Явление радиоактивности. Виды радиоактивного распада.

Радиоактивность – свойство ядер определенных элементов самопроизвольно (т.е. без каких-либо внешних воздействий) превращаться в ядра других элементов с испусканием особого излучения, называемого радиоактивным излучением. Само явление называется радиоактивным распадом. Радиоактивный распад сопровождается небольшим выделением теплоты. Радиоактивные явления, происходящие у встречающихся в природе изотопов, называют естественной радиоактивностью, а происходящие в искусственно созданных изотопах – искусственной радиоактивностью. Под общим названием радиоактивного излучения объединяются три вида излучений , различные по природе, но имеющие некоторые общие свойства.

Альфа – излучение – это поток - частиц с высокой кинетической энергией, которое представляют ядра гелия. Альфа – частица состоит из двух протонов и

двух нейтронов и обозначается ^.

Бета-излучение - это поток -частиц с высокой кинетической энергией, которые представляют или электроны (у большинства радиоактивных элементов), или позитроны (у некоторых искусственно полученных изотопов)

Бета – частица обозначается ^- или e (электрон) и или e (позитрон).

Гамма – излучение имеет электромагнитную природу и представляет поток фотонов с высокой энергией порядка от 1 до 2-3 МэВ и соответственно малой длиной волны (0,1 нм и меньше).

Характеристиками радиоактивного излучения являются масса и заряд частиц, скорость их при выбрасывании из ядра и соответствующая ей кинетическая энергия, а также распределение частиц по энергиям, называемое спектром радиоактивного излучения. В одном акте распада из ядер данного вещества выбрасываются частицы только одного вида: альфа- или бета-. Соответственно различают три основных вида распада радиоактивных ядер: - распад, - электронный и - позитронный. Любой из этих распадов может сопровождаться излучением - фотонов.

Виды радиоактивного распада

1) α- распад. Формула α- распада.

Для ядер тяжелых элементов характерен - распад, при этом уменьшается общее число нуклонов в ядре, и оно становится более устойчивым. Альфа – распад описывается уравнением:

В связи с выбрасыванием - частиц заряд ядра и соответственно атомный номер элемента уменьшается на две единицы, а массовое число – на четыре единицы. При определенных условиях некоторые из образовавшихся таким образом - частиц могут преодолеть действие ядерных сил и оторваться от ядра. Этот процесс имеет квантовомеханическую природу и называется тоннельным эффектом.

2) β- распад. Формула β-распада.

Бета – распад происходит у ядер, неустойчивость которых связана с неблагоприятным соотношением числа нейтронов и протонов. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный - распад, при котором один из нейтронов, превращается в протон, при этом в ядре рождается электрон:

Он выбрасывается, и в ядре остается более устойчивый комплекс нуклонов. Электронный распад - распад описывается уравнением:

При этом заряд ядра и соответственно атомный номер элемента увеличиваются на единицу, а массовое число его остается без изменений.

Электронный - распад характерен для многих естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов, например, распад изотопа калия с превращением его в кальций:

При позитронном - распаде один из протонов превращается в нейтрон, и в ядре рождается позитрон:

Он выбрасывается, а в ядре остается более устойчивый комплекс нуклонов. Позитронный - распад описывается уравнением: .

Заряд ядра и соответственно атомный номер элемента уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменения.

Бета – излучение одного и того же элемента содержит частицы с различной энергией в пределах от самой малой до некоторой максимальной величины. Поэтому спектр - излучения непрерывный или сплошной. Для того чтобы объяснить различие в энергии - частиц при распаде ядер одного и того же элемента, В. Паули в 1931 году предположил, что при -распаде вместе с - частицами из ядра выбрасываются нейтральные частицы, ничтожные по массе и имеющие энергию, которая в сумме с энергией - частиц составляет некоторую постоянную величину , характерную для распада данного изотопа, причем эта энергия у разных ядер одного и того же элемента делится между - частицами и этими частицами в самых разнообразных соотношениях. В дальнейшим эти частицы были обнаружены экспериментально. Частица, испускаемая вместе с позитроном, была названа нейтрино . С учетом выбрасывания нейтрино или антинейтрино уравнения взаимного превращения нуклонов имеют вид:

Превращение протона в нейтрон может произойти так же путем захвата ядром одного из электронов с ближайшей к ядру оболочки К:

Это явление называется электронным захватом или К- захватом, например, превращение изотопа бериллия в литий:

Радиоактивный ряд

К радиоактивному распаду относят так же самопроизвольный распад ядер тяжелых элементов, например, изотопов урана на два осколка, близких между собой по атомному номеру и массовому числу.

У некоторых элементов наблюдается целая цепочка таких последовательных распадов, пока при последнем распаде не образуется стабильный элемент. Совокупность элементов, образующих подобную цепочку, называется радиоактивным семейством, или рядом.