Физика

При радиоактивных превращениях ядер сохраняются массовое и зарядовое числа.

Закон сохранения массового числа: сумма массовых чисел элементов до реакции равна сумме массовых чисел элементов после реакции, т.е.

A = const,

где A — сумма массовых чисел до (после) реакции:

$A_1+A_2+\mathrm{...}+A_n={A^{\prime }}_1+{A^{\prime }}_2+\mathrm{...}+{A^{\prime }}_m$.

Следует отметить, что количества элементов до и после реакции могут быть разными; суммарная масса элементов до и после реакции не совпадают; при радиоактивных превращениях ядер часть их массы превращается в энергию:

E = ∆mc ²,

где Δm — разность масс ядер до и после реакции (дефект массы); c — скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 10⁸ м/с.

Закон сохранения зарядового числа: сумма зарядовых чисел элементов до реакции равна сумме зарядовых чисел элементов после реакции, т.е.

Z = const,

где Z — сумма зарядовых чисел до (после) реакции:

$Z_1+Z_2+\mathrm{...}+Z_n={Z^{\prime }}_1+{Z^{\prime }}_2+\mathrm{...}+{Z^{\prime }}_m$.

Следует отметить, что число элементов до и после реакции может быть разным; суммарный заряд элементов до реакции равен суммарному заряду элементов после реакции — закон сохранения электрического заряда.

При решении задач наиболее часто используются массовые и зарядовые числа приведенных в таблице частиц и изотопов элементов:

Альфа-распад (α- распад) — радиоактивный распад, сопровождающийся α-излучением (поток ядер гелия, или α-частиц); схема α-распада:

${}_{Z_1}{}^{A_1}\text{X}\to {}_{Z_2}{}^{A_2}\text{Y}+{}_2{}^4\alpha$,

где ${}_{Z_1}{}^{A_1}\text{X}$ — ядро исходного элемента; ${}_{Z_2}{}^{A_2}\text{Y}$ — ядро элемента, получившегося в результате α-распада; ${}_2{}^4\alpha$ — α-частица (ядро гелия).

Для α-распада:

• закон сохранения массового числа имеет следующий вид:

A ₁ = A ₂ + 4,

массовое число элемента, получившегося в результате α-распада, равно разности:

A ₂ = A ₁ − 4,

т.е. элемент, получившийся в результате α-распада, имеет массовое число, на 4 единицы меньшее, чем массовое число исходного элемента;

• закон сохранения зарядового числа имеет вид

Z ₁ = Z ₂ + 2,

зарядовое число элемента, получившегося в результате α-распада, равно разности:

Z ₂ = Z ₁ − 2,

т.е. элемент, получившийся в результате α-распада, находится в таблице Менделеева на две клетки ближе к ее началу, чем исходный элемент.

Бета-распад (β-распад) — радиоактивный распад, сопровождающийся β-излучением (поток электронов или поток позитронов); схема β⁻-распада (электронного распада):

${}_{Z_1}{}^{A_1}\text{X}\to {}_{Z_2}{}^{A_2}\text{Y}+{}_{-1}{}^0\beta$,

где ${}_{Z_1}{}^{A_1}\text{X}$ — ядро исходного элемента; ${}_{Z_2}{}^{A_2}\text{Y}$ — ядро элемента, получившегося в результате β⁻-распада; ${}_{-1}{}^0\beta$ — β⁻-частица (электрон).

Электронный распад сопровождается вылетом антинейтрино (A = 0, Z = 0), позитронный распад — вылетом нейтрино (A = 0, Z = 0).

Для β⁻-распада:

• закон сохранения массового числа имеет следующий вид:

A ₁ = A ₂ + 0,

массовое число элемента, получившегося в результате β⁻-распада, —

A ₂ = A ₁,

т.е. элемент, получившийся в результате β⁻-распада, имеет такое же массовое число, что и исходный элемент;

• закон сохранения зарядового числа имеет вид

Z ₁ = Z ₂ − 1,

зарядовое число элемента, получившегося в результате β⁻-распада, равно сумме:

Z ₂ = Z ₁ + 1,

т.е. элемент, получившийся в результате β⁻-распада, находится в таблице Менделеева на одну клетку дальше от ее начала, чем исходный элемент.

Гамма-распад (γ-распад) — распад, сопровождающийся γ-излучением (поток γ-квантов); схема γ-распада может выглядеть следующим образом:

${}_{Z_1}{}^{A_1}\text{X}\to {}_{Z_2}{}^{A_2}\text{Y}+{}_0{}^0\gamma$,

где ${}_{Z_1}{}^{A_1}\text{X}$ — ядро исходного элемента; ${}_{Z_2}{}^{A_2}\text{Y}$ — ядро элемента, получившегося в результате γ-распада; ${}_0{}^0\gamma$ — γ-частица (γ-квант, или фотон с высокой энергией).

Строго говоря, γ-распад не считается радиоактивным распадом.

Для γ-распада:

• закон сохранения массового числа имеет следующий вид:

A ₁ = A ₂ + 0,

массовое число элемента, получившегося в результате γ-распада, —

A ₂ = A ₁,

т.е. элемент, получившийся в результате γ-распада, имеет такое же массовое число, что и исходный элемент;

• закон сохранения зарядового числа имеет вид

Z ₁ = Z ₂ + 0,

зарядовое число элемента, получившегося в результате γ-распада,

Z ₂ = Z ₁,

т.е. элемент, получившийся в результате γ-распада, находится в таблице Менделеева в той же клетке, что и исходный элемент.

Поток частиц, сопровождающий радиоактивный распад, расщепляется в электрическом поле так, как показано на рис. 13.12, в магнитном поле — так, как показано на рис. 13.13.

Опыты по изучению поведения радиоактивного излучения в электрических и магнитных полях позволили заключить, что

• α-излучение представляет собой поток дважды ионизированных атомов гелия;
• β-излучение — поток электронов или позитронов;
• γ-излучение — жесткое электромагнитное излучение.