Радиоактивность ядер.

Каждый химический элемент имеет несколько изотопов, но не все они устойчивы. Некоторые изотопы нестабильны и самопроизвольно превращаются в изотопы других элементов с испусканием элементарных частиц и легких ядер. Это явление называется радиоактивностью. Радиоактивный распад был открыт в 1896 г. А.Беккерелем. Большой вклад в решение проблемы радиоактивности внесли Э.Резерфолрд, супруги П. Кюри и М.Склодовская-Кюри.

Радиоактивность обусловлена тем, что ядерные силы обладают очень коротким радиусом действия. Они связывают друг с другом только ближайшие нуклоны, поэтому с ростом числа нуклонов их связь ослабевает и ядра становятся радиоактивными. Анализируя таблицу элементов, можно видеть, что в легких устойчивых ядрах число протонов и нейтронов практически одинаково, тогда как стабильные изотопы тяжелых элементов содержат большее число нейтронов. Самым тяжелым из стабильных элементов является свинец.

При своем распаде ядра могут испускать радиоактивное излучение трех типов. В соответствии с этим рассматривают распад.

При a-распадеядро испускает a-частицу, которая представляет собой ядро изотопа гелия . a-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью (например, поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм). Скорость a-частиц м/с. Если символом обозначить материнское ядро, то превращение ядра при a-распаде происходит по схеме:

,

где – символ дочернего ядра. a-распад уменьшает массовое число на 4, а заряд ядра – на 2 элементарных положительных заряда, то есть происходит перемещение химического элемента на две клетки влево в периодической системе элементов Менделеева. Например, .

b-Распадсопровождается испусканием электронов (b-лучи), которые при этом имеют огромные скорости, близкие к скорости света. b-Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у a-частиц. b-Излучение сильно рассеивается в веществе. Массовое число при b-распаде не изменяется, а зарядовое число увеличивается на единицу: .

Следовательно, новый химический элемент перемещается на одну клеточку вправо в периодической системе Менделеева.

g-Распадсопровождаетсякоротковолновым электромагнитным излучение с чрезвычайно малой длиной волны l<10^{-10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами. т.е.} g-излучение является потоком частиц – g-квантов (фотонов). g-Излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см), при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию.

Установлено, что все существующие в природе радиоактивные элементы являются продуктами распада четырех исходн6ых элементов: . Процессы их радиоактивного распада заканчиваются соответственно образованием . Помимо естественных радиоактивных элементов, принадлежащих тому или иному радиоактивному ряду, можно искусственным путем получить радиоактивные изотопы стабильных элементов. Например, при облучении a-частицами получается радиоактивный фосфор ( ), аналогично из можно получить радиоактивный кремний.

Распад естественных и искусственных радиоактивных элементов осуществляется по одному закону. Опыт показывает, что количество радиоактивных атомов N(t) убывает со временем по экспоненциальному закону:

где l–постоянная радиоактивного распада, характерная для каждого вещества. Она численно равна обратной величине времени, за которое число радиоактивных атомов уменьшается в е раз. На практике чаще пользуются не постоянной распада, а период полураспада Т, т.е. временем, в течение которого число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Значения Т для различных изотопов лежат в очень широких пределах: от 10^-16с до миллиардов лет. На законе радиоактивного распада основан способ определения возраста земных пород, остатков растений, организмов и т.п.