Поглощение электрона с ближайших к ядру электронных оболочек. При этом заряд ядра поглотителя, как и при +b - распаде, уменьшается на единицу

94 92 2

239 235 4

Нуклиды, общее название атомных ядер, отличающих числом нейтронов и протонов. Нуклиды с одинаковым числом в ядре химического элемента протонов и разным количеством нейтронов называются изотопами.

Протон (от греческого protos – первый), стабильная элементарная частица с положительным зарядом и массой» 1836 m_e. (m_e – масса электрона.). Вместе с нейтронами протоны образуют атомные ядра всех химических элементов, при этом число протонов в ядре равно атомному номеру данного элемента и, следовательно, определяет место элемента в периодической системе элементов Менделеева. Протон является андроном. Среднее время жизни протона > 10³⁰ лет. При определенных условиях (слабом взаимодействии) протон при внутриядерных превращениях переходит в нейтрон, проявляющегося в виде бета - распада ядер и электронного захвата с выбросом позитрона (заряд равен +1) и нейтрино.

Нейтрон – электрически нейтральная элементарная частица с массой (» 1840 m_e), незначительно превышающей массу протона. Относится к классу андронов. Среднее время жизни нейтрона» 15,3 мин. При слабом взаимодействии нейтрон может превратится в протон через бета – распад с выбросом электрона (заряд равен –1) и антинейтрино.

Позитрон – элементарная частица, которая по массе равна массе электрона, но имеет положительный заряд равный по величине заряду электрона.

5. Прочность ядру придают нейтроны и пи-мезоны, как частицы "ядерного клея". И если протон обладает стягивающими и отталкивающими свойствами, то нейтроны - только стягивающими свойствами. Внутри ядра протоны и нейтроны обмениваются друг с другом пи-мезоном (сгустком электромагнитной энергии из мезонного облака), что придает прочность ядру. Пи-мезон в 7 раз легче протона и в 270 раз тяжелее электрона.

6. Прочность ядра зависит от соотношения полей в ядре: электрического, гравитационного, ядерного, электромагнитного, слабого. Радиус действия ядерных сил равен радиусу нуклона (порядка 10^{-13 м). Ядерное поле самое сильное.}

7. В ядре атома протон может делиться на нейтрон, позитрон и нейтрино. Нейтрон может делиться на протон, электрон и антинейтрино.

8. Количество электронов (отрицательный заряд) на орбитах атома равно числу протонов (положительный заряд) в ядре. В этом состоянии атом относительно устойчив и электрически нейтрален.

9. Число протонов в ядре строго определенно, а нейтронов может быть разное количество, но такое, которое придает устойчивость ядру. Вещества, отличающиеся только количеством нейтронов в ядре, называют изотопами.

10. Экспериментально показано, что масса ядра меньше суммы масс входящих нук­лонов. Это явление называют дефектом массы, и объясняется теорией относительности А. Энштейна.

Масса атома, ядра и его составных частей измеряется в атомных единицах массы (АЕМ). 1 АЕМ равна 1/12 массы атома углерода-12, что составляет 1,66×10^-27кг. Однако если просуммировать массы протонов и нейтронов в атомном ядре (масса протона – 1,007277 АЕМ, нейтрона – 1,086652 АЕМ), то получается некоторое расхождение с величинами массы ядра, найденным экспериментальным путем, т.е. образуется дефект массы. Поясним, что это означает. Согласно теории относительности А. Энштейна энергия частиц подчиняется закону Е = mС² (где m - масса частицы, С - скорость света). Из уравнения следует, что каждому изменению массы частицы должно отвечать соответствующее изменение энергии. Энергия, которую необходимо затратить для разрушения ядра и разделения его на свободные нуклоны, названа энергией связи ядра. Чем сильнее взаимодействуют нуклоны между собой в данном ядре, тем большую работу нужно совершить для его разрушения. При обратном процессе - процессе образования ядра из свободных нуклонов - ядерные силы совершают работу, поэтому и в этом случае также выделяется энергия.Однако, прочность ядра определяет не полная энергия связи, а энергия связи, приходящаяся на один нуклон, т.е. удельная энергия связи. Прочность различных ядер неодинакова. Наиболее прочными являюися ядра с числом нуклонов около 60. Свойство дефекта массы используется для выделения внутриядерной энергии в реакциях деления и синтеза ядер атомов.

1.1.2. ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ

Впервые способность ядер тяжелых элементов самопроизвольно распадаться была обнаружена Беккерелем в 1896 году. Позднее Резерфорд и супруги Кюри показали, что ядра некоторых элементов испытывают последовательные превращения, образуя радиоактивные ряды радиоактивных элементов, где каждый элемент ряда возникает из предыдущего, причем никакими внешними физическими воздействиями (температура, электрические и магнитные поля, давление и т.д.) нельзя повлиять на характеристики распада.

Способность некоторых неустойчивых атомных ядер самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием различных видов радиоактивных излучений называют радиоактивностью, а изотопы, ядра которых способны самопроизвольно распадаться - радионуклидами.

Имеются радионуклиды средней части таблицы Д.И. Менделеева и три радиоактивныхряда (семейства) тяжелых радионуклидов. Родоначальниками радиоактивных рядов являются: торий – 232, уран – 238, уран – 235.

Количество ядерных превращений тяжелых радионуклидов может быть различным, но последним элементом, ядра которого не распадаются, является свинец. Радиоактивный распад описывается при помощи уравнений на основе равенства сумм зарядов и массовых чисел:

M₁ M₂ M₃

X ---------> Y + частица (1.1)

Z₁ Z₂ Z₃

Здесь М – массовое число, равное сумме протонов и нейтронов в ядре;

M = Z+n, (1.2)

где: Z - число протонов в ядре;

n - количество нейтронов в ядре.

Выполнение закона сохранения массового числа:

М₁ = М₂ + М₃ (1.3)

Выполнение закона сохранения электрического заряда:

Z₁ = Z₂ + Z₃ (1.4)

Известны 4 типа радиоактивного распада: альфа-распад, бета-распад, спонтанное деление атомных ядер (нейтронный распад), протонная радиоактивность (протонный синтез).

Альфа-распад - характерен для ядер тяжелых элементов. Пример:

Pu -----> U + α (1.5.)

При альфа-распаде ядро атома испускает два протона и два нейтрона, связанные в ядро атома гелия ⁴₂Н, т.е. альфа-частица является ядром атома гелия. Таким образом, в результате альфа-распада образуется атом элемента, смещенный на два места от исходного радиоактивного элемента к началу периодической системы И.Д. Менделеева. Энергия альфа-частиц может быть в пределах 1 – 10 МэВ. Скорость движения альфа – частиц в воздухе 10⁷ м/с.

Бета – распад – это процесс превращения в ядре атома протона в нейтрон или нейтрона в протон. Бета – распад характерен для 80 % радиоактивных изотопов. Бета – распад объединяет три самостоятельных вида радиоактивных превращений:

1. Выбрасывание электрона и антинейтрино - ^-b - распад;

2. Выбрасывание позитрона и нейтрино - ⁺b - распад;

Как правило, ^-b - распад происходит с ядрами тяжелых радиоактивных изотопов, у которых имеется избыток нейтронов.

Процесс ⁺b - распад наблюдается в основном для легких радиоактивных изотопов.

Поглощение электрона ядром (орбитальный захват) это тоже процесс присущий легким изотопам, стремящихся к обмену протона на нейтрон.

Как предполагают физики, процесс бета – распад во многом определяется соотношением нейтронов и протонов в ядре атома.

Для равновесия в ядре должно быть определенное сочетание количества протонов и нейтронов. При этом нейтронов для придания устойчивости ядру должно быть больше по мере роста порядкового номера химического элемента. Однако, если имеет место чрезмерный избыток нейтронов, то ядро становится неустойчивым, что вызывает превращение нейтрона в протон. При этом образуется химический элемент с порядковым номером на единицу больше, а материнское ядро испускает электрон и антинейтрино. Если в ядре избыток протонов по сравнению с нейтронами, то протон превращается в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино. При этом образуется химический элемент с порядковым номером на единицу меньше материнского. Приведем примеры таких распадов.

Электронный распад: