23 Радіоактивний розпад ядер
Радіоактивний розпад (від лат. Radius «промінь» і āctīvus «дієвий») - спонтанна зміна складу (заряду Z, масового числа A) або внутрішньої будови нестабільних атомних ядер шляхом випускання елементарних частинок, гамма-квантів і / або ядерних фрагментів [1] . Процес радіоактивного розпаду також називають радіоактивністю. а відповідні ядра (нукліди, ізотопи і хімічні елементи) радіоактивними. Радіоактивними називають також речовини, що містять радіоактивні ядра. Природна радіоактивність - мимовільний розпад атомних ядер, що зустрічаються в природі.
Штучна радіоактивність - мимовільний розпад атомних ядер, отриманих штучним шляхом через відповідні ядерні реакції.
Розпад, що супроводжується випусканням альфа-частинок, назвали альфа-розпадом; розпад, що супроводжується випусканням бета-частинок, був названбета-розпадом (в даний час відомо, що існують типи бета-розпаду без випускання бета-частинок, проте бета-розпад завжди супроводжується випусканням нейтрино або антинейтрино). Термін «гамма-розпад» застосовується рідко; випускання ядром гамма-квантів називають зазвичай ізомерних переходом. Гамма-випромінювання часто супроводжує інші типи розпаду, коли в результаті першого етапу розпаду виникає дочірнє ядро в збудженому стані, потім відчуває перехід в основний стан з випусканням гамма-квантів.
Енергетичні спектри α-частинок і γ-квантів, що випромінюються радіоактивними ядрами, переривчасті ( «дискретні»), а спектр β-частинок - безперервний.
В даний час, крім альфа-, бета- і гамма-розпадів, виявлені розпади з випусканням нейтрона, протона (а також двох протонів), кластерна радіоактивність, спонтанне ділення. Електронний захоплення, позитронний розпад (або β + -розпад), а також подвійний бета-розпад (і його види) зазвичай вважаються різними типами бета-розпаду.
Деякі ізотопи можуть відчувати одночасно два або більше видів розпаду. Наприклад, вісмут-212 розпадається з ймовірністю 64% вталлій-208 (за допомогою альфа-розпаду) і з імовірністю 36% в полоній-212 (за допомогою бета-розпаду).
Утворене в результаті радіоактивного розпаду дочірнє ядро іноді виявляється також радіоактивним і через деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивні ядро. Послідовність таких розпадів називається ланцюжком розпадів, а послідовність виникають при цьому нуклідів називається радіоактивним поруч. Зокрема, для радіоактивних рядів, що починаються з урану-238, урану-235 і торію-232, кінцевими (стабільними) нуклідами є відповідно свинець-206, свинець-207 і свинець-208.
Ядра з однаковим масовим числом A (ізобари) можуть переходити один в одного за допомогою бета-розпаду. У кожній ізобарно ланцюжку міститься від 1 до 3 бета-стабільних нуклідів (вони не можуть відчувати бета-розпад, проте не обов'язково стабільні по відношенню до інших видів радіоактивного розпаду). Решта ядра ізобарно ланцюжка бета-нестабільні; шляхом послідовних бета-мінус-або бета-плюс-розпадів вони перетворюються в найближчий бета-стабільний нуклід. Ядра, що знаходяться в ізобарно ланцюжку між двома бета-стабільними нуклідами, можуть відчувати і β - -, і β + -розпад (або електронний захват). Наприклад, існуючий в природі радіонуклід калій-40 здатний розпадатися в сусідні бета-стабільні ядра аргон-40 і кальцій-40:
Закон радіоактивного розпаду - закон, відкритий Фредеріком Содді і Ернестом Резерфордом експериментальним шляхом і сформульований в 1903 році. Сучасна формулювання закону:
що означає, що число розпадів за інтервал часу t в довільному речовині пропорційно числу N наявних в зразку радіоактивних атомів даного типу.
У цьому математичному вираженні λ - постійна розпаду, яка характеризує ймовірність радіоактивного розпаду за одиницю часу і має розмірність з -1. Знак мінус вказує на спад числа радіоактивних ядер з часом. Закон висловлює незалежність розпаду радіоактивних ядер один від одного і від часу: ймовірність розпаду даного ядра в кожну наступну одиницю часу не залежить від часу, що пройшов з початку експерименту, і від кількості ядер, що залишилися в зразку.
Цей закон вважається основним законом радіоактивності, з нього було вилучено кілька важливих наслідків, серед яких формулювання характеристик розпаду - среднеевремя жізніатома і період напіврозпаду