Превращение элементов при радиоактивном распаде

При радиоактивном распаде изменяются и зарядовое число Z, и массовое число А ядра (рис. 1.8). В настоящее время видами радиоактивного распада считают a-распад с испусканием
a-частиц или ядер гелия ; бета-минус-распад с испусканием электрона (b^–-частицы) и еще одной частицы – антинейтрино ; бета-плюс-распад с испусканием позитрона[2] (b⁺-частицы) и нейтрино ; электронный захват или ЭЗ, когда ядро захватывает электрон собственной электронной оболочки атома и испускает нейтрино ; и последний вид распада – спонтанное деление. Большинство видов распада сопровождается электромагнитным фотонным излучением, которое называется гамма-излучением (g-кванты).

Еще одним видом ядерного превращения является изомерный переход (ИП) ядра из метастабильного энергетического состояния в нормальное. При изомерном переходе энергия возбуждения ядерного изомера излучается в виде g-кванта.

Если изобразить преобразование ядер при различных видах распада в координатах (Z,N) таблицы нуклидов, то получим схему ядерных превращений, представленную на рис. 1.8. Ядерное превращение приводит к «перемещению» ядра из одной клетки, удаленной от области стабильности, в сторону клетки, расположенной ближе к этой области. При этом нейтронно-дефицитные ядра претерпевают b⁺-распад или ЭЗ. В ряде случаев такие ядра могут претерпевать и a-распад. Нейтронно-избыточные ядра, как правило, претерпевают b^–-распад. Иллюстрацией этой закономерности служат данные о типах распада изотопов цезия, приведенные в табл. 1.4. Очень часто ядра, находящиеся рядом с областью стабильности (¹³²Cs и ¹³⁴Cs в табл. 1.4), могут претерпевать различные превращения (b⁺, ЭЗ и b^–).

Рис. 1.8. Преобразование ядра при различных видах распада

Цепочки радиоактивных распадов могут быть элементарными, простыми и сложными. Элементарные цепочки содержат только материнский радионуклид и один стабильный дочерний. В простых цепочках распад материнского радионуклида приводит к образованию одного дочернего радионуклида и т.д.; при этом распад каждого члена такого радиоактивного семейства всегда приводит к возникновению только одного дочернего нуклида. Сложные цепочки распадов представляют собой ветвящиеся структуры. Они возникают, когда в результате распада отдельных радионуклидов в цепи могут образовываться два или три различных нуклида. На рис. 1.9 показаны примеры таких цепочек распада.

Рис. 1.9. Примеры цепочек распада радионуклидов

(в квадратных скобках стабильный нуклид)

Цепочка распадов тянется до тех пор, пока в результате ядерных превращения не возникнет стабильный нуклид. При распаде тяжелых элементов, находящихся далеко от области стабильности, возникают цепочки распадов (радиоактивные семейства) с большим числом радионуклидов. Например, сложная цепочка распадов, порожденная ядерным превращением радиоактивного природного изотопа урана, ²³⁸U, заканчивается образованием стабильного ²⁰⁶Pb и содержит 18 радиоактивных потомков.