Радыяактыўнасьць

Радыяакты́ўнасьць (лац. radio — выпраменьваю, activus — дзейны) — радыяактыўны распад, працэс, шляхам якога нестабільныя ядры некаторых атамаў распадаюцца з выпраменьваньнем альфа-, бэта- ці гама- промняў або спантанна дзеляцца.

Выяўлена, што радыяктыўнымі зьяўляюцца ўсе хімічныя элемэнты з парадкавым нумарам, большым за 82 (то бок пачынаючы з бісмута), і многія больш лёгкія элемэнты (прамэт і тэхнэц ня маюць стабільных ізатопаў, а ў некаторых элемэнтаў, такіх як інд, каль ці вапень Ca, частка прыродных ізатопаў стабільныя, іншыя ж зьяўляюцца радыяктыўнымі).

Распад, які суправаджаецца выпусканьнем альфа-часьцінак, назвалі альфа-распадам; распад, які суправаджаецца выпусканьнем бэта-часьцінак, быў названы бэта-распадам (у цяперашні час вядома, што існуюць тыпы бэта-распаду без выпусканьня бэта-часьцінак, аднак бэта-распад заўсёды суправаджаецца выпусканьнем нэўтрына ці антынэўтрына). Тэрмін «гама-распад» прымяняецца рэдка; выпусканьне ядром гама-квантаў называюць звычайна ізамэрным пераходам.

Гісторыя

Радыяактыўнасьць упершыню выявіў і пачаў вывучаць францускі навукоўца Антуан Анры Бэкерэль у 1896 годзе. Таксама фэномэн радыяактыўнасьці вывучалі Марыя Складоўская-Кюры, П’ер Кюры, Эрнэст Рэзэрфорд.

Падчас Другой сусьветнай вайны пачалася распрацоўка ядзернай зброі. У 1945 годзе на Хірасіму і Нагасакі ЗША скінула ядзерныя бомбы.

У 1986 годзе адбылася Чарнобыльская катастрофа.

Час радыяактыўнага распаду

Распад радыяактыўнага рэчыва адбываецца паводле наступнай формулы:

N(t)=N_{0}e^{-\lambda t}.\,

N₀ — пачатковая колькасьць атамаў радыяактыўнага рэчыва;
N — канчатковая колькасьць атамаў радыяактыўнага рэчыва праз час t;
λ — канстанта распаду

Час, за які колькасьць радыяактыўнага рэчыва меншае ўдвая, называецца пэрыядам паўраспаду:

t_{1/2}={\frac {\ln 2}{\lambda }}

Радыяактыўнае рэчыва можа мець пэрыяд паўраспаду ад доляў сэкунды да мільярдаў гадоў. Вонкавыя ўмовы на хуткасьць працэсу не ўплываюць.

Радыяактыўныя элемэнты, якія сустракаюцца ў прыродзе: ізатоп урану ²³⁸U (пэрыяд паўраспаду 4.47×10⁹ гадоў), ізатоп урану ²³⁵U (пэрыяд паўраспаду 7.04×10⁸ гадоў), ізатоп тору ²³²Th (пэрыяд паўраспаду 1.41×10¹⁰ гадоў).

Пэрыяды паўраспаду некаторых іншых элемэнтаў:

ізатоп ёду ¹²⁹I — 1,7×10⁷ гадоў;
ізатоп вугляроду ¹⁴C — 5,73×10³ гадоў;
ізатоп фосфару ³²P — 14,28 дзён;
ізатоп магну ²⁷Mg — 9,46 хвілінаў;
ізатоп магну ²⁰Mg — 0,6 сэкунды;

Тыпы распаду

Выдзяляюць наступныя тыпы радыяактыўнага распаду: альфа-распад, бэта-распад, спантаннае дзяленьне, электронны захоп, ізамерны пераход. Падчас альфа-распаду ядро выпраменьвае альфа-часьцінку і ператвараецца ў ядро, зарад якога меншы на 2, а масавы лік — на 4. Падчас бэта-распаду выпраменьваецца электрон (альбо пазытрон) і антынэўтрына (альбо нэўтрына). Падчас электроннага захопу ядро захоплівае электрон з арбіты. Выпрамененныя бэта-часьцінкі маюць непарыўны спэктар энэргіі. Пры альфа- і бэта-распадзе пачатковае і канчатковае ядро часам знаходзяцца ва ўзбуджаным стане. Пераход зь яго ў стан зь меншай энэргіяй суправаджаецца гама-выпраменьваньнем. Калі час знаходжаньня ядра ва ўзбуджаным стане большы за 10⁻¹⁰ сэкунды, стан называюць ізамерным пераходам. Спантаннае дзяленьне — адвольнае расшчапленьне ядра на два аскепкі прыблізна роўнай масы; суправаджаецца выпраменьваньнем 2—3 нэўтронаў. Падчас аднаго акту спантаннага дзяленьня вылучаецца энэргія каля 160 МэВ, а пры іншых радыяактыўных ператварэньнях — ад дзясяткаў кэВ да некалькіх МэВ. Адзінка вымярэньня — распад у сэкунду, кюры.

Формулы распаду

Бэта-выпраменьваньне:

\mathrm {n} \rightarrow \mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }}_{e}

Электронны захоп:

\mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {n} +{\nu }_{e}

Выпраменьне пазытрону:

\mathrm {p} \rightarrow \mathrm {n} +\mathrm {e} ^{+}+{\nu }_{e}

Альфа-распад

α-распадам называюць спантанны распад атамнага ядра на даччынае ядро і α-часьцінку (ядро атам ⁴He).

α-распад, як правіла, адбываецца ў цяжкіх ядрах з масавай лічбай А≥140 (але ёсьць некалькі выключэньняў). Унутры цяжкіх ядраў за кошт уласьцівасьці насычэньня ядзерных сілаў утвараюцца адасобленыя α-часьцінкі, якія складаюцца з двух пратонаў і двух нэўтронаў. α-часьцінка, якая ўтварылася, зьяўялецца падвержанай вялікаму ўзьдзеяньню кулёнаўскіх сілаў адшутрхваньня ад пратонаў ядра, чым асобныя пратоны. Адначасова α-часьцінка адчувае меншае ядзернае прыцягненьне да нуклёнаў ядра, чым астатнія нуклёны. Альфа-часьцінка, якая ўтварылася на мяжы ядра, адлюстроўваецца ад патэнцыйнага бар’еру ўнутр, аднак зь некаторай верагоднасьцю яна можа пераадолець яго і выляцець вонкі. З памяншэньнем энэргіі альфа-часьцінкі пранікальнасьць патэнцыйнага бар’еру экспанэнцыйна памяншаецца, таму працягласьць жыцьця ядраў зь меншай даступнай энэргіяй альфа-распаду большая пры астатніх роўных умовах.

Правілы зрушэньня Соды для α-распаду:

{}_{Z}^{A}{\textrm {X}}\rightarrow {}_{Z-2}^{A-4}{\textrm {Y}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}

.

Узор:

{}_{92}^{238}{\textrm {U}}\rightarrow {}_{90}^{234}{\textrm {Th}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}

.

У выніку α-распаду элемэнт зрушваецца на 2 клеткі да пачатку табліцы Медзялеева, масавая лічба даччынага ядра памяншаецца на 4.

Бэта-распад

Бэта-распад — гэта працэс, пры якім ядро выпраменьвае дзьве часьцінкі. З-за наяўнасьці другога кампанэнту распаду спэктар энэргіі прадуктаў распаду непарыўны.

Гама-распад (ізамэрны падыход)

Амаль усе ядры маюць, акрамя асноўнага квантавага стану, дыскрэтны набор узбуджаных станаў з большай энэргіяй (выключэньнем зьяўляюцца ядры ¹H, ²H, ³H и ³He). Узбуджаныя станы могуць засяляцца пры ядзерных рэакцыях альбо радыёактыўным распадзе іншых ядраў. Большасьць узбуджаных станаў маюць вельмі малую працягласьць жыцьця (менш за нанасэкунду). Аднак існуюць і дастаткова доўгажывучыя станы (працягласьць жыцьця каторых вымяраецца мікрасэкундамі, суткамі ці гадамі), якія называюцца ізамэрнымі, хоць мяжа паміж імі і кароткажывучымістанам вельмі ўмоўная. Ізамэрныя станы ядраў, як правіла, распадаюцца ў асноўны стан (часам празь некалькі прамежкавых станаў). Пры гэтым выпраменьваюцца адзін ці некалькі гама-квантаў; узбуджэньне ядра можа здымацца таксама пасродкам вылету канвэрсыйных электронаў з атамнай абалонкі. Ізамэрныя станы могуць распадацца таксама і пасродкам звычайных бэта- і альфа-распаду.

Выкарыстаньне

Атамныя рэактары, мэдыцына, хімія, ядзерная зброя.

Глядзіце таксама

Сцынтыляцыйны лічыльнік

Літаратура

Беларуская савецкая энцыкляпэдыя. У 12 т. / Беларуская Савецкая Энцыклапедыя; Рэдкал.: П. У. Броўка (гал. рэд.) і інш.. — Мн.: БелСЭ.