Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Радиоактивность

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

Радиоактивность — спонтанное испускание ионизирующего излучения нестабильными атомными ядрами в результате ядерного распада или квантового перехода на более низкий энергетический уровень.

Радиоактивность следует отличать от ядерных реакций, происходящих вследствие поглощения ядром-мишенью ядерной частицы (нейтрона, протона, α-частицы) и образования составных ядер. Время жизни составных ядер может достигать величины 10−14-10−12 секунда, что гораздо больше времени пролёта ядерной частицы ядра (10−22-10−21 с). Условной границей времени жизни радиоактивных ядер считается 10−12 с (1 пс).

Природа радиоактивности[править]

Сущность радиоактивности заключается в спонтанном превращении неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп, чаще всего другого элемента, сопровождающееся выделением энергии, элементарных частиц (электрон, позитрон и др.), или ядер других элементов (например, гелия 4He — α-частица). Эти превращения (по крайней мере все известные) являются следствием фундаментальных физических взаимодействий: сильного, слабого, электромагнитного. С сильным взаимодействием связаны превращения, сопровождающиеся испусканием ядерных частиц — нейтронов, протонов, α-частиц. Слабое отвечает за β-распад, электромагнитное — за энергетические переходы, сопровождающиеся γ-излучением.

Известные виды радиоактивных превращений можно разделить на две основные группы — элементарные (одноступенчатые) и сложные (двухступенчатые).

Среди элементарных радиоактивных превращений выделяют следующие типы:

  1. альфа-распад;
  2. виды бета-распада+- и β-паспад, электронный захват);
  3. спонтанное деление ядер;
  4. протонная радиоактивность;
  5. двупротонная радоактивность;
  6. двунейтронная радиоактивность.

Сложные превращения начинаются с предварительной стадии — β-распада, за которой следует испускание так называемых запаздывающих частиц — нейтронов, протонов, ядер 3He, 4He, 3H, а также запаздывающее деление.

Единицы измерения радиоактивности[править]

Первой единицей измерения радиоактивности стал кюри, изначально он определялся как радиоактивность радона в радиоактивном равновесии с 1 г с радием-226 (226Ra). Впоследствии кюри переопределён как радиоактивность при 3,7·1010 распаде в секунду.

В системе СИ за единицу измерения радиоактивноси принят беккерель, определяющий как раидоактивность при одном радиоактивном распаде в секунду. Соответственно, беккерель эквивалентен секунде в минус первой степени.

Радиоактивные изотопы[править]

Внимание! Таблицы необходимо проверить на достоверность. Перепечатка.

Альфа и бета-распад, атомные массы 4n. Стрелками обозначены: ↓ — α-распад; → — β-распад; ← — β+-распад или E-захват; в квадратных скобках — превращения с вкладом менее 1%.
252 252Cf
2,645 года
↓ 96,91%
248 248Cm
240 тыс. лет
248Cf
333,5 сут.
↓ 91,74%
244 244Pu
80,8 млн лет
244Am
101 ч
244Cm
18,1 года
244Bk
4,35 ч
[↓]
240 240U
14,1 ч
240Np
61,9 мин
240Pu
6583 года
240Am
50,8 ч
240Cm
27 сут.
240Bk
4,8 мин
[↓]
236 236Th
37,5 мин
236Pa
9,1 мин
236U
23,415 млн лет
236Np
115 тыс. лет
236Pu
2,87 лет
[↓]
232 232Ac
119 с
232Th
14,05 млрд лет
[←] 232Pa
1,31 сут.
232U
68,9 лет
232Np
14,7 мин
232Pu
34,1 мин
[↓]
228 228Fr
39 с
228Ra
5,75 года
228Ac
6,15 ч
228Th
1,9131 года
228Pa
22 ч
228U
9,8 мин
[↓] ↓ 1,85% ↓ ~20%
224 224Rn
107 мин
224Fr
224Ra
3,66 сут.
224Ac
2,9 ч
224Th
1,05 с
[←] 224Pa
0,95 с
220 220Rn
55,6 с
220Fr
27,4 с
[→] 220Ra
25 мкс
[←] 220Ac
28,1 с
216 216Po
0,145 с
[→] 216At
0,3 мс
[←] 216Rn
45 мс
[→] 216Fr
0,7 мс
212 212Pb
10,64 ч
212Bi
66,55 с
212Po
0,298 мкс
212At
0,314 с
↓ 35,95%
208 212Tl
3,053 мин
212Pb
212Bi
368 тыс. лет
Альфа и бета-распад, атомные массы 4n + 1. Стрелками обозначены: ↓ — α-распад; → — β-распад; ← — β+-распад или E-захват; в квадратных скобках — превращения с вкладом менее 1%.
245 245Cm
8500 лет
[→] 245Bk
4,94 сут.
[→] 245Cf
43,6 мин
[↓] ↓ ~30%
241 241Pu
14,35 года
241Am
432,7 года
241Cm
32,8 сут.
237 237U
6,75 сут.
237Np
2,14 млн лет
237Pu
45,2 сут.
237Am
73,0 мин
[↓] [↓]
233 233Pa
26,967 сут.
233U
159,2 тыс. лет
233Np
36,2 мин
233Pu
20,9 мин
[↓] [↓]
229 229Ac
62,7 мин
229Th
4340 лет
229Pa
1,5 сут.
229U
58 мин
229Np
4 мин
[↓] ↓ 20% ↓ >50%
225 225Fr
4 мин.
225Ra
14 сут.
225Ac
10,0 сут.
225Th
8,72 сут.
225Pa
1,7 с
↓ 90%
221 221Rn
25 мин
221Fr
4,9 мин
221Ra
29 с
221Ac
52,1 с
↓ ~20%
217 217Po
<10 с
217At
32,3 мс
[→] 217Rn
0,54 мс
217Fr
22 мс
↓ >95%
213 213Pb
10,2 мин
213Bi
45,59 мин
213Rn
4,2 мкс
213Fr
0,11 мкс
209 209Ti
2,2 мин
209Pb
2,253 ч
209Bi
Альфа и бета-распад, атомные массы 4n + 2. Стрелками обозначены: ↓ — α-распад; → — β-распад; ← — β+-распад или E-захват; в квадратных скобках — превращения с вкладом менее 1%.
250 250Cf
13,08 года
246 246Am
39 мин
246Cm
4730 лет
246Bk
1,8 сут.
246Cf
3,49 мин
[↓]
242 242Np
2,2 мин
242Pu
273,3 тыс. лет
242Am
16,02 ч
242Cm
163,79 сут.
242Bk
7 мин
238 238Pa
2,3 мин
238U
4,468 млрд лет
238Np
2,117 сут.
238Pu
87,74 года
238Am
98 мин
238Cm
2,4 ч
234 234Th
34,1 сут.
234Pa
6,7 ч
234U
345 тыс. лет
234Np
4,4 сут.
234Pu
8,8 ч
↓ 6%
230 230Ra
93 мин
230Ac
122 с
230Th
75,38 тыс. лет
230Pa
17,4 сут.
230U
20,8 сут.
230Np
4,6 мин
↓ >3%
226 226Fr
48 с
226Ra
1600 лет
226Ac
1600 лет
226Th
30,6 мин
226Pa
1,8 мин
226U
0,5 с
[↓] ↓ 74%
222 222Rn
3,8235 сут.
222Fr
14,2 мин
222Ra
38 с
222Ac
5 с
222Th
2,8 мс
222Pa
~4,3 мс
↓ 99%
218 218Po
3,1 мин
[→] 218At
1,6 с
[→] 218Rn
35 мс
218Fr
1 мс
218Ra
25,6 мкс
218Ac
1,12 мкс
214 214Pb
26,8 с
214Bi
19,9 мин
214Po
164,3 мкс
214At
558 нс
214Rn
0,27 мкс
214Fr
5 мс
[↓]
210 210Tl
1,3 мин
210Pb
22,3 года
210Bi
5,013 сут.
210Po
138,376 сут.
210At
8,1 ч
[↓] [↓] [↓]
206 206Hg
206Tl
4,199 мин
206Pb
206Bi
6,243 сут.
Альфа и бета-распад, атомные массы 4n + 3. Стрелками обозначены: ↓ — α-распад; → — β-распад; ← — β+-распад или E-захват; в квадратных скобках — превращения с вкладом менее 1%.
251 251Cf
898 лет
247 247Cm
15,6 млн лет
247Bk
138 лет
247Cf
3,11 ч
[↓]
243 243Pu
4,956 ч
243Am
7380 лет
243Cm
29,1 года
243Bk
4,5 ч
243Cf
10,7 мин
↓ ~99,76% [↓] ↓ ~14%
239 239Np
239Pu
24119 лет
239Am
11,9 ч
239Cm
~2,9 ч
[↓] [↓]
235 235Pa
24,4 мин
235U
23,415 млн лет
235Np
396,2 сут.
235Pu
25,3 мин?
235Am
25,3 мин?
[↓] [↓] [↓]
231 231Ac
7,5 мин
231Th
25,52 ч
231Pa
32,76 тыс. лет
231U
4,2 сут.
231Np
48,8?
[↓] [↓]
227 227Fr
2,48 мин
227Ra
42,2 мин
227Ac
21,773 года
227Th
18,718 сут.
227Pa
36,3 мин
227U
1,1 мин
↓ 85%
223 223Rn
23 мин
223Fr
21,8 мин
223Ra
11,343 сут.
223Ac
2,2 мин
223Th
0,66 с
223Pa
6,5 мс
[↓] ↓ 99%
219 219At
0,9 мин
219Rn
3,96 мс
219Fr
21 мс
219Ra
10 мс
219Ac
27 мкс
↓ 97,6%
215 215Bi
7,4 мин
215Po
21,780 мс
[→] 215At
0,1 мс
215Rn
2,3 мкс
215Fr
0,12 мкс
211 211Pb
36,1 мин
211Bi
2,14 мин
211Po
0,516 с
211At
7,214 ч
↓ 41,7%
207 207Tl
4,77 мин
207Pb
207Bi
32,2 года

История[править]

ЭСБЕ[править]

Ионизирующее излучение =[править]

α-лучи представляют собой заряженные положительным электричеством частицы, величиной близкие к атому гелия; Дж. Томсон показал, что одновременно с ними возникают и отрицательно заряженные лучи, обладающие такой же скоростью, что и α, и потому с одинаковой силой поглощаемые разными веществами. β-лучи тоже заряжены отрицательным электричеством, но их масса гораздо меньше (около 1/2000 атома водорода), а скорость движения значительно больше; ими вызываются γ-лучи, тождественные с рентгеновскими. Из всех свойств лучей наибольшее значение имеет способность сделать воздух проводником электричества (ионизировать его), так как степень этой ионизации является мерой радиоактивности тела, в присутствии которого воздух проводит электричество.

При чувствительности современных электрометров этим путем удается заметить такие ничтожные количества радиоактивных веществ, которых далеко еще недостаточно для открытия при помощи спектрального анализа; при радии электрометрический способ оказался в 5000 раз чувствительнее спектроскопа.

Радиоактивные элементы[править]

К числу сильно активных элементов относятся уран, торий, радий, актиний (эманий) и полоний (радиотеллур); последние три были найдены в урановой смоляной руде из Иоахимсталя и притом в самых ничтожных количествах, но Р. радия и актиния приблизительно в 1 000 000 раз больше урановой или ториевой. Измерения активности различных соединений того же элемента выяснили, что радиоактивность есть свойство атома, ибо сила соединения строго пропорциональна содержанию в нем радиоактивного элемента. Дальнейшие исследования показали, что радиоактивные атомы постоянно претерпевают глубокие изменения. Так, из раствора урановых или ториевых солей химическими методами (напр осаждением аммиаком) можно выделить небольшие количества сильно радиоактивных веществ, которые получили название "уран Х (UrX)" и "торий Х (ThX)". При этом оставшийся уран или торий испускают одни α-лучи, a полученные вещества дают также β и γ-лучи. С течением времени, ThX и UrX постепенно теряют активность, а уран и торий начинают снова испускать с прежней силой и α- и β- и γ-лучи. Оба процесса - потеря и восстановление силы идут вполне симметрически, выражаясь формулами:

Jt/J0 = 1 — e - λ t;

для возрастания силы урана и тория, и

Jt/J0 = e− λ t;

для потери ее у UrX и ThX; J0 — обозначает начальную активность, Jt — силу ко времени t, е - основание натуральных логарифмов, а λ есть некоторая постоянная величина, одинаковая в данном случае для урана и UrX, также для тория и ThX, но различная для урана и тория: половина силы UrX теряется в 22 дня, а у ThX - в 4 дня. Величина λ, характерная для каждого радиоактивного вещества, получила название "радиоактивной" константы. Восстановление силы урана и тория показывает, что процесс образования UrX и ThX идет все время, и если никогда не удается выделить эти вещества в сколько-нибудь значительных количествах, то именно потому, что они опять-таки все время исчезают, разрушаются. Для объяснения этих явлений Резерфорд предложил теорию дезинтеграции атомов, которая теперь и является общепринятой, так как вполне удовлетворительно объясняет все явления. По этой теории атомы радиоактивного элемента находятся в состоянии распада; так, атом урана разлагается на уран X и α-луч, атом тория на ThX и α-луч. В свою очередь, UrX и ThX, как продукты нестойкие, тотчас распадаются далее, опять-таки образуя новые тела и α-луч, и, наконец, в последней стадии последний продукт распадается уже на стойкий, а потому нерадиоактивный, атом и β-луч. Теория эта предвидит, что распад, например, ThX должен идти так, что скорость этого процесса падает по логарифмическому закону, ибо распад одного тела на два представляет собой мономолекулярную химическую реакцию. В настоящее время удалось довольно далеко проследить этот процесс распада атома. Так, выяснилось, что торий, подобно радию, дает эманацию, но выделение ее зависит не от самого тория, а от ThX: очевидно, эта эманация является уже продуктом разложения ThX. В свою очередь, активность этой эманации падает по логарифмическому закону (период полураспада в 54 секунды), образуя так называемую вторичную активность, - твердое тело, садящееся на все тела, соприкасающиеся с эманацией и заряженное положительным электричеством. Новый продукт можно смыть с этих тел соляной кислотой или аммиаком (причем получаются активные растворы), а также удалить накаливанием, причем продукт этот улетучивается и осаждается на окружающих телах. Потеря активности этого продукта, если он получен при непродолжительном действии эманации, не совершается по логарифмической формуле: здесь активность сперва растет, проходит через максимум, а потом уже начинает падать. Теория предвидит подобную кривую силы для случая, когда имеется смесь двух радиоактивных продуктов, из которых каждый разлагается правильно, но один быстро, а другой медленнее. Опыт показал, что продукт из эманации тория действительно представляет собой смесь трех тел, из которых одно, непосредственно образующееся из эманации и получившее название ThA, более летуче при накаливании, не извлекается из соляно-кислого раствора металлическим никелем и не осаждается пиридином; оно образует, не испуская при этом лучей, новое тело (ThB), трудно летучее, оседающее на никеле при погружении его в солянокислый раствор ThB и переходящее в осадок при прибавлении пиридина. ThB разлагается далее, выделяя α-лучи и образуя ThC, в свою очередь, распадающийся с выделением α -, β- и γ-лучей, но до сих пор не выяснено, какие при этом далее образуются продукты. Итак, распад атома тория может быть изображен следующей схемой:

b86_509-0.jpg

В последнее время удалось, впрочем, получить совершенно недеятельный торий, и в то же время О. Гану удалось выделить из торианита (минерала с о-ва Цейлона) новое весьма радиоактивное тело, в 700000 раз сильнее тория, образующее те же продукты, что торий, с теми же радиоактивными константами. Пока не выяснено, является ли этот "радиоторий" случайной, хотя почти постоянной примесью тория, или - что более вероятно - это тоже продукт распада тория, который, может быть, в нашей схеме займет место между Th и ThX. Совершенно таким же путем, как для тория, удалось до известной степени выяснить ход радиоактивного процесса у актиния (Ас, элемента, выделенного Дебиэрном из урановой смоляной руды и, по-видимому, тождественного с "эманием", полученным Гизелем из окисей редких земель):

b86_510-0.jpg

Относительно хода распада радия, а также относительно полония см. Радий. Хотя в больших количествах радиоактивные элементы не встречаются, но в ничтожных они распространены повсюду. Атмосферный воздух всегда несколько ионизован, и проволока, заряженная отрицательно, на воздухе становится радиоактивной, вследствие оседания на ней ничтожных количеств вторичной радиоактивности. Исследования скорости потери силы проволокой обнаружили, что мы имеем здесь дело с продуктами распада ториевой и радиевой эманации, что указывает на постоянное присутствие их в атмосфере. Радиоактивность воздуха не имеет постоянной величины и колеблется по силе в разное время года и даже дня. Эманации тория и радия попадают в воздух из земли, что доказывается сильной активностью почвенного воздуха. Раз земля содержит повсюду, хоть и в небольших количествах, радиоактивные вещества, то естественно, что и воды источников должны быть активны. И действительно, исследования в самых разнообразных местностях показали, что все минеральные и, во всяком случае, большинство, если не все, пресных источников содержат эманацию радия; во многих случаях была найдена и эманация тория, а иногда вода содержит не только эманацию, но и небольшие количества самого радия или тория. Газы, выделяющиеся из минеральных источников, оказались тоже весьма активными, - таковы, напр., газ Шпруделя (в Карлсбаде) и Нарзана. Отложения источников, а также многие минеральные грязи и даже некоторые исследованные образцы почв (Московск. губ., тульский чернозем, садовая земля на о-ве Капри и друг.) обладают также большей или меньшей активностью. Весьма интересны исследования активности воздуха в закрытых металлических цилиндрах. Здесь влияние эманации скоро исчезает, соответственно этому падает и активность, но затем начинает снова повышаться, достигая некоторой величины, колеблющейся затем в небольших пределах то в ту, то в другую сторону. Эта постоянная активность частью зависит от лучей, проникающих извне через стенки цилиндра и испускаемых, вероятно, земной поверхностью. Лучи эти можно поглотить, окружив сосуд с воздухом толстым (в 5 см) слоем свинца; при этом активность воздуха уменьшается на 30 %. Остальная часть активности зависит от лучей, испускаемых металлическими стенками цилиндра; лучи эти довольно легко поглощаются воздухом, что видно из того, что при давлениях ниже 300 мм ионизация воздуха еще пропорциональна давлению (не все лучи поглощаются), но при более высоких давлениях поглощение уже полное, и ионизация от давления не зависит. Количество, а также качество (способность поглощаться) лучей различно для каждого металла, - и это доказывает, что мы имеем дело не со случайной примесью радиоактивного элемента, а со свойством, принадлежащим самим металлам, которые, таким образом, все являются радиоактивными, хотя и в слабой степени (в 3000 раз слабее урана и даже еще меньше). К тому же выводу привели и исследования Мак-Леннана и Буртона, а также И. Боргмана над зарядом, который приобретается изолированным металлическим проводником, помещенным в металлический цилиндр, соединенный с землей. Величина заряда меняется с природой металла, и все явление указывает на то, что металлы испускают заряженные положительным электричеством α-лучи. Стекло, бумага, строительные материалы тоже оказались слабо радиоактивными. Таким образом, радиоактивность следует признать общим свойством тел. Мы видели, что там, где радиоактивность проявляется всего сильнее - при уране, радии, тории и актинии - удалось доказать, что она сопровождается распадом атома. Дальнейшие исследования должны выяснить, имеем ли мы такой же распад и при всех других элементах, и отличаются ли эти последние от сильно радиоактивных лишь более продолжительным временем существования.


Ю. Залькинд.


См. также[править]

Литература[править]

Статьи, относящиеся к радиоактивным веществам, помещаются в разных научных журналах - главным образом, в

  • "Philosophical Magazine",
  • "Physikalische Zeitschrift",
  • "Berichte der deutschen Chemischen Gesellschaft" (Берлин) и
  • "Comptes Pendus de l'Acad é mie des Sciences". Перечень новых статей помещается в журнале
  • "Jahrbuch der Radioaktivität und Electronik". Из книг можно указать на
  • "Radioactivity" (Кембридж, 1905, 2-е изд.) Резерфорда (Rutherford) и
  • "Radioactivity" Фр. Содди - вторая более популярна и переведена на русский язык Ф. Индриксоном (СПб., 1904).
Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: