Радыеактыўны распад

Ядзерная фізіка

Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя Асноўныя тэрміны Атамнае ядро · Ізатопы · Ізабары · Кропельная мадэль ядра · Перыяд паўраспаду · Масавы лік · Састаўное ядро · Ланцуговая ядзерная рэакцыя · Ядзернае эфектыўнае сячэнне Распад ядраў Закон радыеактыўнага распаду · Альфа-распад · Бэта-распад · Гама-выпраменьванне · Кластарны распад Складаны распад Электронны захоп · Двайны бэта-распад · Двайны электронны захоп · Унутраная канверсія · Ізамерны пераход Выпраменьванні Нейтронны распад · Пазітронны распад · Пратонны распад · Фотарасшчапленне Захват Электронны захоп · Нейтронны захоп R · S · P · Rp Дзяленне ядра Спантаннае дзяленне Ядзерны сінтэз Пратон-пратонны цыкл · CNO-цыкл · Трайны альфа-працэс · Геліевая ўспышка · Гарэнне вугляроду · Вугляродная дэтанацыя · Гарэнне кіслароду · Гарэнне неону · Гарэнне крэмнію · Рэакцыі сколвання Зорны ядзерны сінтэз Ядзерны сінтэз у Вялікім выбуху Ядзерны сінтэз у звышновых Вядомыя вучоныя Бекерэль · Бетэ · Бор · Гейзенберг · Марыя Кюры · П’ер Кюры · Рэзерфорд · Содзі · Уілер · Фермі

Радыеактыўнасць (ад лац. Radius «прамень» і āctīvus «дзейсны») — ўласцівасць атамных ядраў самаадвольна (спантанна) змяняць свой склад (зарад Z, масавы лік A) шляхам выпускання элементарных часціц або ядзерных фрагментаў. Адпаведная з'ява завецца радыеактыўным распадам.

Устаноўлена, што радыеактыўнымі з'яўляюцца ўсе хімічныя элементы з парадкавым нумарам пасля 82 (гэта значыць пачынаючы з вісмута), і многія больш лёгкія элементы (праметый і тэхнецый не маюць стабільных ізатопаў, а ў некаторых элементаў, такіх як індый, калій або кальцый, частка прыродных ізатопаў стабільныя, іншыя ж радыеактыўныя).

Натуральная радыеактыўнасць — самаадвольны распад ядраў элементаў, якія сустракаюцца ў прыродзе.

Штучная радыеактыўнасць — самаадвольны распад ядраў элементаў, атрыманых штучным шляхам праз адпаведныя ядзерныя рэакцыі.

Закон радыеактыўнага распаду

Асноўны артыкул: Закон радыеактыўнага распаду

Закон радыеактыўнага распаду - закон, адкрыты Фрэдэрыкам Содзі і Эрнэстам Рэзерфордам эксперыментальным шляхам і сфармуляваны ў 1903 годзе. Сучасная фармулёўка закона:

${dN \over dt}=-\lambda N$

што азначае, што лік распадаў за інтэрвал часу $t$ у адвольным рэчыве прапарцыянальны ліку $N$ наяўных ва ўзоры радыеактыўных атамаў дадзенага тыпу. 

У гэтым матэматычным выразе $\lambda$ - пастаянная распаду, якая характарызуе верагоднасць радыеактыўнага распаду за адзінку часу і мае памернасць с$^{-1}$. Знак мінус паказвае на змяншэнне колькасці радыеактыўных ядраў з часам. Закон выказвае незалежнасць распаду радыеактыўных ядраў адзін ад аднаго і ад часу: верагоднасць распаду дадзенага ядра ў кожную наступную адзінку часу не залежыць ад часу, які прайшоў з пачатку эксперыменту, і ад колькасці ядраў, якія засталіся ва ўзоры.

Гэты закон лічыцца асноўным законам радыеактыўнасці, з яго было вынята некалькі важных следстваў, сярод якіх фармулёўкі характарыстык распаду - сярэдні час жыцця атама і перыяд паўраспаду.

Радыеактыўнасць прыродных элементаў

Эксперыментальна ўстаноўлена, што радыеактыўны(не маюць стабільных ізатопаў) ўсе хімічныя элементы з парадкавым нумарам больш, чым 82 (гэта значыць пачынаючы з Вісмут).

Ўсё больш лёгкія элементы, акрамя стабільных ізатопаў, маюць радыеактыўныя ізатопы з рознымі перыядамі паўраспаду, вар'іруюцца ад доляй нанасекунды да значэнняў, на шмат парадкаў перавышаюць Узрост Сусвету. Напрыклад, теллур-128 мае самы доўгі вымераны перыяд паўраспаду з усіх вывучаных радыенуклідаў, ~ 2,2 · 1024 гадоў.

Выключэнне па нестабільнасці з элементаў лягчэй вісмута складаюць праметэй і тэхнецый, якія не маюць доўгажывучых адносна працягласці геалагічных эпох ізатопаў. Найбольш доўгаіснуючы ізатоп тэхнецыя - ду-98 - мае перыяд паўраспаду каля 4,2 млн гадоў, а самы доўгаіснуючы ізатоп праметэя - праметэй-145 - 17,5 гадоў. Таму ізатопы тэхнецыя і праметэя з часу фарміравання Зямлі не захаваліся ў зямной кары і атрыманы штучна.

Існуе шмат радыеактыўных ізатопаў, перыяд паўраспаду якіх сувымерны з узростам Зямлі або перавышае яго, таму, нягледзячы на ​​іх радыеактыўнасць, гэтыя ізатопы ўтрымліваюцца ў прыроднай ізатопнай сумесі адпаведных элементаў. Прыкладамі могуць служыць калій-40, рений-187, рубідый-87, теллур-128 і многія іншыя.

Некаторыя з доўгажывучых ізатопаў важны для абсалютнага геалагічнага датавання часу крышталізацыі горных мінералаў, парод і метэарытаў.

Альфа-распад

Асноўны артыкул: Альфа-распад

Альфа-распадам называюць самаадвольны распад атамнага ядра на даччынае ядро ​​і α-часціцу (ядро атама $^{4}He$).

Альфа-распад, як правіла, адбываецца ў цяжкіх ядрах з масавым лікам $A\geqslant 140$ (хоць ёсць некалькі выключэнняў). Унутры цяжкіх ядзер за кошт уласцівасці насычэння ядзерных сіл утвараюцца α-часціцы, якія складаюцца з двух пратонаў і двух нейтронаў.  Утвораная α-часціца схільная большаму дзеянню кулонаўскіх сіл адштурхвання ад пратонаў ядра, чым асобныя пратоны. Адначасова α-часціца адчувае меншае ядзернае прыцягненне да нуклонов ядра, чым астатнія нуклоны. Утвораная альфа-часціца на мяжы ядра адлюстроўваецца ад патэнцыйнага бар'ера ўнутр, аднак з некаторай верагоднасцю яна можа пераадолець яго (гл. Тунэльны эфект) і вылецець вонкі.Са змяншэннем энергіі альфа-часціцы пранікальнасць патэнцыйнага бар'ера вельмі хутка (экспанентна) змяншаецца, таму час жыцця ядзер з меншай даступнай энергіяй альфа-распаду пры іншых роўных умовах больш.

Правіла зрушэння Содзі для α-распаду:

$_{Z}^{A}X\rightarrow _{Z-2}^{A-2}Y+_{2}^{2}He.$

Прыклад (альфа-распад урану-238 у торый-234):

$_{92}^{238}U\rightarrow _{90}^{234}Th+_{2}^{4}He$

У выніку α-распаду атам ссоўваецца на 2 клеткі да пачатку табліцы Мендзялеева (гэта значыць зарад ядра Z памяншаецца на 2), масавы лік даччынага ядра памяншаецца на 4.

Бэта-распад

Асноўны артыкул: Бэта-распад

Бекерэль даказаў, што β-прамяні з'яўляюцца патокам электронаў. Бэта-распад - гэта праява слабага ўзаемадзеяння.

Бэта-распад (дакладней, бэта-мінус-распад, β - распад) - гэта радыеактыўны распад, які суправаджаецца выпусканнем з ядра электрона і электроннага антынейтрына.