4. Радиоактивность, типы ядерных превращений и радиоактивный распад

Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер одних элемен­тов в другие, при котором ядро переходит в более устойчивое состояние. Процесс сопровождается испусканием ионизирующих излучений (корпуску­лярных либо электромагнитных). Ядерные превращения могут протекать спонтанно (самопроизвольно) в связи с особенностями внутреннего строения ядра и вынужденно, или ис­кусственно, в результате воздействия потоков частиц на ядра атомов об­лучаемой среды. Ядра некоторых нуклидов содержат избыточное количество энергии (метастабильное состояние ядра) и поэтому являются неустойчи­выми, радиоактивными, способными испускать частицы (альфа-частицы, электроны и позитроны) и гамма-кванты, а также характеристическое из­лучение в случае захвата ядром орбитального электрона. Кроме того, для тяжелых нуклидов, стоящих в конце таблицы Д.И. Менделеева, характерна способность к спонтанному делению ядра на два более легких осколка.

Такой процесс спонтанных превращений ядер атомов, сопровождающихся ио­низирующими излучениями, называется радиоактивным распадом. В резуль­тате радиоактивного распада исходный (материнский) радиоактивный нук­лид непосредственно или через ряд дочерних радионуклидов превращается в стабильный нуклид, а метастабильные ядра при излучении избыточной энергии в виде гамма-квантов переходят в основное состояние.

Радионуклиды по своему происхождению подразделяются на естественные и искусственные. Естественные радионуклиды появились на Земле в момент ее возникновения и постоянно образуются при ядерных реакциях под воздействием космического излучения. Искусственные радионуклиды получают при бомбардировке стабильных изотопов различными частицами на ускорителях частиц и в атомных реакторах. Кроме того, они образуются при реакциях деления тяжелых и синтеза легких ядер.

К основным типам ядерных превращений относятся: альфа-распад, бе­та-распад, деление тяжелых ядер, синтез легких ядер, радиационный (нейтронный) захват. Остановимся более подробно на каждом из них (см. схемы).

Мерой количества радионуклида служит активность - число спонтан­ных ядерных превращений в единицу времени. Единицей активности являет­ся беккерель (Бк) - одно ядерное превращение в секунду. Специальной

единицей активности является кюри (Ки), равное 3,7  10¹⁰ Бк. Широко используются также дольные (милликюри - I мКи = I  10^-3 Ки, микрокюри - I мкКи =

= I  10^-6 Ки, нанокюри - I нКи = I  10^-90 Ки, пикокюри - I пКи = I  10^-12 Ки) и кратные (килокюри - I кКи = I  10³ Ки, мегакюри - I МКи = I  10⁶ Ки) единицы.

Радиоактивный распад носит вероятностный характер, при этом в

равные промежутки времени распадается одна и та же доля радиоактивных ядер. Эта зависимость получила название закона радиоактивного распада.

Закон радиоактивного распада имеет следующее математическое выражение:

Nt = N₀  е^-2t

где N₀  - исходное количество радиоактивных ядер, Nt  - количество активных ядер, оставшихся спустя время распада t, е - основание натуральных логарифмов,  - постоянная распада, t - время распада.

Постоянная распада связана с периодом полураспада - в течение которого число радиоактивных ядер уменьшается вдвое.

Опираясь на закон радиоактивного распада можно давать рекомендации о возможности использования загрязненных радионуклидами террито­рий, продуктов питания, воды и т.д. Так как через 10 Т_1/2 остается практически чистая среда (т.е. остается меньше 0,1% от исходного коли­чества радионуклида). Например: Йод-131 имеет период полураспада, равный 8,05 суток, цельное молоко и листовые овощи местного производства запрещают использовать в течение 2-3 месяцев после выброса радиоактив­ного йода, у цезия-137 период полураспада равен 30,1 г., у стронция-90 - 29,12 г, т.е. территории, загрязненные данными радионуклидами можно будет использовать спустя 300 лет после аварии на ЧАЭС.