A. Виды радиоактивности

Радиоактивность и ее виды

Радиоактивность сопровождается излучением. Причем, как показали опыты, интенсивность излучения не зависит от внешних условий. Она постоянна при изменении температуры, давления, агрегатного состояния, не зависит от вида химического соединения, в состав которого входит радиоактивный изотоп, не изменяется под действием электрических и магнитных полей и др.

Радиоактивное излучение имеет сложный состав. В магнитном поле узкий пучок радиоактивного излучения расщепляется на три компонента (рис. 22.3)\[~\alpha-,\] \(~\beta-\) и \(~\gamma-\)лучи. Подробное исследование этих компонентов позволило выяснить их природу и основные свойства. На рисунке 22.3: 1 — толстостенный сосуд из свинца, 2 — радиоактивный источник.

Рис. 22.3

\(~\alpha\)-лучи представляют собой поток быстро движущихся частиц, заряд которых равен 2|е|, а масса равна массе гелия, т.е. \(~\alpha\)-частица — двукратно ионизированный атом гелия \(~\alpha = _2^4He. \)Они вылетают со скоростью \(\approx (1,4-2) \cdot 10^7\) м\с , т.е. обладают большой энергией (4—9 МэВ), а также высокой ионизирующей и малой проникающей способностью (поглощаются, например, слоем алюминия, толщиной 0,05 мм).

Согласно современным представлениям, \(~\alpha\)-частицы образуются в момент радиоактивного распада при взаимодействии движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов

\(2 _1^1H + 2_0^1n \to _2^4He.\)

\(~\alpha\)-распад наблюдается только у ядер с большим массовым числом А (А > 200). \(~\alpha\)-распад происходит в соответствии с законами сохранения энергии, электрического заряда и числа нуклонов

\(_Z^AX \longrightarrow _2^4\alpha + _{Z-2}^{A-4}Y\)

где \(_Z^AX\) — ядро, испытывающее \(~\alpha\)-распад (материнское ядро), \(_{Z-2}^{A-4}Y\) — возникшее ядро (дочернее ядро).

В результате а-распада химический элемент перемешается в таблице Менделеева на две клеточки ближе к началу (правило смещения).

\(~\beta\)-лучи представляют собой поток быстрых \(~(\upsilon \approx 0,99 с)\) электронов. Они сильнее отклоняются в магнитном поле, чем а-частицы. Их ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше (поглощаются слоем А1 толщиной около 2 мм), чем у \(~\alpha\)-частиц.

При \(~\beta^-\)-распаде один из нейтронов ядра в момент распада превращается в протон с одновременным образованием электрона и вылетом электронного антинейтрино \(_0^0 \vec \nu_e\)

\(~_0^1n \to -1^1p + ф_{-1}^0e + _0^0 \vec \nu_e.\)

При \(~\beta^-\)-распаде химический элемент перемещается в таблице Менделеева на одну клеточку вправо (правило смещения)

\(~_Z^AX \longrightarrow _{-1}^0e + _{Z+1}^AY.\)

При искусственных превращениях ядер (см. следующий параграф) могут возникнуть изотопы, испускающие радиоактивное излучение позитронное — \(~\beta^+\)излучение. Оно представляет собой поток позитронов, т.е. частиц, отличающихся от электронов только знаком заряда и возникающих в результате превращения протона в нейтрон.

\(_1^1p \to _0^1n + _{+1}^0e + _0^0 \vec \nu_e\) где \(_0^0 \vec \nu_e\) — электронное нейтрино.

Электронное нейтрино и антинейтрино являются частицами, не имеющими заряда, с весьма малой массой покоя, почти равной нулю. Они обладают огромной проникающей способностью.

\(~\beta^-\)-излучение наблюдается у ядер с относительным избытком нейтронов:

\(_{38}^{90}Sr \longrightarrow _{39}^{90}Y + _{-1}^0e + _0^0 \vec \nu.\)

\(~\beta^+\)-излучение наблюдается у ядер с относительным избытком протонов:

\(_{15}^{30}P \to _{14}^{30}Si + _{+1}^0e + _0^0 \nu.\)

Гамма-лучи не отклоняются ни электрическим, ни магнитным полем. Гамма-лучи представляют собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны \(\lambda\) < 10^-10 м и вследствие этого — с ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. являются потоком частиц — \(~\gamma\)-квантов. Они обладают сравнительно невысокой ионизирующей способностью и высокой проникающей способностью (проходят через слой свинца толщиной 5 см). При \(~\gamma\)-излучении массовое число А и заряд Z ядра не изменяются, \(~\gamma\)-излучение не является самостоятельным видом распада, а только сопровождает \(~\alpha-\) и \(~\beta\)-распады, а также возникает при ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц, их распаде и т.д.

В настоящее время установлено, что у-излучение испускается дочерним ядром, которое в момент образования из материнского ядра является, как правило, возбужденным и за время \(~\tau \approx 10^{-13}—10^{-14}\) с (значительно меньшевремени жизни возбужденного атома \(~\tau=10^{-8}\) с) переходит в основное состояние с испусканием \(~\gamma\)-излучения. Возвращаясь в основное состояние, возбужденное ядро может пройти через ряд промежуточных состояний, поэтому излучение одного и того же радиоактивного изотопа может содержать несколько групп \(~\gamma\)-квантов, отличающихся одна от другой своей энергией.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 615-617.