Виды распада. Ядерные реакции

Явление радиоактивности обнаружил Антуан Анри Беккерель в 1896 г. Он установил, что урановые соли вызывают почернение фотографических пластинок даже завернутых в черную бумагу. Он обнаружил также, что эти соли способны ионизировать газы и таким образом разряжать электроскоп.

В 1898 г. Мария Склодовская-Кюри, пользуясь химическими методами разделения, сумела выделить из урановой руды два новых радиоактивных элемента и дала им названия полоний и радий. М. Склодовская-Кюри предположила, что радиоактивность радия обусловлена распадом его атомов. Существует несколько типов радиоактивного распада.

Альфа – распад – распад ядер атомов, сопровождающийся выделением α-частиц. α-частицы представляют собой ядра атомов гелия, обозначаются ⁴₂ Не (верхний индекс обозначает массовое число, нижний индекс – заряд частицы). α-частицы обладают высокой ионизирующей способностью, но меньшей проникающей способностью, чем γ- и β-излучения. Например,  α – распад характерен для изотопа актиния ²²⁷Ас, который распадается с образованием элемента астата:

²²⁷₈₉Ас = ²²³₈₇Аt + ⁴₂He.

При написании уравнений радиоактивного распада необходимо учитывать, что сумма зарядов частиц в левой и правой частях (нижние индексы) и сумма массовых чисел частиц (верхние индексы) должны быть равны.

Бета – распад – распад, сопровождающийся испусканием β-частиц, которые представляют собой электроны. β-частицы обозначают ⁰_-1β. Например, β-распад характерен для изотопа тория ²³¹Th:

²³¹₉₀^Th = ²³¹₉₁Pa +  ⁰_-1β.

β⁺ – Распад – или позитронный распад, – распад ядер с выделением позитрона – частицы ⁰₊₁β. Позитроны являются аналогами электронов, но в отличие от них имеют положительный заряд. Например:

³⁸₁₉К = ³⁸₁₈Аr + ⁰₊₁β.

Радиоактивный распад часто сопровождается электромагнитным излучением – γ - излучение. Оно представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией, подобное рентгеновским лучам, но с меньшими длинами волн. Высокая энергия и малая длина волны обуславливают большую проникающую способность γ-лучей. Однако они обладают меньшей ионизирующей способностью, чем α- и β-излучение.

Испускание γ-лучей происходит, когда нуклид испускает α- или β-частицы, а также в ходе электронного захвата. Например:

¹¹₄Ве = ¹¹₅В + ⁰_-1β + γ.

Существуют и другие виды радиоактивного распада.

Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, радиоактивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством. Семейства называются по наиболее долгоживущему (с наибольшим периодом полураспада) «родоначальнику»:  

• семейство тория (от  ²³²₉₀ Th) с конечным нуклидом   ²⁰⁸₈₂Pb;

• семейство урана (от ²³⁸₉₂U) с конечным нуклидом ²⁰⁶₈₂Pb;

• семейство актиния (от ²³⁵₈₉Ac) с конечным нуклидом ²⁰⁷₈₂Pb.

Ядерные реакции – это взаимодействие ядер атомов с элементарными частицами, γ-излучением или с ядрами других элементов. В ядерных реакциях происходит перераспределение протонов и нейтронов в ядрах атомов, и образуются новые элементы. Первая искусственная ядерная реакция была осуществлена в 1915 году Резерфордом, который подвергал бомбардировке изотоп азота ¹⁴N  α-частицами:

¹⁴₇N + ⁴₂Не = ¹⁷₈О + ¹₁Н.

Ядерные реакции имеют большое практическое значение. Так, работа ядерных энергетических установок основана на использовании энергии, выделяющейся при делении ядер атомов некоторых элементов, например изотопа урана ²³⁵U, под действием нейтронов.