Закон радиоактивного распада. Правила смещения

Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро — дочерним.

Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики.

Так как отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, т.е. можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t+dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моменту времени t

dN = -λN dt, (36.5)

где λ — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается.

Разделив переменные и интегрируя: получим

N = N ₀ е ^–λt, (36.6)

где N ₀—начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t= 0), N —число нераспавшихся ядер в момент времени t. Формула выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада Т _1/2 и среднее время жизни τ радиоактивного ядра.

Период полураспада Т _1/2— время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Тогда

= N ₀ , (36.7)

откуда

Т _1/2 = = . (36.8)

Периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна t|dN| = λNtdt. Проинтегрировав это выражение по всем возможным t (т. е. от 0 до ∞) и разделив на начальное число ядер N ₀, получим среднее время жизни τ радиоактивного ядра:

τ = . (36.9)

Таким образом, среднее время жизни радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада.

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

→ + для a распада, (36.10)

→ + для распада β, (36.11)

где — материнское ядро, Y — символ дочернего ядра, — ядро гелия, е —символическое обозначение электрона (заряд его равен —1, 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.

Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки или ряда радиоактивных превращении, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.

Методы регистрации радиоактивного излучения: практически все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц на их способности производить ионизацию и возбуждение атомов среды. Сцинтилляционный счетчик, черенковский счетчик, импульсная ионизационная камера, газоразрядный счетчик, полупроводниковый счетчик, камера Вильсона, диффузионная камера, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии, искровые камеры, трековые детекторы.

Действие радиоактивных лучей на организмы. Излучение радиоактивных веществ оказывает сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,001°С, нарушает жизнедеятельность клеток. Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, особенно клеток, которые быстро делятся. Поэтому в первую очередь излучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов. Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, которое является неблагоприятным. Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу. Быстро размножающиеся клетки в злокачественных опухолях более чувствительны к облучению, чем нормальные. На этом основано подавление раковой опухоли радиоактивными препараторами.