Большая Советская Энциклопедия (РА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 54

  Основная единица радиоактивности — кюри, первоначально определялась как активность 1 г Ra. В дальнейшем под 1 кюри стали понимать активность радиоактивного препарата, в котором происходит 3,7×1010 распадов в сек. Широко используются дробные единицы (например, мкюри, мккюри) и кратные единицы (ккюри, Мкюри). Другая единица радиоактивности — резерфорд, равна

 кюри, что соответствует 106 в сек.

  Альфа-распад представляет собой самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием двух протонов и двух нейтронов, образующих ядро

. В результате a-распада заряд ядра уменьшается на 2, а массовое число на 4 единицы, например:

.

  Кинетическая энергия вылетающей a-частицы определяется массами исходного и конечного ядер и a-частицы. Если конечное ядро образуется в возбуждённом состоянии, эта энергия несколько уменьшается, и, напротив, возрастает, если распадается возбуждённое ядро (в последнем случае испускаются т. н. длиннопробежные a-частицы). Энергетический спектр a-частиц дискретный. Период полураспада a-радиоактивных ядер экспоненциально зависит от энергии вылетающих a-частиц (см. Гейгера — Неттолла закон). Теория a-распада, основанная на квантовомеханическом описании проникновения через потенциальный барьер, была развита в 1928 Г. Гамовым и независимо — англ. физиками Р. Гёрни и Э. Коцдоном.

  Известно более 200 a-активных ядер, расположенных в основном в конце периодической системы, за Pb, которым заканчивается заполнение протонной ядерной оболочки с Z = 82 (см. Ядерные модели). Известно также около 20 a-радиоактивных изотопов редкоземельных элементов. Здесь a-распад наиболее характерен для ядер с числом нейтронов N = 84, которые при испускании a-частиц превращаются в ядра с заполненной нейтронной ядерной оболочкой (N = 82). Времена жизни a-активных ядер колеблются в широких пределах: от 3×10—7сек (для 212Po) до (2—5)×1015 лет (природные изотопы 142Ce, 144Nd, 174Hf). Энергия наблюдаемого a-распада лежит в пределах 4—9 Мэв (за исключением длиннопробежных a-частиц) для всех тяжёлых ядер и 2—4,5 Мэв для редкоземельных элементов.

  Бета-распад представляет собой самопроизвольное взаимное превращение протонов и нейтронов, происходящее внутри ядра и сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е—) или позитронов (е+), нейтрино (ne) или антинейтрино (

).

  1) Электронный b— -распад: n ® р + е— +

; например,

.

  2) Позитронный b+-распад: p ®

; например,

 ().

  3) Электронный захват: p ®

; например,

 ().

  Захват электронов происходит с одной из атомных оболочек, чаще всего с ближайшей к ядру К-оболочки (К-захват), реже — со следующих, L- и М-оболочек (L- и М-захваты), b—-распад характерен для нейтроноизбыточных ядер, в которых число нейтронов больше, чем в устойчивых ядрах (а для ядер с Z > 83, если число нейтронов больше, чем в b-стабильных ядрах, испытывающих только a-распад). b+-распад и электронный захват свойственны нейтронодефицитным ядрам, более лёгким, чем устойчивые или b-стабильные ядра. Энергия при b-распаде распределяется между 3 частицами: электроном или позитроном, антинейтрино или нейтрино и конечным ядром; поэтому спектр b-частиц сплошной. Бета-радиоактивные изотопы встречаются у всех элементов периодической системы. Особенностью электронного захвата является слабая зависимость его скорости от химического состояния превращающихся атомов. Ядро захватывает электрон с какой-либо из электронных оболочек атома, а вероятность подобного захвата определяется строением не только внутренней оболочки, отдающей ядру электрон, но и (в меньшей степени) более отдалённых оболочек, в том числе и валентных. Изменение заряда ядра при b-распаде влечёт за собой последующую перестройку («встряску») электронных атомных оболочек, возбуждение, ионизацию атомов и молекул, разрыв химических связей. Химические последствия b-распада (и в меньшей степени др. радиоактивных превращений) являются предметом многочисленных исследований (см. Радиохимия).

  Спонтанное деление представляет собой самопроизвольный распад тяжёлых ядер на два (реже — 3 или 4) осколка — ядра элементов середины периодической системы. Спонтанное деление и a-распад ограничивают возможности получения новых трансурановых элементов.

  Протонная и двупротонная Р. должны представлять собой самопроизвольный распад нейтронодефицитных ядер с испусканием 1 или одновременно 2 протонов, проникающих сквозь кулоновский барьер путём туннельного эффекта. Причиной возможности двупротонной Р. служит спаривание в ядре протонов с противоположно направленными спинами, сопровождающееся выделением энергии около 2 Мэв. В результате этого испускание из ядра одновременно пары протонов может потребовать затраты меньшей энергии, чем отрыв одного из них от другого, а в ряде случаев может идти даже с выделением энергии (причём за время > 10-12сек), тогда как испускание одиночного протона потребовало бы, наоборот, затраты энергии.

  Трудности наблюдения протонной и двупротонной Р. обусловлены как коротким (по сравнению с др. типами Р.) временем жизни р- и 2р-радиоактивных ядер, так и тем, что эти ядра характеризуются очень сильным дефицитом нейтронов и потому могут быть получены в ядерных реакциях, сопровождающихся вылетом большого числа нейтронов и поэтому маловероятных. Протонную Р. до сих пор удалось наблюдать (см. выше) лишь при распаде не основного, а возбуждённого (изомерного) состояния ядра 53MCo. Двупротонная Р. так же, как и двунейтронный распад, экспериментально пока не обнаружены.

  Гамма-лучи. Ядерные изомеры. Испускание g-квантов сопровождает Р. в тех случаях, когда «дочерние» ядра образуются в возбуждённых состояниях. Время жизни ядер в таких возбуждённых состояниях определяется свойствами (спином,чётностью, энергией) данного уровня и нижележащих уровней, на которые могут происходить переходы с испусканием g-квантов. Длительность g-переходов резко возрастает с уменьшением их энергии и с увеличением разности моментов исходного и конечного состояний ядра. В ряде случаев эта длительность существенно превышает 10—10—10—9сек, т. е. наряду с основным состоянием данного стабильного или радиоактивного ядра может относительно долго (иногда годы) существовать его метастабильное возбуждённое (изомерное) состояние. Для многих ядерных изомеров наблюдается явление внутренней электронной конверсии: возбуждённое ядро, не излучая g-квантов, передаёт свою избыточную энергию электронным оболочкам, вследствие чего один из электронов вылетает из атома. После внутренней конверсии возникает вторичное излучение рентгеновского и оптического диапазона вследствие заполнения одним из электронов освободившегося места и последующих переходов. Участие электронных оболочек в конверсионных переходах приводит к тому, что время жизни соответствующих изомеров зависит (хотя и очень слабо) от химического состояния превращающихся атомов.