Детская энциклопедия

Меню сайта











Как объясняется радиоактивность современной наукой?

Существует наука с довольно скучным на­званием: «изотопная статистика». Она наводит строгий бухгалтерский учет для тысячи с лиш­ним радиоактивных изотопов.

Вспомним, какие виды радиоактивных пре­вращений нам известны. Это — альфа-распад, бета-распад и спонтанное (самопроизвольное) деление. Обратим особое внимание на бета-распад. Изотопная статистика подсчитала, что около 80% всех радиоактивных изотопов распадается по типу бета-распада.

Бета-распад объединяет три самостоятель­ных вида радиоактивных превращений. Первый вид — испускание электрона β--распад). Вто­рой вид — испускание позитрона (β+-распад). Третий вид обнаружил в 1937 г. американский ученый Луис Альварец. Оказалось, что некоторые ядра могут поглощать электроны с ближайших к ядру электронных оболочек. Заряд ядра-по­глотителя, как и при β+-распаде, уменьшается на единицу. Природная радиоактивность ка-лия-40 как раз связана с тем, что ядром этого изотопа поглощается орбитальный электрон (см. рисунки 5 и 10 в ст. «Великий закон»). Если электрон поглощается ядром с K-оболочки (ближайшей к ядру), то это так называемый K-захват; если со следующей L-оболочки — это L-захват, но он встречается крайне редко. Значит, в процессах бета-распада обязательно участвует либо электрон, либо его электриче­ский антипод — позитрон.

Ядра состоят только из протонов и нейтро­нов. И тем не менее при β- или при β+-распадах из ядер вылетают электроны и позитроны. Мо­дель ядра не приемлет электроны, и между тем электрон поглощается ядром при орбиталь­ном захвате. Как же это понять?

А если допустить, что ядерные протоны и ней­троны не неизменны и способны превращаться друг в друга? Ядерный нейтрон может превра­щаться в протон, при этом вылетает электрон и заряд ядра увеличивается на единицу. Тут происходит β--распад. Ядерный протон в свою очередь может стать нейтроном, а положитель­ный заряд уносится вместе с позитроном. Заряд ядра станет на единицу меньше. Здесь мы имеем дело с β+-распадом. Заметим, что одно­временно с позитроном или электроном выле­тает элементарная частица нейтрино v (или антинейтрино  ).

Мы можем записать эти виды распадов в  виде схем:

 

 

А процесс орбитального захвата можем изо­бразить так:

 

Выходит, что при  β--распаде ядро, теряя нейтрон, приобретает лишний протон, а при β+-распаде и орбитальном захвате оно, наоборот, меняет протон на нейтрон. Механика, на пер­вый взгляд, очень несложная.

Но почему тогда далеко не все ядра подчи­няются этой механике?

Важнейшее условие устойчивости атомных ядер — отношение числа содержащихся в них нейтронов к числу протонов (n:p). Это соот­ношение меняется с ростом заряда в ядре. Оно приблизительно равно 1 у изотопов легких элементов и достигает 1,6 у тяжелых. Только при определенных величинах отношения n:p ядра устойчивы. При других же отношениях они способны к бета-распаду.

Неустойчивы ядра с большим числом ней­тронов — у них велико отношение n:p. Как оно может уменьшиться? Только если n станет меньше, а p больше, если нейтрон превра­тится в протон, испустив электрон, т. е. путем β--распада. Поэтому все тяжелые изотопы с из­бытком нейтронов оказываются β--активными.

Когда же отношение n:p мало, то у ядра появляется стремление заменить протон на ней­трон и, испустив позитрон, восстановить равно­весие. Легкие радиоактивные изотопы химиче­ских элементов надо считать приверженцами β+-распада.

Орбитальный захват — это тоже привилегия легких изотопов, стремящихся к обмену протона на нейтрон. Но встречается он главным образом у элементов, у которых внутренние электрон­ные оболочки расположены близко к ядру, т. е. у элементов в середине и в конце перио­дической системы.

Почему же ядра остаются устойчивыми при каких-то «избранных» отношениях n:p? Может быть, эта устойчивость мнимая и ядра даже при этих соотношениях в очень слабой (необнаружимой пока) степени радиоактивны?

Или же вся эта схема лишь весьма грубое приближение к действительности — своего рода «рабочая модель»?

Словом, на вопрос: «Что такое радиоактив­ность?» — в наше время еще нет исчерпываю­щего ответа. Быть может, кому-нибудь из вас придется принять участие в его решении.

Обратимся теперь к другим видам радиоак­тивного распада. Альфа-распад — явление ча­стое среди радиоактивных изотопов. И глав­ным образом у элементов конца периодической системы. Вылет α-частицы сопровождается из­менением массы исходного ядра на 4, а заряда— на 2 единицы. Поэтому долгое время считалось, что к α-распаду способны только самые тяжелые, наиболее сложные ядра — ядра эле­ментов начиная со свинца и висмута.

Каково же было удивление ученых, когда они установили, что α-распад может быть у многих изотопов редкоземельных элементов, расположенных в середине таблицы Менделе­ева. Отдельные изотопы лантана и церия, пра­зеодима и неодима, самария и гадолиния, диспро­зия и тербия по странной прихоти природы охотно теряют α-частицы.

Оправдать эту прихоть помогла так назы­ваемая оболочечная модель атомного ядра. Протоны и нейтроны слипаются в ядерный ко­мок не в беспорядке, заявили ученые. На­против, составные частицы ядра должны распо­лагаться в строгом порядке. Подобно тому как электроны в атомах распределяются по оболочкам, ядерные протоны и нейтроны также разложены по «полочкам» с разными уровнями энергии и на эти «полочки» вмещаются строго определенные количества протонов или ней­тронов — 2, 8, 20, 50, 82, 126. Ядра, содержащие такие количества частиц, получили название «магических», их можно считать своеобразными «инертными газами» в периодической системе изотопов (подробнее об этом см. в ст. «Великий закон»).

Ядра изотопов редкоземельных элементов содержат количества нейтронов, близкие к «ма­гическому» числу 82. И эта близость, как до­казали физики, способствует нарастанию веро­ятности  α-распада. Поэтому в области редко­земельных элементов наблюдается первая на протяжении периодической системы «вспышка» α-активности. В районе классических α-излучателей (элементы конца таблицы Менделеева) дает себя знать близость оболочки из 126 ней­тронов.

В целом 16% радиоактивных изотопов рас­падаются, испуская α-частицы.

Спонтанное (самопроизвольное) деление — это самый кардинальный тип радиоактивных превращений. Он встречается только у очень тяжелых ядер. Ему подвержены многие α-активные ядра, а в особенности у изотопов трансурановых элементов. У ядер, находящих­ся в соседстве с ураном, спонтанное деление — явление очень редкое. Если бы в природе суще­ствовало только спонтанное деление, то, на­пример, из 1 г изотопа тория-232 осталось бы 0,5 г за колоссальный срок, который даже трудно себе представить, — 1021 лет. Этот изо­топ превращается гораздо быстрее благодаря  α-распаду.

С ростом заряда в ядре вероятность само­произвольного деления стремительно нарастает, и, например, у изотопа менделевий-256 (по­рядковый номер 101) период полураспада при спонтанном делении равен всего 30 минутам. Физики установили четкий критерий способно­сти ядра к самопроизвольному делению. Он измеряется отношением квадрата заряда ядра Z к атомному весу А (массовому числу) изотопа. Как только величина Z2:A достигает значения 44,5, самопроизвольное деление становится ве­роятным.

Оболочечная модель ядра не может объяс­нить, как происходит механизм спонтанного деления. Приходится привлекать для этого другую модель — капельную. Ученые давно про­водили аналогию между свойствами ядра и свойствами капли жидкости. Если капле сооб­щить достаточную энергию, привести ее в дви­жение, то она может разделиться на более мелкие капли. Подобным же образом и ядро, если оно, как говорят физики, придет в возбуж­денное состояние, способно делиться — либо под действием нейтронов, либо самопроизвольно.

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ 

Молекулы и атомы 
Внутриатомные частицы 
Космические лучи 
Ускорители 
Превращения элементарных частиц 
Множественное рождение частиц       Время жизни и период полураспада нейтрона 
Частицы и волны 
Испускание света и рождение частиц  
Тяжелые, средние и легкие частицы 
Частицы-волчки 
Частицы и античастицы                         На переднем крае науки 
"Отшельники" и "общественники" 
Неуловимая частица                         Свойства частиц и свойства пространства-времени
Квантование полей и пи-мезоны            Нейтрино и антинейтрино   
Рождение, жизнь и смерть химических элементов 
Урановые лучи 
Полшага до открытия радиоактивности
Три вида лучей                                          Превращение фотона
Из металла газ 
Упорядоченный хаос                                О теории и практике в науке  
Элементы первичные и вторичные 
Что такое радиоактивность? 
"Я вижу атом"
Азот превращается в кислород 
Нейтрон и новая модель атома 
Цепь великих открытий 
Искусственные элементы 
Земная жизнь искусственных элементов 
Как объясняется радиоактивность современной наукой? 
Управляемый радиоактивный распад 
Сколько видов радиоактивных превращений существует? 
Гамма-лучи 
Коротко о нуклонах  
Маленькая интермедия  
Почему светят звезды? 
"Весь мир за пятнадцать минут"  
Ключ дает технеций 
От гелия до висмута 
Рождение и гибель сверхновых звезд 
Атомный реактор 
Жизнь нейтронов в реакторе 
Критическая масса реактора 
Регулировка мощности атомного реактора 
Запаздывающие нейтроны 
Превращение элементов в атомном реакторе 
Действие радиоактивных излучений на материалы атомного реактора
Переработка атомного горючего           ТЭС-3--Самоходная атомная электростанция
Различные атомные реакторы               "Ромашка"--Реактор-термоэлектрогенератор 
Как видят невидимое (приборы ядерной физики)
Столовый прибор 
Туман помогает видеть 
Частица-фотограф 
Счетчики Черенкова 
Пузырьковая камера 
Искровые счетчики





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016