Радиоактивность — это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одних химических элементов в ядра других элементов. При этом происходят изменения в составе атомного ядра, которые описываются законами сохранения зарядового и массового чисел.

Законы сохранения при радиоактивных превращениях

При любых радиоактивных превращениях выполняются два важных закона:

• Закон сохранения зарядового числа: сумма зарядовых чисел частиц до реакции равна сумме зарядовых чисел частиц после реакции.

• Закон сохранения массового числа: сумма массовых чисел частиц до реакции равна сумме массовых чисел частиц после реакции.

Эти законы позволяют записывать уравнения радиоактивных превращений и определять, какие частицы образуются в результате реакции.

Альфа-распад

Альфа-распад — это явление испускания ядром альфа-частицы (ядра атома гелия ⁴₂He). При альфа-распаде массовое число ядра уменьшается на 4, а зарядовое число — на 2.

Альфа-распад — это радиоактивное превращение, при котором ядро испускает альфа-частицу, в результате чего массовое число уменьшается на 4, а зарядовое — на 2.

Схема альфа-распада:

где X — исходное ядро, Y — новое ядро, ⁴₂He — альфа-частица.

Пример альфа-распада урана-238:

При этом уран-238 превращается в торий-234, испуская альфа-частицу.

Бета-распад

Бета-распад — это явление испускания ядром бета-частицы (электрона). При бета-распаде массовое число ядра не изменяется, а зарядовое число увеличивается на 1 (так как один нейтрон в ядре превращается в протон и электрон).

Бета-распад — это радиоактивное превращение, при котором ядро испускает бета-частицу (электрон), в результате чего зарядовое число увеличивается на 1, а массовое число не изменяется.

Схема бета-распада:

где X — исходное ядро, Y — новое ядро, ⁰_-1e — бета-частица (электрон).

Пример бета-распада углерода-14:

При этом углерод-14 превращается в азот-14, испуская электрон.

Гамма-излучение

Гамма-излучение не является самостоятельным видом радиоактивного превращения. Оно обычно сопровождает альфа- и бета-распады. После испускания альфа- или бета-частицы новое ядро часто оказывается в возбуждённом состоянии. Переходя в основное состояние, оно испускает гамма-квант (фотон высокой энергии). При этом зарядовое и массовое числа ядра не изменяются.

Период полураспада

Радиоактивный распад — это статистический процесс. Невозможно предсказать, когда распадётся конкретное ядро. Однако для большого числа ядер можно указать вероятность их распада за определённое время.

Период полураспада (T_1/2) — это время, в течение которого распадается половина первоначального числа радиоактивных ядер.

Период полураспада является важнейшей характеристикой радиоактивного изотопа. У разных изотопов он может изменяться от долей секунды до миллиардов лет. Например:

• Период полураспада урана-238 составляет около 4,5 миллиардов лет.
• Период полураспада радия-226 — около 1600 лет.
• Период полураспада йода-131 — около 8 суток.
• Период полураспада некоторых изотопов — доли секунды.

Закон радиоактивного распада показывает, что число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону. Через один период полураспада остаётся половина ядер, через два периода — четверть, через три — одна восьмая и т.д.

где:

• N — число нераспавшихся ядер через время t,
• N₀ — начальное число ядер,
• t — прошедшее время,
• T_1/2 — период полураспада.