2015-03-27
496
6.11.1. Радиоактивность. Ядра атомов состоят из нуклонов, протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно атомному номеру Z данного элемента в периодической системе Д.И.Менделеева. Общее число протонов и нейтронов в ядре равно массовому числу А, соответственно число нейтронов N = А — Z.
Совокупность атомов, ядра которых имеют одинаковые А и Z, называют изотопами. Многие химические элементы имеют несколько изотопов, например, у водорода их три: 11Н, 21Н, 31H. Первые два изотопа протий и дейтерий - стабильные, а третий - тритий - радиоактивный (нестабильный).
Изотопы, ядра которых пертерпевают самопроизвольные превращения, называют радиоактивными. Обычно эти превращения обладают двумя особенностями:
1 - для всех типов радиоактивных превращений справедлив один кинетический закон;
2 - количество типов радиоактивных превращений ограниченно. Различают следующие типы ядерных, т.е. радиоактивных превращений:
- распад,
- превращения, изомерный переход, нейтронный распад, протонный распад, спонтанное деление,
|
|
|
- излучение,
- излучение сопровождает многие из перечисленных типов превращений, а при изомерном переходе является единственным видом излучения.
Таблица 10
| Частица | Обозна-чение | Macca(*) | Заряд (**) | Проникающая способность | Ионизирующая способность |
| Электрон | В | 5,439- 10-4 | -1 | Средняя | Средняя |
| Позитрон | β | 5,439-10-4 | +1 | Средняя | Средняя |
| Альфа-частица | α | 3,9948 | +2 | Низкая | Низкая |
| Нейтрон | n | 1,000 | Очень высокая | Отсутствует | |
| Фотон, т.е. квант | γ | Очень высокая | Очень низкая |
* - относительно нейтрона,
**- 1,60240× 10Кл.
для большого количества ядер число актов распада в единицу времени (скорость распада) пропорционально исходному количеству ядер N:
-dN/dt = λN (6.11.1)
Выражение (14.1) представляет собой дифференциальную форму закона радиоактивного распада, где N - число радиоактивных атомов в момент времени t; λ - константа, называемая постоянной распада или радиоактивной постоянной, с-1. Интегральная форма закона радиоактивного распада получается интегрированием уравнения (6.11.1) в пределах от t0 = 0 до tt:
Nt = N0×e-λ t (6.11.2)
где Nt - число радиоактивных ядер в момент времени t=0;
N0 - количество радиоактивных ядер в момент времени t.
Закон радиоактивного распада носит статистический характер: чем больше распадающихся ядер, тем точнее он выполняется. Скорость радиоактивного распада - (dN/dt) называют абсолютной активностью - (а) образца:
at = - dN/dt = λN (6.11.3)
Абсолютная активность выражается числом актов распада в секунду и подчиняется закону радиоактивного распада:
at = а0×е-λt (6.11.4)
Наряду с λ - радиоактивной постоянной, устойчивость радиоактивного изотопа можно охарактеризовать периодом полураспада. T1/2 - это промежуток времени, в течение которого происходит распад половины имеющихся в наличии радиоактивных ядер элемента. Абсолютная активность за время Т1/2 уменьшается вдвое:
|
|
|
аТ1/2 / а0 = ½ = е –λТ1/2 (6.11.5)
отсюда
λ×Т1/2 = 1n2 = 0,693 (6.11.6)
Каждый радионуклид (химический элемент, подверженный радиоактивному распаду) имеет неизменный, присущий только ему, период полураспада, который может составлять от нескольких секунд до миллионов лет. Например, 238U распадается наполовину за 4470 млн лет, а 1381 - всего лишь за 8 сут.
