87. РАДИОАКТИВНОСТЬ

Стабильные и нестабильные ядра.

Не всякое атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами притяжения, может существовать неограниченно долго. Многие атомные ядра оказываются способными к самопроизвольным превращениям в другие атомные ядра. Устойчивыми являются лишь те атомные ядра, которые обладают минимальным запасом полной энергии среди всех ядер, в которые данное ядро могло бы самопроизвольно превратиться.

Альфа-расиад.

Альфа-распадом называется самопроизвольный распад атомного ядра на альфа-частицу (ядро атома гелия и ядро-продукт. Альфа-радиоактивны почти исключительно ядра тяжелых элементов с порядковым номером При вылете альфа-частицы из ядра число протонов в ядре уменьшается на два и продукт альфа-распада оказывается ядром элемента с порядковым номерам, на две единицы меньшим исходного, массовое число ядра-продукта меньше массового числа исходного ядра на четыре единицы. Например, продуктом альфа-распада ядра изотопа урана является ядро изотопа тория

Начальная кинетическая энергия всех альфа-частиц, испускаемых ядрами одного изотопа, одинакова, или испускаются альфа-частицы с двумя-тремя разными значениями начальной кинетической энергии.

Гамма-излучение при альфа-распаде.

При альфа-распаде атомных ядер довольно часто часть энергии альфа-распада может пойти на возбуждение ядра-продукта. Ядро-продукт спустя короткое время после вылета альфа-частицы испускает один или несколько гамма-квантов и переходит в нормальное состояние. Таким образом, альфа-распад радиоактивных ядер может сопровождаться испусканием гамма-квантов. На рисунке 311 схематически изображен альфа-распад ядра изотопа урана . Горизонтальными линиями со штриховкой на схеме отмечены основные энергетические уровни исходного ядра и ядра-продукта. Альфа-распад с образованием возбужденного ядра отмечается косой линией, соединяющей основной уровень исходного ядра с одним из возбужденных уровней ядра-продукта. Переходы возбужденных атемных ядер в нормальное состояние путем испускания гамма-квантов обозначаются вертикальными линиями, соединяющими на диаграмме уровни, между которыми совершаются переходы.

Бета-распад.

Явление электронного бета-распада представляет собой самопроизвольное превращение атомного ядра путем испускания электрона. В основе этого явления лежит способность протонов и нейтронов к взаимным превращениям. Масса свободного нейтрона больше массы свободных протона и электрона, вместе взятых, — следовательно, запас полной энергии нейтрона больше запаса энергии протона и электрона. Поэтому нейтрон может самопроизвольно превращаться в протон с испусканием электрона и антинейтрино

Ядра, в которых происходят превращения нейтрона в протон, называются бета-радиоактивными. В результате превращения одного из нейтронов в протон заряд ядра увеличивается на единицу. Ядро — продукт бета-распада оказывается ядром одного из изотопов элемента с порядковым номером в таблице Менделеева, на единицу большим порядкового номера исходного ядра. Например, при бета-распаде ядра изотопа калия девятнадцатого элемента таблицы Менделеева, продуктом распада является ядро изотопа кальция двадцатого элемента:

Массовое число ядра — продукта бета-распада остается прежним, так как число нуклонов в ядре не изменяется.

Гамма-излучение при бета-распаде и бета-спектр.

Бета-распад, как и альфа-распад, может сопровождаться гамма-излучением. Гамма-излучение сопровождает бета-распад в тех случаях, когда часть энергии затрачивается на возбуждение ядра-продукта. Возбужденное ядро через малый промежуток времени освобождается от избытка энергии путем испускания одного или нескольких гамма-квантов. Пример схематического изображения электронного бета-распада представлен на рисунке 312.

Гамма-излучение, сопровождающее бета-распад, как и в случае альфа-распада, обладает дискретным энергетическим спектром.

Энергетический спектр бета-частиц сплошной. Бета-частицы имеют всевозможные энергии, начиная от нуля и до некоторого максимального значения, называемого максимальной энергией бета-спектра.

Бета-частицы имеют различные «качения энергии, потону

что часть энергии бета-распада уносит частица нейтрино.

Искусственная радиоактивность.

Французские физики Фредерик Жолио-Кюри (1900-1968) и Ирен Жолио-Кюри (1897—1956) в 1934 г. обнаружили, что при облучении потоком альфа-частиц ядра изотопа алюминия превращаются в ядра изотопа фосфора при ягам испускаются свободные нейтроны:

Искусственно полученный изотоп фосфора Р оказался радиоактивным. Ядро изотопа фосфора распадается с испусканием позитрона:

Позитрон возникает в атомном ядре в результате превращения одного из протонов в нейтрон. Энергию, необходимую для такого превращения, протон получает от других протонов и нейтронов ядра. Последующие опыты по бомбардировке атомных ядер стабильных изотопов альфа-частицами, протонами, нейтронами и другими частицами показали, что искусственные радиоактивные изотопы могут быть получены у всех без исключения элементов.

Закон радиоактивного распада.

Распад большого количества ядер любого радиоактивного изотопа подчиняется одному закону, который может быть выражен в следующей математической форме:

Это уравнение носит название закона радиоактивного распада. В нем означает начальное количество радиоактивных ядер в момент времени, с которото начинаются наблюдения Число ядер, не испытавших распада до некоторого произвольного момента времени обозначено Символом Т обозначена постоянная величина, зависящая от типа радиоактивного изотопа. Эта постоянная иаяывается периодом полураспада. Через промежуток времени, равный периоду полураспада исходное количество радиоактивных ядер убывает вдвое.

На рисунке 313 по оси ординат отложено количество радиоактивных ядер в момент времени время отсчитывается по оси абсцисс.