Физические основы получения атомной энергии - страница 14

Альфа-распад ведет на этой диаграмме к смещению влево вниз, а бета-распад к смещению по горизонтали вправо.

Ряд имеет разветвления, обусловленные тем, что одно и то же вещество может обладать и альфа- и бета-активностью. Например, атомы RaC (разновидности висмута) способны превращаться либо в RaC' (разновидность полония) путем бета-распада, либо в RaC'' (разновидность таллия) путем альфа-распада. Затем RaC' претерпевает альфа-распад, a RaC'' — бета-распад. В итоге оба эти распада ведут к возникновению одного и того же вещества RaD, являющегося разновидностью свинца.

Прежде всего следует указать, что атомы радиоактивных элементов распадаются не одновременно все сразу, а как бы по очереди: один, потом другой, третий и т. д. Но рано или поздно все радиоактивные атомы распадаются, превращаясь в более устойчивые атомы.

Процесс этот происходит с определенной для каждого вещества скоростью, которую невозможно ни увеличить, ни уменьшить. У каждого радиоактивного вещества распадается в единицу времени вполне определенная часть (доля) общего числа его атомов.

Число атомов, распадающихся в единицу времени, зависит, разумеется, от начального количества атомов, то есть от начальной массы радиоактивного вещества. Чем меньше взято вещества, тем меньше в нем атомов и тем меньше будет число распадающихся атомов. Так, например, в грамме радия распадается в течение секунды 37∙10^>9 (37 млрд.) атомов. Если же взять ½ г, то число распадающихся за то же время атомов уменьшится вдвое. Но доля распадающихся атомов не изменится и будет для данного радиоактивного вещества постоянной величиной, за что ее и называют постоянной распада.

Постоянную распада λ для радия мы найдем, если 37∙10^>9 разделим на число атомов, содержащихся в грамме радия, приблизительно равное 27∙10^>20:

Эта малая дробь показывает, что в секунду из каждых 10 триллионов атомов радия распадается всего 137 атомов.

Постоянная распада зависит от устойчивости атомных ядер и у различных радиоактивных веществ имеет свои разные значения. Чем больше постоянная распада, тем быстрее уменьшается первоначальное количество атомов. Время, в течение которого распадается половина атомов данного радиоактивного вещества, обозначается Т и называется периодом полураспада. Этой величиной и характеризуется на практике скорость радиоактивного распада.

Радиоактивные вещества обладают различными периодами полураспада: от малых долей секунды до многих миллиардов лет.

Период полураспада урана 238 составляет 4,5 млрд. лет, радия — около 1590 лет, кобальта 60 — 5,2 года, радона — менее четырех дней. Если взять, например, 1 г радия, то через 1590 лет его останется полграмма, а вторые полграмма распадутся, превращаясь в конечном счете в ядра атомов свинца 206. Еще через 1590 лет радия останется четверть грамма и т. д.

Поскольку количество радиоактивного вещества за один период полураспада уменьшается до половины, постольку очевидно, что по истечении, например, пяти периодов количество вещества уменьшится до 1/2^>5=0,03, что составит 3% начального количества.

Количество атомов, распадающихся за одну секунду, называется активностью радиоактивного вещества. Чем больше имеется атомов радиоактивного вещества, то есть чем больше количество этого вещества, тем больше активность. Если имеется N_>0 радиоактивных атомов и известна постоянная распада λ, то активность а определится произведением

Вследствие распада число нераспавшихся атомов радиоактивного вещества непрерывно уменьшается. Соответственно этому происходит уменьшение активности вещества. Распад атомов с испусканием альфа- и бета-частиц сопровождается в большинстве случаев гамма-излучением.

Один грамм радия испускает в секунду 37 млрд. альфа-частиц, так как за это время в нем совершается 37 млрд. распадов. С уменьшением количества радия уменьшается и число альфа-частиц, происходит, следовательно, ослабление радиоактивного излучения, испускаемого веществом. После пяти периодов активность становится равной 3% первоначальной. По истечении десяти периодов активность снижается до 1/2