Радіоактивне випромінювання та його властивості

В 1896 році французький фізик А. Беккерель (1852-1908) встановив, що сіль урану, поміщена на фотопластинку, викликає її почорніння після проявлення. Причому, таке почорніння виявилося незалежно від зовнішніх умов, тобто випромінювання носило спонтанний характер. Саме тоді було відкрите явище радіоактивності – спонтанне випромінювання невидимих променів, здатних проходити крізь непрозорі екрани та справляти дію на фотопластинки та середовища, через які ці промені проходять.

Пізніше було встановлено, що радіоактивність (від латин. Radio – випромінювання, radius – промінь та activus – діяльність) – це здатність окремих атомних ядер спонтанно перетворюватись в інші ядра з випромінюванням частинок.

Починаючи з древніх греків і до кінця 19 століття вважалось, що атом є найпростішою неподільною частиною речовини. Подальший розвиток науки підтвердив, що атом є найдрібнішою частиною елемента, яка зберігає його властивості, але було заперечено твердження про неподільність цієї частки. Як виявилось, атом представляє собою досить складну та міцну частинку, утворену з інших, більш простих частинок. Атом складається із тяжкого ядра з позитивним зарядом, навколо якого обертаються частки з негативним зарядом – електрони. Лінійні розміри атомів в середньому досягають 10^{-8 см, ядра –10-12}-10^-13см.

Ядра атомів складаються з частинок двох видів: протонів⁺, нейтронів^±. Маса ядра складає 99.95 % маси атома. Заряд ядра – основна характеристика атомів. Вона визначає атомний номер хімічного елемента, та його місце в таб. Меделеєва. Поскільки маса електрона »0.91*10^{-27 г в 1840 разів менше маси протона чи нейтрона}»1.67*10^-24, то маса атома практично є сумою мас протонів та нейтронів і називається масовим числом. Таким чином, якщо взяти з таблиці Менделеєва елемент, наприклад, цезій, то він записується як ¹³³Cs₅₅. Тут 133 –масове число, 55 – атомний номер. Значить ядро атому містить 55 протонів, на орбітах навколо нього обертаються 55 електронів. Таке співвідношення визначає фізичні та хімічні властивості цезію. А кількість нейтронів у ядрі може коливатися, не впливаючи на властивості атому. Тому атоми з однаковим числом протонів та різною кількістю нейтронів носить назву ізотопів, тобто розміщені в одному місці табл. Менделеєва. Їх позначають як ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr і т. п., розуміючи, що їх атомний номер відповідає атомному номеру стабільного елемента.

Кількість нейтронів в ядрі може коливатися в певних межах. Більшість елементів представляє собою суміш двох і більше ізотопів. Причому, співвідношення в досить значних межах. Так, наприклад, якщо для урану ізотоп ²³⁸U₉₂ складає 99.274 %, ²³⁵U₉₂ – 0.72 %, ²³⁴U₉₂ – 0.005%, то для хлору ³⁵Cl₁₇ міститься в природі 75 %, а решта 25 % - ³⁷Cl₁₇. На сьогодняшній день таб. Менделеєва містить 104±? Елементів, з яких 89 мають природне походження, а інші утворені штучно. В сукупності 104 елементи мають більше 1300 ізотопів, із яких лише 250 є стабільними, а решта – радіоізотопи.

В магнітному полі пучок радіоактивних променів розкладається на три. На одну складову МП не діє, а дві інші відхіляються в протилежному напрямку.

a-випромінювання зумовлено потоком позитивних часток. Швидкість 15-20 тис. км/год. Має найменшу проникаючу здатність, також повністю поглинається листом паперу 0.1 мм. Це обумовлено їх відносно великою масою та зарядом.

b-випромінювання – це потік від”ємно заряджених часток. Швидкість досягає швидкості світла. Бета-випромінювання проникає в повітрі на відстань кілька метрів, а в живих тканинах – кілька міліметрів.

g-випромінювання представляє собою електричне поле з довжиною хвилі 10^-8-10^-10см. Випромінювання досягає швидкості світла. Проникна здатність залежить від довжини хвилі випромінювання. Наприклад, для зниження активності випромінювання радіоактивного ⁶⁰Со₂₇ в 2 раза необхідно застосовувати екран із свинця товщиною 1.6 см або бетону 10 см.

Час, протягом якого триває радіоактивний розпад індивідуальний для кожного ізотопу і коливається в дуже широких межах. Мірою тривалості існування радіоактивної речовини є період напіврозпаду – час, протягом якого розпадається половина атомів радіоактивного елемента.

Період напіврозпаду:

Полоній ²¹²Ро₈₄ – 3*10^-7 с

Аргон ⁴¹Ar₁₈ – 2 години

Уран ²³⁸U₉₂ – 4.5 млрд. років

Свинець ²⁰⁴Pb₈₂ – 10¹⁹ років