Радиоактивное излучение и его виды

Радиоактивное излучение и его виды. 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 бекксрелевского излучения полоний 210 84Ро и радий 226 88Ra. 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 па 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 б-излучение 2 сильно отклоняемый пучок отрицательных частиц в-излучение 3 не-отклоняемый пучок г-излучение. Подробное исследование этих компонентов позволило выяснить их природу и основные свойства. б-Частицы отклоняются электрическим и магнитным нолями, обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью I например, поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм , Излучение представляет собой поток ядер гелия заряд б-частицы равен 2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия 4 2Не. По отклонению б-частиц в электрическом и магнитном полях был определен их удельный заряд, значение которого подтвердило правильность представлений об их природе. в- 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 б-частиц. в-Излучение представляет собой ноток быстрых электронов, вытекает из определения их удельного заряда . г-Излучсние не отклоняется электрическим и магнитным нолями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью например, проходит через слой свинца толщиной 5 см, при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. г-Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны м и вследствие этого - ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. является потоком частиц - -г-квантов фотонов. I.3. Закон радиоактивного распада.

Правила смещения. I 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 самопроизвольное и радиоактивного распада можно считать, что число ядер d V, 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 -лNdt, 1 где л - 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 - начальное число не распавшихся ядер в момент времени t 0 , N - число не распавшихся ядер в момент времени t. Формула выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число не распавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.

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

Тогда. Периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет. Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна t dN лNt dt Таким образом, среднее время жизни ф радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада л. Активностью А нуклида общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N в радиоактивном источнике называется величина, равная отношению числа ?N распавшихся ядер ко времени ?t, за которое произошел распад следовтельно А - лN Единица активности в СИ - беккерель Бк 1 Бк - активность нуклида, при которой, за 1 с. происходит один акт распада, до сих пор в ядерной физике применяется и внесистемная единица активности нуклида в радиоактивном источнике кюри Ки 1 Ки 3,7.1010 Бк. Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра. Правила смещения для б-распада для в-распада где- материнское ядро, Y - символ. дочернего ядра ядро гелия б-частица символическое обозначение электрона заряд его равен -1, а массовое число - нулю. Правила смещения являются не чем иным, как следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах сохранения электрическою заряда и сохранения массового числа сумма зарядов массовых чисел, возникающих ядер и частиц равна заряду массовому числу исходного ядра. Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными.

Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, радиоактивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом.

Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.

В настоящее время известно, что естественно-радиоактивные ядра образуют три радиоактивных семейства, называемых по наиболее долгоживущему с небольшим периодом полураспада родоначальнику семейства семейство урана от 238 92 U , семейство тория от 232 90 Th и семейство актиния от 235 89 Ac. Все семейства заканчиваются стабильными ядрами свинца семейство урана заканчивается 206 82 РЬ, семейство тория - 208 82 РЬ, семейство актиния - 207 82 Pb. I.3.1.