§ 38. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
Три вида радиоактивности (a, b,
и g) сопровождают распад атомных ядер, подчиняющийся закону радиоактивного распада.
Радиоактивностью называют способность некоторых атомных ядер превращаться в другие ядра, испуская при этом различные частицы и электромагнитное излучение. Радиоактивность была открыта в 1896 г. французским физиком А. Беккерелем, обнаружившим, что соли урана испускают излучение, которое засвечивает фотопластинку. Впоследствии французские физики супруги М. Склодовская-Кюри и П. Кюри открыли два новых радиоактивных элемента — радий и полоний. Сейчас установлено, что все химические элементы с порядковым номером (зарядовым числом) Z> 82 являются радиоактивными.
Состав радиоактивного излучения был изучен Резерфордом и супругами Кюри с помощью установки, показанной на рис. 38а. Кусочек радия Р помещали на дно узкого канала в свинцовом цилиндре С. Выходивший из канала радиоактивный луч проходил через сильное магнитное поле с индукцией , перпендикулярной этому лучу, а потом падал на фотопластинку Ф. В магнитном поле излучение распадалось на три луча, которые приводили к появлению трёх пятен на фотопластинке, причём положение среднего пятна совпадало с тем, которое наблюдали в отсутствии магнитного поля (рис. 38а). Расщепление излучения означало, что оно является потоком разноимённо заряженных частиц, на которые сила Лоренца действует в разные стороны. Поток положительно заряженных частиц был назван a—лучами, а поток отрицательных — b-лучами. Излучение, не отклоняющееся в магнитном поле, было названо g—лучами.
Исследования показали, что α-лучи — это поток ядер гелия, β-лучи — поток электронов, а γ-лучи — электромагнитное излучение с очень малой длиной волны λ < 10–10 м. Их этих трёх видов излучения наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи, интенсивность которых ослабляется всего лишь в два раза при прохождении через слой свинца толщиной в 1 см. β-лучи обладают меньшей проникающей способностью, и их можно задержать алюминиевой пластинкой толщиной в 5-10 мм. Самой маленькой проникающей способностью обладают α-лучи, не проникающие даже через лист бумаги.
Распад ядра X, в результате которого оно превращается в ядро Y, испуская при этом α-частицу, называют α-распадом. Уравнение a—распада, следующее из законов сохранения электрического заряда и общего числа нуклонов, имеет вид:
Из (38.1) следует, что при α-распаде образуется ядро химического элемента, порядковый номер которого меньше на две единицы. Это утверждение называют правилом смещения дляα—распада.
Распад ядра X, при котором оно, превращаясь в ядро Y, испускает электрон (b-частицу), а один из нейтронов, входящих в состав ядра, превращается в протон, называют b—распадом. Уравнение b—распада, следующее из законов сохранения заряда и общего числа нуклонов, имеет вид:
Из (38.2) следует, что при b—распаде образуется ядро химического элемента, порядковый номер которого больше на единицу. Это утверждение называют правилом смещения дляb—распада.
Радиоактивный распад отдельного ядра является совершенно случайным событием. Однако для каждого изотопа радиоактивного элемента существует определённый интервал времени T, в течение которого число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Этот интервал времени называют периодом полураспада, T. Например, период полураспада для α-распада равен 4,5×109 лет, а для b-распада — 5700 лет. Закон, по которому убывает со временем tчисло Nрадиоактивных ядер данного изотопа, называют законом радиоактивного распада. Этот закон, который легко вывести, имеет следующий вид:
где N0 — число радиоактивных ядер в момент t= 0. Зависимость (38.3) изображена на рис. 38б.
Вопросы для повторения:
·Что такое радиоактивность?
·Что представляют собой a-, b— и g—лучи?
·Сформулируйте правила смещения при радиоактивных распадах.
·Что называют законом радиоактивного распада?
Рис. 38. (а) — схема установки для обнаружения a-, b— и g—лучей в радиоактивном излучении; (б) — закон радиоактивного распада.