Закон радиоактивного распада

Радиоактивным распадом называется естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием g-квантов. Таким образом, g-излучение – основная форма уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений.

Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону радиоактивного распада:

(6.7)

где N₀ – число ядер в данном объеме вещества в начальный момент времени t=0, N – число ядер в том же объеме в момент времени t, l - постоянная распада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 с и равная доле ядер, распадающихся в единицу времени.

Теория радиоактивного распада основывается на двух предположениях:

1) постоянная распада не зависит от внешних условий;

2) число ядер, распадающихся за время dt, пропорционально наличному числу ядер.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада T_1/2 и среднее время жизни радиоактивного ядра t.

Период полураспада T_1/2 – время, за которое исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое:

откуда

(6.8)

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна:

Среднее время жизни всех первоначально существующих ядер

(6.9)

Активностью нуклида A в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 с:

(6.10)

Единица активности в СИ – беккерель (Бк): 1 Бк – активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада. Внесистемная единица активности нуклида – кюри (Ки): 1Ки = 3,7×10¹⁰ Бк.

Правила смещения

При радиоактивном распаде выполняется закон сохранения электрических зарядов:

(6.11)

и закон сохранения массовых чисел:

(6.12)

где Z_Яe и A_Я – соответственно заряд и массовое число материнского ядра; Z_ie и A_i – соответственно заряд и массовые числа частиц, получившихся в результате радиоактивного распада.

Следствием этих законов являются правила смещения, позволяющие установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра при различных типах радиоактивного распада.

Для a-распада

(6.13)

для b^--распада

(6.14)

для b⁺-распада

(6.15)

где - материнское ядро, Y – символ дочернего ядра, - ядро гелия (a-частица), - символическое обозначение электрона, - символическое обозначение позитрона – частицы с массой покоя электрона и спином 1/2, несущей положительный электрический заряд +e.

Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению ряда (или цепочки) радиоактивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.

Естественно радиоактивные ядра образуют три радиоактивных семейства, называемых семейством урана ( ), семейством тория ( ) и семейством актиния ( ), которые после цепочки a- и b-распадов заканчиваются на стабильных изотопах свинца , и ,имеющих особую устойчивость ядер. Четвертое из известных семейств – семейство нептуния – начинается от трансуранового элемента , полученного искусственным путем, и заканчивается на висмуте .