Химическая энциклопедия - радиоактивность

(от лат. radio излучаю и activus-действенный), самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер в др. ядра, сопровождающееся испусканием частиц, а также жесткого электромагн. излучения (рентгеновского или g-излучения). Ядра нового нуклида, к-рые образуются в результате радиоактивного распада исходного нуклида (радионуклида), м. б. стабильными или радиоактивными.

Типы Р. Известны след. типы радиоактивности: 1) a-рас-пад, 2) b-распад, 3) спонтанное деление ядер, 4) протонная, двупротонная и двунейтронная Р., 5) двустадийная Р. a-Распад сопровождается испусканием ядер (a-частиц). При этом заряд Z исходного ядра уменьшается на 2 единицы (в единицах элементарного заряда), а массовое число А-на 4 единицы (в атомных единицах массы). Если Z' и А'- заряд и массовое число возникающего ядра, то для a-распада кратко можно сформулировать правило сдвига: Z' = Z Ч 2; А'= А Ч4. a-Рашад наиб. характерен для тяжелых ядер (Z82). Существуют, однако, ок. 20 a-радио-нуклидов РЗЭ.

Энергия a-частиц, испускаемых тяжелыми ядрами, составляет 4-9 МэВ, для ядер РЗЭ-2-4,5 МэВ. При a-распаде ядер, находящихся в возбужденном состоянии, энергия испускаемых a-частиц может значительно превышать указанные значения (т. наз. длиннопробежные частицы). В редких случаях при a-распаде возникают a-частицы строго определенной энергии и не наблюдается сопутствующего электромагн. излучения (соответствующие радионуклиды наз. "чистыми" a-излучателями). Чаще всего при a-распаде испускается неск. групп a-частиц, каждая из к-рых обладает определенной энергией, т. е. энергетич. спектры a-распада дискретны. Испускание ядром a-частиц разл. энергий свидетельствует о наличии в этом ядре дискретных энергетич. уровней. Энергия испускаемых ядром квантов электромагн. излучения равна разности энергий a-частиц разл. групп. При прохождении через в-во a-частицы тормозятся, расходуя энергию на ионизацию и возбуждение атомов и молекул. Пути a-частиц в в-ве почти всегда прямолинейны и составляют: для воздуха не более 5-7 см, для плотных в-в не более 10-20 мкм.

b-Распад. Под термином "b-распад" объединяют радиоактивные превращения, сопровождающиеся испусканием из атомных ядер электронов е ^-, к-рые возникают при превращении нейтрона в протон (b--распад); испусканием позитронов е ⁺, возникающих в ядрах при превращении протона в нейтрон (b⁺ -распад); захватом орбитального электрона, чаще всего с K-оболочки ядра (К-захват), реже с L-оболочки (L-захват). Для b^- -распада правило сдвига имеет вид: Z' = Z + 1, А' = А; для b⁺ -распада: Z' = Z Ч 1, А' = А', для электронного захвата (обычно обозначаемого Э. З.): Z' = ZЧ1, А' = А. Характерная особенность b^- -и b⁺ -распадов состоит в том, что энергии b-частиц не дискретны, а непрерывно изменяются почти от 0 до нек-рого макс. значения Е макс. При b^- -распаде из нейтрона n кроме протона р и электрона е ^- образуется также третья частица антинейтрино При b⁺ -распаде из протона кроме нейтрона и позитрона образуется нейтрино v: p:n+e⁺+v. Непрерывный характер b-спектра объясняется распределением энергии между электронами и антинейтрино или позитронами и нейтрино соответственно.

Средняя энергия b-частиц равна: Как и при a-распаде, b-распад одного ядра можетприводить к появлению групп b-частиц с разными значениями E макс (т. наз. сложный b-распад), к-рый сопровождается испусканием электромагн. излучения.

b^- -Распад наблюдается как у легких, так и у тяжелых ядер. Как правило, b^- -распад характерен для ядер, имеющих избыточное (по сравнению со стабильными ядрами) число нейтронов. Напр., в стабильных ядрах атомов ¹² С и ¹³ С содержится соотв. 6 и 7 нейтронов, а у b^- -радиоактивного ¹⁴ С-8 нейтронов. Напротив, b⁺ -распад характерен для нейтронодефицитных ядер, число нейтронов в к-рых меньше, чем в ядрах стабильных атомов данного элемента. Напр., в стабильном ядре ²³Na содержится 12 нейтронов, а в ядре b⁺ -радиоактивного ²¹Na-10 нейтронов.

Траектории b-частиц в в-ве искривляются из-за сильного взаимодействия b-частиц с электронными оболочками атомов. Длина пробега b^- -частиц в воздухе составляет до неск. десятков см, в плотных средах от долей мм до 1 см и более. При прохождении b⁺ -частиц через в-во практически сразу же происходит взаимод. позитронов с электронами, приводящее к образованию двух g-квантов (аннигиляция пары позитрон-электрон). Эти g-кванты суть аннигиляц. излучение, сопровождающее b⁺ -распад.

При электронном захвате внеш. электроны в атоме (с более высоких по энергии оболочек) переходят на вакантные места внутр. электронов. Энергия, отвечающая переходу, может испускаться в виде характеристич. рентгеновского излучения. Часто, однако, энергия возбуждения атома не испускается в виде излучения, а непосредственно передается одному или неск. орбитальным электронам. Если полученная электронами энергия выше энергии их связи в атоме, наблюдается испускание оже-электронов, к-рые, в отличие от b^- -частиц, имеют дискретные значения энергии.

Спонтанное деление наблюдается только у ядер тяжелых элементов с Z90. При этом типе Р. образуются 2 новых ядра с приблизительно равными массами. Спонтанное деление часто сопровождается испусканием из каждого исходного ядра 2-3 нейтронов. Обнаружено также происходящее с очень малой вероятностью резко несимметричное спонтанное деление ядер с Z88 с испусканием в качестве легких осколков ядер ¹⁴ С, ²²Na, ²⁸Mg и др. Подобное деление иногда рассматривают как ¹⁴ С-Р., ²²Na-P. и т. д. Др. назв. этого типа деления-кластерная Р. Спонтанное деление обозначают знаком f, напр. спонтанное деление ядер ²³⁸U записывают: ²³⁸U(f,2n) ¹⁴⁴Ba, ⁹²Kr.

В редчайших случаях искусственно полученные радиоактивные ядра при распаде испускают 1 или 2 протона (соотв. протонная и двупротонная Р.) или 2 нейтрона (двунейтронная Р.). Все вышеперечисленные типы Р. относят к одностадийным превращениям. Известна и двустадийная Р., связанная с испусканием b^- -частицы и вылетом из ядра т. наз. запаздывающих частиц (протонов, нейтронов и др.) или последующим актом спонтанного деления.