Радиоактивность — это процесс, при котором ядра атомов одного элемента превращаются самопроизвольно в ядра атомов другого элемента с излучением заряженных или нейтральных частиц.
Явление было обнаружено в 1896 году Беккерелем. В дальнейшем установлено, что это излучение содержит три компоненты:
a, b и g, то есть a-излучение – это поток ядер атомов гелия;
b-излучение бывает двух типов – в виде излучения электронов или позитронов;
g-излучение – электромагнитное излучение короткой длины волны.
Принципиальная схема реакций (распадов):
a:,
g:,
где Z – зарядовое число (число протонов, порядковый номер элемента);
А – массовое число (число протонов и нейтронов в ядре);
– нейтрино (антинейтрино);
– g-квант.
Знак (*) означает, что материнское ядро обладает избыточной энергией (находится в возбужденном состоянии).
Во всех распадах сохраняется массовое и зарядовое число.
Радиоактивные a- и b-излучения для человека малоопасны, если источник излучения – вещество, g-излучение обладает большой проницательной способностью и из – за этого представляет большую опасность для биологических объектов.
Элементы, обладающие естественной (природной) радиоактивностью, собраны в 3 семейства:
1) ряд урана;
2) ряд актиноурана;
3) ряд тория (заканчивается различными изотопами свинца).
Искусственным путем можно сделать радиоактивным любой элемент.
Для любого типа радиоактивности основной закон радиоактивного распада представляется в виде:
N= N0 e- lt, (1)
где N0 – начальное число радиоактивных ядер;
N – число ядер радиоактивного препарата в момент времени t (дочернее вещество считается стабильным, хотя, как правило, это не так);
e = 2,7;
l – постоянная радиоактивного распада.
Кроме l-постоянной распада, используются характеристики:
Т – период полураспада – время, за которое распадается половина радиоактивных ядер;
t – среднее время жизни, время за которое число радиоактивных ядер убывает в е раз.
. (3)
. (4)
Период полураспада меняется от долей секунды до многих тысяч лет.
Число распадов в секунду называется активностью n:
. (5)
Единица измерения 1 Бк = 1 распад/секунда
1Ku = 3,7·1010 Бк.
При взаимодействии излучения с веществом наблюдается поглощение, описываемое законом Бугера – Ламберта
, (6)
где N0 – число частиц, падающих на вещество;
N – число ядер на глубине х;
k – коэффициент поглощения;
e = 2,7.
Закон радиоактивного распада и закон поглощения можно представить на графике (рис.1, рис. 2):
Рис. 1
При описании поглощения иногда вместо толщины образца х используют массу единицы поверхности (поверхностную плотность вещества).
Рис. 2
190. Ядра изобары
Изобары − атомные ядра, имеющие одинаковое массовое число A и разные числа нейтронов N и протонов Z.
A = N + Z.
Ядра-изобары образуются в результате β+-распада радиоактивных ядер.
Ядра изотопы
Изото́пы — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева.
Пример изотопов: 168O, 178O, 188O — три стабильных изотопа кислорода.
Альфа частицы
А́льфа-части́ца (α-частица) — положительно заряженная частица, образованная двумя протонами и двумя нейтронами, ядро атома гелия-4 (
). Альфа-частицы могут вызывать ядерные реакции;
Бета частицы
Бета-частица (β-частица) — заряженная частица, испускаемая в результате бета-распада. Поток бета-частиц называется бета-лучами или бета-излучением.
Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β−), положительно заряженные — позитронами (β+).
Нейтронное излучение
Нейтронное излучение - это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах.
Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.
Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.