Радиоактивность. Закон радиоактивного распада

 

Радиоактивностью называют самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Процесс идет самопроизвольно (спонтанно). Само явление называется радиоактивным распадом, который сопровождается небольшим выделением теплоты. Радиоактивность открыта Беккерелем в 1896 г. и впоследствии исследовано супругами Кюри. Все элементы, для которых это явление характерно, получили название радиоактивных.

Рисунок 33.

 

Радиоактивное излучение имеет три составляющих-a-, b- и g- излучений (рис.33).

a и b - излучения отклоняются под действием постоянных электрических и магнитных полей и представляют собой соответственно потоки положительных и отрицательных заряженных частиц.

Гамма – излучение с электрическим и магнитным полями не взаимодействует.

Различают радиоактивность естественную и искусственную. Оба вида подчиняются одним и тем же законам. Радиоактивное излучение невидимо.

Рассмотрим основные виды радиоактивного распада.

a - излучение – поток a - частиц (дважды ионизованные атомы гелия). Заряд частицы равен +2е, массовое число 4, скорость 14·10³ – 20·10³ км/с, энергия 4-9 МэВ. Они обладают большой ионизирующей способностью, но малой проникающей способностью – в воздухе 3 – 9 см, полностью поглощаются алюминием толщиной 0,06 мм и биологической тканью 0,12 мм.

b - излучение – частицы двоякого рода: или электроны (для большинства радиоактивных веществ) или позитроны (у искусственно полученных радиоактивных веществ). Масса β-частицы меньше в 7350 раз массы α-частицы. Скорость ≈160∙10³км/с. β-излучение имеет сплошной спектр. Энергия в пределах сотых долей (мягкое излучение) Мэв до 1-2 Мэв(жесткое излучение).

Необходимо отметить, что энергия, уносимая β-частицами из ядер, меньше энергии, которая испускается при β-распаде, т.е. нарушается закон сохранения энергии. Тогда Паули (1913 г.) высказал предположение, что при β- распаде вместе с β-частицей из ядра выбрасывается частица очень легкая и не обладающая зарядом, ее называют нейтрино (ν). Она обладает чрезвычайно большой проникающей способностью. Непосредственное экспериментальное доказательство нейтрино было получено в
1956 г. Американскими физиками Рейнсом и Коуэном.

g - излучение – поток фотонов, имеющих высокую частоту (>10¹⁹Гц). Энергия фотонов порядка 1 МэВ. Это жесткое электромагнитное излучение испускаемое атомным ядром. Скорость равна скорости света. Ионизирующая способность g-лучей низка, а проникающая способность велика (несколько сот метров в воздухе, тело человека насквозь, слой свинца толщиной 5 см). для полного поглощения этих лучей необходим слой свинца толщиной более 20 см.

Радиоактивное излучение возникает в результате распада атомных ядер и ведет к превращению атомов излучающего вещества в атомы другого элемента.

Для элементов тяжелых ядер характерен - распад.

Радиоактивный распад ведет к постепенному уменьшению атомов радиоактивного элемента. Этот процесс статистический и для данного ядра можно лишь указать вероятность распада за данное время. Эта вероятность характеризуется коэффициентом (постоянной распада λ).

Основной закон радиоактивного распада устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля наличных (т.е. еще не распавшихся) ядер данного элемента.

Следовательно, если вещество содержит N ядер, еще не распавшихся к началу данного промежутка времени, то количество dN ядер, распавшихся за dt время будет равно:

 

 

Знак минус указывает на уменьшение со временем величины N. Решением уравнения является экспоненциальная функция

 

- закон радиоактивного распада, где N₀ - исходное количество ядер (в

 

момент t=0.