1. Радиоактивность есть самопроизвольное изменение состава атомного ядра, происходящее за время, существенно большее характерного ядерного времени $\left(10^{-22} \mathrm{c}\right)$. Несколько произвольно условились считать, что изменение состава ядра должно пропсходить не раныше чем через $10^{-12}$ с после его рождения. Распады ядер часто происходят значительно быстрее, но такие распады уже не принято относить к радиоактивным. Так, при бомбардировке различных мишеней на ускорителях может возникать огромное многообразие ядер, которые мгновенно распадаются и по этой причине не могут считаться сложившимися атомными ядрами. Время $10^{-12}$ с, ничтожное с общежитейской точки зрения, в ядерных масштабах должно считаться очень большшм. За такое время совершается множество внутриядерных процессов и ядро успевает нолностью сформироваться.

Ядерные силы, действующие между нуклонами, удерживают нуклоны в ядре, поскольку эти силы являются силами притяжения. Противоположное – дестабилизирующее – действие оказывают отталкиваюцие кулоновские силы между протонами ядра. Под действием сил обоего рода главным образом и формируются атомнье ядра.

Ядра, подверженные радиоактивным превращениям, называются радиоактивными, а не подверженные – стабильными. Tакое деление условно, так как, в сущности, все ядра могут самопроизвольно распадаться, но этот шроцесс в разных ядрах идет с различной скоростью.

Большая часть радиоактивных ядер получена искусствешно путем бомбардировки мишеней различными частицами. В этом случае образующееся радиоактивное ядро можно рассматривать как долгоживущее составное ядро, подверженное дальнейшему превращению. Никакой принципиальной разниды между радиоактивпым распадом и превращением составного ядра нет. Искусственнал радиоактивность впервые (в 1934 г.) наблюдалась супругами Ирен (1897-1956). и Фредериком $(1900-1958)$. Жолио-Кюри.

Различают следующпе виды радиоактивного распада: 1) $\alpha$ распад, 2) 3 -распад, 3) спонтанное деление атомного ядра, 4) протонный распад, 5) двухпротонный распад и др.

При $\alpha$-распаде из ядра спонтанно вылетает $\alpha$-частица $\left({ }_{2}^{4} \mathrm{He}\right)$. При этом зарядовое число ядра уменьшается на две единицы и образуется новый элемент, сдвинутый относительно исходного влево на две клетии периодитеской системы.

Бета-распад может быть трех видов: 1) электронный, или $\beta^{-}$-распад, 2) позитронный, или $\beta^{+}$-распад, 3) электронный захват. При $\beta^{-}$-распаде из ядра вылетают электрон и электронпое антинейтрино $\bar{v}_{\mathrm{e}}$ (см. § 74, пункт 8). Массовое число ядра не меняется, а зарядовое число возрастает па единицу (сдвиг в периодической системе вправо на одну клетку). При $\beta^{+}$-распаде из ядра вылетают позитрон $\mathrm{e}^{+}$и электронное нейтрино $v_{\mathrm{e}}$ (сдвиг в периодическої системе влево на одну клетку без изменения массового числа). Позитронная радиоактивность была открыта в 1934 г. И. и Ф. Жолио-Кюри практически одповременно с открытием искусстиенной радиоактивности. При электронном захвате ядро захватывает электрон из электронной оболочки атома; зарядовое число, как и при $\beta^{+}$-распаде, уменьшается на единицу, а массовое число не меняется. Если электрон захватывается с $K$-оболочки атома, то электронный захват называют также К-захватом.

В 1940 г. Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком было открыто спонтапное деление ядер урана. Примером может служить іроцесс
\[
{ }_{92}^{238} \mathrm{U} \rightarrow{ }_{54}^{139} \mathrm{Xe}+{ }_{38}^{96} \mathrm{Sr}+3{ }_{0}^{1} \mathrm{n} .
\]

У ядер с большим избытком протонов, в принципе, возможна протонная и даже двухпротонная радиоактивности, но эти процессы очень трудно обнаружить из-за сильного фона конкурирующих $\alpha$ – и $\beta^{+}$-распадов, приводящих к образованию изотопов таких же химических элементов. Протонная радиоактивность возможна лишь у небольшого тисла искусственно получаемых легких ядер с относительно короткими временами жизни, которые обладают большим избытком протопов. Тем не менее, протонная \” двухпротонная радиоактивности обнаружены. По мнению В. И. Гольданского (р. 1923), двухпротонная радиоактивность цаже более вероятна, чем однопротонная. Дело в том, что между протонами действуют силы спаривания. В результате из ядра может вылететь не тольюо одиночный протоп, но и бипротон, т. е. два спаренных протона с противоположно паправленными спинами.

Из ядра могут вылетать и нуклоны, объединенные в болєе крупные частицы, чем ядра ${ }^{4} \mathrm{He}$ ( $\alpha$-частицы), например ядра углерода. Такой процесс затруднен тем, что в исходном ядре пет готовых ядер углерода. Впрочем, и готовых $\alpha$-частиц в ядре также нет – они образуются перед самым вылетом из ядра. Только формирование $\alpha$-частиц несравненно более вероятно, чем формирование ядер углерода. Тем не менее, в 1984 г. в Оксфордском университете было зафиксировано самопроизвольное превращепие нестабилышы пзотопов радия в свинед с испусканием ядер изотопа углерода ${ }^{14} \mathrm{C}$ :
\[
{ }_{88}^{228} \mathrm{Ra} \rightarrow{ }_{82}^{208} \mathrm{~Pb}+{ }_{6}^{14} \mathrm{C}, \quad{ }_{88}^{223} \mathrm{Ra} \rightarrow{ }_{82}^{209} \mathrm{~Pb}+{ }_{6}^{14} \mathrm{C}, \quad{ }_{88}^{224} \mathrm{Ra} \rightarrow{ }_{82}^{210} \mathrm{~Pb}+{ }_{6}^{14} \mathrm{C} .
\]

Все лдра пзотопов ${ }^{222} \mathrm{Ra},{ }^{223} \mathrm{Ra}$ и ${ }^{224} \mathrm{Ra}$ радиоактивны с периодами нолураспадов соответственно 39 с, 11,7 дня и 3,6 дня. Вероятность вылета ядра ${ }^{14} \mathrm{C}$ примерно в $10^{10}$ раз меньше вероятности вылета $\alpha$-частицы. Поэтому экспериментально зафиксировать раснад рассматриваемых ядер радия с вылетом ядер ${ }^{4} \mathrm{C}$ необычаіпо трудно. То обстоятельство, что одним из продуктов распада является изотоп углерода ${ }^{14} \mathrm{C}$, а не ${ }^{12} \mathrm{C}$, можно объяснить тем, что энергетически выгодно, чтобы образовалось дважды магическое лдро ${ }_{20}^{20} \mathrm{~Pb}$ или соседние с пим ядра (см. § 78). В 1985 г. в Дубие, а также группой американских физиков были открыты распады с излучением еще более тяжелых ядер – ядер неона:
\[
\begin{array}{l}
{ }_{92}^{233} \mathrm{U} \rightarrow{ }_{82}^{209} \mathrm{~Pb}+{ }_{10}^{24} \mathrm{Ne}, \quad{ }_{92}^{233} \mathrm{U} \rightarrow{ }_{82}^{208} \mathrm{~Pb}+{ }_{10}^{25} \mathrm{Ne}, \\
{ }_{92}^{232} \mathrm{U} \rightarrow{ }_{82}^{209} \mathrm{~Pb}+{ }_{10}^{24} \mathrm{Ne}, \quad{ }_{91}^{231} \mathrm{~Pa} \rightarrow{ }_{81}^{207} \mathrm{Tl}+{ }_{10}^{24} \mathrm{Ne} .
\end{array}
\]

Вероятпость первых трех процессов примерно в $10^{12}$, а последнего – в $10^{11}$ раз меньше вероятности $\alpha$-распада.

В результате радиоактивного распада ядер, образующихся при делении материнского ядра, образуются нейтроноизбыточные возбужденные ядра. При их распаде образуются так называемые запаздывающие нсйтроны. Такой процесс соблазнительно назвать нейтронной радиосктивностью. Однако это не делается, так как спятие возбуждепия путем испускания нейтронов происходит практически мгновешпо.
2. В процессе радиоактивного распада, конечно, должен выполняться закон сохранения энергии. Если начальное ядро неподвижно, то әтот закон можно запнсать в виде
\[
M_{\text {нач }} c^{2}=M_{\text {кон }} c^{2}+\sum_{i} M_{i} c^{2}+\mathscr{E},
\]

где $M_{\text {вач }}$ и $M_{\text {ччп }}$ – массы начального и конечного ядер, $M_{i}$ – массы образовавшихся частиц, $\mathscr{E}$ – кинетическая энергия, выделивпаяся при радиоактивном распаде. Самопропзвольно могут идти только реакции с выделением энергии, а потому энергия $\mathscr{E}$ существеппо положительна. Таким образом, радиоактивный распад возможен липь тогда, когда $M_{\text {нач }}>M_{\text {кон }}+\sum M_{i}$. Это условие необходимо, но не достаточно, так как для возможности процесса, помимо закона сохранения әнергии, должны выполняться и другие законы сохранения (импульса, момента импульса, әлектрического, барионного и лептонного зарядов и пр.).
3. Все $\alpha$ – п $\beta$-радпоактивные элементы можпо разделить на четыре радиоактивных ряда, или радиоактивных семейства.

Радиоактивные семейства
Таблица 9
В каждом рлду массовое число $A$ выражается формулой
\[
A=4 n+C,
\]

где $C$ – постоянная для рассматриваемого ряда величина, а $n$ неремешие целое число. Каждый элемент ряда получается из иредыдущего путем $\alpha$ – или $\beta$-превращепия, Поэтому в каждом

Таблип а 9 (продолжение)
ряду два соседних элемента имеют либо одинаковые массовые числа, либо эти числа отличаются па четыре. Значению $C=0$ $(n \leqslant 59)$ соответствует ряд тория, $C=1$ ( $n \leqslant 60)$ – ряд нептуния, $C=2 \quad(n \leqslant 60)$ – ряд урана, $C=3 \quad(n \leqslant 59)$ – ряд актиноурана. Ряд с $C=1$ (нептуния) состоит из изотопов, не встречающихся в природе, но получающихся искусственно.

4. Все четыре радиоактивных ряда представлены в табл. 9. Рассмотрим в качестве примера ряд урана. Он начивается с $\alpha$ радиоактивного пзотопа урана $\left.{ }^{238} \mathrm{U}^{*}\right)$. Испытав $\alpha$-распад с пернодом полураспада $4,56 \cdot 10^{9}$ лет, этот изотоп переходит в $\beta^{-}$-активный изотоп тория ${ }_{90}^{234} \mathrm{Th}$. После последовательпых двух $\beta-$ распадов последпего с пернодами полураспада 24 дия п 6,74 часа нолучается другой радиоактивный изотоп урана ${ }_{92}^{234} \mathrm{U}$ с периодом нолураспада $2,4^{\prime} \cdot 10^{5}$ лет. Он последовательно претерпевает иять $\alpha$-превращений. Среди радиоактивных изотопов, получающихся в результате этих превращешиї, содержится и $\alpha$-радиоактивный изотоп радия ${ }_{88}^{226} \mathrm{Ra}$ с периодом полураспада 1617 лет, за которым следует радиоактивный газ радон ${ }_{86}^{222} \mathrm{Rn}$, и т. д. Заметим, что радиоаптивные пзотопы ${ }_{83}^{211} \mathrm{Bi}$ и ${ }_{83}^{210} \mathrm{Bi}$ могут переходить соответствено в ${ }_{82}^{210} \mathrm{~Pb}$ и в ${ }_{82}^{206} \mathrm{~Pb}$ двумя различными путями, указаныыми в табл. 9. Ряд урана заканчивается стабильпым изотопом свина ${ }_{82}^{206} \mathrm{~Pb}$. Аналогичное строение имеют п остальные радиоактиные ряды. В естественных рядах тория и актиноурана содержатся другие изотопы радия и радона. Все естественные радиоактивные ряды заканчиваются различными стабильными изотопами свинда ${ }_{82}^{248} \mathrm{~Pb},{ }_{82}^{206} \mathrm{~Pb},{ }_{82}^{207} \mathrm{~Pb}$. Суцествоваиие трех различных стабильных изотопов свинца указывает па особую устойчивость ядер свинца, содержащих магическое число иротонов -82 .

На самом тяжелом элементе, встречающемся на Земле в естествениы условиях, уране ${ }_{92} \mathrm{U}$ периодическая система элементон ие кончается, кан об этом уже указывалось в § 47. Однако все трансурашовые, т. е. заурановые, элементы радиоактивны. Период. полураспада наиболее долгоживущего изотопа плутопия ${ }_{94}^{23 y} \mathrm{Pu}$ папример, составляет 24000 лет. Если такие элемепты и существовали когда-то на Земле в естественных условиях, то за время существования Земли ови полпостью исчезли из-за радиоактивпых превращений. Все трансураповые әлементы получаотся искусственпым путем. С учетом этих элементов радиоактивные ряды, представлешные в табл. 9, могут быть продолжены в сторону бо́лыших Z. И все элементы тяжелее свицда и висмута, в конце концов, правда в отдаленном будущем, должны исчезнуть па Земле, если только к этому времени сама Земля еще будет существовать. Наличие в настоящее время таких әлементов является одпим из подтверждений ограниченного возраста Земли, который по различным оденкам составляет приблизительно $4-4,5$ млрд лет.

О способах получения трансурановых элементов будет сказано в § 94 .
*) В табл. 9 в скобках указаны обозначепия изотопов, использующисся в раднохимии.