Радиоактивность и ее вид

Химические реакции не единственный пример качественных изменений в природе. Другим важным классом подобных изменений являются процессы радиоактивного распада и ядерные реакции.

В начале 1896 г. французский ученый Антуан Анри Беккерель (1852-1908) обнаружил, что урановая соль самопроизвольно испускает лучи, подобные тем, что несколькими месяцами раньше открыл немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген (1845- 1923).

«Эти лучи, - заявил Беккерель, - проходят через черную бумагу и засвечивают фотопластинку».

Спустя два дня Беккерель решил повторить опыты. Но, к сожалению, погода стояла пасмурная, а без солнечного света кристаллы урановой соли не фосфоресцировали. Пришлось положить фотопластинки и кристаллы соли, обернутые в плотную черную бумагу, в ящик стола. Через два дня ветер разогнал облака и можно было приступать к работе. Однако Беккерель решил (на всякий случай) проявить фотопластинки, пролежавшие два дня в ящике. К своему удивлению, он обнаружил на проявленной пластинке довольно четкие силуэты образцов соли. Но ведь урановая соль находилась два дня в темноте и не фосфоресцировала! Следовательно, она сама по себе испускает какие-то таинственные лучи, которые проходят через плотную черную бумагу и засвечивают фотопластинку.

Позже Беккерель установил, что чистый уран также испускает (и даже еще сильнее) эти лучи. Спустя два года явление, открытое Беккерелем, было названо радиоактивностью.

Оказалось, что радиоактивным является не только уран, но и торий. Были также открыты новые радиоактивные элементы - полоний (1898), радий (1898), актиний (1899) и радон (1899).

В первые два десятилетия после открытия Беккереля наибольший вклад в изучение радиоактивности внесли супруги Пьер и Мария Кюри (Франция) и Эрнест Резерфорд, английский физик, в 1898-1907 гг. работавший в Канаде.

Опыты Резерфорда (1899) и М. Кюри (1903) показали, что существует три вида самопроизвольных ядерных превращений (потом их число увеличилось, но те, что были открыты на рубеже XIX-XX вв., наиболее распространены):

— α-распад, когда ядро испускает α-частицу, состоящую из двух протонов и двух нейтронов (такая частица представляет собой ядро изотопа \(_{2}^{4}\)He, т. е. его массовое число равно 4, а заряд +2), например:

\(_{~~88}^{226}\)Ra → \(_{~~86}^{222}\)Rn + \(_{2}^{4}\)He

(вспомните, из каких частиц состоят атомные ядра, что такое массовое число атома и что такое изотопы);

— β-распад, когда в неустойчивом ядре один из нейтронов превращается в протон, при этом ядро испускает электрон (β-частицу) и легкую частицу, называемую антинейтрино (\(_{0}^{1}\)n → \(_{1}^{1}\)p + e- + v), например:

\(_{~~90}^{234}\)Th → \(_{~~91}^{234}\)Pa + e-

(далее вместо обозначения e- мы будем использовать другое: β);

— γ-распад, когда возбужденное ядро испускает излучение с очень малой длиной волны.

При всех этих распадах энергия ядра уменьшается.

Итак, при α-распаде массовое число уменьшается на четыре единицы, а заряд ядра (порядковыйномер) элемента - на две. При β-распаде атомный номер элемента увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. При γ-излучении, которое часто (но не всегда) сопутствует α- и β-распаду, ни атомный номер, ни массовое число не изменяются.

Каждый радиоактивный изотоп характеризуется периодом полураспада T1/2, т. е. временем, за которое самопроизвольно распадается половина атомов исходного вещества. Величина T1/2 характеризует скорость радиоактивного распада и принимает различные значения для разных радиоактивных изотопов. Например, для изотопа \(_{~~92}^{238}\)U период полураспада составляет 4,5 ⋅ 109 лет; для изотопа \(_{~~82}^{210}\)Pb - 1,5 ⋅ 10-4 с. Причем скорость распада не зависит от внешних условий.

Все ядра равны перед законом радиоактивного распада:

N = N0 2-t/ T1/2,

где N - число нераспавшихся атомов к моменту времени t. N0 - число атомов в некий начальный момент. Ядро данного радиоактивного изотопа, родившееся только что, и ядро этого же изотопа, просуществовавшее миллионы лет, имеют одинаковую вероятность распасться. Иными словами, радиоактивным распадом управляет случай.

Читать далее