Радиоактивность

Все знают, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро – это очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы. Это излучение называют радиоактивным. Оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение (альфа-, бета- и гамма-излучение).

Явление радиоактивности было открыто опытным путем французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. для солей урана. Беккерель заметил, что соли урана засвечивают завернутую во много слоев фотобумагу невидимым проникающим излучением.
Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации.
Английский физик Эрнест Резерфорд исследовал радиоактивное излучение в электрических и магнитных полях. Он открыл две составляющие этого излучения, которые были названы α-, β-излучением. На рисунке изображено радиоактивное излучение в электрическом поле.

• a — излучение - это поток тяжелых положительно заряженных частиц (ядер гелия), движущихся со скоростью около 10 7 м/с. Вследствие положительного заряда a – частицы отклоняются электрическим и магнитным полями.
• β — излучение - это поток быстрых электронов. Электроны -e значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. Обладают скоростью от 10 8 м/с до0,999с. Из-за наличия отрицательного заряда электроны отклоняются электрическим и магнитным полями в противоположную сторону по сравнению с β – частицами.
• γ – излучение — это фотоны, т.е. электромагнитное излучение, несущее энергию. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями. Параметры ядра при излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т. е. происходит цепочка последовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец - конечный продукт распада.

Было установлено, что проникающая способность оказалась самая малая у α- -лучей (лист бумаги или несколько сантиметров слоя воздуха),
а β -лучи проходят сквозь алюминиевую пластину толщиной в несколько миллиметров. Очень велика проникающая способность у γ — лучей (например, алюминий - толщина пластины десятки сантиметров).

Итак, радиоактивность свидетельствует о сложном строении атомов.
Специальные приборы, которые применяются для регистрации ядерных излучений, называются детекторами ядерных излучений. Наиболее широкое применение получили детекторы, которые обнаруживают ядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов вещества. Это — газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера . Существует также метод фотоэмульсий , основанный на способности пролетающей частицы создавать в фотоэмульсии скрытое изображение. След пролетевшей частицы сквозь нее виден на фотографии после проявления.
Влияние ионизирующей радиации на живые организмы
Радиоактивное излучение оказывает сильное биологическое действие на ткани живого организма. Оно ионизирует атомы и молекулы среды. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и элементы клеточных структур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения. Человек заболевает белокровием, или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы облучения приводят к смерти.

Стекло задерживает только альфа- и бета-излучение

В данной статье мы ознакомимся с термином «радиоактивность». Это понятие мы рассмотрим в общем виде, с точки зрения протекания процесса распада. Проанализируем главные виды излучения закон распада, исторические данные и многое другое. Отдельно остановимся на понятии «изотоп» и ознакомимся с явлением электронного распада.

Введение

Радиоактивность - это качественный параметр атомов, который позволяет некоторым изотопам распадаться в самопроизвольном порядке и испускать при этом излучение. Первое подтверждение этому утверждению было сделано Беккерелем, проводившим опыты над ураном. Именно по этой причине, лучи, испускаемые ураном, наименовывались в его честь. Явление радиоактивности - это выброс альфа- или бета-частички из ядра атома. Радиоактивность выражает себя в виде разложения атомного ядра определенного элемента и позволяет последнему превращаться из атома одного элемента в другой.

В ходе данного процесса происходит распад исходного атома с последующим превращением в атом, характеризующий другой элемент. Результатом выбрасывания четырех альфа-частиц из атомного ядра станет уменьшение массового числа, которое образует сам атом, на четыре единицы. Это приводит к сдвигу в таблице Менделеева на пару позиций влево. Данное явление вызвано тем, что в ходе «альфа-выстрела» были выброшены 2 протона и 2 нейтрона. А номер элемента, как мы помним, соответствует количеству протонов в ядре. Если выброшена была бета-частица (е -) то следом происходит трансформация нейтрона из ядра в один протон. Это приводит к сдвигу в таблице Менделеева на одну клеточку вправо. Масса изменяется на крайне малые значения. Выброс отрицательно заряженных электронов сопряжен с излучением гамма-лучей.

Закон распада

Радиоактивность - это явление, в ходе которого происходит распад изотопа в радиоактивном виде. Этот процесс подчинен закону: чисто атомов (n), которое распадаются за единицу времени, пропорционально количеству атомов (N), которые имеются в конкретный временной момент:

В этой формуле под коэффициентом λ подразумевают постоянную величину распада радиоактивного характера, которая связана с длительностью полураспада изотоп (T) и соответствует следующему утверждению: λ =0.693/T. Из этого закона вытекает то, что после истечения отрезка времени, равного периоду полураспада, количественная величина изотопа станет меньше в два раза. Если атомы, которые образовались в ходе радиоактивного (р-ного) распада, станут обладать такой же природой, то начнется их накопление, которое длиться будет до момента установления радиоактивного равновесия между двумя изотопами: дочерним и материнским.

Теория и радиоактивный распад

Радиоактивность и распад - это взаимосвязанные объекты изучения. Первое (р-ность) становится возможным благодаря второму (процесс распада).

Понятие радиоактивного распада характеризует себя, как преображение состава или структуры строения атомного нестабильного ядра. Причем, явление это спонтанное. Происходит испускание элементарной частицы (ч-цы) или гамма кванта, а также выброс ядерных фрагментов. Соответствующие этому процессу нуклиды называют радиоактивными. Однако данным термином также называют вещества, ядра которых также относятся к радиоактивным.

Естественная радиоактивность - это распад ядер атомов, что встречаются в природе в самопроизвольном порядке. Искусственной р-тью называют тот же процесс, что мы упомянули выше, но он осуществляется человеком с применением искусственных путей, которые соответствуют особым ядерным реакциям.

Материнским и дочерним называют те ядра, которые распадаются, и те, которые образуются как конечный продукт этого распада. Массовое число и заряд дочерней структуры описывается в правиле смещения Содди.

Явление радиоактивности включает в себя разные спектры, которые зависят от типа энергии. При этом спектр альфа-частиц и y-кварков относятся к прерывистому (дискретному) типу спектра, а бета-частицы - непрерывные.

На сегодняшний день, нам известны не только альфа- гамма- и бета-распады, но и было обнаружено испускание протонов, нейтронов. Также было открыто понятие кластерной радиоактивности и спонтанного деления. Захват электронов, позитронов и двойной входят в раздел бета-распада и рассматривают как его разновидность.

Существуют изотопы, которые могут подвергаться одновременно двум или более видам распада. Примером может служить висмут 212, который с 2/3 вероятности образует таллий 208 (при применении распада альфа типа) и 1/3 приведет к возникновению полония 212 (при эксплуатации бета-распада).

Ядро, которое образовалось в ходе такого распада, иногда может обладать такими же радиоактивными свойствами, и через некоторое время будет разрушено. Явление р-ного распада происходит проще при отсутствии стабильного ядра. Цепочкой распада называют последовательность подобных процессов, а возникающие при этом нуклеотиды именуют радиоактивными ядрами. Ряды таких элементов, которые начинаются с урана 238 и 235, а также тория 232, в конечном итоге приходят в состояние стабильных нуклеотидов, соответственно свинец 206 и 207 и 208.

Явление радиоактивности позволяет некоторым ядрам (изобарам) с одинаковым массовым числом превращаться друг в друга. Это возможно благодаря бета-распаду. Каждая изобарная цепочка включает в себя от одного до трех стабильных нуклидов бета-типа (у них нет способностей к бета-распаду, однако они могут быть нестабильным, например, по отношению к иным видам р-ного распада). Весь остальной набор ядер данной цепи является бета-нестабильным. Посредством применения β-минус- или β-плюс распада, можно превратить ядро в нуклид со β-стабильной формой. Если в изобарной цепи находятся такие нуклиды, то ядро может начать подвергаться бета- положительному или отрицательному распаду. Это явление называют электронным захватом. Примером может служить распад радионуклида калий 40 на соседние β-стабильные состояния аргона 40 и кальция 40.

Об изотопах

Радиоактивность - это, в первую очередь, распад изотопов. В настоящее время человеку известно более сорока изотопов, обладающих радиоактивность и находящихся в естественных условиях. Преобладающее количество расположилось в р-ных рядах: уран-радий, торий и актиний. Все эти частички существуют и распространяются в природе. Они могут присутствовать в горной породе, водах мирового океана, растениях и животных и т.д., а также они обуславливают явление естественной природной радиоактивности.

Помимо естественного ряда р-ных изотопов, человеком было создано более тысячи искусственных видов. Способ получения чаще всего реализует себя в ядерных реакторах.

Множество р-ных изотопов используют и применяют в медицинских целях, например, для борьбы с раком. Очень большое значение они имеют в области диагностики.

Общие сведения

Суть радиоактивности заключается в том, что атомы могут самопроизвольно превращаться из одних в другие. При этом они приобретают более устойчивую или стабильную структуру ядра. Р-ное ядро в ходе трансформации активно выделяет энергетические ресурсы атома, которые принимают вид заряженных частиц или доходят до состояния гамма-квантов; последние в свою очередь образуют либо соответствующее (гамма), либо электромагнитное излучение.

Мы уже знаем о существовании радиоактивных изотопов искусственной и естественной природы. Важно понимать, что между ними нет особого и/или принципиального различия. Это обуславливается свойствами ядер, которые определяться могут только в соответствие структурированием ядра, и они не зависят путей создания.

Из истории

Как и говорилось ранее, открытие радиоактивности произошло благодаря трудам Беккереля, которые были совершены в 1896 году. Этот процесс был выявлен в ходе проведения экспериментов над ураном. Если конкретнее, то ученый старался вызвать эффект почернения фотоэмульсии и подвергнуть воздух ионизации. Мадам Кюри-Склодовская была первой особой, которая измерила величину интенсивности излучения U. А одновременно с ученым из Германии Шмидтом, она выявила р-ность тория. Именно супружеская пара Кюри, после открытия невидимого излучения, наименовала его радиоактивным. В 1898 году ими же было совершено обнаружение полония - еще одного р-ного элемента, который залегал в урановых смоляных рудах. Радий были открыт супругами Кюри также в 1898 г., но немного ранее. Работа была совершена вместе с Бемоном.

После того как было открыто множество р-ных элементов, немалым количеством авторов было доказано и продемонстрировано, что все они обуславливают излучение трех видов, которые изменяют свое поведение в условиях магнитного поля. Единицей радиоактивности служит беккерель (Бк, или Bq). Резерфорд предложил назвать обнаруженные лучи альфа-, бета- и гамма-лучами.

Альфа-излучение - это набор частиц с положительным зарядом. Бета-лучи образуются при помощи электронов, частиц с отрицательным зарядом и малой массой. Гамма-лучи являются аналогом рентгеновских лучей и представлены в виде электромагнитных квантов.

В 1902 году Резерфордом и Содди было объяснено явление радиоактивности посредством произвольной трансформации атома одного элемента в другой. Данный процесс подчинялся законам случайности и сопровождался выделением энергетических ресурсов, которые приняли вид гамма-, бета- и альфа-лучей.

Естественную радиоактивность исследовала М. Кюри совместно с Дебьерном. Они получили в 1910 году металл - радий - в чистом виде, и исследовали его свойства. В частности, внимание уделялось измерению постоянного распада. Дебьерн и Гизель совершили открытие актиния, а Ган обнаружил такие атомы, как радиотории и мезотории. Болтвудом был описан ионий, а Ган и Майтнер совершили открытие протактиния. Каждый изотоп упомянутых элементов, которые были отрыты, обладает радиоактивными свойствами. и Лабордом в 1903 году было описано явление распада радия. Они показали, что продукты реакции 1 грамма Ra за один час распада выделяют около ста сорока ккал. В том же году Рамзаем и Содди было установлено, что запаянная ампула с радием содержит в себе и гелий в газообразном виде.

Труды таких ученых, как Резерфорд, Дорн, Дебьерн и Гизель, показывают нам, что в общий список продуктов распада U и Th включает в себя некоторые быстрораспадающиеся вещества - газы. Они обладают собственной радиоактивностью, а называют их ториевыми или радиевыми эманациями. Также это касается актиния. Они доказали, что при распаде радий создает гелий и радон. Закон радиоактивности о превращении элементов был впервые сформулирован Содди, Расселом и Фаянсом.

Виды излучения

Открытием явления, которое мы изучаем в этой статье, впервые занялся Беккерель. Именно он обнаружил явление распада. Потому единицы радиоактивности называют беккерелями (Бк). Однако, один из самых больших вкладов в развитие учения об р-ности сделал Резерфорд. Он сосредоточил собственные ресурсы внимания на анализе изучаемого распада и смог установить природу данных превращений, а также определить излучение, которое им сопутствует.

Основу его умозаключений составляет постулирование о наличии альфа-, гамма- и бета-излучения, которые испускаются естественными радиоактивными элементами, а измерение радиоактивности позволило вычленить следующие их виды:

• Β-излучение наделено сильными свойствами проникающей способности. Оно гораздо мощнее альфа-излучения, но точно так же поддается отклонению в магнитном и/или электрическом поле в сторону, противоположную большему расстоянию. Это служит объяснением и доказательством того, что данные частицы - отрицательно заряженные е - . Сделать выводы о том, что излучаются именно электроны, Резерфорд смог на основе анализа соотношения массы к заряду.
• Α-излучение - волны лучей, которые в условиях атмосферного давления способны преодолеть только маленькие расстояния (обычно не более 7.5 сантиметра). Если поместить его в х вакуум, то можно будет наблюдать, как магнитное и электрическое поле воздействуют на альфа-излучение и приводят к его отклонению от исходной траектории. Анализируя направление и величину отклонения, а также учитывая соотношение между зарядом и массой (e/m), мы можем прийти к выводу, что данное излучение является потоком частиц с положительным зарядом. Соотношение параметров веса и заряда является идентичным значению дважды ионизированного гелиевого атома. На основе своих работ и с использованием спектроскопических исследований, Резерфорд установил, что альфа-излучение образуется ядрами гелия.
• γ-излучение - вид радиоактивности, который обладает самой большой проникающей способностью среди других видов излучения. Оно не поддается отклонению посредством влияния магнитного поля, а также не обладает зарядом. Это «жесткое» излучение, которое самым нежелательным образом способно воздействовать на живую материю.

Радиоактивное превращение

Еще одним моментом в становлении и конкретизации определения радиоактивности является открытие Резерфордом ядерных структур атомов. Что не менее важно, так это установление взаимосвязи между рядом свойств атома и структурой его ядра. Ведь именно «сердцевина» частицы определяет структуру оболочки электронов и все свойства химического характера. Именно это позволило в полной мере расшифровать принципы и механизм, посредством которых происходит радиоактивное превращение.

Первое успешное превращение ядра было совершено в 1919 году Эрнестом Резерфордом. Он использовал «бомбардировку» ядра атома N с применением альфа-частиц полония. Следствием этого стало испускание азотом протонов с последующим превращением в кислородные ядра - O17.

В 1934 году супруги Кюри получили радиоактивные изотопы фосфора посредством искусственной радиоактивности. Они воздействовали на алюминий альфа-частичками. Полученные ядра P30 имели некоторые отличия от естественных р-ных форм того же элемента. Например, в ходе распада испускались не электронные частички, а позитронные. Далее они трансформировались в стабильные кремниевые ядра (Si30). В 1934 было совершено открытие искусственной радиоактивности и явление позитронного распада.

Захват электрона

Одним из классов радиоактивности является электронный захват (К-захват). В нем электроны захватываются прямо с оболочек атомов. Как правило, К-оболочка испускает некоторое количество нейтронов, а далее преобразуется в новую «сердцевину» атома с таким же показателем массового числа (А). Однако номер атома (Z) становится меньше на 1, в сравнение с исходным ядром.

Процесс превращения ядра в ходе электронного захвата и позитронного распада является действием, аналогичным друг другу. Потому их можно увидеть одновременно в ходе наблюдения за набором атомов одного вида. Электронный захват всегда сопровождается выделением излучения в рентгеновском виде. Это объясняется переходом электрона от более удаленной ядерной орбитали к ближе лежащей. Данное явление, в свою очередь, объясняется тем, что электроны вырываются с орбит, которые расположены ближе к ядру, а их место стремятся заполнить частички с удаленных уровней.

Понятие изомерного перехода

Явление изомерного перехода основано на том, что испускание альфа- и/или бета-частичек приводит к возбуждению некоторых ядер, которые находятся в состоянии избыточных энергий. Испускаемые ресурсы «вытекают» в виде возбужденных гамма-квантов. Изменение состояния ядра в ходе р-ного распада приводит к образованию и выделению всех трех типов частиц.

Изучение изотопа стронция 90 позволило определить, что им испускаются только β-частички, а ядра, например, натрия 24, могут выделять также гамма-кванты. Преобладающее множество атомов пребывают в возбужденном состоянии крайне мало. Это значение столь краткосрочное (10 -9) и малое, что его еще нельзя измерить. Соответственно, лишь небольшой процент ядер способен находиться в состоянии возбуждения сравнительно длительный период времени (вплоть до месяцев).

Ядра способные «жить» так долго, именуют изомерами. Сопутствующие переходы, которые наблюдаются при трансформации из одного состояния в другое и сопровождаются испусканием гамма-квантовых частичек, называют изомерными. Радиоактивность излучения в данном случае приобретает высокие и опасные для жизни значения. Ядра, которые испускают лишь бета- и/или альфа-частицы, именуют чистыми ядрами. Если в ядре наблюдается испускание гамма-квантов в ходе его распада, то его называют гамма-излучателем. Чистым излучателем последнего вида можно назвать только ядро, претерпевающее множество изомерных переходов, что возможно лишь при длительном существовании в возбужденном состоянии.

Радиоактивность. Виды радиоактивности

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Радиоактивность. Виды радиоактивности
Рубрика (тематическая категория)	Радио

Явление радиоактивности было обнаружено А. Беккерелœем в 1896 ᴦ. Изучая свойства солей урана, он случайно обнаружил самопроизвольное испускание ими излучения, способного проходить сквозь непрозрачные для видимого света вещества. Это излучение действовало на фотопластинку, ионизировало воздух, проника­ло сквозь тонкие металлические пластинки, вызывало люминœесценцию ряда веществ. Продолжая исследование этого явления, супруги М. Кюри и П. Кюри обнаружили, что такое излучение свойственно не только урану, но и многим другим тяжелым элементам.

Обнаруженное излучение было названо радиоактивным излучением , а само явле­ние – испускание радиоактивного излучения – радиоактивностью . В результате радиоактивного излучения ядра атомов одного химического элемента превращаются в ядра атомов другого элемента. Вокруг нового ядра формируется соответствующая ему электронная оболочка, образуется новый атом.

В результате опытов по отклонению радиоактивного излучения в электрическом и магнитном полях и опытов по поглощению излучения в веществе были установлены три вида излучения.

1. a-Излучение. Отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью (к примеру, погло­щаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм). Экспериментально было установлено что a-излучение представляет собой поток ядер гелия ; заряд a-частицы равен +2е, а масса приблизительно равна 4 а.е.м.

Альфа-радиоактивными являются почти исключительно ядра атомов элементов с порядковым номером Z >82. Запись реакции a-распада:

где – обозначение исходного, так называемого материнского ядра, – обозначение конечного, так называемого дочернего ядра, – ядро гелия.

2. b-Излучение . Отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у a -частиц. b -излучение представляет собой поток быстрых электронов.

Ниже приведена запись реакции b - распада ядра:

- b ‾-распад, (20.2)

где – символическое обозначение электрона (заряд электрона равен –1, массовое число равно нулю), - электронное антинœейтрино (заряд равен нулю, массовое число равно нулю). Такой вид распада получил название b ‾-распада. В дальнейшем экспериментально для ядер, не встречающихся в природе и полученных в лаборатории в результате ядерных реакций, был обнаружен еще один вид b - распада ядра, который принято называть b + - распадом:

- b + - распад, (20.3)

где – символическое обозначение позитрона (заряд равен +1, массовое число равно нулю), - электронное нейтрино (заряд равен нулю, массовое число равно нулю). Позитрон (экспериментально обнаружен в 1932 году), электронное нейтрино и электронное антинœейтрино (экспериментально обнаружены в 1956 году) – элементарные частицы. Следует заметить, что существование названных элементарных частиц сначала было предсказано теоретически.

3. g-Излучение . Не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает от­носительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей спо­собностью (к примеру, проходит через слой свинца толщиной 5 см). g-Излучение представляет собой корот­коволновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны l <10 -10 м.

Правило смещения . Радиоактивные превращения ядер подчиняются правилу смещения, сформулированному впервые Ф.Содди: при a-распаде ядро теряет положительный заряд 2е и его массовое число уменьшается на 4 единицы. В результате получается ядро атома элемента͵ который располагается в таблице Менделœеева на две клетки ближе к началу таблицы. При b ‾-распаде заряд ядра увеличивается на единицу, массовое число остается неизменным. В результате получается ядро атома элемента͵ который располагается в таблице Менделœеева на одну клетку дальше от начала таблицы.

Возникающие при радиоактивном распаде новые ядра бывают также радиоактивными и испытывать дальнейшие радиоактивные превращения. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда радиоак­тивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элемен­тов, образующих такую цепочку, принято называть радиоактивным семейством.

Еще раз отметим, что радиоактивные излучения сопровождают процессы, происходящие внутри ядра, в результате которых ядро становится ядром уже другого атома.

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. Как правило, каждый из радиоактивных изотопов испускает какой-то определœенный вид излучения - a -частицы или b -частицы. g -Излучение в виде самостоятельного излучения среди естественно-радиоактивных веществ не встречается, но часто сопровождает a -распад и b -распад. К числу радиоактивных процессов относятся также спонтанное делœение тяжелых ядер.

Радиоактивность. Виды радиоактивности - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Радиоактивность. Виды радиоактивности" 2017, 2018.

Лекция

«Элементы ядерной физики»

Для лечебного факультета

Радиоактивность, её особенности, виды и характеристика. Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.

Явление радиоактивности было открыто в 1896 году Беккерелем (слайд 4,5).

Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента. (слайд 6)

Это явление сопровождается убылью вещества и часто называется радиоактивным распадом.

Особенности:

a. Всегда происходит с выделением энергии.

b. Осуществляется по единому закону (закону радиоактивного распада).

c. Ограничен ≈ 10 видами распада (α-распад, β-распад, γ-распад, нейтронный, протонный и др. распады).

Оба вида радиоактивности не имеют физических различий и подчиняются одинаковым законам.

Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика. (слайд 8)

Естественная радиоактивность осуществляется за счёт радиоактивных изотопов.

Естественные радиоактивные изотопы делят на первичные и вторичные.(слайд 9)

1. Первичные - образованы в земной коре при формировании Земли. Сейчас остались только первичные изотопы, имеющие период полураспада Т > 10 8 лет. К ним относятся члены радиоактивных семейств:

A. Семейство урана - радия.

Уран (238) - родоначальник семейства 238 92U в результате 14 радиоактивных превращений дает устойчивый изотоп свинца. 206 82Pb

Б. Семейство тория 232 90Th (Т = 1,39 · 10 10 лет) в результате 10 превращений даёт изотоп свинца. 208 32Pb

B. Семейство актиния 235 92U (Т = 7,3 · 10 8 лет) в результате 11 превращений даёт изотоп свинца. 207 32Pb

2. Вторичные - образуются под действием первичных изотопов или под действием космических лучей (протоны, α - частицы, ядра С, N, O 2 , фотоны. (Слайд 10, 11)

Особенности:

А. Подчиняются законам динамического равновесия: их образование уравновешивается распадом.

Б. Они включены в состав живых организмов. Большое биологическое значение имеет вторичный изотоп 14 С, который образуется из атмосферного азота под действием космических нейтронов. Изотоп углерода 14 С в виде СО 2 (углекислого газа) усваивается растениями => животными => человеком. При гибели живых растении и животных радиоактивность в них начинает убывать и по степени убыли можно определить возраст различных ископаемых.

"α", "β" и "γ" излучения и их характеристика.

Излучение радиоактивных веществ состоит из трёх компонентов:

1. α-лучи (α - частицы) - ионизированное излучение, несущее положительный заряд. | q | = | 2е | = 3,2 · 10 -19 Кл. Имеет структуру ядра гелия

4 2 He (слайд 20,21)

А = 4 - массовое число.

Z = 2 - порядковый номер (заряд ядра).

m α = 6,7 · 10 -27 кг.

Свойства:

A. Отклоняются электрическим и магнитным полями.

Б. ν α cp = 10 - 20000 км/с.

Е α = 1,8 ÷ 11,7 МэВ.

Спектр - линейчатый.

B. Пробег α - частицы зависит от вида среды

в воде - 0, 1 мм

в воздухе - 1 см.

Г. Обладают невысокими проникающими способностями (легко поглощаются тонкими слоями вещества; защитой от него являются лист картона, х/б ткань и т.п.).

Д. Имеют самую большую ионизационную способность из всех видов радиоактивных излучений (30 - 40 тысяч пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе).

Е. При прохождении через слой вещества число α - частиц не изменяется, а постепенно изменяется их скорость. Когда толщина слоя достигает определенной величины, α-частицы поглощаются веществом все сразу.

2. β-лучи (β - частицы) - ионизированное излучение, состоящее из положительных и отрицательных β - частиц. (слайд 22,23)

β - или 0 -1е - электроны q е = 1,6 · 10 -19 Кл

β + или 0 +1е - позитроны m e = 9 · 10 -31 кг

Электроны и позитроны испускаются при ядерных превращениях или образуются при распаде нейтрона. Свойства:

А. Отклоняются электрическим и магнитным полем.

Б. ν β cp ≈ 150000 км/с.

Е β = 0,018 ÷ 4,8 МэВ.

Спектр - сплошной.

В. Пробег β - частиц в среде зависит от вида среды и энергии β - частиц

в воде - до 1, 5 см

в воздухе - до 100 см

Г. Обладают более высокой проникающей способностью, чем α - лучи (защитой от него является слой металла толщиной 3 мм).

Д. Ионизационная способность меньше, чем у α - лучей (300 - 400 пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе).

E. Электронный β- распад наблюдается в основном у тех ядер, у которых число нейтронов (0 1n) больше числа протонов (1 1Pb)

Позитронный β - распад наблюдается, если число протонов больше числа нейтронов

Ж. β - частицы больших энергий, взаимодействуя с ядрами атомов, дают тормозное рентгеновское излучение.

3. γ-излучение - электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов с высокой энергией (Е ф = 1 ÷ 3 МэВ). (слайд 24,25)

Это коротковолновое излучение (λ ≈ 0,1÷ 10 -5 нм) возникает как вторичное явление при α и β - распаде. Имеет природу, схожую с природой рентгеновского излучения.

Свойства:

A. Не отклоняется электрическим и магнитным полями.

Б. ν γ = ν света = 3 · 10 8 м/с.

Е γ = от 10 кэВ до 10 МэВ.

Спектр - линейчатый.

B. Обладает ионизационной способностью меньшей, чем у α и β - лучей (3-4 пары ионов на 1 см пути пробега в воздухе).

Г. Длина пробега γ- лучей в воздухе - до нескольких сот метров.

Д. Обладает очень высокой проникающей способностью (защитой является слой свинца, толщиной 20 см и больше).

В медицине широко используется для лечения глубоко расположенных злокачественных опухолей, в фармации - для стерилизации лекарств и лекарственных смесей.

2. Законы смещения при "α" и "β" распадах. (Слайд 26)

Законы смещения - это законы, по которым изменяются ядра радиоактивных элементов при "α" и "β" распаде.

При формулировке необходимо учитывать закон сохранения массы и закон сохранения заряда.

Закон сохранения массы:

Массовое число исходного продукта должно быть равно сумме массовых продуктов реакции.

Закон сохранения заряда:

Заряд ядра исходного продукта должен быть равен сумме зарядов ядер продуктов реакции.

1. Закон "α" - распада. (слайд 27)

При α - распаде образуется новое ядро с массовым числом на 4 единицы и порядковым номером на 2 единицы меньше, чем у исходного.

A ZX→ 4 2 He + A-4Z-2Y

226 88Ra→ 4 2 He+ 222 86 Rn (при этом получается фотон с Е = 0,188 МэВ)

Особенность: в естественных условиях встречается у элементов с порядковым номером Z > 83.

2. Законы электронного "β" – распада - (β -). (слайд 28)

При электронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 больше, чем у исходного:

A ZX→ A Z+1Y+ 0 -1 e

4019K→ 4020Ca+ 0 -1 e - распад изотопа калия с превращением его в кальций

3. Закон позитронного "β" - распада (β +) (слайд 29)

При позитронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного.

A ZX → A Z-1Y+ 0 +1 e

3015P→ 3014Si+ 0 +1 e Распад изотопа фосфора

Следствия из 1, 2 и 3 законов: (слайд 30)

"α" и "β" - распаду в некоторых случаях сопутствует излучение "γ" - квантов. Это излучение наблюдается так же при изомерном переходе ядер (из возбужденного в невозбужденное состояние);

(X) * = X + n γ ® число γ – квантов

возбужд. невозбужд.

состояние состояние

4. Электронный захват. (слайд 31)

При захвате электрона исходным ядром образуется новое ядро с тем же массовым числом, и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного.

Ядро захватывает электрон с ближайшей к нему оболочки

Þ Z X + -1 e ® Z -1 Y

7 4Be+ 0 -1e→ 7 3Li

• лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц; их назвали α-лучами ;
• лучи второго типа отклоняются в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц (в противоположную сторону), их назвали β-лучами ;
• лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали γ-излучением .

Альфа-распад

α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4 He).

α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А ≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы , состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его (см. Туннельный эффект) и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера экспоненциально уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

. .

В результате α-распада элемент смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева , массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Бета-распад

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов . β-распад - это проявление слабого взаимодействия .

β-распад (точнее, бета-минус-распад, β − -распад) - это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино .

β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d -кварков в одном из нейтронов ядра в u -кварк ; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

Правило смещения Содди для β − -распада:

После β − -распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино . При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом - электронным захватом (когда ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу). Однако обратное неверно: многие нуклиды, для которых позитронный распад запрещён, испытывают электронный захват. Наиболее редким из известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад , он обнаружен на сегодня лишь для десяти нуклидов, и периоды полураспадов превышают 10 19 лет. Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра.

Гамма-распад (изомерный переход)

Почти все ядра имеют, кроме основного квантового состояния, дискретный набор возбуждённых состояний с большей энергией (исключением являются ядра ¹H , ²H , ³H и ³He). Возбуждённые состояния могут заселяться при ядерных реакциях либо радиоактивном распаде других ядер. Большинство возбуждённых состояний имеют очень малые времена жизни (менее наносекунды). Однако существуют и достаточно долгоживущие состояния (чьи времена жизни измеряются микросекундами, сутками или годами), которые называются изомерными, хотя граница между ними и короткоживущими состояниями весьма условна. Изомерные состояния ядер, как правило, распадаются в основное состояние (иногда через несколько промежуточных состояний). При этом излучаются один или несколько гамма-квантов; возбуждение ядра может сниматься также посредством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета- и альфа-распадов.

Специальные виды радиоактивности

• Протонная радиоактивность
• Двухпротонная радиоактивность
• Нейтронная радиоактивность

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. - 3-e издание, стереотипное. - М .: Физматлит, 2002. - Т. V. Атомная и ядерная физика. - 784 с. - ISBN 5-9221-0230-3

См. также

• Единицы измерения радиоактивности

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Радиоактивность" в других словарях:

Радиоактивность … Орфографический словарь-справочник

- (от лат. radio излучаю, radius луч и activus действенный), способность нек рых ат. ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в др. ядра с испусканием ч ц. К радиоактивным превращениям относятся: альфа распад, все виды бета распада (с… … Физическая энциклопедия

РАДИОАКТИВНОСТЬ - РАДИОАКТИВНОСТЬ, свойство нек рых хим. элементов самопроизвольно превращаться в другие элементы. Это превращение или радиоактивный распад сопровождается выделением энергии в виде различных корпускулярных и лучистых радиации. Явление Р. было… … Большая медицинская энциклопедия

Радиоактивность - (от радио... и латинского activus деятельный), свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд ядра Z, число нуклонов A) путем испускания элементарных частиц, g квантов или ядерных фрагментов. Некоторые из… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от лат. radio испускаю лучи и activus действенный) самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра др. элементов, сопровождающееся испусканием частиц или? кванта. Известны 4 типа радиоактивности: альфа распад, бета распад,… … Большой Энциклопедический словарь

Способность некоторых атомных ядер самопроизвольно распадаться с испусканием элементарных частиц и образованием ядра другого элемента. Р. урана была впервые открыта Беккерелем в 1896 г. Несколько позднее М. и П. Кюри и Резерфордом было доказано… … Геологическая энциклопедия

Свойство некотор. тел испускать особого рода невидимые лучи, отличающиеся особыми свойствами. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. радиоактивность (радио... + лат. acti vus деятельный) радиоактивный… … Словарь иностранных слов русского языка

Сущ., кол во синонимов: 1 гамма радиоактивность (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы обычно другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер (альфа и бетα излучение), а также гаммα излучением. Бывает естественной и… … Морской словарь