Радиоактивность и ядерные реакции

Что такое радиоактивность

Радиоактивность — самопроизвольное превращение неустойчивых ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием частиц или излучения. Явление открыл Анри Беккерель в 1896 году, а подробно исследовали супруги Кюри. Радиоактивность не зависит от температуры, давления и химического состояния вещества.

Виды радиоактивного излучения

Различают три основных типа распада:

• Альфа-распад — ядро испускает альфа-частицу (ядро гелия). Заряд уменьшается на 2, массовое число — на 4.
• Бета-распад — нейтрон превращается в протон, испускается электрон. Заряд увеличивается на 1, массовое число не меняется.
• Гамма-излучение — электромагнитное излучение очень малой длины волны, испускается возбуждённым ядром, состав ядра не меняется.

Правила смещения

При альфа-распаде элемент смещается на 2 клетки к началу таблицы, при бета-распаде — на 1 клетку к концу. Во всех ядерных реакциях сохраняются заряд и массовое число.

Закон радиоактивного распада

Число нераспавшихся ядер убывает по закону:

N = N₀ · 2^(−t/T), где T — период полураспада — время, за которое распадается половина ядер.

Деление и синтез

При делении тяжёлых ядер (например, урана) под действием нейтронов выделяется энергия и вылетают новые нейтроны, что приводит к цепной реакции — основе работы атомных электростанций. При термоядерном синтезе лёгкие ядра соединяются в более тяжёлые; так выделяется энергия на Солнце и звёздах. Для синтеза нужны очень высокие температуры, чтобы ядра преодолели взаимное отталкивание, поэтому управляемый термоядерный синтез на Земле пока остаётся сложной научной задачей.

Радиоактивное излучение опасно для живых организмов, так как разрушает клетки. Поэтому при работе с радиоактивными веществами применяют защиту: расстояние, экраны из свинца или бетона и ограничение времени облучения. В то же время дозированное излучение приносит пользу в медицине и технике — для диагностики, лечения и контроля.

Разбор примера

Период полураспада T = 8 суток, начальное число ядер N₀. Через 24 суток (то есть 3·T) останется:

N = N₀ · 2^(−3) = N₀ / 8 — одна восьмая часть ядер.

Частые ошибки. Период полураспада — это не время полного исчезновения вещества. На радиоактивность нельзя повлиять химией или нагревом. Проверяйте сохранение заряда и массового числа в уравнениях реакций.

Кратко о главном

• Радиоактивность — самопроизвольный распад неустойчивых ядер.
• Три вида: альфа, бета и гамма, с разной проникающей способностью.
• Закон распада: N = N₀ · 2^(−t/T).
• В реакциях сохраняются заряд и массовое число.
• Деление и синтез ядер — источники ядерной энергии.