ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Радиоактивность. Типы ядерных распадов из "Физическая и коллоидная химия Учебное пособие для вузов" Радиоактивностью называют спонтанное (вызванное внутренними причинами) превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся излучением элементарных частиц или а-частиц. Такие превращения изотопов, наблюдающиеся в природных условиях, называют естественной радиоактивностью (например, распад урана, радия, тория, калия). Превращения изотопов, полученных посредством различных ядерных реакций, называют искусственной радиоактивностью. Принципиальной разницы между естественной и искусственной радиоактивностью нет, так как свойства изотопа не зависят от способа его образования. [c.8] Резерфорда и других ученых было доказано, что радиоактивные вещества могут испускать три вида излучений а, р, у. а-Излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, несущих по два положительных заряда р-излучение — поток электронов с отрицательным зарядом (Р ) 7-излучение — электромагнитное излучение, аналогичное рентгеновскому, но отличающееся от него меньшей длиной волны. Радиоактивность связана с превращением ядра. [c.8] В результате более поздних исследований были установлены следующие типы радиоактивности электронная, позитронная, электронный захват, а-распад, спонтанное деление и ядерная изомерия. [c.8] Электронная и позитронная радиоактивности — разновидность Р-радиоактивности атомное ядро испускает соответственно частицы Р (электроны) и р+(позитроны). При этом образуется атом другой химической природы с тем же массовым числом Л1, но с порядковым номером соответственно 2 + 1 (электронная радиоактивность) или Z — 1 (позитронная радиоактивность). [c.8] При электронном захвате электрон, находящийся на энергетическом уровне атома К, Сит. д.), захватывается ядром, после чего образуется атом с порядковым номером 2 — 1. [c.8] Если протон превращается в нейтрон, то испускается р -частица (также и нейтрино). Испускание Р -, р -частиц и электронный захват часто сопровождаются 7-излучением или испусканием электронов внутренней конверсии. Это обусловлено тем, что в результате радиоактивного превращения атомное ядро обычно переходит в возбужденное состояние выделение энергии возбуждения происходит путем испускания кванта энергии (г = Ау, где к — постоянная Планка, V — частота) или путем выбрасывания электронов из атомной оболочки (конверсивные электроны). Одновременно испускаются рентгеновы лучи вследствие перехода электронов на освободившийся энергетический уровень. [c.9] В случае а-радиоактивности ядро атома выбрасывает а-частицы. В результате испускания атомом одной а-частицы радиоактивный элемент с массовым числом М и порядковым номером Z превращается в изотоп с массовым числом М. — 4 и порядковым номером 2 — 2. [c.9] Спонтанное деление ядра наблюдается лишь у наиболее тяжелых атомов и заключается в распаде ядра на два осколка со средними массовыми числами. Так как в ядрах тяжелых атомов избыток нейтронов над протонами значительно больше, чем таковой в устойчивых ядрах средней величины, то спонтанное деление сопровождается испусканием 2—3 нейтронов. Сумма массовых чисел и зарядов ядер атомов обоих осколков и испускаемых нейтронов равна массовому числу и заряду исходного ядра. Полученные в результате деления изотопы обладают избытком нейтронов по сравнению с устойчивыми изотопами и претерпевают ряд последовательных -распадов. При расщеплении ядра на два осколка выделяется большая энергия. [c.9] При ядерной изомерии ядро, находящееся в возбужденном метастабильном (неустойчивом) состоянии, переходит с не слишком малым периодом полураспада на другой промежуточный или основной уровень. Ядро в этом случае испускает фотон или электрон внутренней конверсии и превращается в ядро с теми же значениями Л1 и 2, но в другом энергетическом состоянии. [c.9] Радиоактивные излучения можно обнаружить по их свойству ионизировать газы, т. е. по превращению ими газов в проводники электричества. На этом свойстве основано большинство методов изучения таких излучений — путем счета отдельных частиц (счет импульсов счетчиками Гейгера—Мюллера, сцинтилляционными и кристаллическими счетчиками) или приборами, измеряющими общую ионизацию (ионизационные камеры и электроскопы). [c.10] Нижний индекс у знака элемента характеризует порядковый номер, а верхний — массовое число. [c.10] Радиоактивные излучения ионизируют и возбуждают атомы веществ, вызывают световое, фотографическое, химическое и биологическое действие. В последнем случае при действии излучений изменяются или разрушаются клетки, состав крови, возможны бесплодие и другие явления, представляющие опасность для организма. Разрушающее действие ионизирующих излучений используют в медицинской практике для уничтожения патогенных клеток, в частности при лечении рака, для стерилизации пищевых продуктов и в других целях. [c.10] Радиоактивные элементы распространены в природе. Они встречаются в горных породах, морских отложениях, почве, природных во-, дах, атмосфере. Геологи широко применяют радиометрические методы для поиска полезных ископаемых. На основе данных о радиоактивное ти они определяют возраст Земли, горных пород, исследуют вопрос о тепловом режиме Земли, океанические течения. Радиоактивные элементы в почве уран, калий, торий, актиний, рубидий и др. —играют важную роль в жизни живых организмов почвы. Установлено, что убеньковые бактерии в отсутствие радиоактивных веществ не развиваются на корнях бобовых растений, вследствие чего атмосферный азот не усваивается. Малые дозы радиоактивных элементов усиливают рост, ускоряют цветение и созревание растений. Подземные радиоактивные воды широко применяются в лечебных целях. [c.10] Атомы большинства элементов периодической системы Д. И. Менделеева могут существовать в виде двух и более разновидностей, имеющих различный вес, но почти тождественные физические и химические свойства. Эти разновидности атомов одного и того же элемента называют изотопами. Например, кислород представляет собой смесь трех изотопов О , 80 О . [c.11] Число нейтронов в ядре может изменяться на несколько единиц, тогда как число электронов, связанных с ядром, остается постоянным. Рассмотрим это на примере углерода.Одна из разновидностей его атомов содержит 6 протонов и 6 нейтронов. Пор ядковый номер такого атома 6, массовое число 12, т. е. Существует и другая разновидность атомов углерода с порядковым номером 6, но с 7 нейтронами в ядре вС . Следовательно, заряд ядра остался прежним, а атомный вес увеличился на массу одного нейтрона. Природный углерод — смесь двух изотопов бС и бС . За последнее десятилетие искусственно получены изотопы бС и вС , радиоактивные и неустойчивые период полураспада бС 20,4 мин. [c.11] К настоящему времени бомбардировкой в ядерных реакторах атомов различных элементов частицами с большой энергией (а-частйнами, нейтронами, протонами) искусственно получены изотопы почти всех элементов и достигнуты крупные успехи по их разделению. Наибольшее значение имеют те ядерные реакции, в результате которых получаются радиоактивные изотопы. В табл. 1 приведена характеристика некоторых изотопов. [c.11] Открытие и изучение изотопов оказало большое влияние на развитие физики, химии, биологии, геологии и других естественных и технических наук. Радиоактивные изотопы применяются для изучения износа деталей машин и инструмента, автоматического контроля за ходом производственных процессов, контроля качества продукции, изучения строения молекул и механизмов химических реакций, исследования диффузии в газах, жидкостях и твердых телах, изучения коррозии металлов, изучения растворимости трудно растворимых солей, изучения процессов адсорбции и многих других вопросов. Изотопы все более широко применяются в биологии, медицине, почвоведении и других науках. [c.12] В этих случаях применяют определенный изотоп данного элемента, отличающийся массой от средней массы его атомов в природных соединениях или радиоактивностью. Такой изотоп называют изотопным индикатором. Его вводят в исследуемую систему и при помощи масс-спектрометра или радиометрических приборов на разных стадиях процесса контролируют содержание этого изотопа. [c.12] Особенно плодотворно изотопы применяются для исследования обмена веществ. Изучаемое вещество метят (поэтому метод получил название метод меченых атомов ), вводя в него радиоактивный изотоп меченое вещество вводят в организм. После его ассимиляции исследуют присутствие меченых атомов в различных химических фракциях в организме. Концентрация вводимого в организм радиоактивного изотопа должна быть небольшой, чтобы не нарушался обмен веществ, но такой, при которой, несмотря на разведение, изотоп мог бы быть обнаружен во всех выделяемых фракциях. Например, применение СОг с меченым углеродом позволило показать широкое участие двуокиси углерода в реакциях метаболизма бактерий и тканей живого организма, расширить наши представления о механизме фотосинтеза. Изотопный метод применяется в биохимии для количественного определения аминокислот в гидролизатах белков, содержания калия, натрия и других элементов в крови, для определения общего количества воды в живом организме, объема эритроцитов и плазмы в кровотоке и т. д. [c.12] Исследования с мечеными атомами по физиологии растений и животных значительно расширили наши представления о проницаемости клеточных оболочек, позволили получить ценные сведения о локализации и переносе веществ в организме, о скорости обмена веществ. Культивируя насекомых — переносчиков возбудителей заболеваний на средах, содержащих радиоактивные изотопы, получают меченых насекомых, а это дает возможность определить скорость и дальность их распространения из очага заражения. Применяя меченые радиоактивные патогенные микробы, можно проследить пути инфекции в организме. Введением в организм радиоактивного иода исследуют нарушения кровообращения, связанные с изменением деятельности щитовидной железы. Радиоактивными изотопами метят лекарственные вещества, что позволяет контролировать их концентрацию в том или ином органе, скорость выведения из организма и делать важные заключения о рациональном способе применения лекарств. [c.12] Вернуться к основной статье