16. Радиоактивность и законы радиоактивного распада. И законы радиактивного ряда
Радиоактивность - свойство атомных ядер элементов приходить в более устойчивое энергетическое состояние с выделением элементарных частиц и лучей. Прежний химический элемент превращается в новый. Наблюдается процесс непрерывного последовательного превращения элементов.
Преодолевая ядерные силы (барьер), частица оказывается под действием электрических сил отталкивания и вылетает из атома с большой скоростью (энергией). Энергия, необходимая для преодоления энергетического барьера, возникает внутри ядра или вне его.
Различают следующие основные механизмы радиоактивного превращения: альфа-превращение, бета-превращение, электронный захват (К-распад), спонтанное деление ядра. В результате распада происходит вылет частиц и выделение энергии. Альфа-частицы - тяжелые положительно заряженные ядра атомов гелия, бета-частицы - отрицательно заряженные электроны, гамма-излучение - электромагнитные кванты сверхвысокой частоты.
Радиоактивные ряды. Большинство радиоактивных элементов в природе - это тяжелые элементы с порядковыми номерами более 81 и массой более 200, но есть и более легкие элементы, например, калий 40, ванадий 50. До нашего времени осталось около 250 - 300 природных изотопов, из них 50 долгоживущих. Все известные радиоактивные элементы группируются в три основных ряда: урано-радиевый 238U, ториевый 232Th, актиноурановый АсU (235U). Родоначальниками рядов являются элементы больших периодов полураспада. В середине каждого ряда имеются радиоактивные газы (эманации). Наиболее долгоживущая эманация - радон. Радон хорошо перемещается в горных породах и концентрируется в тектонических трещинах и рыхлых отложениях. Торон и актинон имеют малую продолжительность жизни и поэтому вдали от источника образования не встречаются.
Конечным
продуктом распада является свинец. Ряд
состоит из 15-18 изотопов и характеризуется
элементами
и
излучения.
По
мере уменьшения заряда изотопа в каждом
ряду наблюдается уменьшение периода
полураспада и увеличение энергии
излучения
и
частиц.
В ряду тория
-излучение
более жесткое (0,54-2,62 МэВ), чем в ряду
урана (0,24-2,43 МэВ), что является основой
для идентификации рядов.
Законы
радиоактивного превращения.
Радиоактивное превращение элементов
происходит по закону:Nt=N0
exp(-
t),
где - постоянная распада (скорость распада в ед. времени), N t - число атомов на время t, N0 - начальное число атомов.
Постоянная радиоактивного распада определяется опытным путем. На ее величину не влияют изменения температуры, давления. Период полураспада (Т) - время, в течение которого распадается половина первоначального числа атомов: Т=0,693/ или t=0,693. В каждом ряду радиоактивных превращений с течением времени устанавливается равновесие, когда образование и распад атомов каждого радиоактивного элемента уравнивается: 1N1= 2N2= 3N3=...= nNn
Нарушение равновесия происходит при выносе элементов под действием растворения, вымывания, выветривания, миграции.