Естественная и искусственная радиоактивность. 
Закон радиоактивного распада

радиоактивность ядро атомный излучение.

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц. Такие превращения претерпевают только нестабильные ядра. К числу радиоактивных процессов относятся: 1)-распад, 2) -распад (в том числе электронный захват), 3) -излучение ядер.

Радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях, называется естественной. Эта радиоактивность была открыта в 1896 г. французским ученым А. Беккерелем. Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной. Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия. Процесс радиоактивного превращения в обоих случаях подчиняется одинаковым законам.

Закон радиоактивного превращения. Отдельные радиоактивные ядра претерпевают превращение независимо друг от друга. Поэтому можно считать, что количество ядер, распадающихся за малый промежуток времени, пропорционально как числу имеющихся ядер, так и промежутку времени :

. (2.1).

Здесь — характерная для радиоактивного вещества константа, называемая постоянной распада. Знак минус взят для того, чтобы можно было рассматривать как приращение числа нераспавшихся ядер .

Интегрирование выражения (2.1) приводит к соотношению.

(2.2).

где — количество ядер в начальный момент, — количество нераспавшихся атомов в момент времени. Формула (2.2) выражает закон радиоактивного превращения. Этот закон весьма прост: число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.

Количество ядер, распавшихся за время, определяется выражением.

. (2.3).

Время, за которое распадается половина первоначального количества ядер, называется периодом полураспада. Это время определяется условием.

.

Откуда.

. (2.4).

Период полураспада для известных в настоящее время радиоактивных ядер находится в пределах от с до лет.

Найдем среднее время жизни радиоактивного ядра. Количество ядер, испытывающих превращение за промежуток времени от до, определяется модулем выражения (1):. Время жизни каждого из этих ядер равно. Следовательно, сумма времен жизни всех имевшихся первоначально ядер получается путем интегрирования выражения. Разделив эту сумму на число ядер, получим среднее время жизни радиоактивного ядра:

.

Подставим сюда выражение (70.2) для :

(надо перейти к переменной и осуществить интегрирование по частям). Таким образом, среднее время жизни есть величина, обратная постоянной распада :

. (2.5).

Сравнение с (2.4) показывает, что период полураспада отличается от числовым множителем, равным .

Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра. Правила смещения:

дляраспада,.

дляраспада,.

где — материнское ядро, — символ дочернего ядра, — ядро гелия (-частица), — символическое обозначение электрона (заряд его равен, а массовое число — нулю). Правила смещения являются ничем иным, как следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах, — сохранения электрического заряда и сохранения массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра.

Часто бывает, что возникающие в результате радиоактивного превращения ядра в свою очередь оказываются радиоактивными и распадаются со скоростью, характеризуемой постоянной распада. Новые продукты распада могут также оказаться радиоактивными, и т. д. В результате возникает целый ряд радиоактивных превращений. В природе существуют три радиоактивных ряда (или семейства), родоначальниками которых являются (ряд урана), (ряд тория) и (ряд актиноурана). Конечными продуктами во всех трех случаях служат изотопы свинца — в первом случае, во втором и, наконец, в третьем .