Физика (стр. 44 )

Постоянная распада характеризует вероятность распада ядер за единицу времени. Чем больше постоянная распада, тем большая часть ядер распадается за единицу времени. Величина , обратная постоянной распада , называется средней продолжительностью жизни ядра.

Количество R, распавшихся к моменту времени t ядер, выражается следующим образом:

.

Для упрощения характеристики скорости распада различных радиоактивных веществ установлено понятие периода полураспада. Периодом полураспада называется время T, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивного вещества. Период полураспада можно определить из следующих соображений. По определению, при t = T отношение количества Q не распавшегося вещества (или количества не распавшихся ядер N) к исходному количеству вещества Q0 (исходному количеству ядер N0) равно 0.5, т. е.

. Отсюда .

Период полураспада T обратно пропорционален постоянной распада .

Для различных радиоактивных веществ период полураспада может иметь величину от долей секунды до миллиардов лет. Например, период полураспада лития . Для урана эта величина составляет лет.

Активностью радиоактивного препарата А или активностью нуклида в радиоактивном источнике (нуклид – это общее название радиоактивных атомных ядер, отличающихся числом протонов и нейтронов) называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 секунду: . Единицей активности в системе СИ является беккерель []. – активность нуклида, при которой за 1 секунду происходит 1 акт распада. Очень часто используется внесистемная единица активности Кюри – []. .

Пример 3. Сколько атомов полония распадается за сутки из 1млн атомов?

Решение. Период полураспада данного изотопа полония (см. приложение 1). По закону радиоактивного распада . Здесь – число атомов, имевшихся в момент времени ; – число атомов по истечении времени ; – постоянная радиоактивного распада. Величина связана с периодом полураспада соотношением . Число ядер, распавшихся к моменту времени , равно: . Подставляя в это выражение данные задачи, получаем:

Пример 4. Через какое время в препарате полония распадается 75 % имеющихся атомов, если непрерывно удалять радиоактивные продукты распада?

Решение. Период полураспада данного изотопа полония (см. приложение 1). Число ядер, распавшихся к моменту времени , равно: , где – исходное количество ядер, – постоянная радиоактивного распада. По условию задачи . Используя это, имеем:

.

5.1.8. Правила смещения при радиоактивном распаде

Основными видами радиоактивного распада являются -распад и -распад. Одновременно (в одном акте распада) -частицы и -частицы одним и тем же ядром не выбрасываются. -распад и -распад обычно сопровождаются излучением -фотонов.

Для ядер тяжелых элементов характерен -распад, при котором уменьшается общее число нуклонов в ядре и оно становится более устойчивым. Уравнение -распада выглядит следующим образом: . В связи с выбрасыванием -частицы заряд ядра и, соответственно, порядковый номер элемента уменьшаются на 2 единицы, а массовое число – на 4 единицы. Значит, вторичный элемент сдвигается по периодической системе на два номера влево, а атомная масса его уменьшается на четыре единицы. Это так называемое правило смещения (или сдвига) при радиоактивном распаде. Например, при распаде радия образуется радон: . При этом излучается -фотон с энергией .

-распад происходит у ядер, неустойчивость которых связана с неблагоприятным соотношением протонов и нейтронов в ядре. Поэтому при -распаде происходит взаимное превращение протонов и нейтронов. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный -распад, при котором один из нейтронов, испуская электрон, превращается в протон (), в результате чего в ядре получается более благоприятное нейтронно-протонное соотношение. Электронный -распад происходит по уравнению: . Как видно, заряд ядра увеличивается на единицу, т. е. вторичный элемент сдвигается в периодической системе на один номер вправо (атомная масса остается без изменения). Например, при распаде изотопа калия образуется кальций: .

Иногда при -распаде происходит выбрасывание частицы с элементарным положительным зарядом. Эта частица называется позитрон. Например, так происходит распад изотопа фосфора с образованием кремния: .

-излучение – это несамостоятельное излучение. Оно всегда сопровождает - и -распады. -излучение испускается дочерним ядром, т. е. продуктом распада, которое с момента своего образования оказывается возбужденным и, возвращаясь в основное состояние за очень короткое время (10-13¸10-14с), испускает -фотон. При -излучении ни атомная масса, ни заряд ядра не меняются, поэтому никакого смещения по периодической таблице не происходит.