8. Виды радиоактивных превращений

Радиоактивность — самопроизвольное превращение ядер атомов одних элементов в другие, сопровождающееся ис­пусканием ионизирующих излучений.

1. Альфа-распад характерен для естественных радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами. Альфа-распад приводит к уменьшению поряд­кового номера вещества на две единицы и массового числа на четыре единицы. Альфа-частицы, испускаемые изотопами, по своей энер­гии или однородны, или разделяются на небольшое число групп. Испускание альфа-частиц различной энергии ядрами одно­го и того же вида может происходить при различных энергети­ческих уровнях. Поэтому при распаде могут возникать возбуж­денные ядра (продукты распада), которые, переходя в основ­ное состояние, испускают гамма-кванты.

2. Электронный бета-распад характерен как для естественных, так и для искусственных радиоактивных элементов при этом ядро испускает электрон и возникает ядро нового элемента при неизменном массовом числе. Энергетический спектр бета-частиц непрерывный, так как вылет электронов со­провождается выбросом нейтрино — элементарной частицы с массой менее 12000 массы покоя электрона. Суммарная энер­гия бета -частиц и нейтрино равна максимальной энергии, харак­терной для данного изотопа. При испускании бета-частиц ядра атомов могут находиться в возбужденном состоянии. Переход их в невозбужденное состо­яние сопровождается испусканием гамма-квантов.

3. Позитронный бета-распад наблюдается у некоторых искусст­венных радиоактивных изотопов, например, изотопов фосфора, при этом порядковый номер распадающегося атома уменьшается на единицу, а масса практически не изменяется. Аналогично спектру энергии электронного бета-распада спектр энергии позитронного распада непрерывен.

4. К-захват (захват орбитального электрона ядром), когда ядро захватывает электрон с К-оболочки и происходит такое же превращение ядра, как и при позитронном распаде. Позитронный распад и К-захват являются конкурирующи­ми процессами. Если возможно испускание позитрона, то воз­можен и процесс К-захвата. Если энергия гамма-кванта меньше энергии покоя электрона, единст­венным энергетически возможным процессом бывает К-за­хват. При К-захвате единственной вылетающей из ядра частицей является нейтрино. При К-захвате возникает характеристичес­кое рентгеновское излучение.

5. Деление ядер. Этот процесс наблюдается у радиоактив­ных элементов с большим атомным номером (например, ²³⁵U, ²³⁹Pu и др.) при захвате их ядрами медленных нейтронов.

Веро­ятность осуществления деления ядер по сравнению с вероят­ностью их альфа-распада незначительна. Одни и те же ядра при делении формируют различные пары осколков, при этом образуются осколки с избыточным количеством нейтронов. Эти осколки часто пре­терпевают несколько последовательных бета-распадов. Возникающие при самопроизвольном делении тяжелых ядер ядра легких элементов имеют большую энергию связи, приходящуюся на одну частицу. При этом выделяется энергия, соответствующая разнице энергии связи частиц в ядрах тяже­лых и легких элементов. Это явление служит для получения ядерной энергии.

В случае, если возникающие при делении одного ядра нейтроны вновь используются для последующего деления других ядер, реакция будет цепной. Когда цепная реакция нарас­тает лавинообразно в результате выделения энергии в течение короткого промежутка времени, происходит взрыв. Это явле­ние возможно тогда, когда масса способного к делению мате­риала достигает критической величины.

6. Термоядерные реакции протекают лишь при температу­рах, достигающих нескольких миллионов градусов. В этих ус­ловиях ядра легких элементов, двигаясь с большими кинети­ческими энергиями, будут сближаться на малые расстояния и объединяться в ядра более тяжелых элементов. На этом принципе основано устройство термоядерных заря­дов. Они состоят из плутониевого запала, служащего для созда­ния высокой температуры, и смеси изотопов легкого элемента.