Радиационная безопасность. От теории к практике - страница 5

В науке и технике широко используются искусственные радиоактивные изотопы, которые изготовляются путем различных ядерных реакций и превращений.

Между естественной и искусственной радиоактивностями одинаковых изотопов нет разницы, так как свойства радиоактивного изотопа не зависят от способа его получения.

Основными видами радиоактивных превращений атомных ядер являются: альфа-распад; бетта^>- и бетта^>+-распад, электронный захват (К-захват); гамма-распад; нейтронный распад (n-распад); спонтанное деление ядер.

При альфа-распаде из ядра распадающегося элемента излучается альфа-частица, представляющая собой ядро атома гелия ^>4_>2He (два протона и два нейтрона) и имеющая положительный заряд, равный по абсолютной величине двум зарядам электрона. В настоящее время известно около 40 естественных и более 200 искусственных альфа-активных ядер. Этот вид распада характерен для тяжелых элементов, обладающих меньшими значениями энергии связи, и нередко сопровождается гамма-излучением. Образовавшееся при альфа-распаде дочернее ядро будет иметь заряд и массу, меньшие, чем у распавшегося ядра, соответственно на две и четыре единицы. В общем виде реакция альфа-распада записывается так ^>A_>ZX – ^>A-4_>Z-2Y +4^>2He + Q, где Q – выделившаяся при распаде энергия, эВ.

Например, ядро плутония ^>239_>94Pu, излучив альфа-частицу, превращается в ядро урана ^>235_>92U. Общая схема этого альфа-распада приведена на рис. 1.3. Процесс альфа-распада принято представлять следующим образом. В результате взаимодействия ядерных и кулоновских сил в некоторый момент ядро отделяет альфа-частицу, которая вскоре оказывается под действием только отталкивающих кулоновских сил. Эти силы разгоняют альфа-частицу до скорости, достигающей на периферии атома 20000 км/с. Отдельная частица приобретает большую кинетическую энергию. Таким образом, выбрасыванием из ядра альфа-частицы осуществляется превращение скрытой энергии ядра в энергию движения частицы.

Рис. 1.3. Схема альфа-распада

Энергия испускаемых альфа-частиц составляет 4…10 МэВ; при прохождении через вещество альфа-частицы теряют свою энергию, главным образом, в результате взаимодействия с электронами атомов вещества.

Длина пробега альфа-частиц в веществе невелика; например, в воздухе она составляет 2…12 см в зависимости от вида радиоактивного изотопа. Проникающая способность альфа-частиц незначительна: они легко задерживаются тонкой металлической фольгой.

Для ряда изотопов вылет альфа-частицы сопровождается излучением гамма-кванта.

При бетта – распаде (электронном распаде) радиоактивного ядра излучаются две частицы: отрицательно заряженная – электрон и нейтральная – нейтрино.

Этот вид распада характерен для ядер с избыточным числом нейтронов и в большинстве случаев сопровождается гамма-излучением.

Поскольку нейтрино имеет ничтожную массу покоя и не обладает зарядом, то заряд образовавшегося при бетта – распаде ядра увеличивается на единицу, а атомный вес остается прежним.

Иными словами, новый элемент будет обладать тем же массовым числом, что и исходный элемент, но иметь на единицу больший заряд и располагаться в таблице Менделеева на одно место правее исходного.

Общая схема бетта-распада приведена на рис. 1.4.

Таким образом, бетта – распад является превращением нейтрона в протон с выделением электрона (бетта – частицы) и нейтрино. В этом виде распада ядра проявляется одно из любопытных явлений атомной физики – способность одной элементарной материальной частицы превращаться в другую.