53.Явление радиоактивности.

В 1896 г.фр. физ.Беккерель, изучая люминесценцию cолей урана, обнаружил самопроизвол. испускание ими излуч. неизвестной природы, кот. вызывало почернение фотопластинки, ионизацию воздуха, свечение некот. в-в и проникало сквозь тонкие Ме пластинки. Обнаруженное излуч. было названо радиоактивным излучением, а само явл. испускания радиоактивного излуч.–радиоактивностью. В наст.вр.под радиоактивностью понимают превращение неустойчивых изотопов 1-го хим. эл-та в изотопы др. эл-та, сопровождающееся испусканием некот. ч-ц и выдел-ем эн. Необх-ое усл. радиоактивного распада(РР) заключ. в том, что масса исходного ядра должна превышать сумму масс продуктов распада. Поэтому каждый РР происходит с выдел. эн. Резерфорд заметил, что радиоактивное излуч. неоднородно по составу. В магн.поле узкий пучок радиоактивного излуч. расщеплялся на три компонента: слабо отклон. пучок положительных  - лучей; сильно отклон. пучок отрицательных β -лучей; неотклон. пучок  - лучей. Исслед. этих компонентов выяс-ло их природу и основ. св-ва.- излуч. Представ. собой поток моноэнергетич, ядер гелия ₂⁴He. -ч-цы обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью (поток  излуч.задерж. слоем Al толщ. 0,05 мм). β- излуч. представляет собой поток быстрых e или позитронов. Его ионизирующая способность ≈ в 100 раз меньше, чем у - ч-ц, а проникающая способность значительно больше (поглощ. слоем Al толщиной примерно в 2 мм).β- излуч. сильно рассеивается в в-ве. - излуч. не отклоняется магн. и эл. полями. Обладает слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (проходит через слой свинца толщ. 5 см). При прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. - излуч. представляет собой эл/м излуч. с длиной волны λ < 10⁻¹⁰ м и имеет ярко выраженные корпускул. св-ва. - кванты испускаются дочерними ядрами при переходе их из возбужденного состояния в норм. Атомное ядро испытывающее РР наз материнским, а возникающее в рез-те распада – дочерним. При РР ядра распадаются независимо др.от друга, и распад каждого явл. случайным событием. Вероятность этого события, т.е. распада ядра за 1с явл. константой для данного радиоактивного в-ва и наз постоянной РР, кот. численно =доле ядер, распад.за 1с. Если в момент вр. t число ядер радиоактивного изотопа равно N, то по истечении вр. dt убыль ядер вследствие распада dN составит dN=-λNdt.Получим з-н РР: N=N₀e^−λtгде N₀ – нач. кол-во нераспавшихся ядер (в момент вр. t=0), N – число нераспавшихся ядер в момент вр. t. Хар-кой устойчивости ядер относительно распада явл.период полураспада Т – вр., за кот. исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое. Тогда N₀ / 2 = N₀e^−λt, откуда T = ln2/λ = 0,693/λ = 0,693τ. τ = 1/λ. Заметим, что τ = промежутку вр., за кот. первоначальное кол-во ядер уменьш. в е раз. Активностью А радиоактивного образца наз. число распадов, происходящих с ядрами образца за 1 с.:A = |dN/dt|=λN. Активность радиоактивного изотопа убывает со вр-ем по экспоненциальному з-ну. Ед. активности в СИ явл. 1 беккерель (Бк) = 1 распад/сек. В яд. ф-ке применяется внесист. ед. 1 кюри (Ки) = 3,7·10¹⁰ Бк. Основ. типы радиоактивности явл. -, β -,и -распады. 1 -распад – превращения атомных ядер, происходящих с испуск - ч-ц. А_r(A,Z)<А_r(A-4,Z-2)+А_r(⁴He). Основ. особенности - распада.1. В большинстве случаев при распаде ядер вылетающие  - ч-цы имеют одинаковые эн, т.е. явл. моноэнергетическими. 2. Некот.ядра испускают несколько типов моноэнергетических - ч-ц, что получило наз. тонкой структуры - спектров. Например, ₈₈²²⁶Ra испускает - ч-цы двух эн: Е_1 = 4,88 МэВ (96%) и Е_2 = 4,68 МэВ (4%).- ч-цы с меньшей эн.испускаются с меньшей интенсивностью. Ширина линии  0,1 эВ хар-ет степень монохроматичности - ч-ц.3.Эн. - -ц почти для всех 2000 известных - актив. изотопов лежит в интервале от 4 до 9 МэВ. Ср знач. эн. равно ≈ 6 МэВ. 4. два случая -распада, когда наряду с основной группой - ч-ц испускается небольшое кол-во -ч-ц с эн.10,5МэВ. Такие -ч-цы наз. длиннопробежными. 5. м/д эн. -ч-цы и периодом полураспада радиоактивных ядер (от 3∙10^-7 с до 5∙10¹⁵ лет) сущ. связь. Чем больше эн. - распада, тем быстрее он происходит. 2 β-распад.Самопроизвольный процесс, в кот. исходное ядро превращается в др.с тем же массовым числомА и с зарядовым числом Z, отличающегося от исходного на ±1. - распад сопровождается испусканием е (позитрона) или захватом е из оболочки атома. Одновременно ядро испускает нейтрино или антинейтрино. Периоды полураспада - активных ядер лежат в пределах от 10^-2 с до 10¹⁸ лет.- распад наблюдается на ядрах как с малыми, так и с большими знач. массового числа А. Различают 3 разновидности - распада.1. Электронный ^- распад, в кот. ядро испускает е и его зарядовое число становится Z+1.представ.собой превращ. одного из нейтронов ядра в протон с испусканием е и антинейтрино:Если дочернее ядро вначале наход. в возбужденном состоянии, то при переходе его в норм. состояние может испускаться - квант с эн. hν. 2. Позитронный ⁺- распад,в кот. ядро испускает позитрон и его зарядовое число становится Z-1.представ.собой превращ.1-го из протонов ядра в нейтрон с испуск. позитрона и нейтрино:3. К- захват.У многих тяжелых ядер протекает процесс 3-го вида распада, наз. электронным захватом. Возбужденное ядро захват. е с ближайшей к ядру оболочки атома (обычно К-оболочки) и его зарядовое число становится равным Z-1. Один из протонов ядра превращ. в нейтрон и возникает нейтрино: e⁻ + p → n + . 3 γ-излуч. γ -лучи как самост. вид радиоактивности не встречается. Они сопровождают - и - распады. γ- лучи испускаются дочерним ядром, кот. в момент своего образования оказывается возбужденным. При переходе в норм. или менее возбужденное сост. дочернее ядро испускает γ- излуч., имеющ. линейчатый спектр. Св-ва γ- излуч. были док-ны при изуч. явл. фотоэффекта на е внутренних оболочек атома под действием γ- лучей, испускаемых ядром. Эн. фотоэлектрона еφ конверсии связана с эн. hν γ- кванта ур-ем Эйнштейна для фотоэффекта:еφ_n = hν - A_n,гдеA_n– работа выхода е с n- ой электронной оболочки атома. В р-те конверсии атом теряет е-ы из внутр. оболочек, на их место переходят е -ы с внеш. оболочек, что сопровождается характеристическим рентгеновским излуч. Энер. γ- кванта можно записать в виде hν_ik = E_i - E_k где ν_ik – частота γ-кванта, соотв-щая переходу ядра из состояния с энергией E_i в состояние с эн.E_k.Измерения эн. γ- квантов показали, что разность E_i - E_k в большинстве случаев имеет величину порядка 0,1 МэВ. Это означает:γ- лучи явл. коротковолновым э/м излучением с длиной волны, не превышающей 10⁻¹¹ м. Вр. жизни ядер в возбужденном сост. обычно очень мало τ<10⁻¹⁰с. Поэтому, при - и - распадах γ- квант вылетает практически одновременно с заряженной частицей. Поэтому γ- излуч. не выделяется в самост. вид распада, а говорят лишь о γ-излуч, сопутствующим др.видам распада. В некот. случаях вр. жизни ядра может оказаться весьма большим. Уровни ядер с аномально большими вр-ми жизни τ > 10⁻¹⁰с наз. метастабильными уровнями. Ядро, находящееся в метастабильном сост, наз. изомером по отношению к такому же ядру в основном сост, а все явл. в целом − ядерной изомерией. Некот. ядра имеют 2 и более метастабильных уровня. В наст.вр. известно более 100 изомеров. Один из наиболее долгоживущих изомеров ²³⁶Np (T_1/2 = 5500 лет).