-
Вступ
- 1 Історія
- 2 Закон радіоактивного розпаду
- 3 Види променів радіоактивного розпаду
- 4 Альфа-розпад
- 5 Бета-розпад
- 6 Гамма-розпад (ізомерний перехід)
- 7 Спеціальні види радіоактивності Література
Примітки
Радіоактивний розпад (від лат. Radius «промінь» і āctīvus «дієвий») - спонтанна зміна складу нестабільних атомних ядер (заряду Z, масового числа A) шляхом випускання елементарних частинок або ядерних фрагментів [1]. Процес радіоактивного розпаду також називають радіоактивністю. а відповідні елементи радіоактивними. Радіоактивними називають також речовини, що містять радіоактивні ядра.
Встановлено, що радіоактивні все хімічні елементи з порядковим номером, більшим 82 (тобто починаючи з вісмуту), і багато більш легкі елементи (прометий і технецій не мають стабільних ізотопів, а у деяких елементів, таких як індій, калій або кальцій, частина природних ізотопів стабільні, інші ж радіоактивні).
Природна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.
Штучна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом через відповідні ядерні реакції.
Енергетичні спектри α-частинок і γ-квантів, що випромінюються радіоактивними ядрами, переривчасті ( «дискретні»), а спектр β-частинок - безперервний.
Розпад, що супроводжується випусканням альфа-частинок, назвали альфа-розпадом; розпад, що супроводжується випусканням бета-частинок, був названий бета-розпадом (в даний час відомо, що існують типи бета-розпаду без випускання бета-частинок, проте бета-розпад завжди супроводжується випусканням нейтрино або антинейтрино). Термін «гамма-розпад» застосовується рідко; випускання ядром гамма-квантів називають зазвичай ізомерних переходом. Гамма-випромінювання часто супроводжує інші типи розпаду.
В даний час, крім альфа-, бета- і гамма-розпадів, виявлені розпади з емісією нейтрона, протона (а також двох протонів), кластерна радіоактивність, спонтанне ділення. Електронний захоплення, позитронний розпад (або β + -розпад), а також подвійний бета-розпад (і його види) зазвичай вважаються різними типами бета-розпаду.
Деякі ізотопи можуть відчувати одночасно два або більше видів розпаду. Наприклад, вісмут-212 розпадається з ймовірністю 64% в талій-208 (за допомогою альфа-розпаду) і з імовірністю 36% в полоній-212 (за допомогою бета-розпаду).
Утворене в результаті радіоактивного розпаду дочірнє ядро іноді виявляється також радіоактивним і через деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивні ядро, а послідовність виникають при цьому нуклідів називається радіоактивним поруч. Зокрема, для радіоактивних рядів, що починаються з урану-238, урану-235 і торію-232, кінцевими (стабільними) нуклідами є відповідно свинець-206, свинець-207 і свинець-208.
1. Історія
Історія радіоактивності почалася з того, як в 1896 році А. Беккерель займався люмінесценцією і дослідженням рентгенівських променів.
Через деякий час в лабораторії Беккереля була випадково виявлена пластинка, на якій лежала опромінена Сонцем уранова сіль. Вона, звичайно, не фосфорилася, але відбиток на пластинці вийшов! Тоді Беккерель став відчувати різні солі урану (в тому числі роками лежать в темряві). Платівка незмінно засвічується. Помістивши між сіллю і платівкою металевий хрестик, Беккерель отримав слабкі контури хрестика на платівці. Тоді стало ясно, що відкриті нові промені, які не є рентгенівськими.
Беккерель встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і абсолютно не залежить від того, в які з'єднання він входить. Тобто це властивість притаманне не сполукам, а хімічному елементу - урану.
Своїм відкриттям Беккерель ділиться з вченими, з якими він співпрацював. У 1898 р Марія Кюрі і П'єр Кюрі виявили радіоактивність торію, пізніше ними були відкриті радіоактивні елементи полоній і радій.
Вони встановлюють, що властивістю природної радіоактивності володіють всі сполуки урану і найбільшою мірою сам уран. Беккерель ж повертається до цікавлять його люмінофора. Правда, йому судилося зробити ще одне велике відкриття в атомній фізиці. Якось для публічної лекції Беккерелю знадобилося радіоактивну речовину, він взяв його у подружжя Кюрі, і пробірку поклав у нагрудну кишеню. Прочитавши лекцію, він повернув власникам радіоактивний препарат, а на наступний день виявив на тілі під кишені жилета почервоніння шкіри в формі пробірки. Беккерель розповідає про це П'єру Кюрі, той ставить на собі досвід: протягом десяти годин носить прив'язану до передпліччя пробірку з радієм. Через кілька днів у нього теж спостерігається почервоніння, яке перейшло потім в важку виразку, від якої він страждав протягом двох місяців. Так вперше було відкрито біологічну дію радіоактивності.
Але і після цього подружжя Кюрі мужньо робили свою справу. Досить сказати, що Марія Кюрі померла від променевої хвороби.
У 1955 р були обстежені записні книжки Марії Кюрі. Вони до цих пір випромінюють завдяки радіоактивному забрудненню, внесеного при їх заповненні. На одному з аркушів зберігся радіоактивний відбиток пальця П'єра Кюрі.
2. Закон радіоактивного розпаду
Наочна демонстрація закону.
Закон радіоактивного розпаду - закон, відкритий Фредеріком Содді і Ернестом Резерфордом експериментальним шляхом і сформульований в 1903 році. Сучасна формулювання закону:
що означає, що число розпадів за інтервал часу в довільному речовині пропорційно числу наявних у зразку атомів.
У цьому математичному вираженні - постійна розпаду, яка характеризує ймовірність радіоактивного розпаду за одиницю часу і має розмірність з -1. Знак мінус вказує на спад числа радіоактивних ядер з часом.
Цей закон вважається основним законом радіоактивності, з нього було вилучено кілька важливих наслідків, серед яких формулювання характеристик розпаду - середній час життя атома і період напіврозпаду [2] [3] [4] [5].
3. Види променів радіоактивного розпаду
Е. Резерфорд експериментально встановив (1899), що солі урану випускають промені трьох типів, які по-різному відхиляються в магнітному полі:
- промені першого типу відхиляються так само, як потік позитивно заряджених частинок; їх назвали α-променями;
- промені другого типу зазвичай відхиляються в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок, їх назвали β-променями (існують, проте, позитронні бета-промені, що відхиляються в протилежну сторону);
- промені третього типу, які не відхиляються магнітним полем, назвали γ-випромінюванням.
4. Альфа-розпад
α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на дочірнє ядро і α-частинку (ядро атома 4 He).
α-розпад, як правило, відбувається у важких ядрах з масовим числом А ≥140 (хоча є кілька винятків). Усередині важких ядер за рахунок властивості насичення ядерних сил утворюються відокремлені α-частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Новоутворена α-частинка схильна до більшого дії кулонівських сил відштовхування від протонів ядра, ніж окремі протони. Одночасно α-частинка зазнає меншого ядерне тяжіння до нуклона ядра, ніж інші нуклони. Новоутворена альфа-частинки на кордоні ядра відбивається від потенційного бар'єру всередину, проте з певною ймовірністю вона може подолати його (див. Тунельний ефект) і вилетіти назовні. Зі зменшенням енергії альфа-частинки проникність потенційного бар'єру експоненціально зменшується, тому час життя ядер з меншою доступною енергією альфа-розпаду за інших рівних умов більше.
Правило зміщення Содді для α-розпаду:
В результаті α-розпаду елемент зміщується на 2 клітини до початку таблиці Менделєєва, масове число дочірнього ядра зменшується на 4.
5. Бета-розпад
Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад - це прояв слабкої взаємодії.
β-розпад (точніше, бета-мінус-розпад, β - розпад) - це радіоактивний розпад, що супроводжується випусканням з ядра електрона і антинейтрино.
β-розпад є внутрінуклонним процесом. Він відбувається внаслідок перетворення одного з d кварка в одному з нейтронів ядра в u кварка; при цьому відбувається перетворення нейтрона в протон з випусканням електрона і антинейтрино:
Правило зміщення Содді для β - розпаду:
Після β - розпаду елемент зміщується на 1 клітку до кінця таблиці Менделєєва (заряд ядра збільшується на одиницю), тоді як масове число ядра при цьому не змінюється.
Існують також інші типи бета-розпаду. У позитронному розпаді (бета-плюс-розпаді) ядро випускає позитрон і нейтрино. При цьому заряд ядра зменшується на одиницю (ядро зміщується на одну клітку до початку таблиці Менделєєва). Позитронний розпад завжди супроводжується конкуруючим процесом - електронним захопленням (коли ядро захоплює електрон з атомної оболонки і випускає нейтрино, при цьому заряд ядра також зменшується на одиницю). Однак зворотне невірно: багато нукліди, для яких позитронний розпад заборонений, відчувають електронний захоплення. Найбільш рідкісним з відомих типів радіоактивного розпаду є подвійний бета-розпад, він виявлений на сьогодні лише для десяти нуклідів, і період напіврозпаду перевищують 10 19 років. Всі типи бета-розпаду зберігають масове число ядра.
6. Гамма-розпад (ізомерний перехід)
Майже всі ядра мають, крім основного квантового стану, дискретний набір збуджених станів з більшою енергією (винятком є ядра 1 H, 2 H, 3 H і 3 He). Збуджені стани можуть заселятися при ядерних реакціях або радіоактивному розпаді інших ядер. Більшість збуджених станів мають дуже малі часи життя (менше наносекунди). Однак існують і досить довгоживучі стану (чиї часи життя вимірюються мікросекундами, цілодобово або роками), які називаються ізомерними, хоча межа між ними і короткоживущими станами вельми умовна. Ізомерні стани ядер, як правило, розпадаються в основний стан (іноді через кілька проміжних станів). При цьому випромінюються один або кілька гамма-квантів; збудження ядра може зніматися також за допомогою вильоту конверсійних електронів з атомної оболонки. Ізомерні стани можуть розпадатися також і за допомогою звичайних бета- і альфа-розпадів.
7. Спеціальні види радіоактивності
- спонтанне ділення
- кластерна радіоактивність
- протонна радіоактивність
- Двухпротонная радіоактивність
- нейтронна радіоактивність