Радиоактивность. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Одним из распространенных источников ионизирующего излучения является радиоактивный распад атомных ядер. В главе наряду с этим вопросом рассматривается и взаимо­действие ионизирующего излучения с веществом.

 

§ 27.1.Радиоактивность

Радиоактивностью называют самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элемен­тарных частиц. Характерным признаком, отличающим ее от других видов ядерных превращений, является самопроизволъностъ (спонтанность) этого процесса. Различают радиоактив­ность естественную и искусственную.

Естественная радиоактивность встречается у неустойчи­вых ядер, существующих в природных условиях. Искусственной называют радиоактивность ядер, образованных в результате раз­личных ядерных реакций. Принципиального различия между ес­тественной и искусственной радиоактивностями нет. Им присущи общие закономерности.

Рассмотрим основные типы радиоактивного распада.

Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении одного ядра в другое ядро с испусканием а-частицы (ядра ато­ ма гелия ₂Не). Схему альфа-распада с учетом правила смещения (за­кона сохранения зарядового и массового чисел) записывают в виде

где X и Y— символы соответственно материнского и дочернего ядер. Примером a-распада является превращение радона в поло­ний, а полония в свинец:

Суммарная масса дочернего ядра и а-частицы меньше массы материнского ядра, то же можно сказать относительно их энергий покоя. Разность этих энергий равна кинетической энергии a-час­тицы и дочернего ядра.

При a-распаде дочернее ядро может образоваться не только в нормальном, но и в возбужденных состояниях. Так как они при­нимают дискретные значения, то и значения энергии a-частиц, вылетающих из разных ядер одного и того же радиоактивного ве­щества, дискретны. Энергия возбуждения дочернего ядра чаще всего выделяется в виде g-фотонов. Именно поэтому a-распад со­провождается g-излучением.

Если дочерние ядра радиоактивны, то возникает целая цепоч­ка превращений, концом которой является стабильное ядро.

Бета-распад заключается во внутриядерном взаимном превра­щении нейтрона и протона. Разли­чают три вида b-распада.

1. Электронный, или b~ -распад, который проявляется в вылете из яд­ра b^--частицы (электрона). Энергии b^--частиц принимают всевозможные значения от 0 до –Е_mах. спектр энергий сплошной (рис. 27.1). Это не соответ­ствует дискретным ядерным энергетическим состояниям. В 1932 г. В. Паули высказал предположе­ний о том, что одновременно с b^--частицей из ядра вылетает еще и другая, нейтральная, с очень малой массой. По предложению Э. Ферми эта частица была названа нейтрино. Позже было установ­лено, что нейтрино возникает при b⁺-распаде, а при b^--распаде — антинейтрино.

Энергия, выделяющаяся при (b-распаде, распределяется между b-частицей и нейтрино или антинейтрино.

Схема b^--распада с учетом правила смещения:

где n — обозначение антинейтрино.

Примером b^--распада может быть превращение трития в гелий:

При b^- -распаде электрон образуется вследствие внутриядерно­го превращения нейтрона в протон:

2. Позитронный, или b⁺-распад. Схема b⁺-распада:

где n — обозначение нейтрино. Примером b⁺-распада является превращение рубидия в криптон:

При b⁺-распаде позитрон образуется вследствие внутриядерно­го превращения протона в нейтрон:

3. Электронный, или е-захват. Этот вид радиоактивности за­ключается в захвате ядром одного из внутренних электронов ато­ма, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон:

Схема электронного захвата:

Примером е-захвата может быть превращение бериллия в литий:

В зависимости от того, с какой внутренней оболочки захваты­вается электрон, иногда различают K-захват, L-захват и т. д.

При электронном захвате освобождаются места в электронной оболоч­ке, поэтому этот вид радиоактивности сопровождается характе­ристическим рентгеновским излучением. Именно по рентгенов­скому излучению и был обнаружен электронный захват.

При b-распаде возможно возникновение g-излучения.