Виды радиоактивных процессов

РАДИОАКТИ́ВНОСТЬ (франц. radioac­ti­vi­té, от ра­дио… и позд­не­ла­тин­ского ac­ti­vitas — дей­ст­вие, дея­тель­ность), са­мо­про­из­воль­ное ис­пус­ка­ние атом­ным ядром эле­мен­тар­ных час­тиц (или фраг­мен­тов ядер), при ко­то­ром про­ис­хо­дит из­ме­не­ние со­ста­ва яд­ра и/или его энер­ге­тич. со­стоя­ния. Как пра­ви­ло, под Р. по­ни­ма­ют рас­пад толь­ко тех ядер, ко­то­рые на­хо­дят­ся в ос­нов­ном или ме­та­ста­биль­ном воз­бу­ж­дён­ном (изо­мер­ном) со­стоя­нии. В бо­лее ши­ро­ком смыс­ле в по­ня­тие «Р.» вклю­ча­ют­ся так­же рас­па­ды вы­со­ко­воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний ядер. Р. сле­ду­ет от­ли­чать от пре­вра­ще­ний со­став­ных ядер, макс. вре­мя жиз­ни ко­то­рых не пре­выша­ет 10^—13—10^—14 с (ус­лов­ной ниж­ней гра­ни­цей про­дол­жи­тель­но­сти жиз­ни ра­дио­нук­ли­да счи­та­ет­ся 10^–12 с). Р. мо­жет быть ес­те­ст­вен­ной или ис­кус­ст­вен­ной, хо­тя ме­ж­ду ни­ми нет прин­ци­пи­аль­но­го раз­ли­чия. К ис­кусств. Р. от­но­сят рас­пад ра­дио­нук­ли­дов, син­те­зи­ро­ван­ных че­ло­ве­ком в ре­зуль­та­те ядер­ных ре­ак­ций.

Ра­дио­ак­тив­ный рас­пад мо­жет про­ис­хо­дить, ес­ли дан­ное пре­вра­ще­ние энер­ге­ти­че­ски вы­год­но, т. е. ес­ли мас­са ис­ход­но­го яд­ра пре­вы­ша­ет сум­мар­ную мас­су про­дук­тов рас­па­да. Чис­ло ра­дио­ак­тив­ных ядер со вре­ме­нем убы­ва­ет по экс­по­нен­ци­аль­но­му за­ко­ну и ха­рак­те­ри­зу­ет­ся по­сто­ян­ной рас­па­да, на­пря­мую свя­зан­ной с пе­рио­дом по­лу­рас­па­да, ко­то­рый, напр., для ²³⁸U со­став­ля­ет 4,5 млрд. лет (зна­ние этой ве­ли­чи­ны по­зво­ля­ет оце­нить воз­раст Зем­ли).

Р. от­кры­та в 1896 А. А. Бек­ке­ре­лем (см. в ст. Бек­ке­рель), ко­то­рый, ис­сле­дуя со­ли ура­на, об­на­ру­жил, что они ис­пус­ка­ют не­из­вест­ные не­ви­ди­мые лу­чи, вы­зы­ваю­щие по­чер­не­ние фо­то­пла­стин­ки. Ис­сле­до­ва­ние дей­ст­вия маг­нит­но­го по­ля на это из­лу­че­ние по­ка­за­ло, что в его со­став вхо­дят по­ло­жи­тель­но и от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ные час­ти­цы (на­зван­ные со­от­вет­ст­вен­но α— и β-лу­ча­ми) и не от­кло­няе­мое маг­нит­ным по­лем про­ни­каю­щее из­лу­че­ние (γ-лу­чи). В 1898 М. Скло­дов­ская-Кю­ри и П. Кю­ри об­на­ру­жи­ли, что сход­ное из­лу­че­ние ис­пус­ка­ют так­же то­рий и два др. не­из­вест­ных то­гда эле­мен­та, по­лу­чив­ших на­зва­ние «ра­дий» и «по­ло­ний». В Рос­сии в 1922 по ини­циа­ти­ве В. И. Вер­над­ско­го для ис­сле­до­ва­ний Р. был ос­но­ван Ра­дие­вый ин­сти­тут.

Пер­вые ис­сле­до­ва­те­ли Р. мог­ли ис­поль­зо­вать лишь ес­теств. ра­дио­нук­ли­ды, со­дер­жа­щие­ся в гор­ных по­ро­дах в дос­та­точ­но боль­шом ко­ли­че­ст­ве: ²³²Th, ²³⁵U и ²³⁸U. С этих нук­ли­дов на­чи­на­ют­ся 3 ра­дио­ак­тив­ных ря­да, за­кан­чи­ваю­щие­ся ста­биль­ны­ми изо­то­па­ми свин­ца (²⁰⁸Pb, ²⁰⁷Pb и ²⁰⁶Pb). Впо­след­ст­вии в ура­но­вых ру­дах был об­на­ру­жен ²³⁷Np, ле­жа­щий в ос­но­ве 4-го ра­дио­ак­тив­но­го ря­да, за­кан­чи­ваю­ще­го­ся ста­биль­ным нук­ли­дом ²⁰⁹Bi. Ны­не ²³⁷Np в дос­та­точно боль­ших ко­ли­че­ст­вах об­ра­зу­ет­ся в ядер­ных ре­ак­то­рах при об­лу­че­нии ²³⁸U ней­тро­на­ми.

Ис­кусств. Р. от­кры­та в 1934 И. и Ф. Жо­лио-Кю­ри. Из об­ще­го чис­ла из­ве­ст­ных ны­не ра­дио­нук­ли­дов (св. 4000) лишь ок. 300 при­род­ные, а ос­таль­ные по­лу­че­ны ис­кус­ст­вен­но, в ре­зуль­та­те ядер­ных ре­ак­ций. При изу­че­нии ис­кусств. Р. бы­ли от­кры­ты но­вые ви­ды бе­та-рас­па­да: β⁺-рас­пад (ис­пус­ка­ние по­зи­тро­нов, И. и Ф. Жо­лио-Кю­ри, 1934) и элек­трон­ный за­хват (Л. Аль­ва­рес, 1937). В 1940 в Рос­сии К. А. Пет­ржа­ком и Г. Н. Флё­ро­вым от­кры­то спон­тан­ное де­ле­ние ядер, про­ис­хо­дя­щее с ис­пус­ка­ни­ем ней­тро­нов и γ-кван­тов. В 1972 впер­вые за­ре­ги­ст­ри­ро­ва­на про­тон­ная ра­дио­ак­тив­ность. В 1984 брит. фи­зи­ки Х. Ро­уз и Г. Джонс от­кры­ли спон­тан­ное ис­пус­ка­ние ядер ¹⁴C яд­ра­ми ²²³Ra. Это от­кры­тие по­ло­жи­ло на­ча­ло мно­го­числ. на­блю­де­ни­ям са­мо­про­из­воль­но­го рас­па­да ядер с ис­пус­ка­ни­ем ядер­ных фраг­мен­тов (кла­сте­ров), по­лу­чив­ше­го назв. кла­стер­ной ра­дио­ак­тив­но­сти (ино­гда её на­зы­ва­ют так­же f-ра­дио­ак­тив­ность, от англ. frag­ment — фраг­мент). Кла­стер­ная Р. на­блю­да­ет­ся обыч­но вме­сте с α-рас­па­дом и име­ет по срав­не­нию с ним ма­лую ве­ро­ят­ность (мень­ше 10^—9). К 2014 за­ре­ги­ст­ри­ро­ва­но спон­тан­ное ис­пус­ка­ние тя­жёлы­ми яд­ра­ми кла­сте­ров ¹⁴C, ²⁴Ne, ²⁸Mg, ³²Si и др.

Ви­ды Р. мож­но раз­де­лить на две груп­пы: эле­мен­тар­ные (од­но­сту­пен­ча­тые) и слож­ные (двух­сту­пен­ча­тые) ра­дио­ак­тив­ные пре­вра­ще­ния. К пер­вым от­но­сят­ся a-, β— и γ-рас­пад, спон­тан­ное де­ле­ние ядер и про­тон­ная Р. При γ-рас­па­де (ча­ще на­зы­вае­мом изо­мер­ным пе­ре­хо­дом) со­став яд­ра со­хра­ня­ет­ся, из­ме­ня­ет­ся лишь его энер­гия. Дос­та­точ­но боль­шое вре­мя жиз­ни ядер при β-рас­па­де обес­пе­чи­ва­ет­ся при­ро­дой сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия. Ос­таль­ные ви­ды эле­мен­тар­ных ра­дио­ак­тив­ных про­цес­сов обу­слов­ле­ны ядер­ны­ми си­ла­ми. За­мед­ле­ние та­ких про­цес­сов до про­ме­жут­ков вре­ме­ни >10^—12 с вы­зва­но на­ли­чи­ем по­тен­ци­аль­ных барь­е­ров (ку­ло­нов­ско­го и цен­тро­беж­но­го), ко­то­рые за­труд­ня­ют вы­лет ядер или ядер­ных час­тиц.

К двух­сту­пен­ча­тым ра­дио­ак­тив­ным пре­вра­ще­ни­ям от­но­сят про­цес­сы ис­пуска­ния т. н. за­паз­ды­ваю­щих час­тиц (про­то­нов, ней­тро­нов, α-час­тиц), а так­же за­паз­ды­ваю­щее спон­тан­ное де­ле­ние. За­паз­ды­ваю­щие про­цес­сы вклю­ча­ют в се­бя β-рас­пад как пред­ва­рит. ста­дию, обес­пе­чи­ваю­щую за­держ­ку по­сле­дую­ще­го мгно­вен­но­го ис­пус­ка­ния ядер­ных час­тиц. Осо­бое ме­сто в ря­ду двух­сту­пен­ча­тых про­цес­сов за­ни­ма­ет са­мый ред­кий тип ра­дио­ак­тив­ных пре­вра­ще­ний ядер — т. н. двой­ной β-рас­пад, про­ис­хо­дя­щий за счёт двух сла­бых взаи­мо­дей­ст­вий в яд­ре.

От­кры­тие и изу­че­ние Р. ока­за­ло ог­ром­ное влия­ние на раз­ви­тие нау­ки и тех­ни­ки. За ра­бо­ты в этой об­лас­ти при­су­ж­де­но бо­лее 10 Но­бе­лев­ских пре­мий по фи­зи­ке и хи­мии.

Источник

• https://bigenc.ru/physics/text/3489293