2. Радиоактивность

Анри Беккерель в 1896 г. открыл радиоактивность природного урана. Любой элемент периодической системы Менделеева состоит из нескольких видов атомов. Ядра при одном и том же числе протонов могут иметь различное число нейтронов и, соответственно, разные массовые числа. Нуклоны с одинаковым атомным номером, но разными массовыми числами называются изотопами. Например, природный уран имеет три изотопа. ²³⁴U, ²³⁵U, ²³⁸U. В настоящее время известно около 3000 изотопов. Одни из них -стабильные (276, принадлежащие 83 природным элементам), другие - неустойчивые, радиоактивные. Многие элементы с атомными номерами больше, чем у свинца(Z = 82) являются радионуклидами. Радиоактивность заключается в том, что ядра радиоактивных элементов обладают способностью самопроизвольно превращаться в другие элементы с испусканием альфа, бета-частиц и гамма-квантов или путем деления; при этом исходное ядро превращается в ядро другого элемента. Само явление радиоактивности обусловливается только внутренним строением ядра атома и не зависит от внешних условий (температура, давление и т.д.).

Естественная радиоактивность. Естественные радиоактивные изотопы составляют небольшую часть от всех известных изотопов. В земной коре, воде и воздухе встречается около 70 радионуклидов. Последовательность нуклидов, каждый из которых самопроизвольно, благодаря радиоактивному распаду, переходит в следующий до тех пор, пока не будет получен стабильный изотоп, называется радиоактивным рядом. Исходный нуклид называется материнским, а все остальные нуклиды в ряду называют дочерними. В природе существуют три радиоактивных ряда (семейства): урана, актиноурана и тория.

Искусственная радиоактивность. Искусственную радиоактивность впервые открыли Ирен и Фридерик Жолио – Кюри в 1934 году. С радиологической точки зрения особых отличий между естественной и искусственной радиоактивностью нет; искусственные радиоактивные изотопы получают в ядерных реакциях. Ядерные превращения можно наблюдать при бомбардировке частицами (нейтронами, протонами, альфа – частицами и др.) ядер мишени. Большая часть радиоактивных изотопов получена искусственно в ядерных реакторах и ускорительных установках в результате взаимодействия ионизирующих излучений со стабильными изотопами.

3. Превращения атомных ядер

При радиоактивном распаде различают следующие типы превращений:

альфа-распад, бета-распад, электронный захват (К-захват), изомерный переход и спонтанное деление.

Альфа-распад. Явление альфа – распада впервые наблюдалось при изучении естественной радиоактивности. Альфа - распад распада характерен для ядер элементов, расположенных в конце периодической таблицы Менделеева. При альфа-распаде радиоактивное ядро испускает альфа-частицу, представляющую собой ядро атома гелия, имеющую двойной положительный заряд и четыре атомные единицы массы. Изменяясь, превращается в ядро, электрический заряд которого меньше первоначального на две единицы, а массовое число меньше первоначального на четыре единицы.

Бета-распад. При бета-распаде ядра могут испускать электроны (е^-) - электронный распад или позитроны (е⁺) – позитронный распад. Позитрон в отличие от электрона имеет положительный заряд, но равную с ним массу. В результате электронного распада массовое число ядра остается без изменения, а заряд увеличивается на единицу, ядро первоначального элемента превращается в ядро с порядковым номером на единицу больше. В результате позитронного распада массовое число ядра остается также без изменения, а заряд уменьшается на единицу; ядро первоначального элемента превращается в ядро с порядковым номером на единицу меньше. Позитронный распад характерен только для незначительной части искусственных радионуклидов. Испускаемые при бета-распаде электроны и позитроны называются бета-частицами. Кроме бета-частиц ядро испускает нейтрино («нейтрончик», так назвал эту частицу Ферми) - незаряженную частицу с массой, близкой к нулю. Процесс альфа и бета – распада часто сопровождается гамма – излучением.

Электронный захват (К-захват). У некоторых радионуклидов атомное ядро захватывает электрон с ближайшей к нему К-оболочки. Это явление является родственным позитронному распаду. В результате захвата электрона один из протонов ядра превращается в нейтрон, массовое число ядра остается без изменения, а заряд уменьшается на единицу. Процесс захвата электрона с К-оболочки атома называют еще К-захватом.

Процесс электронного захвата сопровождается излучением характеристического рентгеновского излучения.

Изомерный переход. Изомерный переход в радиоактивном источнике - переход ядра (который называется изомером) из возбужденного состояния в основное путем испускания фотона гамма-излучения, при котором не изменяются ни атомный номер, ни массовое число. Изомерный переход является одним из видов радиоактивного распада.

Спонтанное деление. При спонтанном делении ядро самопроизвольно распадается на осколки средней массы, которые в свою очередь могут распадаться с испусканием бета-частиц и гамма-квантов. Этот процесс происходит только с тяжелыми ядрами. Все типы ядерных превращений, происходящих при радиоактивном распаде, сопровождаются испусканием ионизирующих излучений.