Открытие радиоактивности в 1896 г. стало переворотом в науке. Французский физик Анри Беккерель исследовал фосфоресценцию (свечение) солей урана. Его интересовало, могут ли открытые незадолго до этого Х-лучи (рентгеновские лучи) излучаться телами, в которых наблюдается явление фосфоресценции под действием солнечного облучения. Беккерель подверг кристаллы солей урана сильному солнечному облучению и поместил их на фотопластинку, которую завернул в черную бумагу. После проявления фотопластинки на ней были видны контуры образца. «Очевидно, урановая соль испускает какие-то лучи, которые проходят сквозь бумагу
и засвечивают фотопластинку. Интересно, связано ли это с фосфоресценцией?» - подумал ученый.
В пасмурный день, когда провести очередной опыт не удалось, ученый спрятал препарат в ящик. На фотопластинке, завернутой в черную бумагу, лежал медный крест, а на нем -препарат из двойного сульфата калия и урана. Проявив пластинку, Бекке-рель неожиданно увидел, что на ней образовался четкий контур креста. Значит, излучение происходит в темноте и без предварительного освещения соли урана солнечными лучами.
Необычным было то, что излучение подобно Х-лучам имеет чрезвычайную проникающую способность.
В 1898 г. Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри после продолжительной и упорной работы выделили из урановой руды новые химические элементы - Радий и Полоний (рис. 249), которые подобно Урану спонтанно (самопроизвольно) испускали невидимые лучи, но в несколько тысяч раз интенсивнее.
В 1899 г. Резерфорд исследовал прохождение лучей, открытых Беккере-лем, сквозь сильное магнитное поле и установил, что «излучение урана является сложным и образуется по крайней мере из двух разных видов». Он наблюдал, что пучок лучей, выходящий из источника, в магнитном поле расщеплялся: один из его компонентов отклонялся от начального направления в одну сторону, а другой - в противоположную. Это означало, что лучи переносят электрический заряд разных знаков. Тот, который переносил положительный заряд, отклонялся на меньший угол и сильно поглощался, он назвал «-излучением, а тот, который переносил отрицательный заряд, отклонялся на больший угол и больше проникал, - ^-излучением.
Важным свойством этого излучения оказалась его полная независимость от внешних условий: освещенности, температуры, давления, электрического и магнитного полей и т. п. Свойство самопроизвольно (спонтанно) испускать излучение назвали радиоактивностью, а вещества, испускающие такое излучение, - радиоактивными.
В 1900 г. французский ученый Поль Вийяр показал, что существует и третья составляющая излучения урана с очень высокой проникающей способностью, не отклоняющаяся в магнитном поле (рис. 250). Ее назвали третьей буквой греческого алфавита - у-излучением. Резерфорд своими знаменитыми опытами доказал, что а-излучение состоит из относительно тяжелых частиц, которые оказались ядрами атомов Гелия.
Электроны, летящие с большой скоростью, называют Р-частицами, ядра атомов Гелия - «.-частицами. По своей природе у-лучи подобны рентгеновским лучам, видимому свету и радиоволнам, но имеют значительно меньшую длину волны и очень большую проникающую способность.
Отличительным признаком а-частиц является их огромная энергия. Радиоактивные вещества излучают а-частицы разной определенной энергии. Чаще всего радиоактивное вещество излучает не одну, а несколько групп а-частиц, каждой из которых присущи определенные значения начальной энергии.
Пролетая сквозь вещество, а-частица постепенно теряет энергию, расходуя ее на ионизацию молекул вещества, и, в конце концов, останавливается. Чем больше плотность вещества, тем короче путь частиц до остановки. Так, в воздухе при нормальном давлении путь частицы равен нескольким сантиметрам. В твердом веществе путь частиц составляет всего несколько десятков микрон (а-частицы задерживаются обычным листом бумаги).
Излучение Р-частиц является потоком электронов. В отличие от а-ча-стиц значения их энергии лежат в пределах от нуля до определенного максимального значения Еы. Максимальная энергия Ем является характерной постоянной для данного химического элемента.
Из-за относительно малой массы Р-частиц при прохождении сквозь вещество возможны отклонения их на значительный угол - рассеивание в разные стороны. Траектории Р-частиц в веществе очень изломанны. Однако суммарная толщина слоя, на которую Р-частица проникает в вещество, в десятки раз превышает пробег а-частиц.
Отсутствие отклонений в электрическом и магнитном полях, огромная проникающая способность у-лучей указывали на то, что по своей природе они аналогичны рентгеновским лучам.
Проникающая способность у-лучей увеличивается с уменьшением длины волны у-излучения и уменьшается с ростом плотности вещества-поглотителя.
Радиоактивность — это явление спонтанного (самопроизвольного) превращения неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента, сопровождающееся излучением различных частиц и электромагнитных волн.
Природа радиоактивных излучений указывает на то, что их причиной является самопроизвольный распад атомных ядер радиоактивных элементов. При этом одни ядра испускают лишь а-частицы, другие - Р-частицы. Есть радиоактивные ядра, испускающие оба вида частиц. Большинство ядер одновременно испускают и у-лучи и т. п.
Исследуя превращения радиоактивных веществ, ученые установили, что интенсивность излучения одних веществ уменьшается со временем быстро, других - намного медленнее. Для каждого радиоактивного вещества существует определенное время, в течение которого количество его атомов уменьшается вдвое. Этот интервал называют периодом полураспада Т.
Период полураспада — это интервал времени, в течение которого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается в два раза.
Пусть в начальный момент времени (t — 0) количество радиоактивных атомов равно N0. Через время, равное периоду полураспада Т, число
атомов будет составлять, по определению,
Через время, равное двум
периодам полураспада, их будет
через п периодов полураспада
радиоактивных атомов останется
Поскольку
Это выражение называют законом радиоактивного распада, он устанавливает зависимость числа радиоактивных атомов вещества от времени распада. Его открыли в 1902 г. Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди.
График этой зависимости приведен на рисунке 251.
Период полураспада - физическая величина, характеризующая скорость радиоактивного распада.
Скоростью радиоактивного распада, или активностью радиоактивного вещества, называют число распадов, происходящих за единицу времени.
Из закона радиоактивного распада следует, что активность прямо пропорциональна количеству ядер или массе препарата и обратно пропорциональна периоду полураспада.
Чем меньше период полураспада, тем короче время жизни атомов, тем быстрее происходит распад. Для разных веществ его значения значительно отличаются.
ВОПРОСЫ К ИЗУЧЕННОМУ
1. Что понимают под радиоактивностью?
2. Каким способом можно разделить радиоактивное излучение на составляющие?
3. Объясните физическую природу а-, р- и у-излучения.
4. Какие превращения происходят в веществе в результате радиоактивного излучения?
5. Что такое период полураспада?
Это материал учебника Физика 9 класс Сиротюк