Ця стаття містить , але походження окремих тверджень через брак . (травень 2023) |
Радіоакти́вність (від лат. radio — «випромінюю» radius — «промінь» і activus — «дієвий») — явище перетворення нестійкого ізотопу хімічного елементу на інакший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів. Ці дуже проникливі потоки частинок, іноді називають ядерним випромінюванням.
Історія
Радіоактивність відкрив у Антуан Анрі Беккерель. Сталося це випадково. Вчений працював із солями урану і загорнув свої зразки разом із фотопластинами в непрозорий матеріал. Фотопластини виявилися засвіченими, хоча доступу світла до них не було. Беккерель зробив висновок про невидиме оку випромінювання солей урану. Він дослідив це випромінювання і встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і зовсім не залежить від того, до яких сполук він входить. Тобто, ця властивість притаманна не сполукам, а хімічному елементу урану (докладніше див. Дослід радіоактивності Антуаном Анрі Беккерелем).
У 1898 році Гергард Шмідт та П'єр Кюрі і Марія Склодовська-Кюрі відкрили випромінювання торію. Пізніше Кюрі відкрили полоній та радій.
У 1903 році подружжю Кюрі було присуджено Нобелівську премію. На сьогодні відомо близько 40 природних елементів, яким властива радіоактивність.
Також, в даний час, крім альфа-, бета- і гамма-розпадів, помічено розпади з емісією нейтрона, протона (а також двох протонів), кластерна радіоактивність, спонтанний поділ, електронне захоплення, позитронний розпад (або β+-розпад), а також подвійний бета-розпад (і його види) зазвичай вважаються різними типами бета-розпаду.
Всі хімічні елементи з атомним номером, більшим за 83 — радіоактивні.
Природна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.
Штучна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції.
Типи радіоактивності
Ернест Резерфорд експериментально встановив (1899), що солі урану випромінюють 3 типи променів, які по-різному відхиляються в магнітному полі:
- промені першого типу відхиляються так само, як потік додатно заряджених частинок. Їх назвали альфа-променями;
- промені другого типу відхиляються в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок (в протилежну сторону), їх назвали бета-променями;
- і промені третього типу, які не відхиляються магнітним полем, назвали гамма-променями.
Спектр α- і γ-випромінювань переривисті («дискретні»), а спектр β-випромінювання — неперервний.
β-розпад (Бета розпад)
Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад — прояв слабкої взаємодії.
β-розпад — внутрішньо-нуклонний процес, тобто відбувається перетворення нейтрона в протон із вильотом електрона й антинейтрино з ядра:
- + γ
Правило зсуву Содді для β-розпаду:
- + γ
Приклад:
- + γ
Після β-розпаду атомний номер елемента змінюється і він зміщується на одну клітинку в таблиці Менделєєва.
α-розпад (Альфа розпад)
α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на ядро-продукт і α-частинку (ядро атома ).
α-розпад є властивістю важких ядер з масовим числом А≥200. Всередині таких ядер завдяки властивості насичення ядерних сил, утворюються відособлення α-частинок, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Утворена таким чином α-частинка дужче відчуває кулонівське відштовхування від інших протонів ядра, ніж окремі протони. Одночасно на α-частинку менше впливає ядерне міжнуклонне притягання за рахунок сильної взаємодії, ніж на решту нуклонів.
Правило зсуву Содді для α-розпаду:
- .
Приклад:
- .
Внаслідок α-розпаду елемент зміщується на 2 клітинки до початку таблиці Менделєєва. Дочірнє ядро, що утворилося в результаті α-розпаду, зазвичай також виявляється радіоактивним і за деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивне ядро, яким частіше за все є ядра свинцю або бісмуту.
γ-розпад (Гамма розпад)
Гамма-промені — це електромагнітні хвилі із довжиною хвилі, меншою за розміри атома. Вони утворюються зазвичай при переході ядра атома із збудженого стану в основний стан. При цьому кількість нейтронів чи протонів у ядрі не змінюється, а отже ядро залишається тим самим елементом. Однак випромінювання гамма-променів може супроводжувати й інші ядерні реакції.
Період напіврозпаду
При радіоактивному розпаді відбуваються перетворення ядер атомів. Енергії частинок, які при цьому утворюються, набагато більші від енергій, що виділяються в типових хімічних реакціях. Тому ці процеси практично не залежать від хімічного оточення атома й від сполук, в які цей атом входить. Радіоактивний розпад відбувається мимохіть. Це означає, що неможливо визначити мить, коли розпадеться те чи інше ядро. Однак для кожного типу розпаду є характерний час, за який розпадається половина всіх радіоактивних ядер. Цей час називається періодом напіврозпаду. Для різних радіоактивних ізотопів період напіврозпаду може лежати в дуже широких межах — від наносекунд до мільйонів років. Ізотопи з малим періодом напіврозпаду дуже радіоактивні, але швидко зникають. Ізотопи з великим періодом напіврозпаду слабко радіоактивні, але ця радіоактивність зберігається дуже довгий час.
Детектування
Детектування радіоактивного випромінювання засновано на його дії на речовину, зокрема її іонізації. Історично вперше радіація була зареєстрована завдяки почорнінню опроміненої фотопластинки. Фотоемульсії, в яких під дією радіації відбуваються хімічні реакції, і досі залишаються одним із методів детектування. Інший принцип детектування використовується в лічильниках Гейгера — виникнення несамостійного електричного розряду в опроміненому газі. Дозиметри, які реєструють не окремі акти пролітання швидкої зарядженої частинки, часто використовують зміну властивостей, наприклад провідності, опроміненого матеріалу.
Одиниці вимірювання
Радіоактивність залежить від кількості нестабільних ізотопів і часу їхнього життя. Міжнародна система одиниць (SI) визначає одиницею вимірювання активності Бекерель — така кількість радіоактивної речовини, в якій за секунду відбувається один акт розпаду. Практично ця величина не дуже зручна, тому частіше використовують позасистемні одиниці — Кюрі. Іноді вживається одиниця резерфорд.
Щодо дії радіоактивного випромінювання на опромінені речовини, то використовуються ті ж одиниці, що й для рентгенівського випромінювання. Одиницею вимірювання дози поглинутого йонізуючого випромінювання в системі SI є Грей — така доза, при якій в кілограмі речовини виділяється один Джоуль енергії. Одиницею біологічної дії опромінення в системі SI є Зіверт. Позасистемна одиниця виділеної при опроміненні енергії — рад.
Така одиниця, як рентген є мірою не виділеної енергії, а йонізації речовини при радіоактивному опроміненні. Для вимірювання біологічної дії опромінювання використовується біологічний еквівалент рентгена — бер.
Для характеристики інтенсивності опромінення використовують одиниці, які описують швидкість набору дози, наприклад, рентген за годину.
Взаємодія з матерією
Під час взаємодії з матерією, ядерне випромінювання здатне суттєво змінювати його фізичні властивості. У твердих тілах ядерне випромінювання викликає різні радіаційні пошкодження (дефекти). Важкі ядерні частинки, проходячи через матерію, вибивають атоми з вузлів кристалічної ґратки, переміщаючи їх у міжвузля. Так утворюються дефекти кристалів типу вакансія + атом у міжвузлі. При досить великій дозі опромінення кристалічне тіло може перейти в аморфний стан. Потоки швидких електронів енергією більше 1 Мев також здатні створювати дефекти типу вакансія + атом у міжвузлі. При енергіях менших 1 Мев втрати електронів зумовлені збудженням та іонізацією атомів і молекул мішені. Основним процесом при поглинанні матерією гамма-випромінювання є фотоіонізація атомів і утворення швидких фотоелектронів (див. Фотоефект). Останні втрачають свою енергію на іонізацію й збудження атомів мішені, як і при опроміненні швидкими електронами, з тією, однак, різницею, що гамма — кванти проникають на значно більшу глибину, ніж швидкі електрони з тією же енергією.
Альфа, бета та гама промені по-різному поводять себе у магнітному або електричному полях.
Використання
Після захоплення нейтронів ядрами, виникає штучна радіоактивність опроміненого зразка (мішені); за спектрами випромінювання можна проводити радіаційний хімічний аналіз мішені.
Опромінення кремнію потоками повільних нейтронів і радіаційні перетворення 28Si→ використовується для однорідного легування кремнію фосфором.
Негативні наслідки
Взагалі всі електронні прилади зазнають погіршення (деградація) параметрів у результаті довгого впливу відносно слабкого ядерного випромінювання, або короткочасного впливу потужного ядерного випромінювання.
Ядерне випромінювання, пов'язане з природною радіоактивністю, може викликати неправильне спрацьовування в великих інтегральних схемах.
Біологічна дія
Радіоактивне опромінення призводить до значного пошкодження живої тканини. Йонізація хімічних речовин в біологічній тканині створює можливість хімічних реакцій, які невластиві для біологічних процесів, й до утворення шкідливих речовин. Пошкодження радіацією ДНК викликає мутації. Робота з радіоактивними речовинами вимагає ретельного дотримання правил техніки безпеки. Радіоактивні речовини позначаються спеціальним символом, наведеним вгорі сторінки.
Радіоактивні речовини зберігаються в спеціальних контейнерах, сконструйованих таким чином, щоб поглинати радіоактивне випромінювання. Великою проблемою є захоронення радіоактивних відходів атомної енергетики.
Застосування
Радіоактивні речовини можна використовувати для отримання енергії в умовах, коли інші не доступні, наприклад, на космічних апаратах, призначених для польотів до віддалених планет Сонячної системи. Енергія, яка виділяється під час радіоактивного розпаду в таких пристроях, може бути перетворена на електричну за допомогою термоелементів.
В медицині радіоактивне опромінення використовується при лікуванні деяких форм раку, розраховуючи на те, що ракові клітини, які швидко діляться, чутливіші до опромінення, а тому вражатимуться швидше.
Метод мічених атомів дозволяє провести аналіз обміну речовин в організмі й допомагає при діагностиці захворювань.
Датування за радіоактивними ізотопами допомагає встановити вік предметів та порід й застосовується в геології, археології, палеонтології.
Радіоактивність і радіоактивні речовини також широко використовуються в різних сферах наукових досліджень.
У практиці фізичних досліджень джерелами потужного ядерного випромінювання є ядерні реактори, слабкого — препарати, що містять штучні радіоактивні елементи.
Йонізівні випромінювання
Усі види радіоактивних випромінювань, що супроводжують радіоактивність, називають іонізівними випромінюваннями. Йонізівне випромінювання — процес збудження та йонізації атомів речовини при проходженні крізь них гамма-квантів та частинок, що утворилися внаслідок α- та β-розпаду. У разі проходження, наприклад, гамма-квантів крізь речовину, кванти перетворюються на пару електрон-позитрон за умови, що енергія гамма-кванту перевищує енергію цих двох частинок (>1 МеВ). α-частинки швидко втрачають всю енергію, бо збуджують всі атоми, що трапляються на їх шляху (1-10 см на повітрі, 0,01-0,2 мм у рідинах). β-частинки менш ефективно взаємодіють з речовинами (2-3 м на повітрі, 1-10 мм у рідинах). γ-кванти найпроникливіші. Нейтрони, що не мають електричного заряду, безпосередньо не іонізують атоми. Проте в результаті взаємодії нейтронів з ядрами виникають швидкі заряджені частинки та гамма-кванти, що є іонізівними частинками.
Під час тривалого перебування людини в зоні радіоактивного випромінювання, відбувається йонізація та збудження її клітин. Внаслідок цього, клітини вступають у нові хімічні реакції та утворюють нові хімічні речовини, що порушують нормальне функціонування організму. Міра дії йонізівних випромінювань це поглинута доза випромінювання (Грей), що рівна відношенню переданої йонізівними випромінюваннями енергії до маси речовини (D=E/m). Потужність дози випромінювання вимірюється відношення поглинутої дози випромінювання до часу (Pв=D/t).
Радіоактивне випромінювання використовують при рентгенологічному обстеженні.
Математика радіоактивного розпаду
Універсальний закон радіоактивного розпаду
Радіоактивність є дуже частим прикладом експоненційного розпаду. Закон швидше описує статистичну поведінку великої кількості ядер ніж індивідуальний випадок. В наступних формулах, кількість ядер або сукупність ядер N, є звісно дискретною змінною (натуральне число) — але для будь-якого фізичного прикладу N настільки велике (L = 1023, стала Авогадро), що його можна трактувати як неперервну змінну. Диференціальні рівняння для моделювання ядерного розпаду потребують диференціальне числення.
Процес з одним розпадом
Розглянемо випадок розпаду нукліду A в інший нуклід B через якийсь процес A → B (утворення інших частинок подібних до електронне нейтрино ν
e і електронів e- в бета-розпаді, не значимо для нас). Розпад нестабільних ядер цілком випадковий і неможливо передбачити коли певний атом розпадеться. Однак, розпад однаково ймовірний будь-коли. Отже, для певного радіоізотопу кількість розпадів −dN, які очікуються впродовж маленького проміжку часу dt пропорційний до кількості наявних атомів N, що є
Різні радіонукліди розпадаються з різними швидкостями, отже кожний має свою сталу розпаду . Очікуваний розпад −dN/N є пропорційним до приросту часу, dt:
Мінус свідчить, що величина N зменшується з часом, бо розпади відбуваються один за іншим. Розв'язком цього диференціального рівняння першого порядку є функція:
де N0 це значення N в час t = 0.
У будь-який момент часу t ми маємо:
де Ntotal це стале число частинок, воно явно дорівнює початковій кількості ядер речовини A.
Якщо кількість нерозпалих ядер A є:
тоді кількість ядер B, тобто кількість розпалих ядер A така
Кількість розпадів спостережених за певний проміжок часу підкоряється розподілу Пуассона. Якщо середня кількість розпадів є <N>, тоді ймовірність кількості розпадів N становить
Ланцюговий розпад
Ланцюг з двох розпадів
Тепер розглянемо випадок з двох розпадів у ланцюзі: один нуклід A розпадається в інший B, тоді B розпадається ще в наступний C, тобто A → B → C. Попереднє рівняння не можна застосувати до ланцюга розпадів, але його можна узагальнити. Оскільки A розпадається в B, тоді B розпадається в C, активність речовини A додає нукліди B, до того як ці нукліди речовини B розпадуться. Інакше кажучи, кількість ядер речовини другого покоління B збільшується у висліді розпаду речовини A і зменшується внаслідок власного розпаду в речовину третього покоління C. Сума цих двох доданків і дає закон для ланцюга розпаду для двох нуклідів:
Швидкість зміни NB, яка є dNB/dt, стосується змін кількості A і B, NB може зростати оскільки B утворюється з A і убувати оскільки B утворює C.
Переформулювання із використанням попередніх результатів:
Нижні індекси просто вказують на відповідні нукліди, тобто NA це кількість нуклідів типу A, NA0 це початкова кількість нуклідів типу A, λA це стала розпаду для A — і схоже для нукліда B. Розв'язання рівняння для NB дає:
Природно, це рівняння зводиться до попереднього у випадку якщо B є стабільним нуклідом (λB = 0):
як показано вище для одиничного розпаду. Розв'язок можна знайти через використання інтегрувального множника, де інтегрувальний множник є eλBt і потім взяти визначений інтеграл від до
Ланцюг кількох розпадів
Для загального випадку будь-якої кількості послідовних розпадів у ланцюзі розпадів, тобто A1 → A2 ··· → Ai ··· → AD, де D це кількість розпадів і i це індекс (i = 1, 2, 3, ...D), кожну сукупність нуклідів можна знайти у виразах попередніх сукупностей. У випадку N2 = 0, N3 = 0,…, ND = 0. Використовуючи попередній результат в рекурсивній формі:
Загальний розв'язок для рекурсивної задачі можна отримати через рівняння Бейтмана:
Альтернативні шляхи розпаду
В усіх попередніх прикладах, початковий нуклід розпадався лише в один продукт. Розглянемо випадок коли один початковий нуклід може розпадатись в один з двох продуктів, тобто або двома процесами A → B і A → C одночасно. Для будь-якого часу t маємо:
оскільки загальна кількість ядер залишається тією самою. Диференціюємо щодо часу:
визначення підсумкова стала розпаду λ в термінах суми часткових сталих розпаду λB і λC:
Зауважте, що
Розв'язуючи це рівняння для NA:
де NA0 це початкова кількість ядер A. Сталі розпаду λB і λC визначають імовірність розпаду в B або C так:
тому що частина ядер λB/λ розпадається в B, а частина ядер λC/λ розпадається в C.
Примітки
- Decay and Half Life. Процитовано 14 грудня 2009.
- Patel, S.B. (2000). Nuclear physics : an introduction. New Delhi: New Age International. с. 62—72. ISBN .
- Introductory Nuclear Physics, K.S. Krane, 1988, John Wiley & Sons Inc,
- Cetnar, Jerzy (May 2006). General solution of Bateman equations for nuclear transmutations. Annals of Nuclear Energy. 33 (7): 640—645. doi:10.1016/j.anucene.2006.02.004.
Література
- Булавін Л. А., Тартаковський В. К. Ядерна фізика. — К. : Знання, 2005. — 439 с.
- Фізичний словник. — К.: Вища школа, Головне видав. 1979. — 336 с.
- Гродзинський Д. М. Природна радіоактивність рослин і ґрунтів. — Київ: Наукова думка, 1965. -216 с.
- Динс Дж., Винйард Дж., Радіаційні ефекти у твердих тілах, пер. з англ., М., 1960;
- Шпольський Е. В., Атомна фізика, 7 изд., т. 2, М., 1984;
- Сивухін Д. В., Загальний курс фізики. Атомна і ядерна фізика, ч. 1-2, М., 1986-89;
- Акерман А. Ф., Грудский М. Я., Смирнов В. В., Вторинне електронне випромінювання із твердих тіл під дією гамма-квантів, М., 1986.
Посилання
- Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
- Кучер В. Значінє радіоактивности матерії для культури будучности // Дїло, 13.01.1917.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cya stattya mistit perelik posilan ale pohodzhennya okremih tverdzhen zalishayetsya nezrozumilim cherez brak vnutrishnotekstovih dzherel vinosok Bud laska dopomozhit polipshiti cyu stattyu peretvorivshi dzherela z pereliku posilan na dzherela vinoski u samomu teksti statti Zvernitsya na storinku obgovorennya za poyasnennyami ta dopomozhit vipraviti nedoliki traven 2023 Radioakti vnist vid lat radio viprominyuyu radius promin i activus diyevij yavishe peretvorennya nestijkogo izotopu himichnogo elementu na inakshij izotop zazvichaj inshogo elementa radioaktivnij rozpad shlyahom viprominyuvannya gamma kvantiv elementarnih chastinok abo yadernih fragmentiv Ci duzhe proniklivi potoki chastinok inodi nazivayut yadernim viprominyuvannyam Alfa rozpad ce odin z radioaktivnih rozpadiv pid chas yakogo yadro vipuskaye alfa chastinku takim chinom peretvoryuyuchis na atom z menshim na 4 masovim chislom i menshim na 2 atomnim nomerom IstoriyaSimvol sho vikoristovuyetsya dlya poznachennya radioaktivnih materialiv Radioaktivnist vidkriv u Antuan Anri Bekkerel Stalosya ce vipadkovo Vchenij pracyuvav iz solyami uranu i zagornuv svoyi zrazki razom iz fotoplastinami v neprozorij material Fotoplastini viyavilisya zasvichenimi hocha dostupu svitla do nih ne bulo Bekkerel zrobiv visnovok pro nevidime oku viprominyuvannya solej uranu Vin doslidiv ce viprominyuvannya i vstanoviv sho intensivnist viprominyuvannya viznachayetsya tilki kilkistyu uranu v preparati i zovsim ne zalezhit vid togo do yakih spoluk vin vhodit Tobto cya vlastivist pritamanna ne spolukam a himichnomu elementu uranu dokladnishe div Doslid radioaktivnosti Antuanom Anri Bekkerelem U 1898 roci Gergard Shmidt ta P yer Kyuri i Mariya Sklodovska Kyuri vidkrili viprominyuvannya toriyu Piznishe Kyuri vidkrili polonij ta radij U 1903 roci podruzhzhyu Kyuri bulo prisudzheno Nobelivsku premiyu Na sogodni vidomo blizko 40 prirodnih elementiv yakim vlastiva radioaktivnist Takozh v danij chas krim alfa beta i gamma rozpadiv pomicheno rozpadi z emisiyeyu nejtrona protona a takozh dvoh protoniv klasterna radioaktivnist spontannij podil elektronne zahoplennya pozitronnij rozpad abo b rozpad a takozh podvijnij beta rozpad i jogo vidi zazvichaj vvazhayutsya riznimi tipami beta rozpadu Vsi himichni elementi z atomnim nomerom bilshim za 83 radioaktivni Prirodna radioaktivnist spontannij rozpad yader elementiv sho zustrichayutsya v prirodi Shtuchna radioaktivnist spontannij rozpad yader elementiv otrimanih shtuchnim shlyahom cherez vidpovidni yaderni reakciyi Tipi radioaktivnostiAlfa chastinki mozhna povnistyu zupiniti za dopomogoyu arkushu paperu beta chastinki za dopomogoyu alyuminiyevogo ekranu Gamma promeni mozhna zupiniti lishe iz vikoristannyam znachno istotnishoyi masi takoyi yak tovstij shar svincyu Ernest Rezerford eksperimentalno vstanoviv 1899 sho soli uranu viprominyuyut 3 tipi promeniv yaki po riznomu vidhilyayutsya v magnitnomu poli promeni pershogo tipu vidhilyayutsya tak samo yak potik dodatno zaryadzhenih chastinok Yih nazvali alfa promenyami promeni drugogo tipu vidhilyayutsya v magnitnomu poli tak samo yak potik negativno zaryadzhenih chastinok v protilezhnu storonu yih nazvali beta promenyami i promeni tretogo tipu yaki ne vidhilyayutsya magnitnim polem nazvali gamma promenyami Spektr a i g viprominyuvan pererivisti diskretni a spektr b viprominyuvannya neperervnij b rozpad Beta rozpad Bekkerel doviv sho b promeni ye potokom elektroniv b rozpad proyav slabkoyi vzayemodiyi b rozpad vnutrishno nuklonnij proces tobto vidbuvayetsya peretvorennya nejtrona v proton iz vilotom elektrona j antinejtrino z yadra 0 1 n 1 1 p 1 0 e displaystyle 0 1 textrm n rightarrow 1 1 textrm p 1 0 textrm e g Pravilo zsuvu Soddi dlya b rozpadu Z A X Z 1 A Y 1 0 e displaystyle Z A textrm X rightarrow Z 1 A textrm Y 1 0 textrm e g Priklad 1 3 H 2 3 He 1 0 e displaystyle 1 3 textrm H rightarrow 2 3 textrm He 1 0 textrm e g Pislya b rozpadu atomnij nomer elementa zminyuyetsya i vin zmishuyetsya na odnu klitinku v tablici Mendelyeyeva a rozpad Alfa rozpad a rozpadom nazivayut mimovilnij rozpad atomnogo yadra na yadro produkt i a chastinku yadro atoma 2 4 He displaystyle 2 4 textrm He a rozpad ye vlastivistyu vazhkih yader z masovim chislom A 200 Vseredini takih yader zavdyaki vlastivosti nasichennya yadernih sil utvoryuyutsya vidosoblennya a chastinok sho skladayutsya z dvoh protoniv i dvoh nejtroniv Utvorena takim chinom a chastinka duzhche vidchuvaye kulonivske vidshtovhuvannya vid inshih protoniv yadra nizh okremi protoni Odnochasno na a chastinku menshe vplivaye yaderne mizhnuklonne prityagannya za rahunok silnoyi vzayemodiyi nizh na reshtu nukloniv Pravilo zsuvu Soddi dlya a rozpadu Z A X Z 2 A 4 Y 2 4 He displaystyle Z A textrm X rightarrow Z 2 A 4 textrm Y 2 4 textrm He Priklad 92 238 U 90 234 Th 2 4 He displaystyle 92 238 textrm U rightarrow 90 234 textrm Th 2 4 textrm He Vnaslidok a rozpadu element zmishuyetsya na 2 klitinki do pochatku tablici Mendelyeyeva Dochirnye yadro sho utvorilosya v rezultati a rozpadu zazvichaj takozh viyavlyayetsya radioaktivnim i za deyakij chas tezh rozpadayetsya Proces radioaktivnogo rozpadu vidbuvatimetsya doti poki ne z yavitsya stabilne tobto neradioaktivne yadro yakim chastishe za vse ye yadra svincyu abo bismutu g rozpad Gamma rozpad Gamma promeni ce elektromagnitni hvili iz dovzhinoyu hvili menshoyu za rozmiri atoma Voni utvoryuyutsya zazvichaj pri perehodi yadra atoma iz zbudzhenogo stanu v osnovnij stan Pri comu kilkist nejtroniv chi protoniv u yadri ne zminyuyetsya a otzhe yadro zalishayetsya tim samim elementom Odnak viprominyuvannya gamma promeniv mozhe suprovodzhuvati j inshi yaderni reakciyi Period napivrozpaduPri radioaktivnomu rozpadi vidbuvayutsya peretvorennya yader atomiv Energiyi chastinok yaki pri comu utvoryuyutsya nabagato bilshi vid energij sho vidilyayutsya v tipovih himichnih reakciyah Tomu ci procesi praktichno ne zalezhat vid himichnogo otochennya atoma j vid spoluk v yaki cej atom vhodit Radioaktivnij rozpad vidbuvayetsya mimohit Ce oznachaye sho nemozhlivo viznachiti mit koli rozpadetsya te chi inshe yadro Odnak dlya kozhnogo tipu rozpadu ye harakternij chas za yakij rozpadayetsya polovina vsih radioaktivnih yader Cej chas nazivayetsya periodom napivrozpadu Dlya riznih radioaktivnih izotopiv period napivrozpadu mozhe lezhati v duzhe shirokih mezhah vid nanosekund do miljoniv rokiv Izotopi z malim periodom napivrozpadu duzhe radioaktivni ale shvidko znikayut Izotopi z velikim periodom napivrozpadu slabko radioaktivni ale cya radioaktivnist zberigayetsya duzhe dovgij chas DetektuvannyaDokladnishe Detektor chastinok Detektuvannya radioaktivnogo viprominyuvannya zasnovano na jogo diyi na rechovinu zokrema yiyi ionizaciyi Istorichno vpershe radiaciya bula zareyestrovana zavdyaki pochorninnyu oprominenoyi fotoplastinki Fotoemulsiyi v yakih pid diyeyu radiaciyi vidbuvayutsya himichni reakciyi i dosi zalishayutsya odnim iz metodiv detektuvannya Inshij princip detektuvannya vikoristovuyetsya v lichilnikah Gejgera viniknennya nesamostijnogo elektrichnogo rozryadu v oprominenomu gazi Dozimetri yaki reyestruyut ne okremi akti prolitannya shvidkoyi zaryadzhenoyi chastinki chasto vikoristovuyut zminu vlastivostej napriklad providnosti oprominenogo materialu Odinici vimiryuvannyaRadioaktivnist zalezhit vid kilkosti nestabilnih izotopiv i chasu yihnogo zhittya Mizhnarodna sistema odinic SI viznachaye odiniceyu vimiryuvannya aktivnosti Bekerel taka kilkist radioaktivnoyi rechovini v yakij za sekundu vidbuvayetsya odin akt rozpadu Praktichno cya velichina ne duzhe zruchna tomu chastishe vikoristovuyut pozasistemni odinici Kyuri Inodi vzhivayetsya odinicya rezerford Shodo diyi radioaktivnogo viprominyuvannya na opromineni rechovini to vikoristovuyutsya ti zh odinici sho j dlya rentgenivskogo viprominyuvannya Odiniceyu vimiryuvannya dozi poglinutogo jonizuyuchogo viprominyuvannya v sistemi SI ye Grej taka doza pri yakij v kilogrami rechovini vidilyayetsya odin Dzhoul energiyi Odiniceyu biologichnoyi diyi oprominennya v sistemi SI ye Zivert Pozasistemna odinicya vidilenoyi pri oprominenni energiyi rad Taka odinicya yak rentgen ye miroyu ne vidilenoyi energiyi a jonizaciyi rechovini pri radioaktivnomu oprominenni Dlya vimiryuvannya biologichnoyi diyi oprominyuvannya vikoristovuyetsya biologichnij ekvivalent rentgena ber Dlya harakteristiki intensivnosti oprominennya vikoristovuyut odinici yaki opisuyut shvidkist naboru dozi napriklad rentgen za godinu Vzayemodiya z materiyeyuPid chas vzayemodiyi z materiyeyu yaderne viprominyuvannya zdatne suttyevo zminyuvati jogo fizichni vlastivosti U tverdih tilah yaderne viprominyuvannya viklikaye rizni radiacijni poshkodzhennya defekti Vazhki yaderni chastinki prohodyachi cherez materiyu vibivayut atomi z vuzliv kristalichnoyi gratki peremishayuchi yih u mizhvuzlya Tak utvoryuyutsya defekti kristaliv tipu vakansiya atom u mizhvuzli Pri dosit velikij dozi oprominennya kristalichne tilo mozhe perejti v amorfnij stan Potoki shvidkih elektroniv energiyeyu bilshe 1 Mev takozh zdatni stvoryuvati defekti tipu vakansiya atom u mizhvuzli Pri energiyah menshih 1 Mev vtrati elektroniv zumovleni zbudzhennyam ta ionizaciyeyu atomiv i molekul misheni Osnovnim procesom pri poglinanni materiyeyu gamma viprominyuvannya ye fotoionizaciya atomiv i utvorennya shvidkih fotoelektroniv div Fotoefekt Ostanni vtrachayut svoyu energiyu na ionizaciyu j zbudzhennya atomiv misheni yak i pri oprominenni shvidkimi elektronami z tiyeyu odnak rizniceyu sho gamma kvanti pronikayut na znachno bilshu glibinu nizh shvidki elektroni z tiyeyu zhe energiyeyu Alfa beta ta gama promeni po riznomu povodyat sebe u magnitnomu abo elektrichnomu polyah Vikoristannya Pislya zahoplennya nejtroniv yadrami vinikaye shtuchna radioaktivnist oprominenogo zrazka misheni za spektrami viprominyuvannya mozhna provoditi radiacijnij himichnij analiz misheni Oprominennya kremniyu potokami povilnih nejtroniv i radiacijni peretvorennya 28 Si vikoristovuyetsya dlya odnoridnogo leguvannya kremniyu fosforom Negativni naslidki Vzagali vsi elektronni priladi zaznayut pogirshennya degradaciya parametriv u rezultati dovgogo vplivu vidnosno slabkogo yadernogo viprominyuvannya abo korotkochasnogo vplivu potuzhnogo yadernogo viprominyuvannya Yaderne viprominyuvannya pov yazane z prirodnoyu radioaktivnistyu mozhe viklikati nepravilne spracovuvannya v velikih integralnih shemah Biologichna diya Radioaktivne oprominennya prizvodit do znachnogo poshkodzhennya zhivoyi tkanini Jonizaciya himichnih rechovin v biologichnij tkanini stvoryuye mozhlivist himichnih reakcij yaki nevlastivi dlya biologichnih procesiv j do utvorennya shkidlivih rechovin Poshkodzhennya radiaciyeyu DNK viklikaye mutaciyi Robota z radioaktivnimi rechovinami vimagaye retelnogo dotrimannya pravil tehniki bezpeki Radioaktivni rechovini poznachayutsya specialnim simvolom navedenim vgori storinki Radioaktivni rechovini zberigayutsya v specialnih kontejnerah skonstrujovanih takim chinom shob poglinati radioaktivne viprominyuvannya Velikoyu problemoyu ye zahoronennya radioaktivnih vidhodiv atomnoyi energetiki ZastosuvannyaRadioaktivni rechovini mozhna vikoristovuvati dlya otrimannya energiyi v umovah koli inshi ne dostupni napriklad na kosmichnih aparatah priznachenih dlya polotiv do viddalenih planet Sonyachnoyi sistemi Energiya yaka vidilyayetsya pid chas radioaktivnogo rozpadu v takih pristroyah mozhe buti peretvorena na elektrichnu za dopomogoyu termoelementiv V medicini radioaktivne oprominennya vikoristovuyetsya pri likuvanni deyakih form raku rozrahovuyuchi na te sho rakovi klitini yaki shvidko dilyatsya chutlivishi do oprominennya a tomu vrazhatimutsya shvidshe Metod michenih atomiv dozvolyaye provesti analiz obminu rechovin v organizmi j dopomagaye pri diagnostici zahvoryuvan Datuvannya za radioaktivnimi izotopami dopomagaye vstanoviti vik predmetiv ta porid j zastosovuyetsya v geologiyi arheologiyi paleontologiyi Radioaktivnist i radioaktivni rechovini takozh shiroko vikoristovuyutsya v riznih sferah naukovih doslidzhen U praktici fizichnih doslidzhen dzherelami potuzhnogo yadernogo viprominyuvannya ye yaderni reaktori slabkogo preparati sho mistyat shtuchni radioaktivni elementi Jonizivni viprominyuvannyaUsi vidi radioaktivnih viprominyuvan sho suprovodzhuyut radioaktivnist nazivayut ionizivnimi viprominyuvannyami Jonizivne viprominyuvannya proces zbudzhennya ta jonizaciyi atomiv rechovini pri prohodzhenni kriz nih gamma kvantiv ta chastinok sho utvorilisya vnaslidok a ta b rozpadu U razi prohodzhennya napriklad gamma kvantiv kriz rechovinu kvanti peretvoryuyutsya na paru elektron pozitron za umovi sho energiya gamma kvantu perevishuye energiyu cih dvoh chastinok gt 1 MeV a chastinki shvidko vtrachayut vsyu energiyu bo zbudzhuyut vsi atomi sho traplyayutsya na yih shlyahu 1 10 sm na povitri 0 01 0 2 mm u ridinah b chastinki mensh efektivno vzayemodiyut z rechovinami 2 3 m na povitri 1 10 mm u ridinah g kvanti najproniklivishi Nejtroni sho ne mayut elektrichnogo zaryadu bezposeredno ne ionizuyut atomi Prote v rezultati vzayemodiyi nejtroniv z yadrami vinikayut shvidki zaryadzheni chastinki ta gamma kvanti sho ye ionizivnimi chastinkami Pid chas trivalogo perebuvannya lyudini v zoni radioaktivnogo viprominyuvannya vidbuvayetsya jonizaciya ta zbudzhennya yiyi klitin Vnaslidok cogo klitini vstupayut u novi himichni reakciyi ta utvoryuyut novi himichni rechovini sho porushuyut normalne funkcionuvannya organizmu Mira diyi jonizivnih viprominyuvan ce poglinuta doza viprominyuvannya Grej sho rivna vidnoshennyu peredanoyi jonizivnimi viprominyuvannyami energiyi do masi rechovini D E m Potuzhnist dozi viprominyuvannya vimiryuyetsya vidnoshennya poglinutoyi dozi viprominyuvannya do chasu Pv D t Radioaktivne viprominyuvannya vikoristovuyut pri rentgenologichnomu obstezhenni Matematika radioaktivnogo rozpaduMatematichni podrobici eksponencijnogo rozpadu v zagalnomu vipadku divis u eksponencijnij rozpad Pov yazani vivedennya divis u period napivrozpadu Universalnij zakon radioaktivnogo rozpadu Radioaktivnist ye duzhe chastim prikladom eksponencijnogo rozpadu Zakon shvidshe opisuye statistichnu povedinku velikoyi kilkosti yader nizh individualnij vipadok V nastupnih formulah kilkist yader abo sukupnist yader N ye zvisno diskretnoyu zminnoyu naturalne chislo ale dlya bud yakogo fizichnogo prikladu N nastilki velike L 1023 stala Avogadro sho jogo mozhna traktuvati yak neperervnu zminnu Diferencialni rivnyannya dlya modelyuvannya yadernogo rozpadu potrebuyut diferencialne chislennya Proces z odnim rozpadom Rozglyanemo vipadok rozpadu nuklidu A v inshij nuklid B cherez yakijs proces A B utvorennya inshih chastinok podibnih do elektronne nejtrino n e i elektroniv e v beta rozpadi ne znachimo dlya nas Rozpad nestabilnih yader cilkom vipadkovij i nemozhlivo peredbachiti koli pevnij atom rozpadetsya Odnak rozpad odnakovo jmovirnij bud koli Otzhe dlya pevnogo radioizotopu kilkist rozpadiv dN yaki ochikuyutsya vprodovzh malenkogo promizhku chasu dt proporcijnij do kilkosti nayavnih atomiv N sho ye d N d t N displaystyle frac mathrm d N mathrm d t propto N Rizni radionuklidi rozpadayutsya z riznimi shvidkostyami otzhe kozhnij maye svoyu stalu rozpadu l displaystyle lambda Ochikuvanij rozpad dN N ye proporcijnim do prirostu chasu dt d N N l d t displaystyle frac mathrm d N N lambda mathrm d t Minus svidchit sho velichina N zmenshuyetsya z chasom bo rozpadi vidbuvayutsya odin za inshim Rozv yazkom cogo diferencialnogo rivnyannya pershogo poryadku ye funkciya N t N 0 e l t N 0 e t t displaystyle N t N 0 e lambda t N 0 e t tau de N0 ce znachennya N v chas t 0 U bud yakij moment chasu t mi mayemo N A N B N t o t a l N A 0 displaystyle N A N B N mathrm total N A0 de Ntotal ce stale chislo chastinok vono yavno dorivnyuye pochatkovij kilkosti yader rechovini A Yaksho kilkist nerozpalih yader A ye N A N A 0 e l t displaystyle N A N A0 e lambda t todi kilkist yader B tobto kilkist rozpalih yader A taka N B N A 0 N A N A 0 N A 0 e l t N A 0 1 e l t displaystyle N B N A0 N A N A0 N A0 e lambda t N A0 left 1 e lambda t right Kilkist rozpadiv sposterezhenih za pevnij promizhok chasu pidkoryayetsya rozpodilu Puassona Yaksho serednya kilkist rozpadiv ye lt N gt todi jmovirnist kilkosti rozpadiv N stanovit P N N N exp N N displaystyle P N frac langle N rangle N exp langle N rangle N Lancyugovij rozpad Lancyug z dvoh rozpadiv Teper rozglyanemo vipadok z dvoh rozpadiv u lancyuzi odin nuklid A rozpadayetsya v inshij B todi B rozpadayetsya she v nastupnij C tobto A B C Poperednye rivnyannya ne mozhna zastosuvati do lancyuga rozpadiv ale jogo mozhna uzagalniti Oskilki A rozpadayetsya v B todi B rozpadayetsya v C aktivnist rechovini A dodaye nuklidi B do togo yak ci nuklidi rechovini B rozpadutsya Inakshe kazhuchi kilkist yader rechovini drugogo pokolinnya B zbilshuyetsya u vislidi rozpadu rechovini A i zmenshuyetsya vnaslidok vlasnogo rozpadu v rechovinu tretogo pokolinnya C Suma cih dvoh dodankiv i daye zakon dlya lancyuga rozpadu dlya dvoh nuklidiv d N B d t l B N B l A N A displaystyle frac mathrm d N B mathrm d t lambda B N B lambda A N A Shvidkist zmini NB yaka ye dNB dt stosuyetsya zmin kilkosti A i B NB mozhe zrostati oskilki B utvoryuyetsya z A i ubuvati oskilki B utvoryuye C Pereformulyuvannya iz vikoristannyam poperednih rezultativ d N B d t l B N B l A N A 0 e l A t displaystyle frac mathrm d N B mathrm d t lambda B N B lambda A N A0 e lambda A t Nizhni indeksi prosto vkazuyut na vidpovidni nuklidi tobto NA ce kilkist nuklidiv tipu A NA0 ce pochatkova kilkist nuklidiv tipu A lA ce stala rozpadu dlya A i shozhe dlya nuklida B Rozv yazannya rivnyannya dlya NB daye N B N A 0 l A l B l A e l A t e l B t displaystyle N B frac N A0 lambda A lambda B lambda A left e lambda A t e lambda B t right Prirodno ce rivnyannya zvoditsya do poperednogo u vipadku yaksho B ye stabilnim nuklidom lB 0 lim l B 0 N A 0 l A l B l A e l A t e l B t N A 0 l A 0 l A e l A t 1 N A 0 1 e l A t displaystyle lim lambda B rightarrow 0 left frac N A0 lambda A lambda B lambda A left e lambda A t e lambda B t right right frac N A0 lambda A 0 lambda A left e lambda A t 1 right N A0 left 1 e lambda A t right yak pokazano vishe dlya odinichnogo rozpadu Rozv yazok mozhna znajti cherez vikoristannya integruvalnogo mnozhnika de integruvalnij mnozhnik ye elBt i potim vzyati viznachenij integral vid 0 displaystyle 0 do t displaystyle t Lancyug kilkoh rozpadiv Dlya zagalnogo vipadku bud yakoyi kilkosti poslidovnih rozpadiv u lancyuzi rozpadiv tobto A1 A2 Ai AD de D ce kilkist rozpadiv i i ce indeks i 1 2 3 D kozhnu sukupnist nuklidiv mozhna znajti u virazah poperednih sukupnostej U vipadku N2 0 N3 0 ND 0 Vikoristovuyuchi poperednij rezultat v rekursivnij formi d N j d t l j N j l j 1 N j 1 0 e l j 1 t displaystyle frac mathrm d N j mathrm d t lambda j N j lambda j 1 N j 1 0 e lambda j 1 t Zagalnij rozv yazok dlya rekursivnoyi zadachi mozhna otrimati cherez rivnyannya Bejtmana Rivnyannya Bejtmana N D N 1 0 l D i 1 D l i c i e l i t displaystyle N D frac N 1 0 lambda D sum i 1 D lambda i c i e lambda i t c i j 1 i j D l j l j l i displaystyle c i prod j 1 i neq j D frac lambda j lambda j lambda i Alternativni shlyahi rozpadu V usih poperednih prikladah pochatkovij nuklid rozpadavsya lishe v odin produkt Rozglyanemo vipadok koli odin pochatkovij nuklid mozhe rozpadatis v odin z dvoh produktiv tobto abo dvoma procesami A B i A C odnochasno Dlya bud yakogo chasu t mayemo N N A N B N C displaystyle N N A N B N C oskilki zagalna kilkist yader zalishayetsya tiyeyu samoyu Diferenciyuyemo shodo chasu d N A d t d N B d t d N C d t l N A N A l B l C displaystyle begin aligned frac mathrm d N A mathrm d t amp left frac mathrm d N B mathrm d t frac mathrm d N C mathrm d t right lambda N A amp N A left lambda B lambda C right end aligned viznachennya pidsumkova stala rozpadu l v terminah sumi chastkovih stalih rozpadu lB i lC l l B l C displaystyle lambda lambda B lambda C Zauvazhte sho d N A d t lt 0 d N B d t gt 0 d N C d t gt 0 displaystyle frac mathrm d N A mathrm d t lt 0 frac mathrm d N B mathrm d t gt 0 frac mathrm d N C mathrm d t gt 0 Rozv yazuyuchi ce rivnyannya dlya NA N A N A 0 e l t displaystyle N A N A0 e lambda t de NA0 ce pochatkova kilkist yader A Stali rozpadu lB i lC viznachayut imovirnist rozpadu v B abo C tak N B l B l N A 0 1 e l t displaystyle N B frac lambda B lambda N A0 left 1 e lambda t right N C l C l N A 0 1 e l t displaystyle N C frac lambda C lambda N A0 left 1 e lambda t right tomu sho chastina yader lB l rozpadayetsya v B a chastina yader lC l rozpadayetsya v C PrimitkiDecay and Half Life Procitovano 14 grudnya 2009 Patel S B 2000 Nuclear physics an introduction New Delhi New Age International s 62 72 ISBN 9788122401257 Introductory Nuclear Physics K S Krane 1988 John Wiley amp Sons Inc ISBN 978 0 471 80553 3 Cetnar Jerzy May 2006 General solution of Bateman equations for nuclear transmutations Annals of Nuclear Energy 33 7 640 645 doi 10 1016 j anucene 2006 02 004 LiteraturaBulavin L A Tartakovskij V K Yaderna fizika K Znannya 2005 439 s Fizichnij slovnik K Visha shkola Golovne vidav 1979 336 s Grodzinskij D M Prirodna radioaktivnist roslin i gruntiv Kiyiv Naukova dumka 1965 216 s Dins Dzh Vinjard Dzh Radiacijni efekti u tverdih tilah per z angl M 1960 Shpolskij E V Atomna fizika 7 izd t 2 M 1984 Sivuhin D V Zagalnij kurs fiziki Atomna i yaderna fizika ch 1 2 M 1986 89 Akerman A F Grudskij M Ya Smirnov V V Vtorinne elektronne viprominyuvannya iz tverdih til pid diyeyu gamma kvantiv M 1986 PosilannyaUkrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1974 1985 Kucher V Znachinye radioaktivnosti materiyi dlya kulturi buduchnosti Dyilo 13 01 1917