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:
23190Th = 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.