Радіоактивність: визначення

Радіоактивність (від лат. radio — випромінюю і activue — діяльний) — властивість атомних ядер мимовільно (спонтанно) змінювати свій склад — заряд Z, масове число А шляхом випущення елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Відкриття радіоактивності.

Фізика атомного ядра Радіоактивність

Явище радіоактивності було відкрито Беккерелем у 1896 р. при його дослідженнях люмінесценції солей урану: він виявив спонтанне випущення невідомого випромінювання. Дослідження інших хімічних елементів на предмет радіоактивності дозволило в 1898 р. Марії Склодовської-Кюрі у Франції (і іншим вченим) виявити світіння торію, а потім виділити невідомий раніше елемент полоній (названий так на честь батьківщини Марії Кюрі — Польщі). Через деякий час був відкритий елемент радій, що дає дуже інтенсивне випромінювання. Явище мимовільного випромінювання за пропозицією Марії і П’єра Кюрі було названо радіоактивністю. Незабаром Е. Резерфорд і подружжя Кюрі встановили, що радіоактивне випромінювання складається з променів трьох видів: α-променів, що складаються з позитивних α-частинок, які є ядрами гелію), β-променів, або негативно заряджених β-частинок (які виявилися електронами), і γ-променів, які не мають заряду, які опинилися γ-квантами (жорстким електромагнітним випромінюванням). Класичний досвід, що дозволив виявити складний склад радіоактивного випромінювання, зображений на малюнку нижче. На випромінювання препарату радію, поміщеного на дно вузького каналу в шматку свинцю, діяло сильне магнітне поле з лініями індукції, перпендикулярними променю. Перпендикулярно каналу розташовувалася фотопластинка. Вся установка розміщувалась у вакуумі. За відхиленням променя визначався заряд частинок, його складових.

Гамма-промені.

Те, що це електромагнітна хвиля, було доведено дослідами по дифракції на кристалах. В ході цих дослідів була визначена довжина хвилі γ-променів: від 10-8 до 10-11 див. Їх проникаюча здатність значно вище, ніж у рентгенівських променів. На шкалі електромагнітних хвиль γ-промені йдуть безпосередньо за рентгенівськими. Швидкість поширення, як у всіх електромагнітних хвиль, — 300 000 км/с.

Бета-промені.

Бета-промені були ідентифіковані як електрони, які рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла, за сильного відхилення як в магнітному, так і електричному полі. Швидкості β-частинок, испущенных радіоактивним елементом, різні, що призводить до розширення пучка (див. рис. вище).

Альфа-частинки.

Альфа-частинки відхиляються в магнітному і електричному полях менше інших, що ускладнювало їх ідентифікацію. Остаточно природу α-частинок вдалося з’ясувати Е. Резерфорду. За допомогою експериментів в магнітному полі він визначив співвідношення заряду і маси. За допомогою лічильника Гейгера виміряв кількість частинок, испущенных препаратом за певний час, а за допомогою електрометра визначив їх сумарний заряд, розрахувавши, таким чином, заряд однієї α-частинки (+2). Експериментально природа альфа-частинок була підтверджена за допомогою спектрального аналізу газу, що утворився за кілька днів у резервуарі, у якому Резерфорд збирав α-частинки. Кожна α-частинка захоплювала два електрони і перетворювався на гелій.

Радіоактивні перетворення. Альфа-, бета-, гамма-розпад.

У процесі дослідження явища радіоактивності виявилося, що радіоактивні елементи в результаті випущення радіоактивного випромінювання перетворюються в інші елементи. При радіоактивному розпаді відбувається ланцюжок послідовних перетворень атомів.

Після того, як було відкрито атомне ядро, відразу стало ясно, що саме воно зазнає перетворення при радіоактивних распадах. Адже на електронних оболонках немає α-частинок. а зменшення числа електронів оболонки перетворює атом в іон. а не новий хімічний елемент.

Правило зміщення. Перетворення ядер підпорядковуються так званим правилом зміщення, сформульованому вперше Содді: при α-розпаді ядро втрачає позитивний заряд 2е, і маса його убуває приблизно на чотири атомні одиниці маси. У результаті елемент зміщується на дві клітини до початку Періодичної системи. Це записується так:

Фізика атомного ядра Радіоактивність

Тут елемент позначається загальноприйнятими символами. Заряд ядра вказується у вигляді індексу внизу ліворуч від символу елемента, а атомна маса — у вигляді індексу зліва вгорі символу. Для α-частинки, яка є ядром атома гелію, застосовують познаку Фізика атомного ядра Радіоактивність.

При β-розпаді атом втрачає електрон. В результаті заряд ядра збільшується на одиницю, маса залишається майже незмінною:

Фізика атомного ядра Радіоактивність

Тут Фізика атомного ядра Радіоактивність позначає електрон: індекс 0 зверху означає, що маса його дуже мала у порівнянні з атомною одиницею маси. Після β-розпаду елемент зміщується на одну клітку ближче до кінця Періодичної системи.

Гамма-випромінювання не супроводжується зміною заряду; маса ж ядра змінюється мізерно мало.

ПОДІЛИТИСЯ: