Transformări ale elementelor chimice în timpul dezintegrarii radioactive naturale. Transformări radioactive ale nucleelor ​​atomice plan de lecție la fizică (clasa a 9-a) pe tema

• doza de expunere
• doza absorbita
• doza echivalenta
• doză echivalentă eficientă

Radioactivitate

Aceasta este capacitatea nucleelor ​​atomilor diferitelor elemente chimice de a fi distruse, modificate cu emisia de particule atomice și subatomice de energii înalte. În timpul transformărilor radioactive, în majoritatea covârșitoare a cazurilor, nucleele atomice (și deci atomii înșiși) ale unor elemente chimice sunt transformate în nucleele atomice (atomi) altor elemente chimice, sau un izotop al unui element chimic este transformat în altul. izotop al aceluiași element.

Se numesc atomii ale căror nuclee sunt supuse dezintegrarii radioactive sau altor transformări radioactive radioactiv.

Izotopi

(din cuvinte greceștiisos – „egal, identic” șitopos - "loc")

Aceștia sunt nuclizi ai unui element chimic, adică varietati de atomi ai unui anumit element care au același număr atomic, dar numere de masă diferite.

Izotopii au nuclee cu același număr de protoni și numere diferite de neutroni și ocupă același loc în tabelul periodic al elementelor chimice. Există izotopi stabili, care există neschimbați la infinit, și instabili (radioizotopi), care se degradează în timp.

Cunoscutaproximativ 280 stabil Șipeste 2000 radioactive izotopi116 elemente naturale și obținute artificial .

Nuclid (din latinănucleu – „nucleu”) este o colecție de atomi cu anumite valori ale sarcinii nucleare și numărului de masă.

Simboluri de nuclizi:, UndeX – denumirea literei elementului,Z – numărul de protoni (numar atomic ), A – suma numărului de protoni și neutroni (numar de masa ).

Chiar și primul și cel mai ușor atom din tabelul periodic, hidrogenul, care are un singur proton în nucleu (și un electron se rotește în jurul lui), are trei izotopi.

Transformări radioactive

Ele pot fi naturale, spontane (spontane) și artificiale. Transformările radioactive spontane sunt un proces aleator, statistic.

Toate transformările radioactive sunt de obicei însoțite de eliberarea de energie în exces din nucleul atomului sub formă radiatie electromagnetica.

Radiația gamma este un flux de cuante gamma cu energie mare și capacitate de penetrare.

Razele X sunt, de asemenea, un flux de fotoni - de obicei cu energie mai mică. Numai „locul de naștere” al radiațiilor X nu este nucleul, ci învelișurile de electroni. Fluxul principal de radiație cu raze X are loc într-o substanță atunci când „particulele radioactive” (“radiația radioactivă” sau „radiația ionizantă”) trec prin ea.

Principalele tipuri de transformări radioactive:

• dezintegrare radioactivă;
• fisiunea nucleelor ​​atomice.

Aceasta este emisia, ejectarea la viteze enorme din nucleele atomilor de particule „elementare” (atomice, subatomice), care sunt numite în mod obișnuit radiații radioactive (ionizante)..

Când un izotop al unui element chimic dat se descompune, se transformă într-un alt izotop al aceluiași element.

Pentru naturale a radionuclizilor (naturali), principalele tipuri de dezintegrare radioactivă sunt dezintegrarea alfa și beta minus.

Titluri " alfa" Și " beta” au fost date de Ernest Rutherford în 1900 în timp ce studia radiațiile radioactive.

Pentru artificial Radionuclizii (fabricați de om), în plus, sunt caracterizați și prin neutroni, protoni, pozitroni (beta-plus) și tipuri mai rare de dezintegrare și transformări nucleare (mezonic, K-capture, tranziție izomerică etc.).

Dezintegrarea alfa

Aceasta este emisia unei particule alfa din nucleul unui atom, care constă din 2 protoni și 2 neutroni.

O particulă alfa are o masă de 4 unități, o sarcină de +2 și este nucleul unui atom de heliu (4He).

Ca rezultat al emisiei unei particule alfa, se formează un nou element, care se află în tabelul periodic. 2 celule la stânga, deoarece numărul de protoni din nucleu și, prin urmare, sarcina nucleului și numărul elementului, au devenit cu două unități mai puțin. Și masa izotopului rezultat se dovedește a fi Cu 4 unități mai puțin.

A alfa – descompunere- acesta este un tip caracteristic de dezintegrare radioactivă pentru elementele radioactive naturale din perioadele a șasea și a șaptea din tabelul D.I. Mendeleev (uraniu, toriu și produsele lor de degradare până la și inclusiv bismut) și în special pentru elementele artificiale - transuraniu.

Adică, izotopii individuali ai tuturor elementelor grele, începând cu bismut, sunt susceptibili la acest tip de degradare.

Deci, de exemplu, descompunerea alfa a uraniului produce întotdeauna toriu, descompunerea alfa a toriului întotdeauna produce radiu, degradarea radiului produce întotdeauna radon, apoi poloniu și, în final, plumb. În acest caz, dintr-un izotop specific de uraniu-238 se formează toriu-234, apoi radiu-230, radon-226 etc.

Viteza unei particule alfa la părăsirea nucleului este de la 12 la 20 mii km/sec.

Dezintegrare beta

Dezintegrare beta- cel mai comun tip de dezintegrare radioactivă (și transformări radioactive în general), în special printre radionuclizi artificiali.

Fiecare element chimic există cel puțin un izotop beta-activ, adică supus dezintegrarii beta.

Un exemplu de radionuclid beta-activ natural este potasiul-40 (T1/2=1,3×109 ani), amestecul natural de izotopi de potasiu conține doar 0,0119%.

În plus față de K-40, radionuclizii beta-activi naturali semnificativi sunt, de asemenea, toți produși de descompunere ai uraniului și toriu, de exemplu. toate elementele de la taliu la uraniu.

Dezintegrare beta include tipuri de transformări radioactive precum:

– beta minus degradare;

– beta plus dezintegrare;

– K-capture (captură electronică).

Beta minus dezintegrare– aceasta este emisia unei particule beta minus din nucleu – electron , care s-a format ca urmare a transformării spontane a unuia dintre neutroni într-un proton și un electron.

În același timp, particula beta la viteze de până la 270 mii km/sec(9/10 viteza luminii) zboară din miez. Și deoarece mai există un protoni în nucleu, nucleul acestui element se transformă în nucleul elementului vecin din dreapta - cu un număr mai mare.

În timpul dezintegrarii beta-minus, potasiul radioactiv-40 este transformat în calciu-40 stabil (în celula următoare din dreapta). Și calciul radioactiv-47 se transformă în scandiu-47 (de asemenea, radioactiv) în dreapta acestuia, care, la rândul său, se transformă și în titan-47 stabil prin degradare beta-minus.

Beta plus dezintegrare– emisia de particule beta-plus din nucleu – Pozitron (un „electron”) încărcat pozitiv, care s-a format ca urmare a transformării spontane a unuia dintre protoni într-un neutron și un pozitron.

Ca urmare a acestui fapt (din moment ce sunt mai puțini protoni), acest element se transformă în cel de lângă el din stânga în tabelul periodic.

De exemplu, în timpul dezintegrarii beta-plus, izotopul radioactiv al magneziului, magneziu-23, se transformă într-un izotop stabil de sodiu (în stânga) - sodiu-23, iar izotopul radioactiv al europiului - europiu-150 se transformă într-un stabil stabil. izotop de samariu - samariu-150.

– emisia unui neutron din nucleul unui atom. Caracteristic nuclizilor de origine artificială.

Când un neutron este emis, un izotop al unui element chimic dat se transformă în altul, cu o greutate mai mică. De exemplu, în timpul dezintegrarii neutronilor, izotopul radioactiv al litiului, litiu-9, se transformă în litiu-8, heliul radioactiv-5 în heliu-4 stabil.

Dacă un izotop stabil de iod - iod-127 - este iradiat cu raze gamma, atunci devine radioactiv, emite un neutron și se transformă într-un alt izotop, tot radioactiv - iod-126. Acesta este un exemplu dezintegrare artificială a neutronilor .

Ca urmare a transformărilor radioactive, se pot forma izotopi ai altor elemente chimice sau aceluiaşi element, care pot fi ele însele radioactive elemente.

Acestea. dezintegrarea unui anumit izotop radioactiv inițial poate duce la un anumit număr de transformări radioactive succesive ale diferiților izotopi ai diferitelor elemente chimice, formând așa-numitele. „lanțuri de dezintegrare”.

De exemplu, toriu-234, format în timpul descompunerii alfa a uraniului-238, se transformă în protactiniu-234, care, la rândul său, se transformă înapoi în uraniu, dar într-un izotop diferit - uraniu-234.

Toate aceste tranziții minus alfa și beta se termină cu formarea plumbului-206 stabil. Și uraniul-234 suferă dezintegrare alfa - din nou în toriu (toriu-230). În plus, toriu-230 prin descompunere alfa - în radiu-226, radiu - în radon.

Fisiunea nucleelor ​​atomice

Este spontan sau sub influența neutronilor, divizarea miezului atom în 2 părți aproximativ egale, în două „cioburi”.

Când se împart, zboară afară 2-3 neutroni în plus iar un exces de energie este eliberat sub formă de cuante gamma, mult mai mare decât în ​​timpul dezintegrarii radioactive.

Dacă pentru un act de dezintegrare radioactivă există de obicei o rază gamma, atunci pentru un act de fisiune există 8 -10 cuante gamma!

În plus, fragmentele zburătoare au energie cinetică mare (viteză), care se transformă în energie termică.

Plecat neutronii pot provoca fisiune două sau trei nuclee asemănătoare, dacă sunt în apropiere și dacă neutronii îi lovesc.

Astfel, devine posibilă implementarea unei ramificații, accelerând reacție în lanț de fisiune nuclee atomice eliberând cantități enorme de energie.

Reacție în lanț de fisiune

Dacă reacția în lanț este lăsată să se dezvolte necontrolat, va avea loc o explozie atomică (nucleară).

Dacă reacția în lanț este ținută sub control, dezvoltarea acesteia este controlată, nu se lasă să se accelereze și se retrage constant energie eliberată(căldură), apoi această energie („ energie Atomică") poate fi folosit pentru a produce energie electrică. Acest lucru se realizează în reactoare nucleare și centrale nucleare.

Caracteristicile transformărilor radioactive

Jumătate de viață (T1/2 ) – timpul în care jumătate din atomii radioactivi se descompun și lor cantitatea se reduce de 2 ori.

Timpurile de înjumătățire ale tuturor radionuclizilor sunt diferite - de la fracțiuni de secundă (radionuclizi cu viață scurtă) la miliarde de ani (de viață lungă).

Activitate– acesta este numărul de evenimente de dezintegrare (în general, acte de transformări radioactive, nucleare) pe unitatea de timp (de obicei pe secundă). Unitățile de activitate sunt becquerel și curie.

Becquerel (Bq)– acesta este un eveniment de dezintegrare pe secundă (1 dezintegrare/sec).

Curie (Ci)– 3,7×1010 Bq (disp./sec).

Unitatea a apărut istoric: 1 gram de radiu-226 în echilibru cu produsele sale de descompunere fiice are o astfel de activitate. Cu radium-226 au lucrat mulți ani laureații Premiului Nobel, soții științifici francezi Pierre Curie și Marie Sklodowska-Curie.

Legea dezintegrarii radioactive

Modificarea activității unui nuclid într-o sursă în timp depinde de timpul de înjumătățire al unui nuclid dat conform unei legi exponențiale:

AȘi(t) = AȘi (0) × exp(-0,693t/T1/2 ),

Unde AȘi(0) – activitatea inițială a nuclidului;
AȘi(t) – activitate după timpul t;

T1/2 – timpul de înjumătățire al nuclidului.

Relația dintre masă radionuclid(fără a lua în considerare masa izotopului inactiv) și activitatea sa se exprimă prin următoarea relație:

Unde mȘi– masa radionuclizilor, g;

T1/2 – timpul de înjumătățire al radionuclidului, s;

AȘi– activitatea radionuclizilor, Bq;

A– masa atomică a radionuclidului.

Puterea de penetrare a radiațiilor radioactive.

Gama de particule alfa depinde de energia inițială și, de obicei, variază de la 3 la 7 (rar până la 13) cm în aer, iar în medii dense este de sutimi de mm (în sticlă - 0,04 mm).

Radiația alfa nu penetrează o foaie de hârtie sau pielea umană. Datorită masei și încărcăturii lor, particulele alfa au cea mai mare capacitate de ionizare, ele distrug totul în calea lor, prin urmare radionuclizii alfa-activi sunt cei mai periculoși pentru oameni și animale atunci când sunt ingerați.

Gama de particule betaîn substanță datorită masei sale scăzute (~ 7000 de ori

Mai puțin decât masa particulei alfa), sarcina și dimensiunea sunt mult mai mari. În acest caz, calea unei particule beta în materie nu este liniară. Penetrarea este, de asemenea, dependentă de energie.

Capacitatea de penetrare a particulelor beta formate în timpul dezintegrarii radioactive este în aer ajunge la 2÷3 m, în apă și alte lichide se măsoară în centimetri, în solide - în fracțiuni de cm.

Radiația beta pătrunde în țesutul corpului la o adâncime de 1÷2 cm.

Factorul de atenuare al radiațiilor n- și gamma.

Cele mai penetrante tipuri de radiații sunt radiațiile neutronice și gama. Gama lor în aer poate ajunge zeci și sute de metri(de asemenea in functie de energie), dar cu putere de ionizare mai mica.

Ca protectie impotriva radiatiilor n- si gamma se folosesc straturi groase de beton, plumb, otel etc., vorbim despre factorul de atenuare.

În raport cu izotopul cobalt-60 (E = 1,17 și 1,33 MeV), pentru o atenuare de 10 ori a radiațiilor gamma, este necesară protecție împotriva:

• plumb de aproximativ 5 cm grosime;
• beton aproximativ 33 cm;
• apă – 70 cm.

Pentru atenuarea de 100 de ori a radiațiilor gamma, este necesară o ecranare cu plumb de 9,5 cm grosime; beton – 55 cm; apă – 115 cm.

Unități de măsură în dozimetrie

Doză (din greacă - „part, porție”) iradiere.

Doza de expunere(pentru raze X și radiații gamma) – determinată de ionizarea aerului.

Unitatea de măsură SI - „coulomb pe kg” (C/kg)- aceasta este doza de expunere a raze X sau radiații gamma, atunci când este creată în 1 kg aer uscat, se formează o sarcină de ioni de același semn, egală cu 1 cl.

Unitatea de măsură non-sistem este "raze X".

1 R = 2,58× 10 -4 Kl/kg.

A-prioriu 1 roentgen (1P)– aceasta este doza de expunere a cărei absorbție 1 cm3 se formează aer uscat 2,08 × 10 9 perechi de ioni.

Relația dintre aceste două unități este următoarea:

1 C/kg = 3,68 103 R.

Doza de expunere 1Р corespunde dozei absorbite în aer 0,88 rad.

Doza

Doza absorbita– energia radiațiilor ionizante absorbită de o unitate de masă a materiei.

Energia de radiație transferată unei substanțe este înțeleasă ca diferența dintre energia cinetică totală a tuturor particulelor și fotonilor care intră în volumul materiei luate în considerare și energia cinetică totală a tuturor particulelor și fotonilor care părăsesc acest volum. Prin urmare, doza absorbită ia în considerare toată energia radiațiilor ionizante rămase în acel volum, indiferent de modul în care este cheltuită acea energie.

Unități de doză absorbită:

Gri (Gr)– unitate de doză absorbită în sistemul SI de unități. Corespunde la 1 J de energie de radiație absorbită de 1 kg de substanță.

bucuros– unitate extrasistemică de doză absorbită. Corespunde unei energie de radiație de 100 erg absorbită de o substanță care cântărește 1 gram.

1 rad = 100 erg/g = 0,01 J/kg = 0,01 Gy.

Efectul biologic la aceeași doză absorbită este diferit pentru diferite tipuri de radiații.

De exemplu, cu aceeași doză absorbită radiații alfa se dovedește mult mai periculoase decât radiațiile fotonice sau beta. Acest lucru se datorează faptului că particulele alfa creează ionizare mai densă de-a lungul drumului lor în țesutul biologic, concentrând astfel efectele nocive asupra organismului într-un anumit organ. În acest caz, întregul corp experimentează un efect inhibitor mult mai mare al radiațiilor.

În consecință, pentru a crea același efect biologic atunci când este iradiat cu particule grele încărcate, este necesară o doză absorbită mai mică decât atunci când este iradiată cu particule ușoare sau fotoni.

Doza echivalentă– produsul dintre doza absorbită și factorul de calitate a radiației.

Unități de doză echivalente:

sievert(Sv) este o unitate de măsură pentru echivalentul de doză, orice tip de radiație care produce același efect biologic ca și doza absorbită în 1 Gy

Prin urmare, 1 Sv = 1 J/kg.

Neizolat(unitate non-sistemică) este cantitatea de energie a radiațiilor ionizante absorbită 1 kgțesut biologic, în care se observă același efect biologic ca la doza absorbită 1 rad raze X sau radiații gamma.

1 rem = 0,01 Sv = 100 erg/g.

Numele „rem” este format din primele litere ale expresiei „echivalentul biologic al unei radiografii”.

Până de curând, la calcularea dozei echivalente, „ factori de calitate a radiațiilor » (K) – factori de corecție care iau în considerare efectele diferite asupra obiectelor biologice (capacități diferite de a deteriora țesuturile corpului) ale diferitelor radiații la aceeași doză absorbită.

Acum, acești coeficienți din Standardele de siguranță împotriva radiațiilor (NRB-99) sunt numiți „coeficienți de ponderare pentru tipuri individuale de radiații atunci când se calculează doza echivalentă (WR).”

Valorile acestora sunt, respectiv:

• Raze X, radiații gamma, beta, electroni și pozitroni - 1 ;
• protoni cu E mai mare de 2 MeV – 5 ;
• neutroni cu E mai mic de 10 keV) – 5 ;
• neutroni cu E de la 10 kev la 100 kev – 10 ;
• particule alfa, fragmente de fisiune, nuclee grele - 20 etc.

Doza echivalentă eficientă– doza echivalentă, calculată ținând cont de sensibilitatea diferită a diferitelor țesuturi ale corpului la radiații; egal cu doza echivalenta, obținut de un anumit organ, țesut (ținând cont de greutatea acestora), înmulțit cu corespunzător " coeficient de risc de radiații ».

Acești coeficienți sunt utilizați în protecția împotriva radiațiilor pentru a ține cont de sensibilitatea diferită a diferitelor organe și țesuturi în apariția efectelor stocastice de la expunerea la radiații.

În NRB-99, aceștia sunt numiți „factori de ponderare pentru țesuturi și organe atunci când se calculează doza efectivă”.

Pentru corp ca întreg acest coeficient se ia egal cu 1 , iar pentru unele organe are următoarele semnificații:

• măduvă osoasă (roșu) – 0,12; gonade (ovare, testicule) – 0,20;
• glanda tiroidă – 0,05; piele – 0,01 etc.
• plămâni, stomac, intestin gros – 0,12.

Pentru a evalua complet efectiv doza echivalentă primită de o persoană, se calculează și se însumează dozele indicate pentru toate organele.

Pentru a măsura dozele echivalente și efective echivalente, sistemul SI folosește aceeași unitate - sievert(Sv).

1 Sv egal cu doza echivalentă la care produsul dozei absorbite în Gr eyah (în țesutul biologic) prin coeficienții de ponderare vor fi egali cu 1 J/kg.

Cu alte cuvinte, aceasta este doza absorbită la care 1 kg substanțele eliberează energie în 1 J.

Unitatea nesistemică este rem.

Relația dintre unitățile de măsură:

1 Sv = 1 Gy * K = 1 J/kg * K = 100 rad * K = 100 rem

La K=1(pentru raze X, gama, radiații beta, electroni și pozitroni) 1 Sv corespunde dozei absorbite în 1 Gy:

1 Sv = 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad = 100 rem.

În anii 50, s-a stabilit că, cu o doză de expunere de 1 roentgen, aerul absoarbe aproximativ aceeași cantitate de energie ca și țesutul biologic.

Prin urmare, se dovedește că la estimarea dozelor putem presupune (cu o eroare minimă) că doza de expunere de 1 roentgen pentru tesutul biologic corespunde(echivalent) doza absorbita de 1 radȘi doza echivalentă de 1 rem(la K=1), adică aproximativ vorbind, 1 R, 1 rad și 1 rem sunt același lucru.

Cu o doză de expunere de 12 μR/oră pe an, primim o doză de 1 mSv.

În plus, pentru a evalua impactul AI, sunt utilizate următoarele concepte:

Rata dozei– doza primită pe unitatea de timp (secundă, oră).

fundal– rata dozei de expunere a radiațiilor ionizante într-o locație dată.

Fundal natural– rata dozei de expunere a radiațiilor ionizante create de toate sursele naturale de radiații.

Surse de radionuclizi care intră în mediu

1. Radionuclizi naturali, care au supraviețuit până în vremea noastră din momentul formării lor (posibil din momentul formării sistemului solar sau a Universului), întrucât au timpi de înjumătățire mare, ceea ce înseamnă o viață lungă.

2.Radionuclizi de origine fragmentare, care se formează ca urmare a fisiunii nucleelor ​​atomice. Ele se formează în reactoare nucleare în care are loc o reacție în lanț controlată, precum și în timpul testării armelor nucleare (reacție în lanț necontrolată).

3. Radionuclizi de origine activare sunt formate din izotopi stabili obișnuiți ca urmare a activării, adică atunci când o particulă subatomică (de obicei un neutron) intră în nucleul unui atom stabil, în urma căruia atomul stabil devine radioactiv. Ele sunt obținute prin activarea izotopilor stabili prin plasarea lor în miezul reactorului, sau prin bombardarea unui izotop stabil în acceleratoare de particule cu protoni, electroni etc.

Domenii de aplicare ale surselor de radionuclizi

Sursele AI găsesc aplicații în industrie, agricultură, cercetare științifică și medicină. Numai în medicină, aproximativ o sută de izotopi sunt utilizați pentru diverse cercetări medicale, diagnosticare, sterilizare și radioterapie.

În întreaga lume, multe laboratoare folosesc materiale radioactive pentru cercetarea științifică. Generatoarele termoelectrice pe bază de radioizotopi sunt folosite pentru a produce energie electrică pentru alimentarea autonomă cu energie a diverselor echipamente din zone îndepărtate și greu accesibile (radiofaruri și lumini, stații meteo).

Peste tot în industrie, instrumentele care conțin surse radioactive sunt folosite pentru monitorizarea proceselor tehnologice (calibre de densitate, nivel și grosime), instrumente de testare nedistructivă (detectoare de defecte gamma) și instrumente pentru analiza compoziției materiei. Radiațiile sunt folosite pentru a crește dimensiunea și calitatea culturilor.

Influența radiațiilor asupra corpului uman. Efectele radiațiilor

Particule radioactive, având energie și viteză enormă, la trecerea prin orice substanță se ciocnesc cu atomii și moleculele acestei substanțe și duce la distrugerea lor ionizare, la formarea ionilor „fierbinți” și a radicalilor liberi.

Din moment ce biologic Țesutul uman este 70% apă, apoi în mare măsură Este apa care suferă ionizare. Ionii și radicalii liberi formează compuși nocivi pentru organism, care declanșează un întreg lanț de reacții biochimice secvențiale și duc treptat la distrugerea membranelor celulare (pereții celulari și alte structuri).

Radiațiile afectează diferit oamenii în funcție de sex și vârstă, starea organismului, sistemul imunitar etc., dar mai ales puternic asupra sugarilor, copiilor și adolescenților. Când este expus la radiații perioadă ascunsă (incubație, latentă)., adică timpul de întârziere înainte de apariția unui efect vizibil poate dura ani sau chiar zeci de ani.

Impactul radiațiilor asupra corpului uman și asupra obiectelor biologice provoacă trei efecte negative diferite:

• efect genetic pentru celulele ereditare (de sex) ale corpului. Se poate manifesta și se manifestă numai în posteritate;
• efect genetic-stohastic, manifestat pentru aparatul ereditar al celulelor somatice - celulele corpului. Se manifestă în timpul vieții unei anumite persoane sub formă de diferite mutații și boli (inclusiv cancer);
• efect somatic, sau mai bine zis, imunitar. Aceasta este o slăbire a apărării organismului și a sistemului imunitar din cauza distrugerii membranelor celulare și a altor structuri.

Materiale conexe

Transformări radioactive

În 1903, Pierre Curie a descoperit că sărurile de uraniu în mod continuu și fără scădere vizibilă în timp eliberează energie termică, care, pe unitatea de masă, părea enormă în comparație cu energia celor mai energice reacții chimice. Radiul eliberează și mai multă căldură - aproximativ 107 J pe oră la 1 g de substanță pură. S-a dovedit că elementele radioactive disponibile în adâncurile globului au fost suficiente (în condiții de îndepărtare limitată a căldurii) pentru a topi magma.

Unde este sursa acestei energii aparent inepuizabile? Marie Curie propusă chiar la sfârșitul secolului al XIX-lea. doua ipoteze. Una dintre ele (împărtășită de Lord Kelvin ) a fost că substanțele radioactive captează un fel de radiație cosmică, înmagazinând energia necesară. Conform celei de-a doua ipoteze, radiația este însoțită de unele modificări ale atomilor înșiși, care în același timp pierd energie, care este emisă. Ambele ipoteze păreau la fel de incredibile, dar treptat s-au acumulat din ce în ce mai multe dovezi în favoarea celei de-a doua.

Ernest Rutherford a adus o mare contribuție la înțelegerea a ceea ce se întâmplă cu substanțele radioactive. În 1895, chimistul englez William Ramsay, care a devenit faimos pentru descoperirea argonului în aer, a descoperit un alt gaz nobil în mineralul kleveit - heliu. Ulterior, s-au descoperit cantități semnificative de heliu în alte minerale - dar numai în cele care conțineau uraniu și toriu. Părea surprinzător și ciudat - de unde ar putea proveni un gaz rar din minerale? Când Rutherford a început să investigheze natura particulelor alfa care sunt emise de mineralele radioactive, a devenit clar că heliul este un produs al dezintegrarii radioactive ( cm. RADIOACTIVITATE). Aceasta înseamnă că unele elemente chimice sunt capabile să „genereze” altele - acest lucru a contrazis toată experiența acumulată de mai multe generații de chimiști.

Cu toate acestea, „transformarea” uraniului și toriului în heliu nu sa limitat la. În 1899, un alt fenomen ciudat a fost observat în laboratorul lui Rutherford (pe atunci lucra la Montreal): preparatele elementului de toriu într-o fiolă închisă au menținut o activitate constantă, dar în aer liber depindea de activitatea lor. Ciorne. Rutherford și-a dat seama rapid că toriul emite gaz radioactiv (a fost numit emanatie de thoriu - din latinescul emanatio - ieșire, sau thoron), activitatea acestui gaz a scăzut foarte repede: la jumătate în aproximativ un minut (conform datelor moderne - în 55,6 s. ). O „emanare” gazoasă similară a fost descoperită și în radiu (activitatea sa a scăzut mult mai lent) - a fost numită emanație de radiu sau radon. De asemenea, sa descoperit că actinium are propria „emanare”, care dispare în doar câteva secunde, a fost numită emanație de actinium sau actinon. Ulterior, s-a dovedit că toate aceste „emanații” sunt izotopi ai aceluiași element chimic - radon ( cm. ELEMENTE CHIMICE).

După atribuirea fiecărui membru al seriei unuia dintre izotopii elementelor chimice cunoscute, a devenit clar că seria uraniului începe cu uraniu-238 ( T 1/2 = 4,47 miliarde de ani) și se termină cu plumb stabil-206; întrucât unul dintre membrii acestei serii este elementul foarte important radiu), această serie se mai numește și seria uraniu-radiu. Seria actinium (celălalt nume este seria actinouranium) provine tot din uraniu natural, dar din celălalt izotop al său - 235 U ( T 1/2 = 794 milioane de ani). Seria toriului începe cu nuclidul 232 Th ( T 1/2 = 14 miliarde de ani). În cele din urmă, seria neptuniului, care nu este prezentă în natură, începe cu izotopul neptuniului cu cea mai lungă viață obținut artificial: 237 Np 233 Pa 233 U 229 Th 225 Ra 225 Ac 221 Fr 217 At 213 Bi 213 Po 209 Pb 209 . Există și o „furcătură” în această serie: 213 Bi cu o probabilitate de 2% se poate transforma în 209 Tl, care se transformă deja în 209 Pb. O caracteristică mai interesantă a seriei de neptuniu este absența „emanațiilor” gazoase, iar membrul final al seriei este bismutul în loc de plumb. Timpul de înjumătățire al strămoșului acestei serii artificiale este de „doar” 2,14 milioane de ani, așa că neptuniul, chiar dacă ar fi fost prezent în timpul formării sistemului solar, nu ar putea „supraviețui” până în prezent, deoarece Vârsta Pământului este estimată la 4,6 miliarde de ani, iar în acest timp (mai mult de 2000 de timpi de înjumătățire) nu ar rămâne niciun atom de neptuniu.

Ca exemplu, Rutherford a dezlegat încurcătura complexă de evenimente din lanțul de transformare a radiului (radiul-226 este al șaselea membru al seriei radioactive a uraniului-238). Diagrama prezintă atât simbolurile timpului lui Rutherford, cât și simbolurile moderne pentru nuclizi, precum și tipul de dezintegrare și datele moderne despre timpii de înjumătățire; în seria de mai sus există și o mică „furcătură”: RaC cu o probabilitate de 0,04% se poate transforma în RaC""(210 Tl), care apoi se transformă în același RaD ( T 1/2 = 1,3 min). Acest plumb radioactiv are un timp de înjumătățire destul de lung, așa că în timpul experimentului se poate ignora adesea transformările ulterioare.

Ultimul membru al acestei serii, plumb-206 (RaG), este stabil; în plumb natural este de 24,1%. Seria de toriu conduce la plumb-208 stabil (conținutul său în plumb „obișnuit” este de 52,4%), seria de actiniu duce la plumb-207 (conținutul său în plumb este de 22,1%). Raportul acestor izotopi de plumb din scoarța pământului modern este, desigur, legat atât de timpul de înjumătățire al nuclizilor părinte, cât și de raportul lor inițial în materialul din care s-a format Pământul. Și plumbul „obișnuit”, non-radiogen, din scoarța terestră este de doar 1,4%. Deci, dacă inițial nu ar exista uraniu și toriu pe Pământ, plumbul din el nu ar fi 1,6 × 10 –3% (aproximativ la fel ca cobaltul), ci de 70 de ori mai puțin (cum ar fi, de exemplu, metale rare precum indiul și tuliu!). Pe de altă parte, un chimist imaginar care a zburat pe planeta noastră cu câteva miliarde de ani în urmă ar fi găsit mult mai puțin plumb și mult mai mult uraniu și toriu în ea...

Când F. Soddy, în 1915, s-a format plumb izolat din degradarea toriului din toritul mineral din Ceylon (ThSiO 4), masa sa atomică s-a dovedit a fi egală cu 207,77, adică mai mult decât cea a plumbului „obișnuit” (207,2). Aceasta este o diferență față de „teoreticul” (208) se explică prin faptul că torita conținea niște uraniu, care produce plumb-206. Când chimistul american Theodore William Richards, o autoritate în domeniul măsurării maselor atomice, a izolat plumbul din unele minerale de uraniu care nu conțineau toriu, masa sa atomică s-a dovedit a fi aproape exact 206. Densitatea acestui plumb a fost puțin mai mică, iar acesta corespundea celui calculat: ( Pb)  206/207,2 = 0,994(Pb), unde (Pb) = 11,34 g/cm 3 . Aceste rezultate arată clar de ce pentru plumb, ca și pentru o serie de alte elemente, nu are rost să se măsoare masa atomică cu o precizie foarte mare: probele prelevate în locuri diferite vor da rezultate ușor diferite ( cm. UNITATE DE CARBON).

În natură, lanțurile de transformări prezentate în diagrame apar continuu. Ca urmare, unele elemente chimice (radioactive) sunt transformate în altele, iar astfel de transformări au avut loc pe parcursul întregii perioade de existență a Pământului. Membrii inițiali (se numesc mama) ai seriilor radioactive sunt cei mai longevivi: timpul de înjumătățire al uraniului-238 este de 4,47 miliarde de ani, toriu-232 este de 14,05 miliarde de ani, uraniul-235 (cunoscut și ca „actinouranium” este strămoșul seriei actiniului ) – 703,8 milioane de ani. Toți membrii („fiice”) ulterioare ai acestui lanț lung trăiesc o viață semnificativ mai scurtă. În acest caz, apare o stare pe care radiochimiștii o numesc „echilibru radioactiv”: rata de formare a unui radionuclid intermediar din uraniu, toriu sau actiniu părinte (această rată este foarte scăzută) este egală cu rata de dezintegrare a acestui nuclid. Ca urmare a egalității acestor rate, conținutul unui radionuclid dat este constant și depinde numai de timpul său de înjumătățire: concentrația de membri cu viață scurtă ai seriei radioactive este mică, iar concentrația de membri cu viață lungă este mai mare. Această constanță a conținutului de produse intermediare de degradare persistă foarte mult timp (acest timp este determinat de timpul de înjumătățire al nuclidului părinte, care este foarte lung). Transformările matematice simple conduc la următoarea concluzie: raportul dintre numărul de materni ( N 0) și copii ( N 1, N 2, N 3...) atomii sunt direct proporționali cu timpul lor de înjumătățire: N 0:N 1:N 2:N 3... = T 0:T 1:T 2:T 3... Astfel, timpul de înjumătățire al uraniului-238 este de 4,47 10 9 ani, radiul 226 este de 1600 de ani, prin urmare raportul dintre numărul de atomi de uraniu-238 și radiu-226 din minereurile de uraniu este de 4,47 10 9: 1600 , din care este ușor de calculat (ținând cont de masele atomice ale acestor elemente) că pentru 1 tonă de uraniu, când se atinge echilibrul radioactiv, există doar 0,34 g de radiu.

Și invers, știind raportul dintre uraniu și radiu din minereuri, precum și timpul de înjumătățire al radiului, este posibil să se determine timpul de înjumătățire al uraniului și să se determine timpul de înjumătățire al radiului nu trebuie să așteptați mai mult de o mie de ani - este suficient să măsurați (prin radioactivitate) rata de descompunere (adică valoarea .d N/d t) o cantitate mică cunoscută din acel element (cu un număr cunoscut de atomi N) și apoi după formula d N/d t = –N determinați valoarea  = ln2/ T 1/2.

Legea deplasării. Dacă membrii oricărei serii radioactive sunt reprezentați secvențial pe tabelul periodic al elementelor, se dovedește că radionuclizii din această serie nu se deplasează fără probleme de la elementul părinte (uraniu, toriu sau neptuniu) la plumb sau bismut, ci „sar” la dreapta si apoi la stanga. Astfel, în seria uraniului, doi izotopi instabili ai plumbului (elementul nr. 82) sunt transformați în izotopi de bismut (elementul nr. 83), apoi în izotopi de poloniu (elementul nr. 84) și apoi din nou în izotopi de plumb. . Ca rezultat, elementul radioactiv se întoarce adesea înapoi în aceeași celulă a tabelului de elemente, dar se formează un izotop cu o masă diferită. S-a dovedit că există un anumit model în aceste „sărituri”, pe care F. Soddy l-a observat în 1911.

Acum se știe că în timpul dezintegrarii , o particulă  (nucleul unui atom de heliu) este emisă din nucleu, prin urmare, sarcina nucleului scade cu 2 (o deplasare a tabelului periodic cu două celule la stânga) , iar numărul de masă scade cu 4, ceea ce ne permite să prezicem ce izotop al noului element se formează. O ilustrare poate fi -desintegrarea radonului:  + . În timpul dezintegrarii , dimpotrivă, numărul de protoni din nucleu crește cu unul, dar masa nucleului nu se modifică ( cm. RADIOACTIVITATE), adică există o deplasare în tabelul de elemente cu o celulă la dreapta. Un exemplu sunt două transformări succesive ale poloniului format din radon:   . Astfel, este posibil să se calculeze câte particule alfa și beta sunt emise, de exemplu, ca urmare a dezintegrarii radiului-226 (vezi seria uraniului), dacă nu luăm în considerare „furcile”. Nuclidul inițial, nuclidul final - . Scăderea masei (sau mai degrabă a numărului de masă, adică a numărului total de protoni și neutroni din nucleu) este egală cu 226 – 206 = 20, prin urmare, au fost emise 20/4 = 5 particule alfa. Aceste particule au transportat 10 protoni, iar dacă nu ar exista dezintegrari , sarcina nucleară a produsului final de dezintegrare ar fi egală cu 88 - 10 = 78. De fapt, în produsul final sunt 82 de protoni, prin urmare, în timpul transformărilor. , 4 neutroni s-au transformat în protoni și au fost emise 4  particule.

Foarte des, o dezintegrare  este urmată de două dezintegrari  și astfel elementul rezultat revine la celula originală a tabelului de elemente - sub forma unui izotop mai ușor al elementului original. Datorită acestor fapte, a devenit evident că legea periodică a lui D.I Mendeleev reflectă relația dintre proprietățile elementelor și sarcina nucleului lor, și nu masa lor (cum a fost formulată inițial când nu era cunoscută structura atomului).

Legea deplasării radioactive a fost în cele din urmă formulată în 1913, ca rezultat al cercetărilor minuțioase ale multor oameni de știință. Printre ei se numără asistentul lui Soddy, Alexander Fleck, stagiarul lui Soddy A.S Russell, chimistul și radiochimistul maghiar György Hevesy, care a lucrat cu Rutherford la Universitatea din Manchester în 1911–1913, și chimistul fizic german (și mai târziu american) Casimir Fajans. 1887–1975). Această lege este adesea numită legea Soddy-Faience.

Transformarea artificială a elementelor și radioactivitatea artificială.Încă din vremea lui Becquerel, s-a observat că cele mai obișnuite substanțe care au fost în apropierea compușilor radioactivi devin ei înșiși mai mult sau mai puțin radioactive. Rutherford a numit-o „activitate excitată”, soții Curie a numit-o „activitate indusă”, dar pentru o lungă perioadă de timp nimeni nu a putut explica esența fenomenului.

În 1919, Rutherford a studiat trecerea particulelor alfa prin diferite substanțe. S-a dovedit că atunci când particulele  care zboară rapid lovesc nucleele elementelor ușoare, de exemplu, azotul, protonii care zboară rapid (nucleele de hidrogen) pot fi ocazional scoși din ele, în timp ce particula  însăși devine parte a nucleului. , care își mărește încărcarea cu unu. Astfel, ca urmare a reacției +  +, se formează un alt element chimic din azot - oxigen (izotopul său greu). Aceasta a fost prima reacție realizată artificial de conversie a unui element în altul. În aceasta, precum și în toate celelalte procese nucleare, atât sarcina totală (indicele) cât și numărul de masă sunt conservate, adică numărul total de protoni și neutroni (superscripte).

Visul vechi al alchimiștilor s-a împlinit: omul a învățat să transforme unele elemente în altele, deși nimeni nu se aștepta la un rezultat practic de la această abilitate pe vremea lui Rutherford. Într-adevăr, pentru a obține particule α, era necesar să existe sursa lor, de exemplu, un preparat de radiu. Mai rău, pentru fiecare milion de particule α eliberate pe azot, în medie s-au obținut doar 20 de atomi de oxigen.

De-a lungul timpului, s-au realizat și alte reacții nucleare, iar multe dintre ele și-au găsit utilizare practică. În aprilie 1932, la o reuniune a Academiei Engleze de Științe (Royal Society), Rutherford a anunțat că laboratorul său a realizat cu succes reacții de scindare a elementelor ușoare (de exemplu, litiu) cu protoni. Pentru a face acest lucru, protonii obținuți din hidrogen au fost accelerați folosind tensiuni înalte egale cu zeci sau chiar sute de mii de volți. Protonii, având o sarcină și o masă mai mici decât particulele alfa, pătrund mai ușor în nucleu. Introducându-se în nucleul de litiu-7, protonul îl transformă într-un nucleu de beriliu-8, care aproape instantaneu „deversează” excesul de energie, prăbușindu-se în două particule : +  ()  2. Dacă luăm un izotop ușor de litiu (în litiul natural este de 7,5%), apoi se formează nuclee a doi izotopi de heliu: +  ()  + . La bombardarea cu protoni de oxigen s-a obţinut fluor: +  + ; la decojirea aluminiului – magneziu: + + .

Multe transformări diferite au fost efectuate cu deuteroni, nucleele izotopului greu de hidrogen deuteriu, accelerați la viteze mari. Astfel, în timpul reacției +  +, a fost produs pentru prima dată hidrogen supergreu – tritiu. Ciocnirea a doi deuteroni poate proceda diferit: +  + , aceste procese sunt importante pentru studierea posibilității unei reacții termonucleare controlate. Reacția +  ()  2 s-a dovedit a fi importantă, deoarece are loc deja la o energie relativ scăzută de deuteroni (0,16 MeV) și este însoțită de eliberarea de energie colosală - 22,7 MeV (amintim că 1 MeV = 10 6 eV). și 1 eV = 96,5 kJ/mol).

Reacția care are loc atunci când beriliul este bombardat cu particule  a căpătat o mare importanță practică: +  ()  + , a condus în 1932 la descoperirea particulei neutre de neutroni, iar sursele de neutroni de radiu-beriliu s-au dovedit a fi foarte convenabile. pentru cercetarea stiintifica. Neutroni cu energii diferite pot fi obținuți și în urma reacțiilor +  + ; +  + ; +  + . Neutronii care nu au sarcină pătrund foarte ușor în nucleele atomice și provoacă o varietate de procese care depind atât de nuclidul care se arde, cât și de viteza (energia) neutronilor. Astfel, un neutron lent poate fi pur și simplu capturat de nucleu, iar nucleul este eliberat dintr-o oarecare energie în exces prin emiterea unui quantum gamma, de exemplu: +  + . Această reacție este utilizată pe scară largă în reactoarele nucleare pentru a controla reacția de fisiune a uraniului: tijele sau plăcile de cadmiu sunt împinse în cazanul nuclear pentru a încetini reacția.

În 1934, soții Irene și Frederic Joliot-Curie au făcut o descoperire importantă. După ce au bombardat unele elemente ușoare cu particule alfa (poloniul le-a emis), se așteptau la o reacție similară cu cea deja cunoscută pentru beriliu, adică. eliminarea neutronilor, de exemplu:

Dacă materia era limitată la aceste transformări, atunci după oprirea iradierii , fluxul de neutroni ar fi trebuit să se usuce imediat, așa că, după ce au îndepărtat sursa de poloniu, se așteptau la încetarea oricărei activități, dar au constatat că contorul de particule a continuat să înregistrează impulsuri care s-au estompat treptat - în conformitate exactă cu legea exponențială. Acest lucru ar putea fi interpretat într-un singur fel: ca urmare a iradierii alfa, au apărut elemente radioactive necunoscute anterior, cu un timp de înjumătățire caracteristic de 10 minute pentru azot-13 și 2,5 minute pentru fosfor-30. S-a dovedit că aceste elemente suferă dezintegrare a pozitronilor:  + e + ,  + e + . S-au obținut rezultate interesante cu magneziul, reprezentat de trei izotopi naturali stabili, și s-a dovedit că la iradierea  toți dau nuclizi radioactivi de siliciu sau aluminiu, care suferă dezintegrare de 227 sau pozitroni:

Producția de elemente radioactive artificiale are o importanță practică deosebită, deoarece permite sinteza radionuclizilor cu un timp de înjumătățire convenabil pentru un anumit scop și tipul dorit de radiație cu o anumită putere. Este deosebit de convenabil să folosiți neutronii ca „proiectile”. Captarea unui neutron de către un nucleu îl face adesea atât de instabil încât noul nucleu devine radioactiv. Poate deveni stabil datorită transformării neutronului „în plus” într-un proton, adică datorită radiației 227; Sunt cunoscute o mulțime de astfel de reacții, de exemplu: +   + e. Reacția de formare a radiocarbonului care are loc în straturile superioare ale atmosferei este foarte importantă: +  + ( cm. METODA DE ANALIZĂ A RADIOCARBURILOR). Tritiul este sintetizat prin absorbția neutronilor lenți de către nucleele de litiu-6. Sub influența neutronilor rapizi pot fi realizate multe transformări nucleare, de exemplu: +  + ; +  + ; +  + . Astfel, prin iradierea cobaltului obișnuit cu neutroni, se obține cobalt-60 radioactiv, care este o sursă puternică de radiații gamma (este eliberat de produsul de descompunere a 60 de nuclee Co-excitate). Unele elemente transuraniu sunt produse prin iradiere cu neutroni. De exemplu, din uraniu-238 natural se formează mai întâi uraniul-239 instabil, care în timpul dezintegrarii  ( T 1/2 = 23,5 min) se transformă în primul element transuraniu neptunium-239, iar acesta, la rândul său, tot prin dezintegrare  ( T 1/2 = 2,3 zile) se transformă în așa-numitul plutoniu-239 de calitate pentru arme.

Este posibil să obțineți în mod artificial aur prin efectuarea reacției nucleare necesare și astfel să realizați ceea ce alchimiștii nu au reușit să facă? Teoretic, nu există obstacole în acest sens. Mai mult, o astfel de sinteză a fost deja realizată, dar nu a adus bogăție. Cel mai simplu mod de a produce aur în mod artificial ar fi iradierea cu mercur, elementul următor în tabelul periodic după aur, cu un flux de neutroni. Apoi, ca rezultat al reacției +  +, un neutron ar elimina un proton din atomul de mercur și îl va transforma într-un atom de aur. Această reacție nu indică numere de masă specifice ( A) nuclizii de mercur și aur. Aurul în natură este singurul nuclid stabil, iar mercurul natural este un amestec complex de izotopi cu A= 196 (0,15%), 198 (9,97%), 199 (1,87%), 200 (23,10%), 201 (13,18%), 202 (29,86%) și 204 (6,87%). În consecință, conform schemei de mai sus, se poate obține numai aur radioactiv instabil. A fost obținut de un grup de chimiști americani de la Universitatea Harvard la începutul anului 1941, iradiind mercur cu un flux de neutroni rapizi. După câteva zile, toți izotopii radioactivi ai aurului rezultați, prin dezintegrare beta, s-au transformat din nou în izotopii originali ai mercurului...

Dar există o altă cale: dacă atomii de mercur-196 sunt iradiați cu neutroni lenți, se vor transforma în atomi de mercur-197: +  + . Acești atomi, cu un timp de înjumătățire de 2,7 zile, suferă captarea electronilor și în final se transformă în atomi stabili de aur: + e  . Această transformare a fost realizată în 1947 de către angajații Laboratorului Național din Chicago. Prin iradierea a 100 mg de mercur cu neutroni lenți, au obținut 0,035 mg de 197Au. În raport cu tot mercurul, randamentul este foarte mic - doar 0,035%, dar față de 196Hg ajunge la 24%! Cu toate acestea, izotopul 196 Hg din mercurul natural este cel mai mic, în plus, procesul de iradiere în sine și durata acestuia (iradierea va necesita câțiva ani), iar izolarea „aurului sintetic” stabil dintr-un amestec complex va costa incomensurabil mai mult decât izolarea aurului de cel mai sărac minereu ( Vezi si AUR). Deci producția artificială de aur are un interes pur teoretic.

Modele cantitative ale transformărilor radioactive. Dacă ar fi posibil să urmărim un anumit nucleu instabil, ar fi imposibil de prezis când se va descompune. Acesta este un proces aleatoriu și numai în anumite cazuri poate fi evaluată probabilitatea dezintegrarii pe o anumită perioadă de timp. Totuși, chiar și cea mai mică bucată de praf, aproape invizibilă la microscop, conține un număr imens de atomi, iar dacă acești atomi sunt radioactivi, atunci dezintegrarea lor se supune unor legi matematice stricte: intră în vigoare legile statistice caracteristice unui număr foarte mare de obiecte. . Și apoi fiecare radionuclid poate fi caracterizat printr-o valoare foarte specifică - timpul de înjumătățire ( T 1/2) este timpul în care jumătate din numărul disponibil de nuclee se descompun. Dacă la momentul inițial a existat N 0 nuclee, apoi după un timp t = T 1/2 dintre ei vor ramane N 0/2, la t = 2T va ramane 1/2 N 0/4 = N 0/2 2 , la t = 3T 1/2 – N 0/8 = N 0/2 3 etc. În general, când t = nT va ramane 1/2 N 0/2 n nuclee, unde n = t/T 1/2 este numărul timpilor de înjumătățire (nu trebuie să fie un număr întreg). Este ușor să arăți că formula N = N 0/2 t / T 1/2 este echivalent cu formula N = N 0e –   t, unde  este așa-numita constantă de dezintegrare. În mod formal, este definit ca coeficientul de proporționalitate dintre rata de dezintegrare d N/d tși numărul disponibil de nuclee: d N/d t = –N(semnul minus indică faptul că N scade in timp). Integrarea acestei ecuații diferențiale oferă dependența exponențială a numărului de nuclee în timp. Înlocuind în această formulă N = N 0/2 at t = T 1/2, obținem că constanta de dezintegrare este invers proporțională cu timpul de înjumătățire:  = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2. Valoarea  = 1/ se numește durata medie de viață a nucleului. De exemplu, pentru 226 Ra T 1/2 = 1600 ani,  = 1109 ani.

Conform formulelor date, cunoscând valoarea T 1/2 (sau ), este ușor să calculați cantitatea de radionuclid după orice perioadă de timp, iar din ele puteți calcula timpul de înjumătățire dacă cantitatea de radionuclid este cunoscută în momente diferite. În loc de numărul de nuclee, puteți înlocui activitatea radiației în formula, care este direct proporțională cu numărul disponibil de nuclee N. Activitatea este de obicei caracterizată nu de numărul total de dezintegrari din eșantion, ci de numărul de impulsuri proporțional cu acesta, care sunt înregistrate de activitatea de măsurare a dispozitivului. Dacă există, de exemplu, 1 g de substanță radioactivă, atunci cu cât timpul său de înjumătățire este mai scurt, cu atât substanța va fi mai activă.

Alte legi matematice descriu comportamentul unui număr mic de radionuclizi. Aici putem vorbi doar despre probabilitatea unui anumit eveniment. Să fie, de exemplu, un atom (mai precis, un nucleu) al unui radionuclid cu T 1/2 = 1 min. Probabilitatea ca acest atom să trăiască 1 minut este 1/2 (50%), 2 minute - 1/4 (25%), 3 minute - 1/8 (12,5%), 10 minute - (1/2) 10 = 1/10 24 (0,1%), 20 min – (1/2) 20 = 1/1048576 (0,00001%). Pentru un singur atom șansa este neglijabilă, dar când există o mulțime de atomi, de exemplu, câteva miliarde, atunci mulți dintre ei, fără îndoială, vor trăi 20 de timpi de înjumătățire sau mult mai mult. Probabilitatea ca un atom să se descompună într-o anumită perioadă de timp se obține prin scăderea valorilor obținute de la 100. Deci, dacă probabilitatea ca un atom să supraviețuiască 2 minute este de 25%, atunci probabilitatea ca același atom să se descompună în această perioadă. timpul este 100 - 25 = 75%, probabilitatea dezintegrarii în 3 minute - 87,5%, în 10 minute - 99,9% etc.

Formula devine mai complicată dacă există mai mulți atomi instabili. În acest caz, probabilitatea statistică a unui eveniment este descrisă printr-o formulă cu coeficienți binomi. În cazul în care există N atomi și probabilitatea dezintegrarii unuia dintre ei în timp t egal cu p, apoi probabilitatea ca pe parcursul timpului t din N atomii se vor descompune n(și va rămâne în consecință N – n), este egal cu P = N!p n (1–p) N – n /(N–n)!n! Formule similare trebuie utilizate în sinteza de noi elemente instabile, a căror atomi sunt obținuți literalmente individual (de exemplu, când un grup de oameni de știință americani a descoperit noul element Mendelevium în 1955, l-au obținut în cantitate de numai 17 atomi. ).

A fost una dintre cele mai importante etape în dezvoltarea cunoștințelor fizice moderne. Oamenii de știință nu au ajuns imediat la concluziile corecte cu privire la structura celor mai mici particule. Și mult mai târziu, au fost descoperite și alte legi - de exemplu, legile mișcării microparticulelor, precum și caracteristicile transformării nucleelor ​​atomice care au loc în timpul dezintegrarii radioactive.

experimentele lui Rutherford

Transformările radioactive ale nucleelor ​​atomice au fost studiate pentru prima dată de cercetătorul englez Rutherford. Chiar și atunci era clar că cea mai mare parte a masei unui atom se află în nucleul său, deoarece electronii sunt de multe sute de ori mai ușori decât nucleonii. Pentru a studia sarcina pozitivă din interiorul nucleului, în 1906 Rutherford a propus sondarea atomului cu particule alfa. Astfel de particule au apărut în timpul descompunerii radiului, precum și a altor substanțe. În timpul experimentelor sale, Rutherford a dobândit o înțelegere a structurii atomului, căruia i s-a dat numele de „model planetar”.

Primele observații ale radioactivității

În 1985, cercetătorul englez W. Ramsay, care este cunoscut pentru descoperirea sa a gazului argon, a făcut o descoperire interesantă. El a descoperit heliu gaz într-un mineral numit kleveite. Ulterior, s-au găsit cantități mari de heliu și în alte minerale, dar numai în cele care conțin toriu și uraniu.

Acest lucru i s-a părut foarte ciudat cercetătorului: de unde ar putea proveni gazul din minerale? Dar când Rutherford a început să studieze natura radioactivității, s-a dovedit că heliul era un produs al dezintegrarii radioactive. Unele elemente chimice „dau naștere” altora, cu proprietăți complet noi. Și acest fapt a contrazis toată experiența anterioară a chimiștilor de atunci.

Observația lui Frederick Soddy

Împreună cu Rutherford, omul de știință Frederick Soddy a fost implicat direct în cercetare. A fost chimist și, prin urmare, toată munca sa a fost efectuată în legătură cu identificarea elementelor chimice în funcție de proprietățile lor. De fapt, transformările radioactive ale nucleelor ​​atomice au fost observate pentru prima dată de Soddy. A reușit să afle care sunt particulele alfa pe care Rutherford le-a folosit în experimentele sale. După ce au făcut măsurători, oamenii de știință au descoperit că masa unei particule alfa este de 4 unități de masă atomică. După ce au acumulat un anumit număr de astfel de particule alfa, cercetătorii au descoperit că s-au transformat într-o substanță nouă - heliu. Proprietățile acestui gaz erau bine cunoscute lui Soddy. Prin urmare, el a susținut că particulele alfa sunt capabile să capteze electronii din exterior și să se transforme în atomi neutri de heliu.

Modificări în interiorul nucleului unui atom

Studiile ulterioare au avut ca scop identificarea caracteristicilor nucleului atomic. Oamenii de știință și-au dat seama că toate transformările nu au loc cu electronii sau cu învelișul de electroni, ci direct cu nucleele înșiși. Transformările radioactive ale nucleelor ​​atomice au contribuit la transformarea unor substanțe în altele. La acea vreme, trăsăturile acestor transformări erau încă necunoscute oamenilor de știință. Dar un lucru era clar: ca urmare, au apărut cumva elemente chimice noi.

Pentru prima dată, oamenii de știință au reușit să urmărească un astfel de lanț de metamorfoze în procesul de transformare a radiului în radon. Reacțiile care au dus la astfel de transformări, însoțite de radiații speciale, au fost numite de cercetători nucleare. Asigurându-se că toate aceste procese au loc exact în interiorul nucleului unui atom, oamenii de știință au început să studieze alte substanțe, nu doar radiul.

Tipuri deschise de radiații

Principala disciplină care poate necesita răspunsuri la astfel de întrebări este fizica (clasa a 9-a). Transformările radioactive ale nucleelor ​​atomice sunt incluse în cursul ei. În timpul experimentelor privind puterea de penetrare a radiației uraniului, Rutherford a descoperit două tipuri de radiații sau transformări radioactive. Tipul mai puțin pătrunzător a fost numit radiație alfa. Ulterior, au fost studiate și radiațiile beta. Radiația gamma a fost studiată pentru prima dată de Paul Villard în 1900. Oamenii de știință au arătat că fenomenul de radioactivitate este asociat cu dezintegrarea nucleelor ​​atomice. Astfel, o lovitură zdrobitoare a fost dată ideilor predominante anterior despre atom ca o particulă indivizibilă.

Transformări radioactive ale nucleelor ​​atomice: tipuri principale

Acum se crede că în timpul dezintegrarii radioactive au loc trei tipuri de transformări: dezintegrarea alfa, dezintegrarea beta și captarea electronilor, denumită altfel K-capture. În timpul dezintegrarii alfa, o particulă alfa este emisă din nucleu, care este nucleul unui atom de heliu. Nucleul radioactiv în sine este transformat într-unul care are o sarcină electrică mai mică. Dezintegrarea alfa este caracteristică substanțelor care ocupă ultimele locuri în tabelul periodic. Dezintegrarea beta este inclusă și în transformările radioactive ale nucleelor ​​atomice. Compoziția nucleului atomic cu acest tip se modifică și ea: pierde neutrini sau antineutrini, precum și electroni și pozitroni.

Acest tip de dezintegrare este însoțit de radiații electromagnetice de unde scurte. În captarea electronilor, nucleul unui atom absoarbe unul dintre electronii din apropiere. În acest caz, nucleul de beriliu se poate transforma într-un nucleu de litiu. Acest tip a fost descoperit în 1938 de un fizician american pe nume Alvarez, care a studiat și transformările radioactive ale nucleelor ​​atomice. Fotografiile în care cercetătorii au încercat să surprindă astfel de procese conțin imagini similare cu un nor neclar din cauza dimensiunii mici a particulelor studiate.

În 1900, Rutherford i-a spus radiochimistului englez Frederick Soddy despre misteriosul thoron. Soddy a dovedit că toronul era un gaz inert similar cu argonul, descoperit cu câțiva ani mai devreme în aer; a fost unul dintre izotopii radonului, 220 Rn. Emanarea radiului, după cum sa dovedit mai târziu, s-a dovedit a fi un alt izotop al radonului - 222 Rn (timp de înjumătățire T 1/2 = 3,825 zile), iar emanația de actiniu este un izotop de scurtă durată al aceluiași element: 219 Rn ( T 1/2 = 4 s). Mai mult, Rutherford și Soddy au izolat un nou element nevolatil din produșii de transformare ai toriu, diferit ca proprietăți de toriu. A fost numit toriu X (mai târziu s-a stabilit că este un izotop al radiului 224 Ra c T 1/2 = 3,66 zile). După cum sa dovedit, „emanația de toriu” este eliberată tocmai din toriu X, și nu din toriu original. Exemple asemănătoare s-au înmulțit: în uraniul sau toriu inițial purificat chimic temeinic, de-a lungul timpului a apărut un amestec de elemente radioactive, din care, la rândul lor, s-au obținut noi elemente radioactive, inclusiv cele gazoase. Astfel, particulele a eliberate de multe medicamente radioactive s-au transformat într-un gaz identic cu heliul, care a fost descoperit la sfârșitul anilor 1860 pe Soare (metoda spectrală), iar în 1882 descoperit în unele roci.

Rezultatele muncii lor comune au fost publicate de Rutherford și Soddy în 1902–1903 într-o serie de articole din Philosophical Magazine. În aceste articole, după analizarea rezultatelor obținute, autorii au ajuns la concluzia că este posibilă transformarea unor elemente chimice în altele. Ei au scris: „Radioactivitatea este un fenomen atomic, însoțit de modificări chimice în care se nasc noi tipuri de materie... Radioactivitatea trebuie considerată ca o manifestare a unui proces chimic intra-atomic... Radiația însoțește transformarea atomilor.. Ca urmare a unei transformări atomice, se formează un tip complet nou de substanță, complet diferit în proprietățile sale fizice și chimice de substanța originală.”

La acea vreme, aceste concluzii erau foarte îndrăznețe; alți oameni de știință de seamă, inclusiv cei Curie, deși au observat fenomene similare, le-au explicat prin prezența unor elemente „noi” în substanța originală încă de la început (de exemplu, Curie a izolat poloniul și radiul conținute în acesta din minereul de uraniu). Cu toate acestea, Rutherford și Soddy s-au dovedit a avea dreptate: radioactivitatea este însoțită de transformarea unor elemente în altele.

Părea că de nezdruncinat se prăbușește: imuabilitatea și indivizibilitatea atomilor, pentru că încă din vremea lui Boyle și Lavoisier, chimiștii ajunseseră la concluzia despre indecompunerea elementelor chimice (cum spuneau atunci, „corpuri simple”, blocurile de construcție. ale universului), despre imposibilitatea transformării lor unul în altul. Ceea ce se petrecea în mintea oamenilor de știință din acea vreme este evidențiat în mod clar de declarațiile lui D.I Mendeleev, care probabil a crezut că posibilitatea „transmutării” elementelor, despre care alchimiștii vorbeau de secole, va distruge sistemul armonios al. substanțe chimice pe care le crease și erau recunoscute în întreaga lume. Într-un manual publicat în 1906 Bazele Chimiei a scris: „... Nu sunt deloc înclinat (pe baza disciplinei aspre, dar fructuoase a cunoașterii inductive) să recunosc nici măcar convertibilitatea ipotetică a unor elemente unele în altele și nu văd nicio posibilitate a originii argon sau substanțe radioactive din uraniu sau invers.”

Timpul a arătat eroarea părerilor lui Mendeleev cu privire la imposibilitatea conversiei unor elemente chimice în altele; în același timp, a confirmat inviolabilitatea descoperirii sale principale - legea periodică. Lucrările ulterioare ale fizicienilor și chimiștilor au arătat în ce cazuri unele elemente se pot transforma în altele și ce legi ale naturii guvernează aceste transformări.

Transformări ale elementelor. Serii radioactive.

În primele două decenii ale secolului XX. Prin munca multor fizicieni și radiochimiști, au fost descoperite multe elemente radioactive. Treptat, a devenit clar că produsele transformării lor sunt adesea ele însele radioactive și suferă transformări ulterioare, uneori destul de complicate. Cunoașterea secvenței în care un radionuclid se transformă în altul a făcut posibilă construirea așa-numitelor serii radioactive naturale (sau familii radioactive). Erau trei dintre ele și se numeau rândul de uraniu, rândul de actiniu și rândul de toriu. Aceste trei serii provin din elemente naturale grele - uraniu, cunoscut încă din secolul al XVIII-lea, și toriu, descoperit în 1828 (actiniul instabil nu este strămoșul, ci un membru intermediar al seriei actiniului). Ulterior li s-a adăugat seria neptuniului, începând cu primul element transuraniu nr. 93, obținut artificial în 1940, neptuniul. Multe produse ale transformării lor au fost denumite și după elementele originale, scriind următoarele scheme:

Seria uraniu: UI ® UX1 ® UX2 ® UII ® Io (ion) ® Ra ® ... ® RaG.

Seria anemone de mare: AcU ® UY ® Pa ® Ac ® AcK ® AcX ® An ® AcA ® AcB ® AcC ® AcC"" ® AcD.

Seria Toriu: Th ® MsTh1 ® MsTh2 ® RdTh ® ThХ ® ThEm ® ThA ® ThB ® ThC ® ThC" ® ThD.

După cum sa dovedit, aceste rânduri nu sunt întotdeauna lanțuri „drepte”: din când în când se ramifică. Deci, UX2 cu o probabilitate de 0,15% se poate transforma în UZ, apoi intră în UII. În mod similar, ThC se poate degrada în două moduri: transformarea ThC ® ThC" are loc la 66,3% și, în același timp, cu o probabilitate de 33,7%, are loc procesul ThC ® ThC"" ® ThD. Acestea sunt așa- numite „furci”, transformarea paralelă a unui radionuclid în diferiți produse Dificultatea de a stabili succesiunea corectă a transformărilor radioactive din această serie a fost asociată și cu durata de viață foarte scurtă a multor dintre membrii săi, în special a celor beta-activi.

Pe vremuri, fiecare nou membru al seriei radioactive era considerat ca un nou element radioactiv, iar fizicienii și radiochimiștii și-au introdus propriile denumiri pentru acesta: ioniu Io, mezotoriu-1 MsTh1, actinouranium AcU, emanație de toriu ThEm etc. și așa mai departe. Aceste desemnări sunt greoaie și incomode, nu au un sistem clar. Cu toate acestea, unele dintre ele sunt încă uneori folosite în mod tradițional în literatura de specialitate. De-a lungul timpului, a devenit clar că toate aceste simboluri se referă la varietăți instabile de atomi (mai precis, nuclee) de elemente chimice obișnuite - radionuclizi. Pentru a distinge elementele inseparabile din punct de vedere chimic, dar care diferă în ceea ce privește timpul de înjumătățire (și adesea în tipul de degradare), F. Soddy a propus în 1913 să le numească izotopi.

După atribuirea fiecărui membru al seriei unuia dintre izotopii elementelor chimice cunoscute, a devenit clar că seria uraniului începe cu uraniu-238 ( T 1/2 = 4,47 miliarde de ani) și se termină cu plumb stabil-206; întrucât unul dintre membrii acestei serii este elementul foarte important radiu), această serie se mai numește și seria uraniu-radiu. Seria actinium (celălalt nume este seria actinouranium) provine tot din uraniu natural, dar din celălalt izotop al său - 235 U ( T 1/2 = 794 milioane de ani). Seria toriului începe cu nuclidul 232 Th ( T 1/2 = 14 miliarde de ani). În cele din urmă, seria neptuniului, care nu este prezentă în natură, începe cu izotopul de neptuniu cu cea mai lungă viață obținut artificial: 237 Np ® 233 Pa ® 233 U ® 229 Th ® 225 Ra ® 225 Ac ® 221 Fr ® 217 At ® 217 At ® Bi® 213 Po® 209 Pb® 209 Bi. Există și o „furcătură” în această serie: 213 Bi cu o probabilitate de 2% se poate transforma în 209 Tl, care se transformă deja în 209 Pb. O caracteristică mai interesantă a seriei de neptunium este absența „emanațiilor” gazoase, precum și membrul final al seriei - bismut în loc de plumb. Timpul de înjumătățire al strămoșului acestei serii artificiale este de „doar” 2,14 milioane de ani, așa că neptuniul, chiar dacă ar fi fost prezent în timpul formării sistemului solar, nu ar putea „supraviețui” până în prezent, deoarece Vârsta Pământului este estimată la 4,6 miliarde de ani, iar în acest timp (mai mult de 2000 de timpi de înjumătățire) nu ar rămâne niciun atom de neptuniu.

Ca exemplu, Rutherford a dezlegat încurcătura complexă de evenimente din lanțul de transformare a radiului (radiul-226 este al șaselea membru al seriei radioactive a uraniului-238). Diagrama prezintă atât simbolurile timpului lui Rutherford, cât și simbolurile moderne pentru nuclizi, precum și tipul de dezintegrare și datele moderne despre timpii de înjumătățire; în seria de mai sus există și o mică „furcătură”: RaC cu o probabilitate de 0,04% se poate transforma în RaC""(210 Tl), care apoi se transformă în același RaD ( T 1/2 = 1,3 min). Acest plumb radioactiv are un timp de înjumătățire destul de lung, așa că în timpul experimentului se poate ignora adesea transformările ulterioare.

Ultimul membru al acestei serii, plumb-206 (RaG), este stabil; în plumb natural este de 24,1%. Seria de toriu conduce la plumb-208 stabil (conținutul său în plumb „obișnuit” este de 52,4%), seria de actiniu duce la plumb-207 (conținutul său în plumb este de 22,1%). Raportul acestor izotopi de plumb din scoarța pământului modern este, desigur, legat atât de timpul de înjumătățire al nuclizilor părinte, cât și de raportul lor inițial în materialul din care s-a format Pământul. Și plumbul „obișnuit”, non-radiogen, din scoarța terestră este de doar 1,4%. Deci, dacă inițial nu ar exista uraniu și toriu pe Pământ, plumbul din el nu ar fi 1,6 × 10 –3% (aproximativ la fel ca cobaltul), ci de 70 de ori mai puțin (cum ar fi, de exemplu, metale rare precum indiul și tuliu!). Pe de altă parte, un chimist imaginar care a zburat pe planeta noastră cu câteva miliarde de ani în urmă ar fi găsit mult mai puțin plumb și mult mai mult uraniu și toriu în ea...

Când F. Soddy, în 1915, s-a format plumb izolat din degradarea toriului din toritul mineral din Ceylon (ThSiO 4), masa sa atomică s-a dovedit a fi egală cu 207,77, adică mai mult decât cea a plumbului „obișnuit” (207,2). Aceasta este o diferență față de „teoreticul” (208) se explică prin faptul că torita conținea niște uraniu, care produce plumb-206. Când chimistul american Theodore William Richards, o autoritate în domeniul măsurării maselor atomice, a izolat plumbul din unele minerale de uraniu care nu conțineau toriu, masa sa atomică s-a dovedit a fi aproape exact 206. Densitatea acestui plumb a fost, de asemenea, puțin mai mică. , iar acesta corespundea celui calculat: r ( Pb) ґ 206/207,2 = 0,994r (Pb), unde r (Pb) = 11,34 g/cm3. Aceste rezultate arată clar de ce pentru plumb, ca și pentru o serie de alte elemente, nu are rost să se măsoare masa atomică cu o precizie foarte mare: probele prelevate în locuri diferite vor da rezultate ușor diferite ( cm. UNITATE DE CARBON).

În natură, lanțurile de transformări prezentate în diagrame apar continuu. Ca urmare, unele elemente chimice (radioactive) sunt transformate în altele, iar astfel de transformări au avut loc pe parcursul întregii perioade de existență a Pământului. Membrii inițiali (se numesc mama) ai seriilor radioactive sunt cei mai longevivi: timpul de înjumătățire al uraniului-238 este de 4,47 miliarde de ani, toriu-232 este de 14,05 miliarde de ani, uraniul-235 (cunoscut și ca „actinouranium” este strămoșul seriei actiniului ) – 703,8 milioane de ani. Toți membrii („fiice”) ulterioare ai acestui lanț lung trăiesc o viață semnificativ mai scurtă. În acest caz, apare o stare pe care radiochimiștii o numesc „echilibru radioactiv”: rata de formare a unui radionuclid intermediar din uraniu, toriu sau actiniu părinte (această rată este foarte scăzută) este egală cu rata de dezintegrare a acestui nuclid. Ca urmare a egalității acestor rate, conținutul unui radionuclid dat este constant și depinde numai de timpul său de înjumătățire: concentrația de membri cu viață scurtă ai seriei radioactive este mică, iar concentrația de membri cu viață lungă este mai mare. Această constanță a conținutului de produse intermediare de degradare persistă foarte mult timp (acest timp este determinat de timpul de înjumătățire al nuclidului părinte, care este foarte lung). Transformările matematice simple conduc la următoarea concluzie: raportul dintre numărul de materni ( N 0) și copii ( N 1, N 2, N 3...) atomii sunt direct proporționali cu timpul lor de înjumătățire: N 0:N 1:N 2:N 3... = T 0:T 1:T 2:T 3... Astfel, timpul de înjumătățire al uraniului-238 este de 4,47 10 9 ani, radiul 226 este de 1600 de ani, prin urmare raportul dintre numărul de atomi de uraniu-238 și radiu-226 din minereurile de uraniu este de 4,47 10 9: 1600 , din care este ușor de calculat (ținând cont de masele atomice ale acestor elemente) că pentru 1 tonă de uraniu, când se atinge echilibrul radioactiv, există doar 0,34 g de radiu.

Și invers, știind raportul dintre uraniu și radiu din minereuri, precum și timpul de înjumătățire al radiului, este posibil să se determine timpul de înjumătățire al uraniului și să se determine timpul de înjumătățire al radiului nu trebuie să așteptați mai mult de o mie de ani - este suficient să măsurați (prin radioactivitate) rata de descompunere (adică valoarea .d N/d t) o cantitate mică cunoscută din acel element (cu un număr cunoscut de atomi N) și apoi după formula d N/d t= –l N determinați valoarea l = ln2/ T 1/2.

Legea deplasării.

Dacă membrii oricărei serii radioactive sunt reprezentați secvențial pe tabelul periodic al elementelor, se dovedește că radionuclizii din această serie nu se deplasează fără probleme de la elementul părinte (uraniu, toriu sau neptuniu) la plumb sau bismut, ci „sar” la dreapta si apoi la stanga. Astfel, în seria uraniului, doi izotopi instabili ai plumbului (elementul nr. 82) sunt transformați în izotopi de bismut (elementul nr. 83), apoi în izotopi de poloniu (elementul nr. 84) și apoi din nou în izotopi de plumb. . Ca rezultat, elementul radioactiv se întoarce adesea înapoi în aceeași celulă a tabelului de elemente, dar se formează un izotop cu o masă diferită. S-a dovedit că există un anumit model în aceste „sărituri”, pe care F. Soddy l-a observat în 1911.

Acum se știe că în timpul unei dezintegrare, o particulă a (nucleul unui atom de heliu) este emisă din nucleu, prin urmare, sarcina nucleului scade cu 2 (o schimbare în tabelul periodic cu două celule la stânga), iar numărul de masă scade cu 4, ceea ce ne permite să prezicem ce izotop al noului element se formează. O ilustrare este dezintegrarea a - a radonului: ® + . Cu dezintegrarea b, dimpotrivă, numărul de protoni din nucleu crește cu unul, dar masa nucleului nu se modifică ( cm. RADIOACTIVITATE), adică există o deplasare în tabelul de elemente cu o celulă la dreapta. Un exemplu sunt două transformări succesive ale poloniului format din radon: ® ® . Astfel, este posibil să se calculeze câte particule alfa și beta sunt emise, de exemplu, ca urmare a dezintegrarii radiului-226 (vezi seria uraniului), dacă nu luăm în considerare „furcile”. Nuclidul inițial, nuclidul final - . Scăderea masei (sau mai degrabă a numărului de masă, adică a numărului total de protoni și neutroni din nucleu) este egală cu 226 – 206 = 20, prin urmare, au fost emise 20/4 = 5 particule alfa. Aceste particule au transportat 10 protoni, iar dacă nu ar exista dezintegrari b, sarcina nucleară a produsului final de dezintegrare ar fi egală cu 88 - 10 = 78. De fapt, în produsul final sunt 82 de protoni, prin urmare, în timpul transformări, 4 neutroni s-au transformat în protoni și au fost emise 4 particule b.

Foarte des, o dezintegrare a este urmată de două dezintegrari b și astfel elementul rezultat revine la celula originală a tabelului de elemente - sub forma unui izotop mai ușor al elementului original. Datorită acestor fapte, a devenit evident că legea periodică a lui D.I Mendeleev reflectă relația dintre proprietățile elementelor și sarcina nucleului lor, și nu masa lor (cum a fost formulată inițial când nu era cunoscută structura atomului).

Legea deplasării radioactive a fost în cele din urmă formulată în 1913, ca rezultat al cercetărilor minuțioase ale multor oameni de știință. Printre ei se numără asistentul lui Soddy, Alexander Fleck, stagiarul lui Soddy A.S Russell, chimistul și radiochimistul maghiar György Hevesy, care a lucrat cu Rutherford la Universitatea din Manchester în 1911–1913, și chimistul fizic german (și mai târziu american) Casimir Fajans. 1887–1975). Această lege este adesea numită legea Soddy-Faience.

Transformarea artificială a elementelor și radioactivitatea artificială.

Multe transformări diferite au fost efectuate cu deuteroni, nucleele izotopului greu de hidrogen deuteriu, accelerați la viteze mari. Astfel, în timpul reacției + ® +, a fost produs pentru prima dată hidrogen supergreu - tritiu. Ciocnirea a doi deuteroni poate proceda diferit: + ® + , aceste procese sunt importante pentru studiul posibilității unei reacții termonucleare controlate. Reacția + ® () ® 2 s-a dovedit a fi importantă, deoarece are loc deja la o energie relativ scăzută de deuteroni (0,16 MeV) și este însoțită de eliberarea de energie colosală - 22,7 MeV (amintim că 1 MeV = 10 6 eV). și 1 eV = 96,5 kJ/mol).

Reacția care are loc atunci când beriliul este bombardat cu particule a a căpătat o mare importanță practică: + ® () ® + , a condus în 1932 la descoperirea particulei neutre de neutroni, iar sursele de neutroni de radiu-beriliu s-au dovedit a fi foarte convenabile. pentru cercetarea stiintifica. Neutroni cu energii diferite pot fi obținuți și ca rezultat al reacțiilor + ® + ; + ® +; + ® + . Neutronii care nu au sarcină pătrund foarte ușor în nucleele atomice și provoacă o varietate de procese care depind atât de nuclidul care se arde, cât și de viteza (energia) neutronilor. Astfel, un neutron lent poate fi pur și simplu capturat de nucleu, iar nucleul este eliberat dintr-o oarecare energie în exces prin emiterea unui quantum gamma, de exemplu: + ® + g. Această reacție este utilizată pe scară largă în reactoarele nucleare pentru a controla reacția de fisiune a uraniului: tijele sau plăcile de cadmiu sunt împinse în cazanul nuclear pentru a încetini reacția.

Dacă materia era limitată la aceste transformări, atunci după încetarea iradierii a fluxul de neutroni ar fi trebuit să se usuce imediat, așa că, după ce au îndepărtat sursa de poloniu, se așteptau la încetarea oricărei activități, dar au descoperit că contorul de particule a continuat să înregistrează impulsuri care s-au stins treptat - în conformitate exactă cu legea exponențială. Acest lucru ar putea fi interpretat într-un singur fel: ca urmare a iradierii alfa, au apărut elemente radioactive necunoscute anterior, cu un timp de înjumătățire caracteristic de 10 minute pentru azot-13 și 2,5 minute pentru fosfor-30. S-a dovedit că aceste elemente suferă dezintegrare a pozitronilor: ® + e + , ® + e + . S-au obținut rezultate interesante cu magneziul, reprezentat de trei izotopi naturali stabili, și s-a dovedit că la iradiere a toți produc nuclizi radioactivi de siliciu sau aluminiu, care suferă dezintegrare 227- sau pozitroni:

Producția de elemente radioactive artificiale are o importanță practică deosebită, deoarece permite sinteza radionuclizilor cu un timp de înjumătățire convenabil pentru un anumit scop și tipul dorit de radiație cu o anumită putere. Este deosebit de convenabil să folosiți neutronii ca „proiectile”. Captarea unui neutron de către un nucleu îl face adesea atât de instabil încât noul nucleu devine radioactiv. Poate deveni stabil datorită transformării neutronului „în plus” într-un proton, adică datorită radiației 227; Există o mulțime de astfel de reacții cunoscute, de exemplu: + ® ® + e. Reacția de formare a radiocarbonului care are loc în straturile superioare ale atmosferei este foarte importantă: + ® + ( cm. METODA DE ANALIZĂ A RADIOCARBURILOR). Tritiul este sintetizat prin absorbția neutronilor lenți de către nucleele de litiu-6. Sub influența neutronilor rapizi pot fi realizate multe transformări nucleare, de exemplu: + ® + ; + ® +; + ® + . Astfel, prin iradierea cobaltului obișnuit cu neutroni, se obține cobalt-60 radioactiv, care este o sursă puternică de radiații gamma (este eliberat de produsul de descompunere a 60 de nuclee Co-excitate). Unele elemente transuraniu sunt produse prin iradiere cu neutroni. De exemplu, din uraniul natural-238, se formează mai întâi uraniul-239 instabil, care, în timpul dezintegrarii b ( T 1/2 = 23,5 min) se transformă în primul element transuraniu neptunium-239, iar acesta, la rândul său, tot prin dezintegrare b ( T 1/2 = 2,3 zile) se transformă în așa-numitul plutoniu-239 de calitate pentru arme.

Este posibil să obțineți în mod artificial aur prin efectuarea reacției nucleare necesare și astfel să realizați ceea ce alchimiștii nu au reușit să facă? Teoretic, nu există obstacole în acest sens. Mai mult, o astfel de sinteză a fost deja realizată, dar nu a adus bogăție. Cel mai simplu mod de a produce aur artificial ar fi iradierea elementului de lângă aur din tabelul periodic cu un flux de neutroni. Apoi, ca rezultat al reacției + ® +, un neutron ar elimina un proton din atomul de mercur și îl va transforma într-un atom de aur. Această reacție nu indică numere de masă specifice ( A) nuclizii de mercur și aur. Aurul în natură este singurul nuclid stabil, iar mercurul natural este un amestec complex de izotopi cu A= 196 (0,15%), 198 (9,97%), 199 (1,87%), 200 (23,10%), 201 (13,18%), 202 (29,86%) și 204 (6,87%). În consecință, conform schemei de mai sus, se poate obține numai aur radioactiv instabil. A fost obținut de un grup de chimiști americani de la Universitatea Harvard la începutul anului 1941, iradiind mercur cu un flux de neutroni rapizi. După câteva zile, toți izotopii radioactivi ai aurului rezultați, prin dezintegrare beta, s-au transformat din nou în izotopii originali ai mercurului...

Dar există o altă cale: dacă atomii de mercur-196 sunt iradiați cu neutroni lenți, se vor transforma în atomi de mercur-197: + ® + g. Acești atomi, cu un timp de înjumătățire de 2,7 zile, suferă captarea electronilor și în final se transformă în atomi stabili de aur: + e ® . Această transformare a fost realizată în 1947 de către angajații Laboratorului Național din Chicago. Prin iradierea a 100 mg de mercur cu neutroni lenți, au obținut 0,035 mg de 197Au. În raport cu tot mercurul, randamentul este foarte mic - doar 0,035%, dar față de 196Hg ajunge la 24%! Cu toate acestea, izotopul 196 Hg din mercurul natural este cel mai mic, în plus, procesul de iradiere în sine și durata acestuia (iradierea va necesita câțiva ani), iar izolarea „aurului sintetic” stabil dintr-un amestec complex va costa incomensurabil mai mult decât izolarea aurului de cel mai sărac minereu(). Deci producția artificială de aur are un interes pur teoretic.

Modele cantitative ale transformărilor radioactive.

Dacă ar fi posibil să urmărim un anumit nucleu instabil, ar fi imposibil de prezis când se va descompune. Acesta este un proces aleatoriu și numai în anumite cazuri poate fi evaluată probabilitatea dezintegrarii pe o anumită perioadă de timp. Totuși, chiar și cea mai mică bucată de praf, aproape invizibilă la microscop, conține un număr imens de atomi, iar dacă acești atomi sunt radioactivi, atunci dezintegrarea lor se supune unor legi matematice stricte: intră în vigoare legile statistice caracteristice unui număr foarte mare de obiecte. . Și apoi fiecare radionuclid poate fi caracterizat printr-o valoare foarte specifică - timpul de înjumătățire ( T 1/2) este timpul în care jumătate din numărul disponibil de nuclee se descompun. Dacă la momentul inițial a existat N 0 nuclee, apoi după un timp t = T 1/2 dintre ei vor ramane N 0/2, la t = 2T va ramane 1/2 N 0/4 = N 0/2 2 , la t = 3T 1/2 – N 0/8 = N 0/2 3 etc. În general, când t = nT va ramane 1/2 N 0/2 n nuclee, unde n = t/T 1/2 este numărul timpilor de înjumătățire (nu trebuie să fie un număr întreg). Este ușor să arăți că formula N = N 0/2 t/T 1/2 este echivalent cu formula N = N 0e – l t, unde l este așa-numita constantă de dezintegrare. În mod formal, este definit ca coeficientul de proporționalitate dintre rata de dezintegrare d N/d tși numărul disponibil de nuclee: d N/d t= – l N(semnul minus indică faptul că N scade in timp). Integrarea acestei ecuații diferențiale oferă dependența exponențială a numărului de nuclee în timp. Înlocuind în această formulă N = N 0/2 at t = T 1/2, obținem că constanta de dezintegrare este invers proporțională cu timpul de înjumătățire: l = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2. Valoarea t = 1/ l se numește durata medie de viață a nucleului. De exemplu, pentru 226 Ra T 1/2 = 1600 ani, t = 1109 ani.

Conform formulelor date, cunoscând valoarea T 1/2 (sau l), este ușor să calculați cantitatea de radionuclid după orice perioadă de timp, iar din ele puteți calcula timpul de înjumătățire dacă cantitatea de radionuclid este cunoscută în momente diferite. În loc de numărul de nuclee, puteți înlocui activitatea radiației în formula, care este direct proporțională cu numărul disponibil de nuclee N. Activitatea este de obicei caracterizată nu de numărul total de dezintegrari din eșantion, ci de numărul de impulsuri proporțional cu acesta, care sunt înregistrate de activitatea de măsurare a dispozitivului. Dacă există, de exemplu, 1 g de substanță radioactivă, atunci cu cât timpul său de înjumătățire este mai scurt, cu atât substanța va fi mai activă.

Alte legi matematice descriu comportamentul unui număr mic de radionuclizi. Aici putem vorbi doar despre probabilitatea unui anumit eveniment. Să fie, de exemplu, un atom (mai precis, un nucleu) al unui radionuclid cu T 1/2 = 1 min. Probabilitatea ca acest atom să trăiască 1 minut este 1/2 (50%), 2 minute - 1/4 (25%), 3 minute - 1/8 (12,5%), 10 minute - (1/2) 10 = 1/10 24 (0,1%), 20 min – (1/2) 20 = 1/1048576 (0,00001%). Pentru un singur atom șansa este neglijabilă, dar când există o mulțime de atomi, de exemplu, câteva miliarde, atunci mulți dintre ei, fără îndoială, vor trăi 20 de timpi de înjumătățire sau mult mai mult. Probabilitatea ca un atom să se descompună într-o anumită perioadă de timp se obține prin scăderea valorilor obținute de la 100. Deci, dacă probabilitatea ca un atom să supraviețuiască 2 minute este de 25%, atunci probabilitatea ca același atom să se descompună în această perioadă. timpul este 100 - 25 = 75%, probabilitatea dezintegrarii în 3 minute - 87,5%, în 10 minute - 99,9% etc.

Formula devine mai complicată dacă există mai mulți atomi instabili. În acest caz, probabilitatea statistică a unui eveniment este descrisă printr-o formulă cu coeficienți binomi. În cazul în care există N atomi și probabilitatea dezintegrarii unuia dintre ei în timp t egal cu p, apoi probabilitatea ca pe parcursul timpului t din N atomii se vor descompune n(și va rămâne în consecință N – n), este egal cu P = N!p n(1–p) N–n /(N–n)!n! Formule similare trebuie utilizate în sinteza de noi elemente instabile, a căror atomi sunt obținuți literalmente individual (de exemplu, când un grup de oameni de știință americani a descoperit noul element Mendelevium în 1955, l-au obținut în cantitate de numai 17 atomi. ).

Aplicarea acestei formule poate fi ilustrată într-un caz specific. Să fie, de exemplu N= 16 atomi cu un timp de înjumătățire de 1 oră. Puteți calcula probabilitatea dezintegrarii unui anumit număr de atomi, de exemplu în timp t= 4 ore. Probabilitatea ca un atom să supraviețuiască acestor 4 ore este 1/2 4 = 1/16, respectiv probabilitatea dezintegrarii sale în acest timp. R= 1 – 1/16 = 15/16. Înlocuind aceste date inițiale în formulă, rezultă: R = 16!(15/16) n (1/16) 16–n /(16–n)!n! = 16!15 n /2 64 (16–n)!n! Rezultatele unor calcule sunt prezentate în tabel:

Tabelul 1.
Atomi rămase (16– n)	16	10	8	6	4	3	2	1	0
Atomii s-au degradat n	0	6	8	10	12	13	14	15	16
Probabilitate R, %	5·10 –18	5·10 –7	1,8·10 –4	0,026	1,3	5,9	19,2	38,4	35,2

Astfel, din 16 atomi după 4 ore (4 timpi de înjumătățire), niciunul nu va rămâne deloc, așa cum s-ar putea presupune: probabilitatea acestui eveniment este de doar 38,4%, deși este mai mare decât probabilitatea oricărui alt rezultat. După cum se poate observa din tabel, probabilitatea ca toți cei 16 atomi (35,2%) sau doar 14 dintre ei să se descompună este, de asemenea, foarte mare. Dar probabilitatea ca, după 4 timpi de înjumătățire, toți atomii să rămână „vii” (nici unul nu s-a degradat) este neglijabilă. Este clar că dacă nu sunt 16 atomi, dar, să zicem, 10 20, atunci putem spune cu aproape 100% încredere că după 1 oră jumătate din numărul lor va rămâne, după 2 ore – un sfert etc. Adică, cu cât sunt mai mulți atomi, cu atât mai precis dezintegrarea lor corespunde legii exponențiale.

Numeroase experimente efectuate de pe vremea lui Becquerel au arătat că rata dezintegrarii radioactive nu este practic afectată de temperatură, presiune sau starea chimică a atomului. Excepțiile sunt foarte rare; Astfel, în cazul captării electronilor, valoarea T 1/2 se modifică ușor pe măsură ce starea de oxidare a elementului se modifică. De exemplu, dezintegrarea 7 BeF 2 are loc cu aproximativ 0,1% mai lentă decât 7 BeO sau 7 Be metalic.

Numărul total de nuclee instabile cunoscute - radionuclizi - se apropie de două mii, durata lor de viață variază în limite foarte largi. Sunt cunoscuți atât radionuclizi cu viață lungă, pentru care timpii de înjumătățire se ridică la milioane și chiar miliarde de ani, cât și cei cu viață scurtă, care se descompun complet în mici fracțiuni de secundă. Timpurile de înjumătățire ale unor radionuclizi sunt date în tabel.

Proprietățile unor radionuclizi (pentru Tc, Pm, Po și toate elementele ulterioare care nu au izotopi stabili, sunt date date pentru izotopii lor cu cea mai lungă viață).

Masa 2.
Număr de serie	Simbol	Numar de masa	Jumătate de viață
1	T	3	12.323 de ani
6	CU	14	5730 de ani
15	R	32	14,3 zile
19	LA	40	1,28 10 9 ani
27	Co	60	5.272 de ani
38	Sr	90	28,5 ani
43	Ts	98	4,2 10 6 ani
53	eu	131	8,02 zile
61	P.m	145	17,7 ani
84	Ro	209	102 ani
85	La	210	8,1 ore
86	Rn	222	3.825 de zile
87	pr	223	21,8 min
88	Ra	226	1600 de ani
89	Ac	227	21,77 ani
90	Th	232	1.405 10 9 ani
91	Ra	231	32.760 de ani
92	U	238	4.468 10 9 ani
93	Np	237	2.14 10 6 ani
94	Pu	244	8,26 10 7 ani
95	A.m	243	7370 de ani
96	Cm	247	1,56 10 7
97	Bk	247	1380 de ani
98	Cf	251	898 de ani
99	Es	252	471,7 zile
100	Fm	257	100,5 zile
101	MD	260	27,8 zile
102	Nu	259	58 min
103	Lr	262	3,6 ore
104	Rf	261	78 s
105	Db	262	34 s
106	Sg	266	21 s
107	Bh	264	0,44 s
108	Hs	269	9 s
109	Mt	268	70 ms
110	Ds	271	56 ms
111	–	272	1,5 ms
112	–	277	0,24 ms

Cel mai scurt nuclid cunoscut este 5 Li: durata sa de viață este de 4,4·10 –22 s). În acest timp, chiar și lumina va călători doar 10–11 cm, adică. o distanță de numai câteva zeci de ori mai mare decât diametrul nucleului și semnificativ mai mică decât dimensiunea oricărui atom. Cel mai longeviv este 128 Te (conținut în telurul natural într-o cantitate de 31,7%) cu un timp de înjumătățire de opt septilioane (8·10 24) ani - cu greu poate fi numit radioactiv; pentru comparație, se estimează că Universul nostru are „doar” 10-10 ani.

Unitatea de radioactivitate a unui nuclid este becquerelul: 1 Bq (Bq) corespunde unei dezintegrare pe secundă. Unitatea curie din afara sistemului este adesea folosită: 1 Ci (Ci) este egal cu 37 miliarde dezintegrari pe secundă sau 3,7 . 10 10 Bq (1 g de 226 Ra are aproximativ această activitate). La un moment dat, a fost propusă o unitate în afara sistemului rutherford: 1 Рд (Rd) = 10 6 Bq, dar nu a fost larg răspândită.

Literatură:

Soddy F. Istoria energiei atomice. M., Atomizdat, 1979
Choppin G. şi colab. Chimie nucleară. M., Energoatomizdat, 1984
Hoffman K. Este posibil să faci aur? L., Chimie, 1984
Kadmensky S.G. Radioactivitatea nucleelor ​​atomice: istorie, rezultate, ultimele realizări. „Revista Educațională Soros”, 1999, nr. 11



Transformările în care nucleul unui element chimic se transformă în nucleul altui element cu un număr atomic diferit se numesc dezintegrare radioactivă. Izotopii radioactivi formați și existenți în condiții naturale se numesc radioactivi în mod natural; aceiași izotopi obținuți artificial prin reacții nucleare sunt radioactivi artificial. Nu există o diferență fundamentală între izotopii radioactivi naturali și artificiali, deoarece proprietățile nucleelor ​​atomice și ale atomilor înșiși sunt determinate numai de compoziția și structura nucleului și nu depind de metoda de formare a acestora.

Radioactivitatea a fost descoperită în 1896 de A.N Becquerel, care a descoperit radiația din uraniu care ar putea provoca înnegrirea emulsiei fotografice și ioniza aerul. Curie-Sklodowska a fost primul care a măsurat intensitatea radiației uraniului și, simultan cu omul de știință german G.S. Schmidt, a descoperit radioactivitatea în toriu. Proprietatea izotopilor de a emite spontan radiații invizibile a fost numită radioactivitate de către Curies. În iulie 1898, ei au raportat descoperirea unui nou element radioactiv, poloniul, în minereul de rășină de uraniu. În decembrie 1898, împreună cu G. Bemont, au descoperit radiul.

După descoperirea elementelor radioactive, o serie de autori (Becquerel, Curies, Rutherford etc.) au stabilit că aceste elemente pot emite trei tipuri de raze care se comportă diferit într-un câmp magnetic. La sugestia lui Rutherford (E. Rutherford, 1902), aceste raze au fost numite raze alfa, beta și gamma. Razele alfa constau din particule alfa încărcate pozitiv (atomi de heliu dublu ionizat He4); raze beta - de la particule încărcate negativ de masă mică - electroni; Razele gamma sunt similare în natură cu razele X și sunt cuante de radiație electromagnetică.

În 1902, Rutherford și F. Soddy au explicat fenomenul radioactivității prin transformarea spontană a atomilor unui element în atomi ai altui element, care are loc conform legilor întâmplării și însoțită de eliberarea de energie sub formă de alfa, beta și raze gamma.

În 1910, M. Curie-Sklodowska, împreună cu A. Debierne, au obținut radiu metalic pur și i-au studiat proprietățile radioactive, în special, ea a măsurat constanta de dezintegrare a radiului. Un număr de alte elemente radioactive au fost descoperite curând. Debierne și F. Giesel au descoperit anemona de mare. Hahn (O. Halm) a descoperit radiotoriul și mezotoriul, Boltwood (V.V. Boltwood) a descoperit ionul, Hahn și Meitner (L. Meitner) au descoperit protactiniul. Toți izotopii acestor elemente sunt radioactivi. În 1903, Pierre Curie și S.A. Laborde au arătat că un preparat cu radiu are întotdeauna o temperatură ridicată și că 1 g de radiu cu produsele sale de degradare eliberează aproximativ 140 kcal într-o oră. În același an, W. Ramsay și Soddy au descoperit că o fiolă de radiu sigilată conținea heliu gazos. Lucrările lui Rutherford, F. Dorn, Debierne și Giesel au arătat că printre produșii de descompunere ai uraniului și toriu se află gaze radioactive care se descompun rapid numite emanații de radiu, toriu și actiniu (radon, toron, actinon). Astfel, s-a dovedit că în timpul dezintegrarii, atomii de radiu se transformă în atomi de heliu și radon. Legile transformărilor radioactive ale unor elemente în altele în timpul descompunerilor alfa și beta (legile deplasării) au fost formulate pentru prima dată de Soddy, K. Fajans și W.J. Russell.

Aceste legi sunt după cum urmează. În timpul dezintegrarii alfa, elementul original produce întotdeauna un alt element, care se află în tabelul periodic D.I. Mendeleev două celule la stânga elementului original (numărul ordinal sau atomic este cu 2 mai mic decât originalul); în timpul dezintegrarii beta, elementul original produce întotdeauna un alt element, care este situat în tabelul periodic o celulă la dreapta elementului original (numărul atomic este cu unul mai mare decât cel al elementului original).

Studiul transformărilor elementelor radioactive a condus la descoperirea izotopilor, adică atomi care au aceleași proprietăți chimice și numere atomice, dar diferă între ei prin masă și proprietăți fizice, în special în proprietățile radioactive (tip de radiație, rata de descompunere). ). Din numărul mare de substanțe radioactive descoperite, doar radiul (Ra), radonul (Rn), poloniul (Po) și protactiniul (Pa) s-au dovedit a fi elemente noi, iar restul erau izotopi ai uraniului (U), toriu cunoscut anterior. (Th), plumb (Pb), taliu (Tl) și bismut (Bi).

După ce Rutherford a descoperit structura nucleară a atomilor și a demonstrat că nucleul este cel care determină toate proprietățile atomului, în special structura învelișurilor sale electronice și proprietățile sale chimice (vezi Atom, Nucleu atomic), a devenit clar că transformările radioactive sunt asociate cu transformarea nucleelor ​​atomice. Studiul suplimentar al structurii nucleelor ​​atomice a făcut posibilă descifrarea completă a mecanismului transformărilor radioactive.

Prima transformare artificială a nucleelor ​​- o reacție nucleară - a fost realizată de Rutherford în 1919 prin bombardarea nucleelor ​​atomilor de azot cu particule de poloniu alfa. În același timp, nucleele de azot au emis protoni (vezi) și s-au transformat în nuclee de oxigen O17. În 1934, F. Joliot-Curie și I. Joliot-Curie au fost primii care au obținut artificial un izotop radioactiv de fosfor prin bombardarea atomilor de Al cu particule alfa. Nucleele P30, spre deosebire de nucleele izotopilor radioactivi în mod natural, în timpul dezintegrarii au emis nu electroni, ci pozitroni și s-au transformat în nuclee stabile de siliciu Si30. Astfel, în 1934, au fost descoperite simultan radioactivitatea artificială și un nou tip de dezintegrare radioactivă - dezintegrarea pozitronilor, sau dezintegrarea b+. Joliot-Curies a exprimat ideea că toate particulele rapide (protoni, deuteroni, neutroni) provoacă reacții nucleare și pot fi folosite pentru a obține izotopi radioactivi în mod natural. Fermi (E. Fermi) a bombardat diverse elemente cu neutroni și a obținut izotopi radioactivi ai aproape tuturor elementelor chimice. În prezent, cu ajutorul particulelor încărcate accelerate și neutronilor, au fost efectuate o mare varietate de reacții nucleare, în urma cărora a devenit posibilă obținerea oricăror izotopi radioactivi.

În 1937, L. Alvarez a descoperit un nou tip de transformare radioactivă - captarea electronilor. În captarea electronilor, nucleul unui atom captează un electron din învelișul atomului și se transformă în nucleul altui element. În 1939, Hahn și F. Strassmann au descoperit fisiunea unui nucleu de uraniu în nuclee mai ușoare (fragmente de fisiune) atunci când au fost bombardați cu neutroni. În același an, Flerov și Pietrzak au arătat că procesul de fisiune al nucleelor ​​de uraniu are loc spontan, fără influență externă. Astfel, au descoperit un nou tip de transformare radioactivă - fisiunea spontană a nucleelor ​​grele.

În prezent, sunt cunoscute următoarele tipuri de transformări radioactive, care au loc fără influențe externe, în mod spontan, numai din motive interne determinate de structura nucleelor ​​atomice.

 

Ar putea fi util să citiți:

• Scolecifobia și cum să o combatem;
• Experții s-au exprimat în favoarea extinderii operațiunii ISS;
• Structura și activitatea vitală a ciliatelor folosind exemplul ciliatului papuc;
• Arhiepiscopul Jonathan (Eletsky): La originile nașterii Bisericii Ortodoxe Ucrainene;
• Autoritățile din regiunea Kurgan nu plătesc capitala regională, guvernatorul Osipov îndeplinește orientările federale pentru transparența alegerilor.;
• Salata cu varza chinezeasca si batoane de crab Salata cu varza chinezeasca, porumb si crab;
• Lucuma - descrierea fructului și proprietățile sale cu fotografii;
• Rețete de supă de mei cu o notă istorică din pește, carne, slabă;