Радиоактивност
From Wikipedia, the free encyclopedia
Радиоактивността (от латински: radio – „излъчвам“ и activus – „действен“), наричана също радиоактивен разпад, е процес, при който нестабилно атомно ядро губи енергия (изразена в маса в неговата отправна инерциална система) чрез излъчване на радиация, като алфа-частица, бета-частица с неутрино или само неутрино (при електронен захват) или гама-лъчи или електрон (при вътрешна конверсия). Някои силно възбудени ядрени състояния с кратък живот могат да се разпадат и чрез неутронен разпад, а в по-редки случаи – и чрез протонен разпад. Веществата, съдържащи нестабилни ядра, са радиоактивни.
Серия статии на тема Ядрена физика |
Радиоактивност Ядрено делене Термоядрен синтез Радиоактивност
Емисии
Неутронна Протонна Позитронна
Взаимодействия
|
Радиоактивният разпад е стохастичен процес на нивото на отделния атом. Съгласно квантовата теория не е възможно да се предвиди кога конкретен атом ще се разпадне,[1][2][3] независимо от колко време съществува. В същото време за група от еднакви атоми очакваната скорост на разпада се характеризира с измерими константа на разпад или период на полуразпад. Това е основата на метода на радиоизотопното датиране. Периодът на полуразпад на радиоактивните атоми няма известна горна граница, обхващайки времеви диапазон от над 55 порядъка – от почти мигновен до много по-дълъг от възрастта на Вселената.
Радиоактивните ядра с нулев спин нямат определена ориентация и затова излъчват пълния импулс на продуктите от своя разпад изотропно – равномерно във всички посоки. Когато при единичен разпад се образуват няколко частици, както при бета-разпада, тяхното относително ъглово разпределение или посоката на техния спин може да не са изотропни. Продуктите на разпада от ядра със спин могат да бъдат разпределение анизотропно спрямо посоката на техния спин. В резултат на външно въздействие, като електромагнитно поле, или когато ядрото е създадено при динамичен процес (предишен разпад или ядрена реакция), който ограничава посоката на неговия спин, такава анизотропия може да бъде измерима.[4][5][6]
Радиоактивно разпадащите се ядра се наричат изходни радионуклиди (или изходни радиоизотопи), а разпадът създава поне един производен нуклид. С изключение на гама-разпада и вътрешната конверсия от възбудено състояние на ядрото, радиоактивният разпад представлява ядрена трансмутация, като производните нуклиди имат различен брой протони или неутрони от изходните. При промяна в броя на протоните се създава атом на друг химичен елемент.
Първите открити от хората процеси на радиоактивен разпад са алфа-разпадът, бета-разпадът и гама-разпадът. Алфа-разпад се получава, когато ядрото отделя алфа-частица (хелиево ядро). Това е най-често срещания процес на излъчване на нуклеони, но силно възбудените ядра могат да отделят както единични нуклеони, така и, в случая на клъстерен разпад, определени леки ядра на други елементи. Бета-разпадът може да протича по два начина: бета минус-разпад, когато ядрото излъчва един електрон и едно антинеутрино, при което един неутрон се превръща в протон, или бета плюс-разпад, при който ядрото излъчва един позитрон и едно неутрино, превръщайки протон в неутрон. Силно възбудените богати на неутрони ядра, образувани в резултат на други видове разпад, понякога губят енергия чрез излъчване на неутрони, при което се получават различни изотопи на същия химичен елемент. Ядрото може да прихване електрон, превръщайки протон в неутрон, като този процес се нарича електронен захват. Всички тези процеси водят до добре определена ядрена трансмутация.
За разлика от тези процеси, някои форми на радиоактивен разпад не водят до трансмутация. Енергията на възбуденото ядро може да се излъчи като гама-лъчи при процеса на гама-разпад или да се изгуби при взаимодействие на ядрото с орбитален електрон, изхвърляйки го от атома в процеса на вътрешна конверсия.
Друг вид радиоактивен разпад води до появата на продукти, които са променливи – представляват два или повече фрагмента от първоначалното ядро с няколко възможни маси. Такъв разпад, наричан спонтанно ядрено делене, се наблюдава, когато голямо нестабилно ядро спонтанно се разцепва на две (понякога и три) по-малки производни ядра, което обикновено води до излъчването на гама-лъчи, неутрони или други частици.
На Земята се срещат в природата 28 радиоактивни химични елемента с 34 радионуклида (6 от елементите имат по два различни радионуклида), формирани още преди образуването на Слънчевата система. Тези 34 нуклида се наричат естествени изотопи. Известни примери са уранът и торият, но между тях има и изотопи с дълъг живот, като калий-40. Други около 50 радионуклида с кратък живот, като радият и радонът, които се срещат на Земята, са продукт на вериги на радиоактивен разпад, в началото на които е естествен изотоп, или на продължаващи космогенни процеси, като формирането в атмосферата на въглерод-14 от азот-14 под действието на космически лъчи. Радионуклидите могат и да се създават изкуствено в ускорители на частици или ядрени реактори – по този начин са получени към 650 изотопа с период на полуразпад повече от час и няколко хиляди с по-кратък период на полуразпад.