атомов в твердых телах, скорость растворения слаборастворимых веществ и т.д.