Естественная и искусственная радиоактивность

     Первые сведения об атомной энергии были получены в конце прошлого столетия, когда ученые обнаружили, что некоторые химические элементы (уран, радий и др.) испускают в окружающее пространство не видимые гла­зом излучения. Это явление, т. е. испускание частиц и электромагнитного излучения атомами некоторых элемен­тов, происходящее вследствие ядерных превращений, стали называть радиоактивностью (от латинского слова «радиус» — луч). Ядерные превращения, т. е. самопроиз­вольные превращения ядер атомов одних элементов в ядра атомов других элементов, называются радиоак­тивным распадом.

Рис 8. Схема опыта по разделению радиоактивных лучей

    Различают естественную и искусственную радиоактив­ность. Естественной называют радиоактивность естествен­ных изотопов, т. е. химических элементов, которые встре­чаются в природе. Искусственной называют радиоактив­ность изотопов, получаемых искусственным путем. Есте­ственная радиоактивность наблюдается у таких изотопов химических элементов, как, например, радий, ypart, торий и другие. 

   Достижения современной физики позволили получить очень большое количество искусственных радиоактивных изотопов. В настоящее время получены радиоактивные изотопы всех известных на сегодня химических элемен­тов, начиная от водорода, самого легкого химического элемента, занимающего первое место в таблице Менде­леева, и кончая центурием — самым тяжелым элементом, занимающим последнее, сотое место в этой таблице. При­чем для многих химических элементов получены не­сколько изотопов. Например, известны такие изотопы водорода: легкий водород — ₁протий¹,тяжелый водород — ₁дейтерий² и сверхтяжелый водород — ₁тритий³. Далее известны также несколько изотопов урана, например: ₉₂уран²³³,  ₉₂уран²³⁴,  ₉₂уран²³⁵, ₉₂уран ²³⁸, ₉₂ уран ²³⁹. В пос­ледние годы было получено более 700 искусственных ра­диоактивных изотопов всех химических элементов, встре­чающихся в природе.

   Какие же частицы испускают радиоактивные химиче­ские элементы при своем распаде? Как их можно обна­ружить?

    Для этой цели крупинку радиоактивного препарата вкладывали в свинцовую коробку (рис. 8). Такую уста­новку помещали в сильное магнитное поле. Испускаемые этой крупинкой излучения, выходя через узкое отверстие, в магнитном поле раскладываются на три отдельных луча: вправо, влево и прямо, не отклоняясь. Этот опыт указывает, что некоторые вылетающие частицы имеют электрический заряд. Эти составляющие были названы соответственно альфа (α)-, бета (β)- и гамма (γ) - лучами. Дальнейшим исследованием было установлено, что альфа-частицы несут положительный заряд и являются ядрами атома гелия (₂гелий⁴). Они вылетают из ядра радиоактивного элемента со скоростью, достигающей примерно 20 000 километров в секунду.

   Отрицательно заряженные бета-частицы (β) представ­ляют собой электроны, которые движутся с различными скоростями, достигающими примерно 250 000 километров в секунду.

  Альфа- и бета-распад зачастую сопровождается неви­димым электромагнитным излучением, получившим на­звание гамма-излучения. Гамма-излучение, испускаемое ядрами отдельными порциями, или, как говорят, кван­тами, представляет собой поток материальных электри­чески нейтральных частиц, называемых фотонами, и рас­пространяется со скоростью света, т. е. 300 000 километров в секунду. 

   Естественно, что не все радиоактивные изотопы явля­ются альфа- и бета-активными. Некоторые химические элементы испускают только альфа-частицы, другие эле­менты испускают только бета-частицы; существуют и та­кие элементы, которые испускают альфа- и бета-частицы одновременно.

    Выше уже отмечалось, что в результате радиоактив­ного распада ядер образуются ядра новых химических элементов. Какие же это элементы?

    Испускание альфа-частиц характерно для атомов тя­желых химических элементов. Очевидно, что заряд ядра, испускающего альфа-частицу, должен как-то измениться, ибо альфа-частица, являясь ядром атома гелия, уносит часть положительного заряда распадающегося ядра. В действительности так и происходит.

    В результате альфа-распада получается ядро нового химического элемента, заряд ядра которого будет меньше заряда распавшегося ядра на две единицы, ибо альфа - частица, т. е. ядро атома гелия, несет положительный за­ряд в 2 элементарные единицы заряда. А так как место любого химического элемента в таблице Менделеева определяется зарядом ядра, то новый химический эле­мент, полученный в результате альфа-распада, будет на­ходиться на 2 клеточки левее исходного. Массовое число ядра нового элемента также уменьшится на 4 единицы (т. е. на величину- массового числа альфа-частицы). На­пример, радий, испуская альфа-частицу, превращается в радиоактивный газ — радон. Эта ядерная реакция альфа- распада может быть записана следующим образом:

₈₈радий²²⁶ -> ₈₆радон²²² + ₂гелий⁴.

   Другим видом радиоактивности является испускание бета-частиц, характерное для значительного числа есте­ственных и искусственных радиоактивных изотопов. Испускание ядром бета-частицы происходит вследствие того, что один из нейтронов ядра превращается в протон. Следовательно, в этом случае заряд нового ядра увели­чится на единицу. Так как вес электрона ничтожно мал, то потерей веса ядра вследствие испускания бета-частицы можно пренебречь. Поэтому в случае бета-распада принимается, что массовое  число ядра остается прежним.

    Пример такого бета-распада может быть записан так: