Эксперименты с радиоактивными элементами



Сложный состав радиоактивного излучения был обнаружен при помощи простого эксперимента. Образец урана поместили в свинцовый ящик с небольшим отверстием. Напротив отверстия поставили магнит. Было зафиксировано, что излучение «разделилось» на 2 части. Одна из них отклонилась в сторону северного полюса, а другая - в сторону южного. Первую назвали альфа-излучением, а вторую - бета-излучением. В то время не знали, что существует и третий тип, гамма-кванты. Они не реагируют на магнитное поле.


Альфа-распад



Альфа-распад - это испускание ядром определенного химического элемента положительно заряженного ядра гелия. При этом работает закон смещения, и он превращается в другой элемент с другим зарядовым и массовым числом. Зарядовое число уменьшается на 2, а массовое - на 4. Ядра гелия, вылетевшие из ядра в процессе распада, называют альфа-частицами. Впервые их обнаружил Эрнест Резерфорд в своих опытах. Он же открыл возможность превращений одних элементов в другие. Это открытие стало поворотным моментом во всей ядерной физике.

Альфа-распад характерен для химических элементов, у которых имеется не менее 60 протонов. В этом случае радиоактивное превращения ядра будет энергетически выгодным. Средняя энергия, освобождающаяся при альфа-распаде, лежит в интервале от 2 до 9 МэВ. Почти 98% от этой энергии уносит с собой ядро гелия, остальная приходится на отдачу материнского ядра при распаде.

Период полураспада альфа-излучателей принимает различные значения: от 0,00000005 сек до 8000000000 лет. Такой большой разброс объясняется потенциальным барьером, существующим внутри ядра. Он не позволяет частице вылететь из него, даже если это будет энергетически выгодно. Согласно представлениям классической физики, альфа-частица вообще не может преодолеть потенциальный барьер, так как ее кинетическая энергия очень мала. Квантовая механика ввела свои коррективы в теорию альфа-распада. С некоторой долей вероятности частица все-таки может проникнуть сквозь барьер, несмотря на нехватку энергии. Такой эффект называется туннельным. Был введен коэффициент прозрачности, определяющий вероятность прохождения частицы через барьер.

Большой разброс периодов полураспада альфа-излучающих ядер объясняется разной высотой потенциального барьера (т.е. энергией для его преодоления). Чем выше барьер, тем больше период полураспада.