Радиоактивность

Доказательством сложности стро­ения атомов явилось открытие яв­ления радиоактивности. В 1896 г. французский физик Анри Беккерель (1852—1908) про­изводил опыты с солями урана. Он установил, что атомы урана испускают невидимые глазом излучения, способные проникать через бумагу или картон и вызы­вать почернение фотографиче­ской пластинки.

Явление испускания атомами невидимых проникающих излучений назвали радиоактивностью (от слова «радиус» — луч). Польского происхождения физик Мария Склодовская — Кюри (1867—1934) и французский физик Пьер Кюри (1859—1906) доказали, что радиоактивные излучения испускаются не только атомами урана, но и атомами некоторых других элементов. По радиоактивному излучению ими были открыты два неизвестных ранее химических элемента — радий и полоний.

Исследования радиоактивно­го излучения показали, что ра­диоактивные атомы испускают не один, а три вида излучения различной физической природы. Эти излучения были названы альфа-, бета — и гамма-лучами.

Альфа-лучи оказались потоком ионов гелия, бета-лучи — пото­ком электронов, а гамма-лучи — потоком квантов электромагнит­ного излучения с очень малой длиной волны, порядка 10^-11 — 10^-13 м.

В результате радиоактивного распада, как впервые доказали в 1902 г. английские ученые Эрнест Резерфорд (1871 — 1937) и Фредерик Содди (1877—1956), происходит прев­ращение атомов одного химиче­ского элемента в атомы другого химического элемента. Например, атом урана в результате радио­активного распада превращается в два атома — атом тория и атом гелия. Открытие явления радио­активного распада доказывало сложность внутренней структуры атомов, опровергало представле­ние о неизменности, неразруши­мости атомов.

Стабильные и нестабильные ядра. Не всякое атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, удержи­ваемых ядерными силами притяжения, может существовать неограниченно долго. Многие атомные ядра оказываются способными к самопроизвольным превращениям в другие атомные ядра. Устойчивыми являются лишь те атом­ные ядра, которые обладают минимальным запасом полной энергии среди всех ядер, в которые данное ядро могло бы самопроизвольно превратиться.

Альфа-распадом называется самопроизвольный распад атомного ядра на альфа-частицу (ядро атома гелия ) и ядро-продукт. Например, продуктом альфа-распада ядра изотопа урана является ядро изотопа тория

Начальная кинетическая энергия всех альфа-частиц, испускаемых ядрами одного изотопа, одинакова, или испускаются альфа-частицы с двумя-тремя разными значениями начальной кинетической энергии.

Альфа-распад радиоактивных ядер может сопровождаться испусканием гамма-квантов.

Бета-распад. Явление электронного бета-распада представляет собой самопроизвольное превращение атомного ядра путём испускания электрона.

Ядра, в которых происходят превращения нейтрона в протон, называются бета-радиоактивными.

Например, при бета-распаде ядра изотопа калия , девятнадцатого

элемента таблицы Менделеева, продуктом распада является ядро изотопа кальция двадцатого элемента:

Гамма-излучение сопровождает бета-распад в тех случаях, когда часть энергии затрачивается на возбуждение ядра-продукта.

Закон радиоактивного распада.

Распад большого количества ядер любого радиоактивного изотопа

подчиняется одному закону радиоактивного распада, который может быть выражен в следующей математической форме:

где Т — постоянная величина, период полураспада — время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое (зависит от типа радиоактивного изотопа);

N_{0 —} число ядер в данном объеме вещества в начальный момент времени t = 0;

N — число нераспавшихся ядер в том же объеме к моменту времени t.

Бета-распад. Явление элект­ронного бета-распада представля­ет собой самопроизвольное прев­ращение атомного ядра путем испускания электрона. В основе этого явления лежит способность протонов и нейтронов к взаим­ным превращениям. Масса сво­бодного нейтрона больше массы свободных протона и электрона, вместе взятых, — следовательно, запас полной энергии нейтрона больше запаса энергии протона и электрона. Поэтому нейтрон мо­жет самопроизвольно превращать­ся в протон р с испусканием элект­рона и антинейтрино v:

п→ р + е^- + v

Ядра, в которых происходят превращения нейтрона в протон, называются бета- радиоактивными. В результате превращения од­ного из нейтронов в протон заряд ядра увеличивается на единицу. Ядро — продукт бета-распада оказывается ядром одного из изо­топов элемента с порядковым номером в таблице Менделеева, на единицу большим порядково­го номера исходного ядра. Напри­мер, при бета-распаде ядра изото­па калия K, девятнадцатого элемента таблицы Менделеева, продуктом распада является ядро изотопа кальция Са двадцатого элемента:

K → Са + е^- + v

Массовое число ядра — про­дукта бета-распада остается преж­ним, так как число нуклонов в яд­ре не изменяется.