post

Радиоактивност – радиоактивен разпад и радиация

Явлението радиоактивност представлява спонтанно разпадане (радиоактивен разпад) на атомните ядра на емисии от частици с размери по-малки от тези на атома. Разпадът е съпроводен от радиация, която представлява емитиране (излъчване) на електромагнитни вълни, носещи названието гама лъчи (γ).

Стабилност на ядрата

Атомните ядра се отличават с различна стабилност. Тези, които не са подложени на външни влияния и могат да съществуват непроменени безкрайно време се наричат стабилни. Всички ядра, които се разпадат самоволно се наричат нестабилни.

Близо 400 изотопа на химичните елементи притежават стабилни ядра, като елементите от номер 84 нагоре включително, са нестабилни. Интересен факт е, че големите ядра, за да са стабилни имат нужда от повече неутрони. Това намалява протон – протон отблъскването.

Атомите на някои елементи са с изключително стабилни ядра. Забелязана е зависимост свързана с броя на нуклоните в ядрата им. Атомите с 2, 8, 20, 28, 50 и 82 протона или неутрона спадат към тази група. От друга страна ядрата с четен брой нуклони (протони + неутрони) обикновено спадат към стабилните. Това е една от причините за създаването на теоретичния слоест модел на атомното ядро.

Радиоактивност

Радиоактивността е открита в края на 19 век от Антоан Анри Бекерел. Докато изследвал флуоресцентното светене на урановите соли, той установил, че те притежавали невидимо лъчение, което пряко влияело върху фоточувствителната плака, дори когато тя е завита в защитна обвивка.

Лъчите на Бекерел станали обект на изследванията на Пиер и Мария Кюри, които вече работели в тази насока. Те създават понятието радиоактивност и същевременно откриват полония и радия, които също са радиоактивни химични елементи.

В природата на радиоактивен разпад са подложени само изотопите на атомите с тежки нестабилни ядра. Това се нарича естествена радиоактивност. В практиката е възможна и такава причинена от човека, като тя се назовава изкуствена радиоактивност.

При радиация се наблюдават три вида лъчения α-, β- и γ-лъчение, като първите два вида представляват емисии от алфа и бета частици. Тъй като те имат заряд, тяхното излъчване променя заряда на ядрото и същевременно го превръща в ядро на друг елемент.

α – частици (алфа разпад)

Причините за алфа разпада е наличието на електростатични сили на отблъскване между протоните в тежките ядра. Алфа частиците са положително заредени и включват в себе си два протона ограничени от два неутрона. На практика представляват поток от хелиеви ядра (4Не22+), чиято скорост не надхвърля 20 000 км/ч. Освен чрез радиоактивен разпад, те могат да се получават и при крайно йонизиране на хелий-4.

радиоактивност

отклоняване на частиците от електромагнитно поле

Всички α-частици притежават голяма йонизираща способност и във външно електрично поле се отклоняват към отрицателния полюс. Поради голямата маса на α-частиците, отклонението е значително по-малко. Тяхната проникваща способност е малка като варира от няколко милиметра до няколко сантиметра.

α – разпад:   AZE → A-4Z-2E + 42Не2+

Както се вижда от общото уравнение на алфа разпадането, общият брой нуклони получени в резултат на него е равен на броя нуклони в изходното ядро.

β – частици (бета разпад)

Бета лъчите представляват поток от отрицателно заредени β-частици (електрони с ядрен произход), чиято скорост е близка до тази на светлината (300 000 м/сек). Те се излъчват, когато ядрото на нестабилен атом се трансформира в ядро на по-стабилен атом на друг химичен елемент.

β – електронен разпадAZE → AZ+1E + е+ νe

При радиоактивност свързана бета електронен разпад се отделя, освен един електрон и частица антинеутрино. Заради изключително малката маса на електрона не се променя масата, а също и масовото число на ядрото. Това означава, че броят на нуклоните се запазва, но за сметка на β-разпада един неутрон се превръща в протон. Новополученият атом е изотоп на следващия химичен елемент в Периодичната система.

радиоактивност

Диаграма на Файнман, представяща бета електронен разпад на неутрон. Процесът се осъществява посредством междинен W бозон; лиценз на изобр. – обществено достояние; източник на изображението Уикипедия

Бета електронния разпад може да се представи и по друг начин:

n0 → p+ + е + νe

От външно електрично поле, бета частиците се отклоняват по-силно от алфа частиците, при това в посока на положителния полюс. При същото сравнение те притежават по-малка йонизацираща, но далеч по-голяма проникваща способност. Дори в оловен лист имат пробег около 3 mm.

Съществува β-радиоактивност, която е обратна по своята същност и се нарича β – позитронен разпад. При него протон отдава позитрон и се ражда неутрон. Бета позитронният разпад е съпроводен с отделяне на неутрино. Полученият атом има същото масово число като радиоактивното ядро на изходния атом, но представлява изотоп на предходния в Периодичната система химичен елемент.

p+ → n0 + е+ + νe

К-захват

К-захват е радиоактивност на ядрото, при която то захваща елетрон от най-близкия слой на атомната обвивка и излъчва неутрино. Тъй като този слой се означава с латинската буква К, оттам идва и наименованието на самия захват. Процесът предизвиква образуване на атом на предходния елемент, защото електронът и един протон се сливат и се образува неутрон. Масовото число се запазва, но се изменя количеството на протоните в ядрото.

74Be + e → 73Li + ν

γ-излъчване

Гама лъчите обикновено съпровождат радиоактивност на ядра в α- или β-разпад. Те са високоенергийни емисии от фотони излъчени от ядро във възбудено състояние, което преминава в основно. Самият ядрен състав на атома не се променя.

Дължината на γ-електомагнитните вълни е от порядъка на 10-10 до 10-13 метра. Те не се отклоняват от външно електрично поле и имат слаба йонизираща способност. За разлика от другите два вида радиация, гама лъчението е с голяма проникваща способност, която може да надмине сантиметър и половина в дълбочина на оловен лист.

Ядрено делене и период на полуразпад

Ядреното делене е процес на самоволно разпадане на тежките ядрата на нестабилните атоми. При този вид ядрен разпад се получават по-леки ядра. Подобно делене може да се инициира и изкуствено, като с неутрони се бомбардират ядрата на съответните тежки елементи. Процесът е съпроводен с отделяне на огромно количество енергия. Ядреното делене и ядрените реакции са от изключително значение за военната и енергийната промишленост на развитите страни и затова за тях ще отделим специална публикация.

За всеки радиоактивен нуклид (нестабилен изотоп) съществува отрязък от време, през който половината от ядрата на изходните атоми ще се разпаднат. Този времеви интервал се нарича период на полуразпад. Познаването на периода на полуразпад на атомите на химичните елементи е особено важен фактор в много научни и изледователски дисциплини.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *