Радиоактивность и закон радиоактивного распада. Виды радиоактивного распада.

Радиоактивный распад— спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z, массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. Процесс радиоактивного распада также называют радиоактивностью, а соответствующие элементы радиоактивными. Радиоактивными называют также вещества, содержащие радиоактивные ядра.

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

альфа-распад

α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He).

α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его (см. Туннельный эффект) и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера экспоненциально уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

бета-распад

β-распад (точнее, бета-минус-распад, -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино.

β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

Правило смещения Содди для -распада:

Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Гамма-излучение часто сопровождает другие типы распада.

Почти все ядра имеют, кроме основного квантового состояния, дискретный набор возбуждённых состояний с большей энергией (исключением являются ядра 1H, 2H, 3H и 3He). Возбуждённые состояния могут заселяться при ядерных реакциях либо радиоактивном распаде других ядер. Большинство возбуждённых состояний имеют очень малые времена жизни (менее наносекунды). Однако существуют и достаточно долгоживущие состояния (чьи времена жизни измеряются микросекундами, сутками или годами), которые называются изомерными, хотя граница между ними и короткоживущими состояниями весьма условна. Изомерные состояния ядер, как правило, распадаются в основное состояние (иногда через несколько промежуточных состояний). При этом излучаются один или несколько гамма-квантов; возбуждение ядра может сниматься также посредством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета- и альфа-распадов.

Закон радиоактивного распада — закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Современная формулировка закона:

,

что означает, что число распадов за интервал времени t в произвольном веществе пропорционально числу имеющихся в образце атомов N.

В этом математическом выражении — постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеющая размерность с (−1) в степени. Знак минус указывает на убыль числа радиоактивных ядер со временем.

Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него было извлечено несколько важных следствий, среди которых формулировки характеристик распада — среднее время жизни атома и период полураспада

Отличие живого от неживого.

Все вещество на планете разделяется на живое и неживое вещество. И хотя, казалось бы, нет никаких проблем в том, чтобы отличить одно от другого, на самом деле никто не знает точно, где находится переход от неживого к живому.

Вернадский определяет живое вещество как совокупность живых организмов в биосфере.

· Живое вещество обладает намного меньшей совокупной массой в отличие от неживого вещества (2,4-3,6×1012 т, что составляет меньше чем одну миллионную от массы других оболочек нашей планеты). В то же время живое вещество играет очень важную роль в биосфере.

· Ареал существования живого вещества ограничен участком на пересечении атмосферы, гидросферы и литосферы.

· В живом веществе значительно быстрее протекают химические реакции в отличие от химических реакций в неживом веществе (разница может быть в тысячи или миллионы раз)

· Живое вещество обладает значительно большей свободной энергией, чем неживое вещество.

· Живому веществу присуща смена поколений при наличии эволюции (то есть каждое следующее поколение обладает рядом новых признаков)

· Живое вещество имеет значительно большее химическое и морфологическое разнообразие. Оно не бывает представлено только жидкой или газообразной формой – организмы построены во всех трех состояниях. Человеку известны более 2 миллионов органических соединений, из которых состоит живое вещество, в то время как неживое вещество состоит из около 2 тысяч соединений.

· Составляющие живого вещества устойчивы только в живых организмах

· Живое вещество существует в виде индивидуальных организмов, размеры которых могут очень сильно различаться. Так, например, размеры вирусов не превышают 20 нм (1 нм = 10-9м), великаны животного мира киты вырастают не больше 33 м в длину, а а такие гигантские растения, такие как секвойа, могут быть больше 100 м в высоту (абсолютный рекорд – секвойа «Гиперион», высота 115.5 метров.

· Живому существу в значительной степени присуще саморегулируемое движение.