Основні види радіоактивності

Перші дослідження радіоактивності показали, що спостерігаються три види радіоактивних перетворень, які за традицією називають α-, β- та γ-радіоактивністю. В наш час відомі ще кілька видів радіоактивності, але вони зустрічаються дуже рідко.

Відмітимо, що при будь-яких радіоактивних перетвореннях ядер справедливі закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу (спіну), електричного заряду, а також зберігається загальна кількість нуклонів до і після перетворення.

Альфа-радіоактивність (α-розпад) – спонтанне перетворення ядра, в результаті якого утворюється нове ядро і масивна позитивно заряджена частинка (α-частинка). Подальші дослідження показали, що α-частинки – це ядра гелію . Отже α-випромінювання – це потік ядер гелію. Схему α-розпаду ізотопу можна подати в загальному вигляді:

(1)

де символічні позначення XтаY відносяться до вихідного ізотопу та ізотопу, що утворюється внаслідок розпаду. У формулі (1) збереження суми верхніх індексів до і після розпаду відповідає збереженню загальної кількості нуклонів, а суми нижніх індексів – закону збереження електричного заряду. Отже, при α-розпадах змінюється як масове число, так і атомний номер ізотопу. Вказаний вид радіоактивності зустрічається лише серед достатньо важких ізотопів: Z > 82 та A > 208. Енергії α-частинок для різних ізотопів лежать в межах від 3,99 МеВ при розпаді ²³²Th до 8,78 МеВ в розпаді ²¹²Ро.

Бета-радіоактивністю (β-розпадом) називають процес спонтанного перетворення радіоактивного ядра в інше ядро з таким самим масовим числом А та з зарядовим числом, яке відрізняється на Z = ±1 від вихідного. Існують три види β-розпадів:

1) β^–-розпад (електронний), при якому радіоактивне ядро випускає електрон та антинейтрино і утворюється нове ядро з зарядовим числом на одиницю більше ( Z = +1):

; (2)

2) β⁺-розпад (позитронний), при якому з ядра вилітає позитрон¹⁾ та нейтрино²⁾ і утворюється нове ядро з зарядовим числом на одиницю менше ( Z = –1):

; (3)

3) К-захоплення (захоплення електрона) – процес, при якому ядро захоплює орбітальний електрон (як правило, один з двох електронів найближчої до ядра К-оболонки, звідси і назва процесу) та випускає нейтрино. При цьому один з протонів в ядрі перетворюється у нейтрон, внаслідок чого зарядове число ядра зменшується на одиницю ( Z = –1):

. (4)

Той факт, що β^–- та β⁺-частинки є по суті електрон та позитрон, був встановлений не одразу, але і після з’ясування цього факту терміном β-частинка, за традицією, називають частинки (електрони та позитрони), які утворюються в ядрі і випромінюються при β-розпадах.

Якщо α-розпади спостерігаються виключно для важких ядер, то β-розпади зустрічаються практично при будь-яких значеннях масових чисел, починаючи з одиниці (вільний нейтрон).

Енергії β-частинок для різних ядер лежать в межах від 0,02 МеВ для розпаду тритію до 13,4 МеВ для розпаду ізотопу бору .

Гамма-радіоактивність ядер – явище випромінювання ядром кванта високої енергії. При γ-випромінюванні не змінюються масове число А, ані зарядове число Z ізотопу. Гамма-радіоактивність не розглядають як окремий, самостійний вид радіоактивності. Випромінювання γ-кванта завжди спостерігається як процес, що супроводжує α- або β-розпади. Причина полягає в тому, що в результаті α- або β-розпаду часто утворюється ядро у збудженому стані. Отже, γ-кванти – це просто фотони, випущені в результаті переходу збудженого ядра на рівень з меншою енергією. Енергія γ-кванта дорівнює різниці енергій двох станів ядра. Цей процес дуже схожий на випромінювання фотонів атомами, проте в разі ядра енергія γ-кванта значно більша, часто порядку кількох МеВ. Вимірювання енергії γ-квантів, випромінюваних збудженими ядрами, дозволяє будувати детальні діаграми енергетичних рівнів ядер.

Підкреслимо, що явище радіоактивності пов’язане з властивостями саме ядер атомів і не залежить від зовнішніх умов (температури, тиску, електромагнітних полів, хімічного складу молекули, в яку входить радіоактивний атом, тощо).