Радиоактивность

Радиоактивность

Явление самопроизвольного превращения неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно другого элемента) (процесс радиоактивного распада) путем излучения $γ$-квантов, элементарных частиц или ядерных фрагментов. Эти потоки частиц иногда называют ядерным излучением.

Искусственная радиоактивность

Важным событием в исследованиях ядерных реакций было открытие искусственной радиоактивности в 1934 г. супругами физиков Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Исследуя действие $α$-частиц природного радиоактивного полония на ядра алюминия в камере Вильсона с магнитным полем, они обнаружили излучение нейтронов и позитронов. Это излучение, очевидно, образовалось в процессе такой ядерной реакции:

${}_{13}^{27}Al+{}_{2}^{4}He\to {}_{0}^{1}n+{}_{1}^{0}e+{}_{14}^{30}Si$

Открытие состояло в том, что после удаления из камеры источника α-частиц излучения нейтронов сразу прекращалось, а излучение позитронов продолжалось. Алюминиевая фольга оставалась радиоактивной, а интенсивность излучения позитронов со временем уменьшалось по экспоненциальному закону, как в естественной радиоактивности.

Супруги Жолио-Кюри доказали, что данная ядерная реакция происходит в два этапа с образованием промежуточного радиоактивного нуклида фосфора, а именно:

${}_{13}^{27}Al+{}_{2}^{4}He\to {}_{0}^{1}n+{}_{15}^{30}P$

${}_{15}^{30}P\to {}_{1}^{0}e+{}_{14}^{30}Si$

Период полураспада этого искусственно полученного радиоактивного фосфора $τ$ = 2,56 мин.

Впоследствии итальянский физик Э. Ферми открыл искусственные радиоактивные изотопы, которые излучали электроны. Такими, например, являются нуклиды натрия, магния и алюминия, образующиеся при облучении алюминия нейтронами, а именно:

${}_{13}^{27}Al+{}_{0}^{1}n\to {}_{2}^{4}He+{}_{11}^{24}Na$

${}_{13}^{27}Al+{}_{0}^{1}n\to {}_{1}^{1}H+{}_{12}^{27}Mg$

Периоды полураспада получаемых радиоактивных нуклидов таковы: $^{24}Na$ – 14,9 ч; $^{27}Mg$ – 9,41 мин; $^{28}А1$– 2,31 мин.

В 1949 г. Английский физик Дж. Дж. Томпсон и другие открыли искусственные радиоактивные изотопы золота и ртути, которые давали α-излучение Позже с помощью ядерных реакций было получено немало других α-активных искусственных радионуклидов: самарий – 146, европий – 147, гадолиний – 148, – 149, – 150 и т. п.

Как и было предусмотрено супругами Жолио-Кюри, радиоактивные изотопы – это результат ядерных реакций.

С 1934 г. И до наших дней добыто более 800 различных радиоактивных изотопов всех известных элементов, от водорода до урана, и изотопов 10 новых, трансурановых элементов.

Применение радиоактивности

Получение искусственных радиоактивных изотопов является большим достижением науки. Они получили широкое применение на практике. Поскольку радиоактивный нуклид нетрудно обнаружить на фотопластинке или специальными счетчиками и датчиками, радиоактивные изотопы позволяют исследовать ход различных физических, химических и биологических процессов по методу меченых атомов.

Например, в металлургии они помогли выяснить, что сера, которая попадает из примесей руды, снижает качество стали, а сера с примесью кокса не портит ее. Добавляя к воздуху меченые атомы, удалось точно определить продолжительность прохождения продувочного воздуха через всю систему доменной печи.

В технике меченые атомы позволили изучить выгодный режим работы токарных резцов, определить выработку их в зависимости от скорости резания и формы резца. При большей степени износа резца с добавлением меченых радиоактивных изотопов вырабатывалась (и регистрировалась) радиоактивная стружка.

В агробиологии введение радиоактивных компонентов в состав минеральных удобрений позволило проследить их движение в почве, а затем и в растениях.

В медицине с накоплением радиоактивного йода или фосфора в раковых клетках обнаруживают злокачественные опухоли, а также возможные их остатки после хирургической операции. Специалисты используют терапевтические гамма-установки с радиоактивным кобальтом, предназначенные для лечения раковых опухолей.

$γ$-Кванты разрушают клетки опухоли сильнее, чем клетки здорового тела, поскольку раковые клетки чужеродны в организме и менее приспособлены к восстановлению.

В дефектоскопии металлических изделий вместо рентгеновских лучей и сложной аппаратуры для выявления дефектов используют $γ$-лучи радиоактивных изотопов, которые имеют большую проникающую способность, чем рентгеновские лучи.

$γ$-Кванты радиоактивного кобальта-60 позволяют проводить дефектоскопию металлических деталей до 20-30 см толщиной.

Для этого с одной стороны детали размещают радиоактивный кобальт, а с другой – фотопленку или детектор. На проявленной фотопленке (или на изображении электронного детектора) можно обнаружить внутренние дефекты изделия. Этот метод также очень удобный для контроля качества электросварки металлов.

Нужна работа по низкой цене? У нас вы можете заказать статью по физике недорого!

Тест по теме «Радиоактивность»