Правила радиоактивного смещения
Мы
видели, что энергия радиоактивных
излучений имеет величину порядка
.
В то время как энергия связи электрона
с ядром, при этом максимальная энергия,
не превышает
.
Т.е. радиоактивное излучение обязано своим происхождением процессам, происходящим внутри ядра.
Эти ядерные превращения подчиняются определенным закономерностям.
Пусть
заряд распадающегося ядра
,
атомный номер
.
Тогда распадающееся ядро будет иметь
символ ‑
.
Например
-частица
будет обозначаться как
,
-частица
(электрон) ‑
.
Поскольку масса электрона в
раз меньше массы протона, то массу
электрона формально считают равной
нулю.
С использованием этих обозначений, схема -распада будет иметь вид:
(1)
Соответственно -распад:
(2)
Как
видно из этой схемы, при
-распаде
дочернее ядро (материнское ядро
обозначается символом
,
а дочернее ядро обозначаемое символом
)
уменьшает свой порядковый номер на
,
т.е. смещается по таблице Менделеева
влево на две клетки. В то же время при
-распаде
дочернее ядро смещается по таблице
Менделеева вправо на одну клетку.
Поэтому эти схемы радиоактивного распада
называются правилами смещения.
Необходимо отметить, что эти правила смещения при радиоактивном распаде являются следствием закона сохранения массы и закона сохранения заряда.
Изотопы, изобары, изотоны, изомеры
Выделяющаяся
при
-распаде
энергия порядка
уносится с
-частицей.
Но иногда часть ее может остаться в
дочернем ядре. При этом ядро оказывается
возбужденным. Однако в возбужденном
состоянии ядро живет недолго. По истечении
промежутка времени
оно переходит в основное состояние с
испусканием
-фотона.
Для сравнения, время жизни атома в
возбужденном состоянии значительно
больше
.
В
состав ядра входят протоны ‑
и нейтроны -
.
В зависимости от комбинации этих частиц,
в зависимости от того, что сохраняется
постоянным, ядра делятся на изотопы,
изобары, изотоны, изомеры.
Мы
уже говорили, что ядро обозначается
символом
.
Здесь
‑ массовое число, число, характеризующее
массу ядра.
‑ порядковый номер ядра, число
протонов в ядре.
‑ число нейтронов в ядре.
1.
Если у ядер одинаково число протонов
,
то такие ядра называются изотопами.
2.
Если у ядер одинаково массовое число
,
то такие ядра называются изобарами.
3.
Если у ядер одинаково число нейтронов
,
то такие ядра называются изотонами.
4.
Если у ядер одинаков период полураспада
,
то такие ядра называются изомерами.
Закон радиоактивного распада, активность
Естественный радиоактивный распад протекает самопроизвольно, без всякого воздействия извне. Отдельный распад подчиняется статистическим закономерностям ‑ вероятностным. Но достаточно большая совокупность атомов подчиняется вполне определенным закономерностям, вполне точным законам. Найдем закон радиоактивного распада.
Пусть
число нераспавшихся к моменту времени
ядер равно
.
Убыль ядер
за время
пропорциональна числу этих еще
нераспавшихся ядер
и величине промежутка времени
‑
.
Чтобы записать знак равенства, необходимо
ввести коэффициент пропорциональности,
уравнивающий размерности. Обозначим
его как
и назовем постоянной распада. Тогда
убыль ядер будет определяться следующим
выражение:
Проинтегрировав это уравнение получим:
(3)
Полученное уравнение называется законом радиоактивного распада.
Число
распадов в единицу времени называется
активностью радиоактивного препарата
и обозначается символом
:
(4)
Единицу
активности называют
и эта единица численно равна:
Время,
в течение которого распадается половина
ядер, называется временем полураспада
‑
. Найдем связь между постоянной распада
и временем полураспада и
.
По определению периода полураспада
можно записать:
Прологарифмируем это выражение:
Тогда уравнение радиоактивного распада можно переписать в виде:
(5)
Период полураспада меняется в широких пределах от миллионных долей секунды до нескольких миллиардов лет.
Кроме обычной радиоактивности с испусканием , , -лучей, существует радиоактивность, когда ядра тяжелого элемента делятся примерно на две равные половины, причем произвольно, спонтанно. Это явление было впервые открыто в 1940 году советскими учеными Г.Н Флеровым и К.А.Петржаком. Существует также протонная радиоактивность, когда ядро испускает протон или два протона. Это явление было открыто в 1963 году также советским физиком Г.Н.Флеровым.