Открытия радиоактивности подтвердило сложность строения не
только атомов, а и их ядер. В 1903 г. Э. Резерфорд и Ф. Содди предложили теорию
радиоактивного распада, которая коренным образом изменила старые взгляды на
строение атомов. В соответствии с этой теорией, радиоактивные элементы
самочинно распадаются с выпусканием α- или β-частинок и образованием
атомов новых элементов, химически отличных от исходных. При этом сохраняется
стабильность массы как исходных атомов, так и тех, которые образовались
вследствие хода процесса распада. Э. Резерфорд в 1919 г. впервые исследовало искусственное преобразование ядер. Во время бомбардировки атомов
Нитрогена с α-частинками он выделил ядра атомов Гидрогена (протоны) и
атомы нуклида Оксигену. Такие преобразования называют ядерными реакциями,
поскольку из ядер атомов одного элемента получаются ядра атомов других
элементов. Ядерные реакции записывают с помощью уравнений. Так, рассмотренную
выше ядерную реакцию можно записать так:
Определения явлению радиоактивности можно дать, использовав
понятие об изотопах: радиоактивностью называется преобразование нестойких ядер
атомов одного химического элемента на ядра атомов другого элемента, которое
сопровождается выпусканием элементарных частичек. Радиоактивность, которую
проявляют изотопы элементов, которые существуют в природе, называется
естественной радиоактивностью.
Скорость радиоактивных преобразований разная для разных
изотопов. Она характеризуется постоянной радиоактивного распада, которая
показывает, сколько атомов радиоактивного нуклида распадается за 1 с
Установлено, что количество атомов радиоактивного нуклида, которое распадается
за единицу времени, пропорциональная общему количеству атомов этого нуклида и
зависит от величины постоянной радиоактивного распада. Например, если на
протяжении некоторого периода распалась половина общего количества атомов
радиоактивного нуклида, то в следующий такой самый период распадется половина
остатка, то есть вдвое меньше, чем за предыдущий период, и т.д.
Продолжительность жизни радиоактивного нуклида характеризуют
периодом полураспада, то есть таким промежутком времени, на протяжении которого
распадается половина начального количества этого нуклида. Например, период
полураспада Радона составляет 3,85 суток, Радия - 1620 лет, Урану - 4,5
миллиарда лет.
Известные такие типы радиоактивных преобразований:
α-распад, β-разпад, спонтанный (самочинный) деление ядер. Эти типы
радиоактивных преобразований сопровождаются выпусканием α-частичек,
электронов, позитронов, γ-луч.
В процессе α-распада ядро атома радиоактивного элемента
выпускает ядро атома Гелия, вследствие чего заряд ядра атома исходного
радиоактивного элемента уменьшается на две единицы, а массовое число - на
четырех. Например, преобразования атома Радия на атом Радона можно записать
уравнением
Ядерную реакцию β-распада, который сопровождается
выпусканием электронов, позитронов или увлечением орбитальных электронов, также
можно записать уравнением
где е- -электрон; hν - квант
γ-излучения; νo - антинейтрино (элементарная частичка,
масса покоя которой и заряд равняются нулю).
Возможность β-розпаду связана с тем, что, в соответствии
с современными представлениями, нейтрон может превращаться при определенных
условиях на протон, выпуская при этом электрон и антинейтрино. Протон и нейтрон
- два состояния одной и той самой ядерной частички - нуклона. Этот процесс
можно изобразить схемой
Нейтрон -> Протон + Электрон + Антинейтрино
В процессе β-распада атомов радиоактивного элемента один
из нейтронов, который входит в состав ядра атома, выпускает электрон и
антинейтрино, превращаясь на протон. В этом случае положительный заряд ядра
увеличивается на единицу. Такой вид радиоактивного распада называется
электронным -распадом (β--распадом).
Итак, если ядро атома радиоактивного элемента выпускает одну
α-частицу, получается ядро атома нового элемента с протонным числом на две
единицы меньшим, а при выпускании β-частички - ядро нового атома с
протонным числом на единицу большим, чем у исходного. В этом и состоит суть
закона смещения Содди-Фаянса.
Ядра атомов некоторых нестабильных изотопов могут вып
