Радиоактивность. Радиоактивное излучение

Радиоактивностью называется самопроизвольное (спонтанное) превращение одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием элементарных частиц. Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем в 1896 г. Большой вклад в изучение этого явления внесла семья Кюри. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдаемую у неустойчивых ядер, существующих в природе) и искусственную (наблюдаемую у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы и принципиального различия между этими двумя видами радиоактивности нет.

В процессе радиоактивного распада отдельные ядра претерпевают превращение независимо друг от друга. Общее число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону:

 

N = N ₀e^{–λ t}, (2.9.8)

 

где N ₀ – начальное количество ядер, N – число нераспавшихся ядер в момент времени t, λ – постоянная распада, характерная для данного радиоактивного вещества.Промежуток времени, за который число нераспавшихся ядер в среднем уменьшается вдвое, называется периодом полураспада Т _1/2. Периоды полураспада для радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до миллиардов лет.

Радиоактивные превращения ядер сопровождаются радиоактивным излучением, которое бывает трех видов: α-излучение, β-излучение и γ-излучение.

α-излучение представляет собой поток ядер гелия ⁴Не. α-излучение возникает в процессе α-распада, примером которого может служить распад изотопа урана:

(2.9.9)

 

α-излучение обладает большой ионизирующей способностью и достаточно малой проникающей способностью.

β-излучение представляет собой поток электронов или позитронов . Примером β-распада может служить распад изотопа калия:

 

+ . (2.9.10)

 

В процессе β^–-распада один из нейтронов β-радиоактивного ядра превращается в электрон, протон и антинейтрино:

 

. (2.9.11)

 

β-излучение обладает бóльшей проникающей способностью, нежели α-излучение, и меньшей ионизирующей способностью.

γ-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 10^–12 м и обладает ярко выраженными корпускулярными свойствами. γ-излучение не является самостоятельным видом радиоактивности, а сопровождает α- и β-распады. Источником
γ-излучения являются дочерние ядра (например, ядро атома тория).
γ-излучение не отклоняется электрическими и магнитными полями, обладает относительно слабой ионизирующей и очень большой проникающей способностью. γ-излучение проходит через слой свинца толщиной 5 см.

Большая проникающая способность γ-излучения используется в гамма-дефектоскопии. Этот метод дефектоскопии основан на различном поглощении γ-излучения при распространении его на одинаковые расстояния в разных средах.

 

Основные типы физических взаимодействий в природе

Известны четыре типа фундаментальных физических взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Интенсивность взаимодействия характеризуется безразмерной константой взаимодействия А, определяющей вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия.

Сильное взаимодействие ответственно за связь нуклонов в ядре. Радиус сильного взаимодействия составляет 10^–15 м, константа взаимодействия А = 10.

Электромагнитное взаимодействие осуществляется между заряженными частицами и телами. Радиус действия электромагнитного взаимодействия не ограничен, А = 10^–2.

Слабое взаимодействие ответственно за все виды b-распада ядер, за многие распады элементарных частиц и за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Слабое взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим, константа взаимодействия А =10^–14.

Гравитационное взаимодействие осуществляется между массами. Радиус действия гравитационного взаимодействия не ограничен, А =10^–39.

В микромире гравитационным взаимодействием можно пренебречь по сравнению с остальными типами взаимодействий.