Радіоактивність. Види радіоактивного випромінювання.

Радіоакти́вність (від лат. radio «випромінюю» radius «промінь» і activus «дієвий») явище спонтанного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елемента в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Радіоактивність відкрив у 1896 р. Антуан Анрі Беккерель.

Сталося це випадково. Вчений працював із солями урану і загорнув свої зразки разом із фотопластинами в непрозорий матеріал. Фотопластини виявилися засвіченими, хоча доступу світла до них не було. Беккерель зробив висновок про невидиме оку випромінювання солей урану. Він дослідив це випромінювання і встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і абсолютно не залежить від того, в які сполуки він входить. Тобто ця властивість властива не сполукам, а хімічному елементу урану.

В 1898 р. П'єр Кюрі і Марія Склодовська-Кюрі відкрили випромінювання торію, пізніше були відкриті полоній та радій. у 1903 році подружжю Кюрі було присуджено Нобелівську премію. На сьогодні відомо близько 40 природних елементів, яким властива радіоактивність.

Чоловік і дружина разом розпочинають дослідження радіоактивних матеріалів. Вони помічають, що руда урану має набагато більшу радіоактивність, ніж можна було б очікувати, базуючись тільки на вмісті урану. Марі та П'єр наполегливо шукають джерела додаткової радіоактивності. І виявляють два високорадіоактивні елементи, які згодом одержують назву «радій» і «полоній». За це відкриття у 1903 р. їм присуджують Нобелівську премію з фізики разом з іще одним французьким фізиком Антуаном Анрі Беккерелем, який відкрив явище природної радіоактивності.

Встановлено, що всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим за 83 радіоактивні. Природна радіоактивність спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі. Штучна радіоактивність спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції.

Ерне́ст Ре́зерфорд (англ. Ernest Rutherford, 30 серпня 1871, Брайтвотер, Нова Зеландія 19 жовтня 1937, Кембридж) британський фізик, лауреат Нобелівської премії з хімії (1908). Резерфорд відомий перед усім експериментами з розсіювання альфа-частинок (Резерфордівське розсіювання), завдяки якому він встановив структуру атома, як системи, що складається із малого за розмірами позитивно зарядженого ядра й електронів.

Ернест Резерфорд експериментально встановив (1899), що солі урану випромінюють 3 типи променів, які по-різному відхиляються в магнітному полі: промені першого типу відхиляються так само, як потік додатно заряджених частинок. Їх назвали альфа-променями; промені другого типу відхиляється в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок (в протилежну сторону), їх назвали бета-променями; і промені третього типу, яке не відхиляється магнітним полем, назвали гамма-променями.

α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на ядро-продукт і α-частинку (ядро атома гелію). α-розпад є властивістю важких ядер з масовим числом А200. Всередині таких ядер за рахунок властивості насичення ядерних сил утворюються відособлення α-частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Утворена таким чином α-частинка сильніше відчуває кулонівське відштовхування від інших протонів ядра, ніж окремі протони.

Одночасно на α- частинку менше впливає ядерне міжнуклонне притягання за рахунок сильної взаємодії, ніж на решту нуклонів.

В результаті α-розпаду елемент зміщується на 2 клітинки до початку таблиці Менделєєва. Дочірнє ядро, що утворилося в результаті α- розпаду, зазвичай також виявляється радіоактивним і через деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивне ядро, яким частіше за все є ядра свинцю або вісмуту.

Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад - прояв слабкої взаємодії. β-розпад внутрішньонуклонний процес, тобто відбувається перетворення нейтрона в протон із вильотом електрона й антинейтрино з ядра:

Після β-розпаду атомний номер елемента міняється і він зміщується на одну клітинку в таблиці Менделєєва.

Гамма промені це електромагнітні хвилі із довжиною хвилі, меншою за розміри атома. Вони утворюються зазвичай при переході ядра атома із збудженого стану в основний стан. При цьому кількість нейтронів чи протонів у ядрі не змінюється, а отже ядро залишається тим самим елементом. Однак випромінювання гамма- променів може супроводжувати й інші ядерні реакції.

Явище гамма- випромінювань полягає в тому, що ядро випускає гамма-кванти без зміни заряду й масового числа А.

У 1932 р. Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі, опромінюючи нерадіоактивні речовини α- частинками, виявили, що деякі з них після опромінення стають радіоактивними. Це явище отримало назву штучної радіоактивності. Так, при бомбардуванні α- частинками ядер алюмінію утворюється радіоактивний ізотоп фосфору.

Радіоктивність залежить від кількості нестабільних ізотопів і часу їхнього життя. Система СІ визначає одиницею вимірювання активності Бекерель - така кількість радіоактивної речовини, в якій за секунду відбувається один акт розпаду. Практично ця величина не дуже зручна, тому частіше використовують позасистемні одиниці - Кюрі. Іноді вживається одиниця Резерфорд.

Щодо дії радіоактивного випромінювання на опромінені речовини, то використовуються ті ж одиниці, що й для рентгенівського випромінювання. Одиницею вимірювання дози поглинутого йонізуючого випромінювання в системі Сі є Грей - така доза, при якій в кілограмі речовини виділяється один Джоуль енергії. Одиницею біологічної дії опромінення в системі СІ є Зіверт. Позасистемна одиниця виділеної при опроміненні енергії - рад.

Така одиниця, як рентген є мірою не виділеної енергії, а йонізації речовини при радіоактивному опроміненні. Для вимірювавння білогічної дії опромінювання використовується біологічний еквівалент рентгена - бер. Для характеристики інтенсивності опромінення використовують одиниці, які описують швидкість набору дози, наприклад, рентген за годину.