Рух як якісна зміна. Ядерні реакції

Чи можуть одні хімічні елементи перетворюватися в інші? Які особливості процесу радіоактивного розпаду? Як відбуваються ядерні реакції?

Урок-лекція

РАДІОАКТИВНІСТЬ ТА ЇЇ ВИД. Хімічні реакції не єдиний приклад якісних змін у природі. Іншим важливим класом подібних змін є процеси радіоактивного розпаду і ядерні реакції.

У початку 1896 року французькому вченому Антуан Анрі Беккерель (1852-1908) виявив, що уранова сіль мимовільно випускає промені, подібні тим, що кількома місяцями раніше відкрив німецький фізик Вільгельм Конрад Рентген (1845-1923).

«Ці промені, – заявив Беккерель, – проходять через чорний папір і засвічують фотопластинку».

Через два дні Беккерель вирішив повторити досліди. Але, на жаль, погода стояла похмура, а без сонячного світла кристали уранової солі НЕ фосфоресцировать. Довелося покласти фотопластинки і кристали солі, обгорнуті в щільну чорний папір, в ящик столу. Через два дні вітер розігнав хмари і можна було приступати до роботи. Однак Беккерель вирішив (про всяк випадок) проявити фотопластинки, що пролежали два дні в ящику. На свій подив, він виявив на проявленій платівці досить чіткі силуети зразків солі. Але ж уранова сіль перебувала два дні в темряві і не фосфорилася! Отже. вона сама по собі випускає якісь таємничі промені, які проходять через щільну чорний папір і засвічують фотопластинку.

Пізніше Беккерель встановив, що чистий уран також випускає (і навіть ще сильніше) ці промені. Через два роки явище, відкрите Беккерелем, було названо радіоактивністю.

Виявилося, що радіоактивним є не тільки уран, але і торій. Були також відкриті нові радіоактивні елементи – полоній (1898), радій (1898), актиній (1899) і радон (1899).

У перші два десятиліття після відкриття Беккереля найбільший внесок у вивчення радіоактивності внесли подружжя П’єр і Марія Кюрі (Франція) і Ернест Резерфорд, англійський фізик, в 1898-1907 рр. працював у Канаді.

Досліди Резерфорда (1899) і М. Кюрі (1903) показали, що існує три види мимовільних ядерних перетворень (потім їх число збільшилося, але ті, що були відкриті на рубежі XIX-XX ст., Найбільш поширені):

– Α-розпад, коли ядро ​​випускає α-частку, що складається з двох протонів і двох нейтронів (така частка являє собою ядро ​​ізотопу, т. Е. Його масове число дорівнює 4, а заряд +2), наприклад:

(згадайте, з яких частинок складаються атомні ядра, що таке масове число атома і що таке ізотопи);

– Β-розпад, коли в нестійкому ядрі один з нейтронів перетворюється в протон, при цьому ядро ​​випускає електрон (β-частинку) і легку частинку, звану антинейтрино, наприклад:

(далі замість позначення е- ми будемо використовувати інше: β);

– Γ-розпад, коли порушену ядро ​​випускає випромінювання з дуже малою довжиною хвилі.

При всіх цих розпадах енергія ядра зменшується.

Отже, при α-розпаді масове число зменшується на чотири одиниці, а заряд ядра (порядковий номер) елемента – на дві. При β-розпаді атомний номер елемента збільшується на одиницю, а масове число не змінюється. При γ-випромінюванні, яке часто (але не завжди) супроводжує α- і β-розпаду, ні атомний номер, ні масове число не змінюються.

Кожен радіоактивний ізотоп характеризується періодом напіврозпаду Т1 / 2, т. Е. Часом, за який мимовільно розпадається половина атомів вихідної речовини. Величина Т1 / 2 характеризує швидкість радіоактивного розпаду і приймає різні значення для різних радіоактивних ізотопів. Наприклад, для ізотопу період напіврозпаду становить 4,5х109 років; для ізотопу – 1,5х10-4с. Причому швидкість поішхо 82г розпаду не залежить від зовнішніх умов.

Всі ядра рівні перед законом радіоактивного розпаду:

де N – число нераспавшіхся атомів до моменту часу t. N0 – число атомів в якийсь початковий момент. Ядро даного радіоактивного ізотопу, що народилося тільки що, і ядро ​​цього ж ізотопу, що проіснувало мільйони років, мають однакову ймовірність розпастися. Іншими словами, радіоактивним розпадом управляє випадок.

Ядерних реакцій. Отже, ми з’ясували, що деякі ядра можуть мимовільно перетворюватися на ядра інших хімічних елементів. У 1910 р Резерфорд вперше здійснив штучне перетворення елементів бомбардуванням а-частинками атомів азоту:

Символ позначає протон, т. Е. Ядро атома водню. Зауважимо, що у прийнятій записи ядерних реакцій (як природних, так і штучних) сума масових чисел (т. Е. Сума верхніх індексів) реагуючих частинок завжди дорівнює сумі масових чисел продуктів реакції. Те ж відноситься і до зарядам ядер (до нижніх індексах). (Подумайте, чому це так.)

Обстрілюючи α-частинками різні ядра, вдалося здійснити багато ядерних реакцій. Ще більш різноманітні ядерні реакції вдалося досліджувати за допомогою прискорювачів, де заряджені частинки (наприклад, протони, нейтрони, ядра різних елементів) розганяються до великих швидкостей і потім направляються на мішень. Серед усіх ядерних реакцій, мабуть, найважливіше місце займають реакції, викликані захопленням нейтронів. Потоки нейтронів отримують в результаті ядерних реакцій в прискорювачах і в ядерних реакторах.

Посилання на основну публікацію