§ 231). В опытах, иллюстрируемых рис. 377, нейтрино ускользает от

Гл. XXIII. Радиоактивность

535

уменьшается вдвое. Но для того, чтобы уменьшить активность

вдвое, достаточно разделить препарат пополам. Следовательно,

число атомов RaE уменьшается вдвое за каждые 5 суток.

Интервал времени, в течение которого распадается п о л о-

в и н а атомов радиоактивного вещества, носит название периода

Рис. 388. График спадания ак-

тивности

A

радиоактивного ве-

щества RaE со временем

полураспада. Таким образом, ве-

щество, распад которого изобра-

жен на рис. 388, имеет пери-

од полураспада 5 суток. Пусть в

начальный момент (t = 0) число

атомов радиоактивного вещества

равно N

0

. Период полураспада

этого вещества обозначим T . По

истечении n периодов полураспа-

да, т. е. в момент t = nT , чис-

ло нераспавшихся атомов равно,

очевидно,

N = N

0

· 2

−n

.

Подставляя n = t/T , получим

N = N

0

· 2

−t/T

.

(215.1)

Наш вывод соотношения (215.1)

проведен для промежутков вре-

мени t, кратных периоду полу-

распада (т. е. для целых n); мож-

но доказать, однако, что оно

справедливо и для любых t. Соотношение (215.1), дающее зави-

симость числа н е р а с п а в ш и х с я радиоактивных атомов от

времени, называется законом радиоактивного распада.

Период полураспада является одной из основных характери-

стик радиоактивного вещества. Многочисленные опыты показа-

ли, что период полураспада радиоактивного вещества есть строго

п о с т о я н н а я величина, которая не может быть изменена

такими воздействиями (в доступных нам пределах), как охла-

ждение, нагрев, давление, магнитное поле, силы химического

сродства и др. Независимость периода полураспада от внешних

условий не должна быть для нас удивительной. Радиоактивный

распад есть с в о й с т в о а т о м н ы х я д е р, а для изменения

атомного ядра энергия обычных земных воздействий недостаточ-

на (§ 208).

Измерение периода полураспада

к о р о т к о ж и в у щ и х

ядер сводится к определению промежутка времени, в течение

536

Гл. XXIII. Радиоактивность

которого интенсивность излучения спадает вдвое. Период по-

лураспада д о л г о ж и в у щ и х ядер можно вычислить, измерив

число атомов, распадающихся в единицу времени (равное числу

испускаемых за это время частиц), и зная полное число атомов

в образце. Действительно, доля числа атомов, распадающаяся за

некоторое время, зависит от периода полураспада. Чем меньше

период полураспада, тем быстрее распад и тем б´

ольшая доля

атомов распадается за то же время.

Измерения такого рода дают для периода полураспада р а-

д и я величину 1600 лет. Естественно, что за промежутки вре-

мени порядка года убыль радия настолько мала, что изменение

его активности практически незаметно.

Из геологии известно, что возраст минералов измеряется

миллионами лет. За промежутки времени геологического мас-

штаба распад радия должен был бы привести к его полному

исчезновению. Очевидно, в природе наряду с распадом проис-

ходит образование новых атомов радия. Тот факт, что радий

в с е г д а содержится в урановых и т о л ь к о в урановых рудах,

наводит на мысль, что источником новых атомов радия служит

радиоактивный р а с п а д у р а н а.

Уран является α-радиоактивным веществом, т. е. испускает

α-частицы. Период полураспада урана (точнее, основного изото-

па урана с атомной массой 238), измеренный по α-активности,

составляет 4,5 миллиарда (4,5

· 10

9

) лет. Даже по геологической

шкале времени распад урана происходит весьма медленно.

α-распад ядра

238

92

U

1

) приводит, согласно правилам смещения,

к образованию ядра с зарядом 92

− 2 = 90 и массовым числом

238

− 4 = 234, т. е. и з о т о п а т о р и я

234

90

Th. Этот изотоп то-

рия, называемый иначе UX

1

(уран-икс-один), также оказывается

радиоактивным веществом, испускающим β-частицы. Продуктом

β-распада

234

90

Th оказывается

234

91

Pa — изотоп элемента п р о т а к-

т и н и я с атомной массой 234, называемый иначе UX

2

. Этот

изотоп опять-таки радиоактивен и т. д. Цепочка последователь-

ных продуктов распада урана, так называемое радиоактивное

семейство урана, изображена на рис. 389. Только после 14

следующих друг за другом распадов атом урана превращается

в нерадиоактивный или, как говорят, стабильный изотоп свин-

ца

206

82

Pb.

1

) Напомним, что числа, сопровождающие химический символ элемента,

означают: нижнее число — порядковый номер, верхнее число — массовое число

рассматриваемого изотопа.

Гл. XXIII. Радиоактивность

537

Р

и

с.

389.

Р

ад

и

оак

тив

н

о

е

се

м

ей

ств

о

у

р

ан

а:

A

—

масс

о

во

е

ч

исл

о

яд

ра

,

Z

—

п

о

р

я

д

к

овы

й

н

омер

,

—р

ад

и

о

а

к

ти

в

-

ны

е

и

зо

то

пы,

—

у

ст

ой

ч

и

вы

й

и

зо

топ

,

на

к

л

он

н

ы

е

ст

р

ел

к

и

—

α

-р

ас

п

ад,

в

ертик

аль

н

ы

е

ст

релк

и

—

β

-р

ас

п

ад

538

Гл. XXIII. Радиоактивность

Распад урана приводит в конечном счете к накоплению свин-

ца. И действительно, урановые руды всегда содержат свинец.

В урановых рудах накапливаются, конечно, и все промежуточ-

ные продукты цепи распада урана. Р а д и й является пятым про-

дуктом в этой цепи. RaE, о котором шла речь выше, — седьмой

продукт в цепи распада радия. Первым потомком радия является

Rn — радиоактивный инертный газ р а д о н (называемый иногда

эманацией радия).

Накопление радиоактивных продуктов превращения ограни-

чивается их распадом. Чем м е н ь ш е период полураспада ве-

щества, тем быстрее оно распадается и тем м е н ь ш е его

содержание в материнском веществе (уране или радии).

Всякое радиоактивное превращение связано, как мы знаем,

с испусканием либо α-, либо β-частицы. Некоторые превращения

сопровождаются еще и γ-излучением. Сюда относится, напри-

мер, превращение RaC в RaC



(рис. 389).

Помимо семейства урана, в природе существуют еще два ра-

диоактивных семейства. Родоначальником одного из них являет-

ся торий, родоначальником другого — редкий изотоп урана

235

92

U.

жүктеу/скачать 6,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: