ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Радиоактивный распад атомных ядер из "Новые элементы в периодической системе Д И Менделеева Издание 2" Явление радиоактивности — самопроизвольного превращения ядер — было открыто в 1896 г. А. Беккерелем и затем подробно исследовано супругами Марией и Пьером Кюри и другими учёными. Всего в природе было обнаружено около сорока радиоактивных изотопов различных элементов с 2 = 81—84, 86, 88—92, являющихся продуктами распада урана, протактиния и тория. В 1934 г. Фредерик и Ирэн Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, т. е. образование радиоактивных изотопов из устойчивых в результате ядерных реакций, вызванных разными видами излучения. С тех пор открыто и изучено более восьмисот радиоактивных изотопов всех элементов периодической системы Д. И. Менделеева. [c.30] Радиоактивные свойства ядер описываются скоростью радиоактивного распада, видом и энергией испускаемых при распаде частиц. [c.30] Первоначально был исследован радиоактивный распад природных радиоактивных изотопов, причём было наблюдено излучение трёх видов, названное альфа-частицами (а), бета-частицами (Р) и гамма-лучами ( (). [c.31] Бета-распад. Испускание бета-частиц, или бета-распад ядер, состоит в том, что атомное ядро выбрасывает электроны за счёт того, что в ядре один нейтрон превращается в протон при этом образуется элемент, отстоящий на одну клетку вправо от исходного в периодической системе. Массовое число ядра при р-распаде не меняется. [c.31] При исследовании р-распада было обнаружено, что испускаемые ядром электроны обладают не какой-то определённой энергией, но сплошным спектром энергий — от нуля до некоторой максимальной величины (обычно порядка Мэе), характерной для распада каждого данного изотопа и равной разности полной энергии исходного и конечного ядер. Долгое время оставалось непонятным, куда растрачивается избыток энергии во всех случаях, когда энергия испускаемого электрона меньше максимальной. Непонятным был и другой факт спин электрона равняется 1/2, а разность спинов исходных и конечных ядер при -распаде всегда целочисленна. [c.31] Все эти факты были объяснены предположением, что при Р-распаде, кроме электрона, энергию уносит ещё одна частица, названная нейтрино, масса которой гораздо меньше массы электрона, а спин равен 2- Законы механики не накладывают никаких ограничений на распределение энергии между тремя телами — электроном, нейтрино и остаточным я.ром, и поэтому спектр электронов оказывается сплошным. [c.31] Легко понять, что поскольку массовые числа соседних членов ряда либо различаются на 4 (а-распад), либо одинаковы (Р-распад), то один и тот же изотоп может входить только в один ряд распада. Изотопы с массовыми числами Л = 4д (я = 52—58) образуют ряд распада тория, изотопы с Л = 4я + 2 (я = 51—59) —ряд распада урана, изотопы с Л = 4я-(-3 (я = 51—58) — ряд распада актиния. Ряд распада с массовыми числами Л = 4я + 1 в природе не был обнаружен. [c.33] При изучении свойств а-радиоактивных изотопов было замечено, что с возрастанием энергии испускаемых при распаде а-частиц, меняющейся в трёх природных радиоактивных семействах в пределах от 4 до 9 Мэе, очень сильно возрастает скорость радиоактивного распада. Действительно, периоды полураспада природных а-радиоактивных изотопов меняются в пределах от 14 млрд. лет до 3 10 сек., т. е. более чем в 10 раз Количественно связь между периодом полураспада и энергией а-частиц выражается законом Гейгера — Нэттола Ту = Л — Blg Е, причём константы А к В имеют различные значения для каждого из трёх радиоактивных семейств. [c.33] Значительно позднее того, как закон Гейгера — Нэттола был установлен, он нашёл себе теоретическое объяснение, которое явилось первым удачным применением квантовой механики к ядерной физике. [c.33] Испускание -лучей. Третий вид излучения, обнаруженный среди природных радиоактивных изотопов, -лучи, представляет собой нейтральное электромагнитное излучение, не обладающее массой покоя. Эти лучи невидимы простым глазом и обладают ещё большей (в десятки и сотни раз) энергией, чем рентгеновские лучи, т. е. они ещё более коротковолновые. [c.33] Испускание -лучей не приводит к превращению элементов. Подобно тому как в атомах переход электрона с одной оболочки на другую, более близкую к ядру, т. е. переход с более высокого энергетического уровня на более низкий, сопровождается испусканием световых квантов с энергией, равной разности энергий двух уровней, так и в ядрах существуют различные возбуждённые состояния, различные уровни, переходы между которыми сопровождаются испусканием -квантов. [c.33] Значения энергий даны в Мэе. [c.35] Электронный захват. Вскоре после открытия Р -распада Л. Альварецом было обнаружено явление так называемого электронного захвата. Это явление состоит в том, что электрон, находящийся на одной из ближайших к ядру оболочек, захватывается ядром, причём один протон ядра превращается в нейтрон. Очевидно, что при электронном захвате, как и при р+-распаде, образуется элемент, отстоящий в периодической системе на одну клетку влево от исходного. Чаще всего захватывается ядром электрон из ближайшей к ядру оболочки, называемой /С-оболочкой соответственно такой электронный захват называется /С-за-хватом. Реже встречается -захват, т. е. захват из второй от ядра (I) оболочки. [c.36] Изомерия. И. В. Курчатовым, Б. В. Курчатовым, Л. В. Мысовским и Л. И. Русиновым была открыта изомерия искусственных радиоактивных изотопов. Явление изомерии связано с возможностью длитёльного пребывания ядер в возбуждённых состояниях. [c.36] Существуют два вида распада изомеров. В одном случае оба изомера, распадаясь одинаковым способом (например, р - или р+-распад, /С-захват), дают ядра соседнего элемента, однако энергия испускаемых частиц и период полураспада для двух изомеров различны. Другой — более распространённый— вид изомерии состоит в том, что один из изомеров, испуская -лучи, превращается в другой, распадающийся уже по другому механизму (Р - или р+-распад, /С-захват). [c.36] Например, при облучении нейтронами ядер д Вг образуются в результате захвата нейтронов два вида ядер 35ВГ . [c.36] Часть этих ядер испытывает -распад с периодом полураспада 18 мин., образуя изотоп деКг , другая часть — изомерные ядра — испускает - -лучи с периодом полураспада 4,4 часа. При этом в результате испускания у-лучей ядра изомера (обозначаемого индексом н , т. е. метастабильный, неустойчивый, или 0, например дбВг или Вг ) превращаются в ядра основного изотопа 3561 °. [c.37] Внутренняя конверсия. С испусканием ядрами -квантов (и, в частности, с изомерными переходами) связан еще один вид радиоактивности — внутренняя конверсия. Этот процесс сводится к тому, что возбуждённое ядро, не излучая -квантов, непосредственно передаёт свою энергию электрону одной из ближайших к ядру оболочек, вследствие чего электрон вырывается из атома. После внутренней конверсии возникает вт(фичное излучение характеристических рентгеновских лучей из-за перехода электронов атомных оболочек на освободившееся вблизи ядра место. Очевидно, что внутренняя конверсия не приводит к превращению элементов. [c.37] Спонтанное деление. Последний из известных сейчас видов радиоактивного распада был открыт в 1939 г. Г. Н. Флёровым и К. А. Петржаком. Это — спонтанное (самопроизвольное) деление атомных ядер. При таком делении, характерном для ядер самых тяжёлых элементов периодической системы, образуются два осколка — ядра элементов, расположенных в середине периодической системы, и испускаются два-три нейтрона. Деление тяжёлых ядер сопровождается значительным выделением энергии так, энергия деления урана близка к 200 Мэе. Но для всех природных тяжёлых элементов процесс спонтанного деления является очень редким например, ядра 3 испытывают (х-распад с вероятностью, в 1,8 млн. раз превышающей вероятность спонтанного деления. [c.37] Довольно часто встречаются случаи, когда ядра данного изотопа могут распадаться несколькими путями. В таких случаях можно говорить как об общих величинах констант распада или периодах полураспада, так и о константах распада или периодах полураспада относительно того или иного пути превращения. [c.37] Вернуться к основной статье