40 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.Закономерностипроисхождения α- β-и γ-излучения атомных ядер.Правила смещения

РАДИОАКТИВНОСТЬ-самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения.

Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом, каждый из которых впоследствии был награжден Нобелевской премией. Они обнаружили его экспериментальным путём и опубликовали в 1903 году в работах «Сравнительное изучение радиоактивности радия и тория»^[1] и «Радиоактивное превращение»^[2], сформулировав следующим образом^[3]:

Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии.из чего с помощью теоремы Бернулли учёные сделали вывод^{[источник не указан 531 день]}:

Скорость превращения всё время пропорциональна количеству систем, еще не подвергнувшихся превращению.

Существует несколько формулировок закона, например, в виде дифференциального уравнения:

которое означает, что число распадов −dN, произошедшее за короткий интервал времени dt, пропорционально числу атомов N в образце.

α-распад. Этот тип распада обычно наблюдается в тяжелых неустойчивых ядрах. При этом разрушается атомное ядро X ("материнское ядро"), образуется  α-частица и новое ядро Y ("дочернее ядро"). α-частица представляет собой ядро гелия, имеющее два протона и два нейтрона: _ZX^A → _Z-2Y^A-4 + ₂α⁴ ;                 ₂α⁴ = ₂He⁴         

β-распад наблюдается в неустойчивых изотопах более легких ядер (гидроген, натрий, азот и т.п.). β -частица испускается материнским ядром и образуется дочернее ядро. Есть три типа β-распада: электронный β- распад, позитронный β- распад и электронный захват. a) электронный β-распад: из материнского ядра образуется электрон (_-1β⁰-частица). Атомный номер дочернего ядра повышается на единицу по сравнению с материнским ядром. Также образуется антинейтрино – незаряженная частица, практически не имеющая массы - v^–: _ZX^A → _Z+1Y^A + _-1β⁰ +v^– b) позитронный β- распад из материнского ядра испускаются позитрон (₊₁β-частица) и нейтрино (v). Атомный номер дочернего ядра уменьшается на единицу по сравнению с материнским:           _ZX^A → _Z-1Y^A + ₊₁β⁰ +vc) электронный захват. Один из атомных электронов взаимодействует с ядром (чаще всего с К-уровня, но может и сL-, M- уровней) и захватывается им. В результате протон ядра превращается в нейтрон: _ZX^A  + _-1e⁰ =  _Z-1Y^A + v

Явление γ-излучения ядер состоит в том, что ядро (A,Z) испускает g квант без изменения массового числа А и заряда ядра Z. Испускание γ-излучения обычно происходит после α- или β-распадов атомных ядер, если образовавшееся ядро образуется в возбужденном состоянии.