Радиоактивное излучение. Закон радиоактивного распада

Французский физик А. Беккерель (1852-1908) в 1896 г. при изучении лю­минесценции солей урана случайно обна­ружил самопроизвольное испускание ими излучения неизвестной природы, кото­рое действовало на фотопластинку, иони­зировало воздух, проникало сквозь тон­кие металлические пластинки, вызывало люминесценцию ряда веществ. Продол­жая исследование этого явления, супруги Кюри - Мария (1867 - 1934) и Пьер -обнаружили, что беккерелевское излуче­ние свойственно не только урану, но и многим другим тяжелым элементам, таким, как торий и актиний. Они пока­зали также, что урановая смоляная об­манка (руда, из которой добывается ме­таллический уран) испускает излучение интенсивностью, во много раз превы­шающей интенсивность излучения урана. Таким образом удалось выделить два новых элемента — носителя беккерелевского излучения: полоний ( Ро) и радий ( Ra).

Обнаруженное излучение было названо радиоактивным излучением, а само яв­ление — испускание радиоактивного излу­чения — радиоактивностью.

Дальнейшие опыты показали, что на характер радиоактивного излучения пре­парата не оказывают влияния вид хи­мического соединения, агрегатное состоя­ние, механическое давление, температура, электрические и магнитные поля, т. е. все те воздействия, которые могли бы при­вести к изменению состояния электрон­ной оболочки атома. Следовательно, ра­диоактивные свойства элемента обуслов­лены лишь структурой его ядра.

В настоящее время под радиоактив­ностью понимают способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спон­танно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоак­тивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяется на есте­ственную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реак­ций). Принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет, так как законы радиоактивного превра­щения в обоих случаях одинаковы.

Радиоактивное излучение имеет слож­ный состав. В магнитном поле узкий пучок радиоактивного излучения расщеп­ляется на три компонента: 1) слабо откло­няемый пучок положительных частиц ( -излучение); 2) сильно отклоняемый пучок отрицательных частиц ( -излучение); 3) не­ отклоняемый пучок ( -излучение). Подроб­ное исследование этих компонентов поз­волило выяснить их природу и основ­ные свойства.

-Частицы отклоняются электрическим и магнитным полями, обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью (например, поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм). -Излучение представ­ляет собой поток ядер гелия; заряд -частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия Не. По отк­лонению -частиц в электрическом и маг­нитном полях был определен их удельный заряд q/m.,, значение которого подтвер­дило правильность представлений об их природе.

-Частицы отклоняются электрическим и магнитным полями; их ионизирующая способность значительно меньше (при­мерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше (поглоща­ются слоем алюминия толщиной пример­но 2 мм), чем у -частиц. -Излучение представляет собой поток быстрых элек­тронов (это вытекает из определения их удельного заряда).

-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. -Излучение представ­ляет собой коротковолновое электромаг­нитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны < 10^{-10 м и вследствие этого} — ярко выраженными корпускуляр­ными свойствами, т. е. является потоком частиц — -квантов (фотонов).

Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, проис­ходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро - дочерним,

Теория радиоактивного распада стро­ится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам ста­тистики. Ввиду самопроизвольности ра­диоактивного распада можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t + dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N не распавшихся ядер к моменту времени t:

dN=-

где — постоянная для данного радио­активного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радио­активных ядер в процессе распада умень­шается. Разделив переменные и интегрируя:

получим

где N_o — начальное число не распавшихся ядер (в момент времени t = 0), N— число не распавшихся ядер в момент времени t. Данная формулавыражает закон радиоак­тивного распада, согласно которому число не распавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.

Интенсивность процесса радиоактивно­го распада характеризуют две величины: период полураспада Т и среднее время жизни радиоактивного ядра. Период полураспада Ò — промежуток времени, за который в среднем число не распав­шихся ядер уменьшается вдвое. Тогда,

N_o/2=N_oe

откуда

T=ln2/ =0,693/

Периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до мно­гих миллиардов лет.

Тема 18.Ядерные реакции.

Ядерные реакции. Исполь-

зование ядерных превращений. Фунда-ментальные взаимодействия