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:

AZX → A-4Z-2Y + 42He

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

Пример альфа-распада урана-238:

23892U → 23490Th + 42He

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

352 3524424 fig 6 7 alpha decay gamma ray laser

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:

AZX → AZ+1Y + 0-1e

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

Пример бета-распада углерода-14:

146C → 147N + 0-1e

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

beta

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.

gamma

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 (T1/2) — 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.

graficheskaya zavisimost kolichestva neraspavshihsya molekul ot vremeni

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.

law radio

где:

  • N — число нераспавшихся ядер через время t,
  • N0 — начальное число ядер,
  • t — прошедшее время,
  • T1/2 — период полураспада.

Пример: Если начальное число радиоактивных ядер равно 1000, а период полураспада равен 1 часу, то через 1 час останется 500 ядер, через 2 часа — 250, через 3 часа — 125 и т.д.

ar left                                      ar right