Закон радиоактивного распада

 

Ядро любого атома состоит из нуклонов, то есть протонов и нейтронов. Массовым числом называется общее число нуклонов в ядре. Число протонов, входящих в ядро атома, называется зарядовым числом. Это число соответствует порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Таким образом, число нейтронов равно разности массового и зарядового чисел. В опыте Резерфорда использовался радий, который испускал поток α-частиц, проходящих через золотую фольгу. Дальнейшие опыты, с помощью которых были открыты такие частицы, как протон и нейтрон тоже не обходились без участия α-частиц. Но, что заставляет радий испускать эти частицы? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо познакомиться с радиоактивным рядом.

 Для примера, рассмотрим уже известный нам распад радия. Радий имеет порядковый номер 88 и массу 226. Согласно правилу смещения при альфа-распаде, элемент смещается на две клетки ближе к началу таблицы Менделеева. Под номером 86 в таблице мы видим газ радон. Атомная масса радона равна 222, то есть на 4 атомные единицы меньше, чем масса радия. Зарядовые числа гелия и радона в сумме дают зарядовое число радия. То же самое и с массовым числом.

Надо сказать, что продукты радиоактивного распада сами могут являться радиоактивными. Например, уран имеет целый радиоактивный ряд.

Начинается этот ряд с урана 238, который в результате альфа-распада превращается в торий 234. Обратите внимание, какой огромный период полураспада имеет уран 238. Именно столь длительное время распада позволило ученым определить возраст Земли (объяснение этого метода выходит за рамки школьной физики). Торий 234 в результате бета-распада превращается протактиний, который очень быстро превращается в уран 234, также в результате бета-распада. В результате альфа-распада уран 234 снова превращается в торий (но уже с массовым числом 230). Торий, в свою очередь, превращается в радий, а радий – в радон. Радон превращается в полоний, а полоний превращается в свинец 214. Далее следует целая серия альфа- и бета-распадов, и в конце концов получается свинец 206, который уже является стабильным.

Наконец, существует такое понятие, как искусственная радиоактивность. Это радиоактивный распад изотопов, полученных в результате ядерных реакций. Впервые такое понятие было введено Фредериком и Ирен Жолио-Кюри, которые обнаружили, что некоторые нерадиоактивные вещества после облучения становятся радиоактивными. Например, при бомбардировке алюминия a-частицами образуется радиоактивный изотоп фосфора. Этот изотоп через две с половиной минуты образует кремний с испусканием позитрона и нейтрино (позитрон является античастицей – о которых разговор пойдёт немного позже).

Как долго может продолжаться радиоактивный распад? От чего зависит количество испускаемых частиц? Для ответа на эти вопросы необходимо познакомиться с законом радиоактивного распада.

При изучении радиоактивности, было замечено, что разные ядра испускают частицы с различной интенсивностью. В связи с этим, Марией Склодовской-Кюри было введено понятие активности. Активность(а) – это число распавшихся ядер в единицу времени. Опытным путем было установлено, что активность прямо пропорциональна исходному количеству ядер.

Коэффициентом пропорциональности в этой зависимости является постоянная распад(λ). Функция зависимости количества оставшихся активных ядер от времени имеет вид

Итак, количество активных ядер зависит от начального количества ядер и экспоненциально убывает с течением времени. Для упрощения этого уравнения, Резерфорд предложил ввести такое понятие как период полураспада. Периодом полураспада данного радиоактивного вещества называется промежуток времени, за который количество исходных ядер уменьшается в два раза.

 

Рассмотрим функцию в момент времени, равный периоду полураспада. По определению периода полураспада, в этот момент времени, количество распавшихся ядер будет равно половине исходного количества ядер.

 

Периоды полураспадов различных элементов сведены в таблицы, поэтому, используя эту функцию очень легко найти количество оставшихся активных ядер в определенный момент времени.

Упражнения.

Задача 1. Закончите реакции. Найдите недостающие элементы и определите тип реакции.

Задача 2. При a-распаде образовалось 100 г некоторого вещества. Найдите массу этого вещества через трое суток.

ВЫВОДЫ:

– Законом радиоактивного распада определяется число оставшихся активных ядер в определенный момент времени.

– Период полураспада – это промежуток времени, за который количество активных ядер уменьшается вдвое. Исходя из этого, можно вывести другую формулу описывающую закон радиоактивного распада.

3. Изотопы.

  Изотопы – разновидность атомов одного и того же химического элемента, отличающиеся друг от друга только своей массой. Обозначение изотопов: слева от символа элемента указывают массовое число (вверху) и порядковый номер элемента (внизу)

НАПРИМЕР:  ³⁵₁₇Cl и ³⁷₁₇Cl