Час плину розпаду
Ядра деяких радіоактивних речовин мають дуже довгий термін життя (більше ніж 108 років) і тому вони ще не встигли повністю розпастися за час існування нашого Всесвіту. До таких радіоактивних речовин відносяться ізотопи Урану-238, Урану-235, Торію-232, Калію-40, та інших. Всього в природі існує близько 20 таких ізотопів.
Так, період напіврозпаду урана-235 складає 713 млн. років, а плутонія-239 – більше 24 тисячоліть.
Окрім довгоживучих радіоактивних ізотопів в природних умовах зустрічаються елементи з порівняно малим терміном життя. Це пояснюється тим, що вид таких ізотопів постійно відновлюється за рахунок розпаду більш довгоживучих ізотопів, а також за рахунок ядерних ланцюгових реакцій, що отримуються в природних умовах.
Але все ж таки більшість радіоактивних ізотопів в природному вигляді не зустрічається. Вони можуть бути отримані лише при вимушеному розчепленні стабільних ядер, тобто шляхом штучного бомбардування їх елементарними зарядженими частинками. Тому, послідуючі радіоактивні ізотопи, що отримані в результаті таких ядерних ланцюгових реакцій, називаються штучними. А це свідчить про те, що між явищем радіоактивності хімічної речовини та явищем розпаду радіоактивного ядра не існує ніякої різниці. Але все ж таки радіоактивність розглядається як окремий фізичний процес.
Вид елементарних частинок що випромінюються (продукти розпаду)
Атом будь якого хімічного елемента має складну будову. В центрі атома знаходиться дуже щільне ядро, яке має в своєму складі позитивно заряджені протони і нейтрально заряджені нейтрони, а навколо ядра з великою швидкістю обертаються легкі негативно заряджені електрони. Кожен атом будь якої хімічної речовини має однакову кількість протонів та електронів, в результаті чого у звичайних умовах цей атом знаходиться у статистичній рівновазі. Але атоми різних хімічних елементів відрізняються один від одного кількістю електронів. Наприклад, навколо ядра атома водню рухається лише один електрон, у гелію – 2, у літію – 3, а навколо ядра атома урану – 92 електрона. Кількість електронів у будь якого атома рівняється порядковому номеру даного елемента Періодичної системи елементів Д.І.Мєндєлєєва.
Найпростішу будову має ядро хімічного елементу водню, до складу якого входить лише один протон. Тому і ядро водню названо протоном, яке має одиночний позитивний заряд.
Більш складну будову має ядро гелію, до складу якого входить два протона (тобто два найпростіших ядра водню), та декілька нейтронів, які утримують позитивно заряджені протони у межах ядра. Саме ядра гелію з їх протонами і нейтронами і становлять основу побудови будь якої іншої речовини, в тому числі і радіоактивної. А окремо взятий протон, електрон або нейтрон відносяться до елементарних частинок, що випромінюються в навколишнє середовище в процесі розпаду ядер хімічних речовин.
При цьому, випромінювання будь яких елементарно заряджених частинок супроводжується утворенням специфічного поля гама-променя (γ).
Таким чином, в навколишнє середовище під час розпаду ядер радіоактивних речовин випромінюються:
а) в процесі природнього розчеплення радіоактивних ядер:
альфа-частинки (α-частинки);
бета-частинки (β-частинки);
гама-промені (γ), породжені випромінюванням α і β-частинок;
б) в процесі вимушеного розчеплення радіоактивних ядер:
потік нейтронів (n);
гама-промені (γ), що породжені розповсюдженням нейтронів (n).
Однією із найважливіших характеристик радіоактивних випромінювань є проникаюча здібність, яка характеризує вражаючі властивості цих випромінювань. Вона залежить від виду і енергії випромінювання, та від щільності середовища, через яку проникає дане випромінювання.
Альфа-частинки (α-частинки) уявляють собою потік тяжких ядер гелію. Вони, в порівняні з іншими елементарними частинками, мають значну масу, і тому випромінюються з ядер атомів зі швидкість близькою до 20000 км/сек. при зіткненні з зустрічними частинками середовища їх швидкість щвидко понижується, в результаті чого α-частинки пробігають в повітрі всього 7–9 см. В іншому середовищі їх шлях пробігу ще менший. Наприклад, звичайний листок паперу повністю поглинає всі α-частинки.
Бета-частинки (β-частинки) становлять потік легких електронів, а від того вони мають початкову швидкість близьку до швидкості світла. Тому їх проникаюча здібність більша ніж у α-частинок. Швидкі β-частинки пролітають в повітрі до 20 м, у воді – до 2,6 см, а в свинцю – до 0,3 см.
Гама-промені (γ-промені) за своїми властивостями східні з рентгенівськими променями. Вони розповсюджуються зі швидкістю світла та володіють виключно великою проникаючою здібністю. Щоб послабити вдвічі потік γ - променів потрібний шар сталі товщиною 1,8 см., а їх довжина пробігу в повітрі становить сотні метрів.
Потік нейтронів (n) виникає під час вимушеного розчеплення ядер радіоактивних елементів в результаті ланцюгової ядерної реакції при ядерному вибухові. Це ті нейтрони які в момент ядерного вибуху вийшли за межі критичної маси і не приймають участі в подальшій ланцюговій реакції ядерного розчеплення.
Такі нейтрони здатні розповсюджуватися у повітряному просторі на відстань до 3 км, а їх рух знову ж таки супроводжується утворенням гама-променей (γ-променей).
В залежності від дії променів розрізняються проникаюча і наведена види радіації:
Проникаюча радіація – це потік α-, β-частинок, нейтронів (n) та гама-променів (γ), які пронизують людину та іонізують її тіло.
Наведена радіація – це утворення радіоактивності в ґрунті та інших предметах, на які діяла проникаюча радіація, в наслідок чого ці предмети самі стають радіоактивними.
При наведеній радіації утворюються головним чином такі радіоактивні ізотопи як Mn-56m, Al-28, Na-24.
Приклад радіоактивних перетворювань уламків ділення ядра U-235
