Радиоактивные превращения атомных ядер. Излучения: альфа, бета и гамма

Алхимики веками искали способ превращения одних элементов в другие, в частности, в золото. С развитием науки в XX веке их труды частично увенчались успехом: люди научились из одних химических элементов делать другие, более простые, после открытия радиоактивного превращения атомных ядер. Рассмотрим виды и правила таких трансформаций.

Схемы альфа-, бета-, гамма-распадов

Радиоактивностью называется спонтанное самопроизвольное изменение состава ядер атомов: они превращаются в более простые ядра и испускают элементарную частицу. Продукты радиоактивного распада называются нуклидами, исходное ядро – материнским, получившееся – дочерним. Закон изменения массового числа с зарядом описывает правило смещения Содди.

Вследствие самопроизвольного расщепления атомных ядер выделяются различные частицы: электроны, нейтрино, их антиподы. Различают три основных вида радиоактивных излучений в физике, возникающих вследствие распада элементов: альфа-, бета-, гамма-, схемы и особенности которых рассмотрим далее.

α-распад

Одна из разновидностей нуклонной эмиссии, вследствие которой массовое число ядра снижается на четыре, атомный номер – на два и образуется поток заряженных атомов гелия. Присущ для тяжёлых элементов с атомным номером от 52 с массовым числом от 106. Элементы, начиная из свинца при массовом числе от 200 (за редким исключением), обладают α-радиоактивностью. У части из них α-распад не является основным видом расщепления. Наблюдается он и у лёгких атомов – литий-7, гелий-5, бериллий-6.

Благодаря испытанию туннельного эффекта альфа-частичками, период их полураспада растёт по экспоненциальному закону относительно снижения их энергии. Их скорость колеблется от 9400 км/ч до почти 24000 км/ч. Явление описывается формулой:

ZAX Z-2A-4Y+α(24He).

{ A \atop Z } X \rarr {  { A - 4 }  \atop { Z - 2 } } Y +  \alpha  ({ 4 \atop 2 } He)

β-распад

Различают девять разновидностей β-расщепления атомных ядер. Бета-излучением называют процесс распада ядра, вызванный слабым взаимодействием с уменьшением его заряда на единицу при неизменном массовом числе. Ядро при этом испускает позитрон либо электрон (β-частица) и нейтрино или антинейтрино – частицу с полуцелым спином. Основные виды бета-расщепления:

• β-минус-распад – изучение электрона и антинейтрино;
• β-плюс-распад – излучение нейтрино с позитроном.

Также к бета-расщеплению обносят двойные бета-минус, бета-плюс, электронный распады и прочие.

Пример: 1940K+e^-  → 1840Ar+v_e.

{ 40 \atop 19 } K + e^- \rarr {  { 40}  \atop { 18 } } Ar +  V_e

γ-распад

Явление относят к изомерным переходам. Расщепление ядра, которое происходит с квазиустойчивого состояния, с выделением гамма-кванта или нескольких. Массовое число остаётся неизменным. Чаще всего происходит после α- либо β-расщеплений атомных ядер при условии, что получившееся находится в возбуждённом состоянии.