Под радиоактивностью понимают способность некоторых ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов излучений и элементарных частиц.

 

Радиоактивность подразделяют на естественную – существует в природе – и искусственную – наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций.

Радиоактивное излучение бывает трех типов: α-, β-, γ-излучение.

Αльфа излучение отклоняется электрическими и магнитными полями, обладает высокой ионизирующей способностью (поглощается слоем алюминия толщиной – 0,05 мм).

α- излучение – поток ядер гелия,

заряд α-частицы равен: q_α=+2e,   масса: m_α=2m_p+2m_n

β-излучение отклоняется электрическими и магнитным полями, его ионизирующая способность на два порядка меньше, чем у α- излучения, а проникающая способность больше (поглощается слоем алюминия ~ 2мм). β- излучение – это поток быстрых электронов.

γ- излучение не отклоняется электрическими и магнитным полями, обладает относительно небольшой (слабой) ионизирующей способностью и очень большой проницающей способностью (например, проходит через слой свинца ~ 5см).

γ- излучение – коротковолновое электромагнитное излучение с λ<10^-10м, т.е. является потоком частиц γ- квантов (фотонов).

 

Под радиоактивным распадом понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно.

Атомное ядро, испытывающее распад, называется материнским, возникающее ядро – дочерним.

Т.к. радиоактивный распад подчиняется законам статистики, то число ядер dN распавшихся в среднем за интервал времени dt равно:

,

(55.1)

где λ – постоянная радиоактивного распада, знак «–» показывает, что число ядер в процессе распада уменьшается.

Разделим переменные и проинтегрируем:

dN/N = –λdt => ln(N/N₀) = –λt;

,

(55.2)

где N ₀ – начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t₀=0), N – число нераспавшихся ядер к моменту времени t.

Формула (55.2) описывает закон радиоактивного распада.

Количество ядер, распавшихся к моменту времени t  определяет соотношение (55.3).

.

(55.3)

 

 Интенсивность процесса распада характеризуется временем полураспада.

Период полураспада (Т_½ ) – время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшится вдвое:

(55.4)

  Среднее время жизни радиоактивного ядра – τ:

.

Среднее время жизни τ радиоактивного ядра обратно пропорционально постоянной радиоактивного распада λ.

Активностью А- нуклида называется число распадов, происходящих в образце за 1с.

.

(55.5)

 

В СИ активность измеряется - [ A ]=1 Бк – беккерель.

1 Бк – активность нуклида, при котором за 1с происходит 1 акт распада.

1 Ки (один Кюри) = 3,7∙10¹⁰ Бк = 3,7∙10¹⁰ распад/с.

 

Альфа- и бета распады

 

Альфа- распад.

α-распад протекает по схеме:

_ZX^A→Y^A-4 + ₂He⁴

или

ZX^A→ Z-2Y^A^–4 – 2α^4.

(56.1)

Скорости, с которыми α- частицы вылетают из распавшегося ядра, очень велики (Ư~ 10⁷м/с).

На образование одной пары ионов в воздухе тратится ~ 7 эВ.

Т.е. пролетая в воздухе α-частица образует ~ 10⁵ пар ионов.

В воздухе, при нормальном давлении пробег α- частицы ~ несколько сантиметров, в твердом веществе ~ 0,01 мм (α- частицы полностью задерживаются обычным листом бумаги).

Для α- частицы имеется отличная от нуля вероятность прохождения через барьер.

Бета- распад. Существует три разновидности бета- распада: β^–- распад, β⁺- распад, электронный захват.

β^–- распад (или электронный захват) происходит по схеме:

ZX^A→ Z+1Y^A+ -1e^0+ ν,

(56.2)

т.е. связан с выбросом электрона.

α-распад и β-распад происходят в соответствии с правилами смещения, которые являются следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивном распаде:

1. Закон сохранения электрического заряда;
2. Закон сохранения массового числа.