Радиоактивность и ее виды, закон радиоактивного распада, уравнение определения возраста

Радиоактивностью называется самопроизвольные превращения ядер неустойчивых атомов (радионуклидов) в стабильные ядра других элементов, сопровождающиеся эмиссией частиц и(или) излучением энергии. Это самопроизвольный переход ядер нестабильных атомов в более стабильное состояние.

Свойство радиоактивности не зависит от химических свойств атомов, а определяется строением их ядер.

Имеется несколько различных способов, по которым может происходить распад нестабильных ядер, в любом случае радиоактивный распад сопровождается изменением Z и N родительского атома и приводит, таким образом, к превращению атома одного элемента в атом другого элемента.

Вскоре после того, как была открыта радиоактивность (Анри Беккерель), Резерфордом и другими учеными было показано, что радиоактивный распад сопровождается эмиссией излучения трех различных типов, которым дали название , , . Кроме того, могут выделяться и рентгеновские лучи.

-лучи - потоки высокоскоростных частиц - ядер Не,

- лучи - потоки электронов,

- лучи - электромагнитные волны с большой энергией и с более короткой длиной волны, чем Х-лучи.

Виды радиоактивности

-распад - распад путем эмиссии -частиц, он возможен для нуклидов с Z> 58 (Се), а также для группы нуклидов с небольшим Z , включая 5He, 5Li, 6Be. -частица состоит из 2 Р и 2N, происходит смещение на 2 позиции по Z. Первоначальный изотоп называется родительским или материнским, а новообразованный - дочерним.

-распад - имеет три вида : обычный -распад, позитронный -распад и электронный захват.

Обычный -распад - можно рассматривать (по теории Ферми) как процесс превращения нейтрона в протон и электрон, последний или бета-частица - выбрасывается из ядра, часто сопровождается эмиссией энергии в форме -излучения. Дочерний нуклид является изобаром родительского, но его заряд больше.

Возможна серия распадов пока не образуется стабильный нуклид.

Пример: 19K40 -> 20Ca40+ -+v- +Q.

Позитронный -распад - эмиссия из ядра положительной частицы позитрона + , по теории Ферми его образование можно рассматривать как превращение ядерного протона в нейтрон, позитрон и нейтрино. Дочерний нуклид является изобаром, но имеет меньший заряд.

Пример, 9F18 -> 8O18+++v+ Q

Атомы, имеющие избыток N и следовательно располагающиеся справа от зоны ядерной стабильности, являются --радиоактивными, так как при этом процессе число N уменьшается. Аналогично, атомы слева от области ядерной стабильности нейтроннодефицитны, ои испытывают позитронный распад и число их N увеличивается. Таким образом, при -и +-распаде наблюдается тенденция изменения Z и N , приводящая к приближению дочерних нуклидов к зоне ядерной стабильности.

Электронный захват - альтернативный механизмом, посредством которого ядро может уменьшить число Z и увеличить число N, является захват одного из орбитальных электронов. Наиболее высока вероятность захвата из К-оболочки, которая ближе всего к ядру. Электронный захват вызывает эмиссию из ядра нейтрино. Дочерний нуклид является изобаром, и занимает тоже положение относительно родительского, что и при позитронном распаде (табличка та же). --излучение отсутствует, а при заполнении вакансии в К-оболочке выделяются Х-лучи.

При -излучении не изменяются ни Z, ни A, оно связано с переходом ядер в возбужденное состояние; при возвращении ядра в обычное состояние энергия выделяется в форме -излучения.

Некоторые дочерние нуклиды природных изотопов U и Th могут распадаться либо испуская -частицы, либо путем -распада. Если вначале происходил -распад, то затем -распад, и наоборот. Другими словами, два этих альтернативных вида распада образуют замкнутые циклы и всегда приводят к одному и тому же конечному продукту, независимо от их последовательности.

Имеются целые цепочки последовательных - и -распадов, приводящие в конечном счете к одному и тому же конечному стабильному продукту - стабильным изотопам Pb.

Закон радиоактивного распада

Теория радиоактивного распада была сформулирована Резерфордом и Содди. Согласно их теории скорость распада радиогенного родительского нуклида пропорциональна числу его атомов (N).

Уравнение скорости распада имеет вид:

где -коэффициент пропорциональности, названный постоянной распада. Постоянная распада представляет собой вероятность того, что атом распадется за определенный промежуток времени, выражается в единицах времени в - 1 степени. N - есть величина скорости распада в любой момент времени t.

Принтегрировав от t=0 до t, и считая что в начальный момент t=0 N=No, получим

N=No*e-t

Последнее уравнение дает число радиоактивных родительских нуклидов(N), которое осталось к моменту t из первоначального их количества No (соответствующее t=0).