* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

453 РАДИОАКТИВНОСТЬ. РАДИОАКТИВ НОСТЬ Содержание: 453 454 45 5 45 6 457 458 460 401 4 62 462 454 13 2 7 30 10 13 Введение Критерий определения понятия радиоактивного распада Общие законы радиоактивного распада Единицы радиоактивности Альфа-распад Бета-распад Спонтанное деление Протонная и двупротонная радиоактивность Гамма-излучение. Ядерная изомерия Сложные (параллельные и последовательные) радиоак­ тивные п р е в р а щ е н и я Введение. Радиоактивность — самопроизвольное п р е в р а щ е н и е н е у с т о й ч и в о г о изотопа одного химич. элемента из основного и л и м е т а с т а б и л ь н о г о с о с т о я н и я в изотоп д р у г о г о э л е м е н т а , с о п р о в о ж д а ю щ е е с я и с п у с ­ канием элементарных частиц или ядер (напр., альфач а с т и ц ) . В о п р о с о том, н а ч и н а я с к а к о й м и н и м а л ь н о й п р о д о л ж и т е л ь н о с т и ж и з н и можно г о в о р и т ь о суще­ с т в о в а н и и р а д и о а к т и в н о г о и з о т о п а , т. е. у в е р е н н о р а з ­ д е л я т ь с т а д и и его о б р а з о в а н и я и п о с л е д у ю щ е г о р а с п а ­ да, и к а к о в о в этой с в я з и более строгое о п р е д е л е н и е п о н я т и я «Р.», р а с с м а т р и в а е т с я н и ж е . Т р и о с н о в н ы х типа Р . , х о р о ш о и з в е с т н ы х в н а с т о я щ е е в р е м я , — это а-распад, р-распад, спонтанное деление. Кроме того, должны существовать протонная Р. и двупротонная Р. О т к р ы т и е Р . д а т и р у е т с я 1896, к о г д а А. Б е к к е р е л ь обнаружил самопроизвольное испускание ураном р а н е е н е и з в е с т н о г о вида п р о н и к а ю щ е г о и з л у ч е н и я , н а з в а н н о е «Р.» (от л а т . radio — и з л у ч а ю и activus — д е й с т в е н н ы й ) . В с к о р е Р . была о б н а р у ж е н а и д л я то­ р и я , а в 1898 с у п р у г и М. и П. К ю р и о т к р ы л и в с о с т а в е у р а н о в ы х р у д два г о р а з д о более м о щ н ы х , чем сам у р а н , и з л у ч а т е л я — н о в ы е радиоактивные элементы —п о л о н и й и р а д и й . Р а б о т а м и Э. Р е з е р ф о р д а и в ы ш е н а з ­ в а н н ы х ф р а н ц . у ч е н ы х в 1899—1900 было п о к а з а н о н а л и ч и е т р е х видов и з л у ч е н и я р а д и о а к т и в н ы х э л е ­ м е н т о в — а-, р- и у-лучей. Б ы л о у с т а н о в л е н о , что а-лучи, вернее а - ч а с т и ц ы , — это д в у к р а т н о п о л о ­ ж и т е л ь н о з а р я ж е н н ы е ионы г е л и я , р - л у ч и , в е р н е е р-частицы,— это о т р и ц а т е л ь н о з а р я ж е н н ы е э л е к т р о ­ ны, а у ~ У — поток электромагнитного излучения, с х о ж е г о с рентгеновскими лучами. В 1903 Э. Р е з е р форд и Ф. Содди у к а з а л и , что и с п у с к а н и е а - л у ч е й п р и в о д и т к п р е в р а щ е н и ю химич. э л е м е н т о в , н а п р . р а д и я в радон. В 1913 К. Ф а я н с и Ф. Содди н е з а в и ­ симо с ф о р м у л и р о в а л и п р а в и л о с м е щ е н и я при р а д и о а к т и в н о м р а с п а д е , согласно к - р о м у а - р а с ­ пад всегда п р и в о д и т к в о з н и к н о в е н и ю и з о т о п а элемен­ та, смещенного н а д в е к л е т к и от и с х о д н о г о к н а ч а л у п е р и о д и ч . системы (и имеющегб на ч е т ы р е е д и н и ц ы меньшее массовое число); р-распад приводит к возник­ н о в е н и ю и з о т о п а э л е м е н т а , смещенного на о д н у к л е т к у от и с х о д н о г о к к о н ц у п е р и о д и ч . системы (и п р и т о м с тем ж е массовым ч и с л о м ) . Т. о., о т к р ы т и е и и з у ч е н и е Р. о п р о в е р г л о п р е д с т а в л е н и е о н е и з м е н н о с т и а т о м о в . л ч и дировки a-частицами алюминия и бора, обнаружили возникновение радиоактивных изотопов фосфора ( Р ) и а з о т а ( N ) : A l ( a , nJP и В ( а , n ) N . Т. о . , и м и б ы л а о т к р ы т а и с к у с с т в е н н а я Р., я в л я ю щ а я с я сейчас в а ж н е й ш е й о б л а с т ь ю Р . ; из обще­ го ч и с л а с в ы ш е 1500 и з в е с т н ы х н ы н е р а д и о а к т и в н ы х и з о т о п о в более 1200 п о л у ч е н о и с к у с с т в е н н ы м п у т е м , в р е з у л ь т а т е я д е р н ы х р е а к ц и й , о с у щ е с т в л я е м ы х по­ с р е д с т в о м о б л у ч е н и я р а з л и ч н ы х и з о т о п о в н а всевоз­ можных ускорителях и ядерных реакторах. Р., наблю­ дающуюся у существующих в природных условиях изотопов, стали после открытия искусственной Р. называть п р и р о д н о й , или е с т е с т в е н н о й , Р. Принципиальной разницы между природной и ис­ к у с с т в е н н о й Р . н е с у щ е с т в у е т , ибо свойства и з о т о п а н е з а в и с я т от способа его о б р а з о в а н и я , и р а д и о а к т и в ­ ный изотоп, полученный искусственным путем, ничем не о т л и ч а е т с я от т а к о г о ж е самого п р и р о д н о г о и з о т о п а . Изучение искусственной Р. привело к открытию двух новых вариантов р-распада — позитронного (р )-распада (Ф. и И. Ж о л и о - К ю р и , 1934) и э л е к т р о н ­ ного з а х в а т а ( Л . А л ь в а р е ц , 1938), а т а к ж е х а р а к т е р ­ н ы х д л я р-распада с л о ж н ы х , д в у с т а д и й н ы х п р о ц е с ­ сов я д е р н ы х п р е в р а щ е н и й , к ч и с л у к - р ы х о т н о с я т с я и с п у с к а н и е з а п а з д ы в а ю щ и х н е й т р о н о в (Р. Р о б е р т е , Р . М а й е р , П. У о н г , а т а к ж е Э. Б у с , Д ж . Д а н н и н г и Ф. С л а к , 1939), з а п а з д ы в а ю щ и х п р о т о н о в (В. А. К а р ­ н а у х о в , Г. Н . Т е р - А к о п ь я н и В. Г. С у б б о т и н , 1962) и з а п а з д ы в а ю щ и х ( д л и н н о п р о б е ж н ы х ) a - ч а с т и ц , о чем будет подробнее сказано н и ж е , п р и рассмотрении р а з н ы х т и п о в Р . В 1935 И. В . К у р ч а т о в , Б . В . К у р ­ ч а т о в , Л . И. М ы с о в с к и й и Л. И. Р у с и н о в о т к р ы л и и з о ­ мерию и с к у с с т в е н н о р а д и о а к т и в н ы х я д е р , т. е. с у щ е ­ ствование метастабильных возбужденных состояний т а к и х я д е р с б о л ь ш и м и , по н ы н е ш н и м д а н н ы м до сотен л е т , в р е м е н а м и ж и з н и . В 1940, в с к о р е п о с л е о т к р ы т и я д е л е н и я а т о м н ы х я д е р н е й т р о н а м и , К. А. П е т р ж а к и Г. Н. Ф л е р о в о т к р ы л и н о в ы й (третий) и п о ­ с л е д н и й из н ы н е и з у ч е н н ы х о с н о в н ы х т и п о в Р . — с п о н ­ танное деление. Существование следующего основного типа Р . — п р о т о н н о й Р . — п р е д п о л а г а л о с ь еще Р е з е р ­ фордом, п р и н и м а в ш и м в н а ч а л е з а п р о т о н ы и с п у с к а е ­ мые я д р а м и a - ч а с т и ц ы . С о в р е м е н н ы е п е р с п е к т и в ы о т к р ы т и я этого нового типа Р . и о с н о в н ы е его х а р а к ­ т е р и с т и к и б ы л и р а с с м о т р е н ы в 1951 Б . С. Д ж е л е п о вым. В 1960 В. И. Г о л ь д а н с к и м было п р е д с к а з а н о с у щ е с т в о в а н и е е щ е о д н о г о , п я т о г о , основного т и п а Р . — д в у п р о т о н н о й Р . — и проанализированы основ­ н ы е ее свойства и п у т и э к с п е р и м е н т а л ь н ы х п о и с к о в . 30 + Д р у г и м и в а ж н е й ш и м и с л е д с т в и я м и р а б о т по Р . я в и л и с ь о т к р ы т и е Р е з е р ф о р д о м в 1911 в о п ы т а х по рассеянию а-частиц металлич. фольгами существова­ н и я ядра атомного и о с у щ е с т в л е н и е и м ж е в 1919 п е р в о г о и с к у с с т в е н н о г о п р е в р а щ е н и я х и м и ч . элемен­ тов (азота — в к и с л о р о д ) под д е й с т в и е м а - ч а с т и ц , испускаемых радиоактивными элементами. Уравне­ ние э т о й я д е р н о й р е а к ц и и в о б щ е п р и н я т о й к р а т к о й с и м в о л и к е з а п и с ы в а е т с я в виде: N ( a , р ) 0 . В н а ч а л е о б о з н а ч а е т с я х и м и ч . с и м в о л и м а с с о в о е число б о м б а р ­ д и р у е м о г о и з о т о п а , в к о н ц е — х и м и ч . с и м в о л и мас­ совое ч и с л о и з о т о п а — п р о д у к т а р е а к ц и и . В с к о б к а х записываются символы сперва бомбардирующей час­ тицы, а затем — частицы (или частиц), вылетающих в результате реакции, напр. a-частица (Не ), р — протон ( Н ) , d — дейтрон ( Н ) , п — нейтрон, у-квант. Бомбардируя a-частицами бериллий, Д. Чадвик в 1932 о т к р ы л н е й т р о н : Be (a, п) С . В 1934 с у п р у г и И. и Ф. Ж о л и о - К ю р и , и с с л е д у я р е з у л ь т а т ы б о м б а р ­ 1 4 1 7 4 1 2 9 12 П о н я т и е «Р.» иногда р а с п р о с т р а н я ю т и на те п р е ­ в р а щ е н и я э л е м е н т а р н ы х ч а с т и ц (мезонов, г и п е р о н о в ) , к - р ы е о б у с л о в л е н ы т. н а з . с л а б ы м и в з а и м о д е й с т в и я м и и х а р а к т е р и з у ю т с я относительно большой длительно­ стью. П о д о б н ы м и п р е в р а щ е н и я м и э л е м е н т а р н ы х ч а с т и ц в ы з в а н и р а с п а д (за в р е м я 10~ сек) т. н а з , г и п е р ­ я д е р , в к - р ы х один из нуклонов з а м е н е н гипероном. Критерий определения понятия радиоактивного распада. Получение радиоактивных изотопов в раз­ л и ч н ы х ядерных реакциях приводит к необходимости у т о ч н е н и я к р и т е р и я о п р е д е л е н и я п о н я т и я «Р.», т. е. критерия минимальной длительности распада. В свое в р е м я в число р а д и о а к т и в н ы х п р е в р а щ е н и й в к л ю ч а ­ л и с ь п о п р о с т у все а к т ы а- и р - р а с п а д о в и з м е р и м о й д л и т е л ь н о с т и . М е ж д у тем, в о з м о ж н о с т и и з м е р е н и й к о р о т к и х времен ч р е з в ы ч а й н о р а с ш и р и л и с ь . С е й ч а с у ж е н е п о с р е д с т в е н н о и з м е р я ю т с я времена жизни т^Ю сек. Времена ж и з н и ч р е з в ы ч а й н о к о р о т к о ж и в у щ и х с о с т о я н и й у с п е ш н о о п р е д е л я ю т с я на о с н о в а ­ нии соотношения В. Гейзенберга: 10 1 1 Г т = ^ ^ = 1,054-10- 27 эрг-сек связывающего время ж и з н и неустойчивого ядра т с в о з м о ж н ы м п р и этом и н т е р в а л о м з н а ч е н и й его э н е р - 15*