Радиоактивность
– самопроизвольные превращения атомных ядер, сопровождающиеся испусканием
элементарных частиц или более лёгких ядер. Ядра, подверженные таким превращениям,
называют радиоактивными, а процесс превращения – радиоактивным распадом.
Радиоактивный распад возможен только тогда, когда он энергетически
выгоден, т.е. сопровождается выделением энергии. Условием этого является
превышение массы М исходного ядра суммы масс mi продуктов распада,
т.е. неравенство
M >∑mi.
Из около 3000 известных ядер (большинство из них получено
искусственно) лишь 264 не являются радиоактивными. Основными видами радиоактивного
распада являются альфа-распад (испускание ядрами альфа-частиц), бета-распад
(испускание (или поглощение) электрона, а также антинейтрино, или испускание
позитрона и нейтрино), гамма-распад (испускание гамма-квантов) и спонтанное
деление (распад ядра на два осколка сравнимой массы). К более редким видам
радиоактивного распада относятся испускание ядрами одного или двух нуклонов,
а также испускание фрагментов (кластеров) – лёгких ядер от 12С
до 32S. Во всех видах радиоактивности (кроме гамма-радиоактивности)
изменяется состав ядра – число протонов Z , массовое число А или и то и
другое.
Важнейшей характеристикой радиоактивности является закон радиоактивного
распада, показывающий как со временем t изменяется (в среднем) число N радиоактивных
ядер в образце
N(t) = N0e–λt,
где N0 – число исходных ядер в начальный момент (момент их
образования или начала наблюдения), а λ – постоянная распада (вероятность
распада радиоактивного ядра в единицу времени). Через эту постоянную можно
выразить среднее время жизни радиоактивного ядра τ = 1/λ, а также период
полураспада T1/2 = ln2/τ. Период полураспада наглядно характеризует
скорость распада, показывая за какое время число радиоактивных ядер в образце
уменьшится вдвое.
Следует подчеркнуть, что процесс радиоактивного распада (как
и все процессы в микромире) это случайный процесс и можно говорить лишь
о вероятности его протекания. Так если в образце N радиоактивных ядер, то
в единицу времени не обязательно произойдёт λN актов радиоактивного распада.
Это число может быть и больше и меньше λN, которое в данном случае является
лишь средним (математическим ожиданием).
На характеристики радиоактивного распада, в частности его скорость
(период полураспада), оказывают существенное влияние силы (взаимодействия),
вызывающие распад. Альфа-распад изначально вызывается сильным взаимодействием,
но его скорость определяется кулоновским барьером (электромагнитным взаимодействием).
Бета-распад вызывается слабым взаимодействием, а гамма-распад – электромагнитным.
Явление радиоактивности открыто в 1896 г.
А. Беккерелем.
В 1899 г. Э. Резерфорд
открыл, что уран излучает положительно заряженные частицы (α-частицы) и
отрицательно заряженные β-частицы (электроны). В 1900 г.
П. Виллард
открыл нейтральные частицы (γ-кванты) при изучении распада урана. Спонтанное
деление ядер открыто в 1940 г.
К.А. Петржаком
и Г.Н. Флёровым.
См. также