Закон радиоактивного распада. Правила смещения. Под радиоактивным распадом или просто распадом понимают естественное радиоактивное превращение ядер

Под радиоактивным распадом или просто распадом понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро - дочерним.

Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики. Поскольку отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t+dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моменту времени t:

, (11.3)

где l - постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается.

Разделив переменные и интегрируя, т.е

, получим

, (11.4)

где N - число нераспавшихся ядер в момент времени t, N ₀ – начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t=0). Формула (11.4) выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает по времени по экспоненте.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада Т_1/2 и среднее время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

Тогда

,

откуда

.

Периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятиминутных долей секунды до многих миллиардов лет.

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна

.

Проинтегрировав это выражение по всем возможным t и разделив на начальное число ядер N₀, получим среднее время жизни радиоактивного ядра:

.

Таким образом, среднее число жизни радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада l.

Активностью А нуклида (общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N) в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1с:

. (11.5)

Единица активности в СИ - Беккерель (Бк): 1Бк - активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада. До сих пор в ядерной физике применяется и внесистемная единица активности нуклида в радиоактивном источнике - Кюри (Ки):1 Ки=3×10¹⁰ Бк.

Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра. Правила смещения:

для a - распада

, (11.6)

для b - распада

, (11.7) где - материнское ядро; Y - символ дочернего ядра; - ядро гелия, частица; - символическое обозначение электрона (заряд его равен -1, а массовое число 0). Правила смещения являются ничем иным, как следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах: сохранения электрического заряда и сохранения массового числа – сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра. Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, радиоактивного превращения, заканчивающегося стабильным элементом. Совокупность элементов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.

Дата добавления: 2014-11-16