1

5.1 ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Подобно химическим системам ЯДЕРНЫЕ СИСТЕМЫ МОГУТ НАХОДИТЬСЯ НЕ ТОЛЬКО В УСТОЙЧИВОМ, но и В НЕУСТОЙЧИВОМ СОСТОЯНИЯХ. НЕУСТОЙЧИВЫЕ ЯДЕРНЫЕ СИСТЕМЫ НАЗЫВАЮТСЯ РАДИОАКТИВНЫМИ. РАДИОАКТИВНЫЕ ЯДРА ПЕРЕХОДЯТ В БОЛЕЕ УСТОЙЧИВОЕ СОСТОЯНИЕ или более устойчивые ядра В РЕЗУЛЬТАТЕ САМОПРОИЗВОЛЬНОГО (СПОНТАННОГО) РАСПАДА, называемого РАДИОАКТИВНЫМ РАСПАДОМ. Он осуществляется ЗА СЧЕТ ПРОТЕКАНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ, так как ЭНЕРГИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЯДЕР БОЛЬШЕ ЭНЕРГИИ ЯДЕР, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ РАСПАДА. Разность энергий системы можно вычислить при помощи СООТНОШЕНИЯ ЭЙНШТЕЙНА: Е = mc 2, (5.1) где m – масса; m – дефект массы; Е – энергия; с – скорость света. 2

3 Видно, что РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД СОПРОВОЖДАЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ МАССЫ, а КОЛИЧЕСТВЕННО НЕУСТОЙЧИВОСТЬ РАДИОАКТИВНЫХ ЯДЕР А Z С МАССОЙ М можно ВЫРАЗИТЬ СООТНОШЕНИЕМ: Е = [А – Z·M П – (A – Z) M Н ]· 931 МэВ,(2.2) где М П и М Н – соответственно массы протона и нейтрона; Z и А – порядковые и массовые числа; 931 МэВ – энергия, эквивалентная одной атомной единице массы (1 эВ = Дж / моль или Дж / г-атом). Таким образом, НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ЯДЕР СВЯЗАНА С НЕРАВНОВЕСНЫМ ЗНАЧЕНИЕМ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЧИСЛОМ НЕЙТРОНОВ И ПРОТОНОВ В НИХ. НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР, т.е. ЯДЕР С БОЛЬШИМ ЗАРЯДОМ, ВЫЗЫВАЕТСЯ, кроме того, НЕПРЕРЫВНЫМ РОСТОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ОТТАЛКИВАНИЯ МЕЖДУ ПРОТОНАМИ. РАДИОАКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ – ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, ВСЕ ИЗОТОПЫ КОТОРОГО РАДИОАКТИВНЫ. Следовательно, РАДИОАКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ – ЭТО ВИД РАДИОАКТИВНЫХ АТОМОВ С ОДИНАКОВЫМ ЗАРЯДОМ ЯДРА.

4 Различные ИЗОТОПЫ ОДНОГО ХИМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА ИМЕЮТ ОДИНАКОВЫЙ ЗАРЯД ЯДРА, но ОТЛИЧАЮТСЯ ДРУГ ОТ ДРУГА АТОМНОЙ МАССОЙ: 235 U 92 и 238 U 92, ЯДРА АТОМОВ РАЗЛИЧАЮТСЯ КОЛИЧЕСТВОМ НЕЙТРОНОВ. В общем случае принято ОБОЗНАЧЕНИЕ: А Элемент Z, где Z – АТОМНЫЙ НОМЕР (порядковый номер) ЭЛЕМЕНТА; А – АТОМНАЯ МАССА ЭЛЕМЕНТА (массовое число). РАДИОАКТИВНОСТЬ – СПОСОБНОСТЬ ЯДЕР РАСПАДАТЬСЯ САМОПРОИЗВОЛЬНО, БЕЗ какого-либо ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, ПРЕВРАЩАЯСЬ при этом В ЯДРА АТОМОВ ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ. При этом СКОРОСТЬ РАСПАДА для каждого РАДИОАКТИВНОГО ИЗОТОПА ПОСТОЯННА и НЕ ЗАВИСИТ НИ ОТ КАКИХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ (ни экстремальные температуры и давления, ни электрические и магнитные поля и др.). РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОБЛАДАЮТ ДВУМЯ ОСОБЕННОСТЯМИ, делающими их более простыми по сравнению с химическими превращениями. ПЕРВАЯ ОСОБЕННОСТЬ заключается в том, что ДЛЯ ВСЕХ ТИПОВ РАДИОАКТИВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ СПРАВЕДЛИВ ОДИН КИНЕТИЧЕСКИЙ ЗАКОН. ВТОРАЯ ОСОБЕННОСТЬ состоит в том, что КОЛИЧЕСТВО ТИПОВ РАДИОАКТИВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ОЧЕНЬ ОГРАНИЧЕНО.

5 5.2 ЗАКОНЫ И ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА ЗАКОНЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА КАЖДЫЙ РАДИОЭЛЕМЕНТ МОЖНО ОХАРАКТЕРИЗОВАТЬ следующими ОСНОВНЫМИ ПОСТОЯННЫМИ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА: λ, T и τ. ПОСТОЯННАЯ λ представляет собой ВЕРОЯТНОСТЬ ТОГО, ЧТО АТОМ КАКОГО-ЛИБО РАДИОЭЛЕМЕНТА ПОДВЕРГНЕТСЯ РАСПАДУ ЗА ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ. ЧИСЛО АТОМОВ РАДИОЭЛЕМЕНТА, ОСТАВШЕЕСЯ ПО ИСТЕЧЕНИИ ВРЕМЕНИ t, равно: (5.3) где N 0 – ЧИСЛО АТОМОВ ВЕЩЕСТВА С МОМЕНТА НАЧАЛА НАБЛЮДЕНИЯ. Следовательно, т.е. ПОСТОЯННАЯ РАСПАДА λ ЯВЛЯЕТСЯ ВЕЛИЧИНОЙ, ПОКАЗЫВАЮЩЕЙ, КАКАЯ ЧАСТЬ АТОМОВ ДАННОГО РАДИОЭЛЕМЕНТА РАСПАДАЕТСЯ В ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ.

6 Под величиной T 1/2 понимают ПЕРИОД ВРЕМЕНИ, В ТЕЧЕНИЕ КОТОРОГО ПОЛОВИНА ВСЕХ ИМЕЮЩИХСЯ АТОМОВ РАДИОЭЛЕМЕНТА РАСПАДАЕТСЯ. ЕСЛИ в уравнении (5.3) ВЕЛИЧИНУ T ЗАМЕНИТЬ НА T 1/2, то (5.4) ПОСЛЕ СОКРАЩЕНИЯ обеих частей уравнения НА N 0 будем иметь: или ПРОЛОГАРИФМИРОВАВ это выражение, получим: или откуда и.(5.5)

7 Из приведенных уравнений видно, что ПО ИСТЕЧЕНИИ ВРЕМЕНИ nT 1/2 ОСТАЕТСЯ НЕРАСПАВШЕЙСЯ (1/2) n ЧАСТЬ ОТ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА РАДИОЭЛЕМЕНТА. В пределах ошибки большинства определений МОЖНО ПРОДОЛЖИТЬ, что ЗА ПЕРИОД ВРЕМЕНИ, В 10 РАЗ БОЛЬШИЙ ПЕРИОДА ПОЛУРАСПАДА ДАННОГО РАДИОЭЛЕМЕНТА, ОН РАСПАДАЕТСЯ практически НАЦЕЛО. В том случае, ЕСЛИ ПРОИСХОДИТ НЕ РАСПАД, А ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ ЗА ПЕРИОД ВРЕМЕНИ, В 10 РАЗ ПРЕВЫШАЮЩИЙ ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ РАДИОЭЛЕМЕНТА, НАСТУПАЕТ РАДИОАКТИВНОЕ РАВНОВЕСИЕ МЕЖДУ ИСХОДНЫМ И ОБРАЗУЮЩИМСЯ РАДИОЭЛЕМЕНТАМИ. Под ВЕЛИЧИНОЙ τ для атомов данного радиоэлемента ПОНИМАЮТ СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ЖИЗНИ, которое определяется следующим образом. ЧИСЛО АТОМОВ РАДИОЭЛЕМЕНТА, РАСПАДАЮЩИХСЯ В ПРОМЕЖУТОК ВРЕМЕНИ dt, ПОСЛЕ ТОГО КАК РАДИОЭЛЕМЕНТ ПРОЖИЛ ПЕРИОД ВРЕМЕНИ t, РАВНО λΝ t dt или λN 0 e –λt dt. Это выражение дает ЧИСЛО АТОМОВ РАДИОЭЛЕМЕНТА С ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬЮ ЖИЗНИ, РАВНОЙ T; отсюда СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ЖИЗНИ АТОМА:

8 или (5.6) Таким образом, СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ЖИЗНИ АТОМА ДАННОГО РАДИОАКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА τ есть ВЕЛИЧИНА, ОБРАТНАЯ РАДИОАКТИВНОЙ ПОСТОЯННОЙ λ. МЕЖДУ всеми ТРЕМЯ ОСНОВНЫМИ для каждого радиоэлемента ВЕЛИЧИНАМИ λ, Τ 1/2 и τ СУЩЕСТВУЕТ следующие СООТНОШЕНИЕ: (5.7) Вместе с постоянными радиоактивного распада, каждый РАДИОЭЛЕМЕНТ МОЖНО ОХАРАКТЕРИЗОВАТЬ ПО тем ЯДЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЯМ, КОТОРЫЕ ОН ИСПУСКАЕТ. ЕСЛИ данный РАДИОЭЛЕМЕНТ ЯВЛЯЕТСЯ α-ИЗЛУЧАТЕЛЕМ, ТО ДЛЯ его однозначной характеристики, т.е. для КАЧЕСТВЕННОГО ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ПРИСУТСТВИИ ДРУГИХ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ, ДОСТАТОЧНО ТОЧНО ОПРЕДЕЛИТЬ ДЛИНУ ПРОБЕГА R ЕГО α- ЧАСТИЦ В ВОЗДУХЕ при определенной температуре и давлении воздуха.

9 ДЛЯ полной, однозначной ХАРАКТЕРИСТИКИ β-ИЗЛУЧАТЕЛЯ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИСПУСКАЕМЫХ РАДИОЭЛЕМЕНТОМ β-ЧАСТИЦ ПО ЭНЕРГИЯМ; эти же соображения относятся И К РАДИОЭЛЕМЕНТАМ, ИСПУСКАЮЩИМ γ -ИЗЛУЧЕНИЕ. ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА РАДИОАКТИВНЫЕ ЯДРА атомов МОГУТ РАСПАДАТЬСЯ ПО следующим СЕМИ основным ТИПАМ: 1) -РАСПАД; 2) -РАСПАД; 3) -ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ ЯДРОМ АТОМА; 4) -РАСПАД; 5) НЕЙТРОННЫЙ РАСПАД; 6) ПРОТОННЫЙ РАСПАД; 7) СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ. -РАСПАД СХЕМА -РАСПАДА: М Э (1) Z = М-4 Э (2) Z–2 + 4 He 2, (5.8) где Z – число протонов в ядра; M – массовое число элемента.

10 Таким образом, РАДИОАКТИВНОЕ ЯДРО элемента РАСПАДАЕТСЯ С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВОГО ЭЛЕМЕНТА И ЯДРА АТОМА ГЕЛИЯ. Здесь справедливо ПРАВИЛО СМЕЩЕНИЯ ФАЯНСА–СОДДИ: ЭЛЕМЕНТ, ОБРАЗОВАВШИЙСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ -РАСПАДА, ЗАНИМАЕТ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ МЕСТО, ЛЕЖАЩЕЕ НА 2 КЛЕТКИ ЛЕВЕЕ ИСХОДНОГО ЭЛЕМЕНТА В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ. -РАСПАД β-РАСПАД можно ИЗОБРАЗИТЬ СХЕМОЙ: а) A Z A (Z + 1) + е или n p + е б) A Z A (Z – 1) + е + или p n + е + (5.9) Из этой схемы видно, что β-РАСПАД ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ИСПУСКАНИИ РАДИОАКТИВНЫМ ЯДРОМ ЭЛЕКТРОНА ИЛИ ПОЗИТРОНА (β + -ЧАСТИЦЫ) И ОБРАЗОВАНИИ ЯДРА НОВОГО ЭЛЕМЕНТА. Этот ЭЛЕМЕНТ ЯВЛЯЕТСЯ ИЗОБАРОМ РАДИОАКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, так как МАССА ЯДЕР ПРИ β-РАСПАДЕ практически НЕ МЕНЯЕТСЯ, а ЗАРЯД ЯДРА ЛИБО УВЕЛИЧИВАЕТСЯ (β -РАСПАД), ЛИБО УМЕНЬШАЕТСЯ НА ОДНУ ЕДИНИЦУ (β + -РАСПАД).

11 В соответствии с этим, ПРАВИЛО СДВИГА гласит, что ПРИ β- РАСПАДЕ НОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЗАНИМАЕТ в таблице Д.И. Менделеева МЕСТО, ЛЕЖАЩЕЕ НА ОДНУ КЛЕТКУ ПРАВЕЕ (ПРИ β -РАСПАДЕ) ЛИБО НА ОДНУ КЛЕТКУ ЛЕВЕЕ (ПРИ β + -РАСПАДЕ) ИСХОДНОГО ЭЛЕМЕНТА. Природа β-частиц была впервые установлена Пьером и Марией Кюри. β -РАСПАДУ ПОДВЕРГАЮТСЯ ЯДРА, ИМЕЮЩИЕ ИЗБЫТОК НЕЙТРОНОВ, ПРИЧИНОЙ β + -РАСПАДА ЯВЛЯЕТСЯ ИЗБЫТОК ПРОТОНОВ. β-РАДИОАКТИВНОСТЬ БОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕНА ПО СРАВНЕНИЮ С ДРУГИМИ ТИПАМИ. ЭНЕРГИЯ, выделяющаяся ПРИ РАСПАДЕ, РАССЧИТЫВАЕТСЯ из соотношений: МэВ для β, МэВ для β +, (5.10) где Z и A – порядковые и массовые числа; 931 МэВ – энергия, эквивалентная одной атомной единице массы.

12 ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ РАДИОАКТИВНОЕ ЯДРО вместо распада МОЖЕТ ЗАХВАТИТЬ СО СВОИХ БЛИЖАЙШИХ K ИЛИ L ОБОЛОЧЕК ЭЛЕКТРОН по схеме: (5.11) (5.12) Из этой схемы следует, что ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ ЭКВИВАЛЕНТЕН ПОЗИТРОННОМУ РАСПАДУ, так как в том и в другом случае В ЯДРЕ ИМЕЕТСЯ ИЗБЫТОК ПРОТОНОВ, ПЕРЕХОДЯЩИХ В НЕЙТРОНЫ. Поэтому ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ, часто НАЗЫВАЕМЫЙ L- ИЛИ K-ЗАХВАТОМ, как правило, КОНКУРИРУЕТ С ПОЗИТРОННЫМ РАСПАДОМ. ЗАХВАТ чаще ХАРАКТЕРЕН ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ ИСКУССТВЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, и даже здесь НАБЛЮДАЕТСЯ ЕГО КОНКУРЕНЦИЯ С α-РАСПАДОМ. ЗАХВАТ L-ЭЛЕКТРОНОВ наблюдается РЕЖЕ K-ЗАХВАТА. ОСВОБОЖДАЮЩЕЕСЯ В ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКЕ МЕСТО ЗАХВАЧЕННОГО ЭЛЕКТРОНА ЗАПОЛНЯЕТСЯ ЭЛЕКТРОНОМ С ДРУГОЙ ОБОЛОЧКИ, в результате ПРОИСХОДИТ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ с частотой, соответствующей ЭЛЕКТРОННЫМ ПЕРЕХОДАМ.

13 -РАСПАД ЯДРО АТОМА, как и электрон в атомной оболочке, МОЖЕТ НАХОДИТЬСЯ В РАЗЛИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ, и ЕГО МОЖНО ПЕРЕВЕСТИ В ОДНО ИЗ ВОЗБУЖДЕННЫХ СОСТОЯНИЙ, СООБЩИВ ему ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ ЭНЕРГИЮ. Вскоре ЯДРО ВОЗВРАЩАЕТСЯ В СВОЕ ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ. При этом ЭНЕРГИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ МОЖЕТ БЫТЬ ВЫДЕЛЕНА РАЗЛИЧНЫМ ОБРАЗОМ. ЕСЛИ ОНА МЕНЬШЕ примерно 3 МэВ, то ЕЕ НЕДОСТАТОЧНО ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ПРИВЕСТИ К ИСПУСКАНИЮ ЯДРОМ НУКЛОНА ИЛИ -ЧАСТИЦЫ. В таком случае ИЗБЫТОЧНАЯ ЭНЕРГИЯ ВЫДЕЛЯЕТСЯ В ВИДЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ( ) ИЗЛУЧЕНИЯ. Так как РАЗНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ ЯДРА ВЕЛИКА, то ИЗЛУЧЕНИЕ, ВЫХОДЯЩЕЕ ИЗ ЯДРА, БУДЕТ очень КОРОТКОВОЛНОВЫМ. Речь идет о ЖЕСТКИХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ, которые НАЗЫВАЮТСЯ -ЛУЧАМИ: А Э Z (возб.) = А Э Z +. (2.13) НЕЙТРОННЫЙ РАСПАД НЕЙТРОННЫЙ РАСПАД наблюдается У ЯДЕР, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ДЕЛЕНИИ ЯДЕР ТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

14 ЭТИ НЕЙТРОНЫ ДЛЯ ОТЛИЧИЯ ОТ НЕЙТРОНОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В МОМЕНТ ДЕЛЕНИЯ, НАЗЫВАЮТ ЗАПАЗДЫВАЮЩИМИ. Процесс испускания запаздывающих нейтронов ПОДЧИНЯЕТСЯ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОМУ ЗАКОНУ. СУЩЕСТВОВАНИЕ НЕЙТРОНОВ как ЧАСТИЦ С МАССОЙ, РАВНОЙ МАССЕ ПРОТОНА И НЕ ИМЕЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА, было ПРЕДСКАЗАНО РЕЗЕРФОРДОМ в 1920 г., а ОТКРЫТИЕ НЕЙТРОНОВ ПРИНАДЛЕЖИТ ЧЕДВИКУ (1932 г.). НЕЙТРОН является неустойчивой частицей, ПОДВЕРГАЮЩЕЙСЯ РАСПАДУ с периодом 12,5 мин. ПО СХЕМЕ: n p + e –.(5.14) ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ НЕЙТРОНОВ В ВЕЩЕСТВЕ ИХ ЭНЕРГИЯ РАССЕИВАЕТСЯ В ПРОЦЕССЕ УПРУГОГО И НЕУПРУГОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ЯДРАМИ, т.е. происходит ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ. ЗАМЕДЛЕНИЕ может проходить ДО «ТЕПЛОВЫХ» ЗНАЧЕНИЙ ЭНЕРГИИ НЕЙТРОНОВ ( 0,025 эВ). КОНЕЧНЫМ РЕЗУЛЬТАТОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ является ЗАХВАТ НЕЙТРОНОВ ЯДРАМИ, который ПРОИСХОДИТ весьма ЛЕГКО ИЗ-ЗА ОТСУТСТВИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БАРЬЕРА ЯДЕР ДЛЯ НЕЙТРОНОВ.

15 ПРОТОННЫЙ РАСПАД ПРОТОННЫЙ РАСПАД, как и электронный захват, ХАРАКТЕРЕН ДЛЯ ЯДЕР, ИМЕЮЩИХ ИЗБЫТОК ПРОТОНОВ. Экспериментально этот вид распада обнаружен в 1962 г. советскими физиками. ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОТОНОВ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПУТЕМ ТУННЕЛЬНОГО ЭФФЕКТА ПО АНАЛОГИИ С ВЫДЕЛЕНИЕМ α-ЧАСТИЦ. ПРОТОННЫЙ РАСПАД может осуществляться и ПО МЕХАНИЗМУ так называемой «ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЙ ПРОТОННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ». В этом случае ЯДРО ВНАЧАЛЕ ПРЕТЕРПЕВАЕТ ПОЗИТРОННЫЙ (β + ) РАСПАД, в результате которого ОБРАЗУЮЩАЯСЯ ЭНЕРГИЯ ЗАХВАТЫВАЕТСЯ ОДНИМ ИЗ ИЗБЫТОЧНЫХ ПРОТОНОВ, при этом ПРОТОН ПОКИДАЕТ ЯДРО. Здесь ПРОТОННЫЙ РАСПАД СОПРОВОЖДАЕТ ПОЗИТРОННЫЙ, причем ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА ДЛЯ ОБОИХ РАСПАДОВ ОДИНАКОВЫЙ. Взаимодействие протонов с веществом среды аналогично взаимодействию α-частиц. СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ – это ЯВЛЕНИЕ, КОГДА АТОМНОЕ ЯДРО САМОПРОИЗВОЛЬНО РАСПАДАЕТСЯ НА ДВА ЯДРА РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

16 Это ЯВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРНО ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ и СОПРОВОЖДАЕТСЯ ВЫДЕЛЕНИЕМ НЕЙТРОНОВ. СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРНО ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР. ДЛЯ КАЖДОГО ТИПА ЯДЕР ХАРАКТЕРНО СРЕДНЕЕ ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ, ВЫДЕЛЯЕМОЕ В ПРОЦЕССЕ КАЖДОГО АКТА СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ. СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ СОПРОВОЖДАЕТСЯ ВЫДЕЛЕНИЕМ БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА ЭНЕРГИИ, СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ДЕФЕКТУ МАСС, и АНАЛОГИЧНО ДЕЛЕНИЮ ЯДЕР ПРИ ВНЕШНЕМ ВОЗДЕЙСТВИИ. 5.3 ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ УРАН И ТОРИЙ были известны задолго до открытия радиоактивности, они широко распространены в природе, СОДЕРЖАТСЯ В РУДАХ, ГОРНЫХ ПОРОДАХ, ПОЧВАХ, ВОДЕ РЕК И МОРЕЙ, В ЖИВОТНЫХ И РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМАХ. ПЕРИОДЫ ПОЛУРАСПАДА РЯДА ПРИРОДНЫХ ИЗОТОПОВ УРАНА И ТОРИЯ НАСТОЛЬКО ВЕЛИКИ, что они СОХРАНИЛИСЬ В ЗЕМНОЙ КОРЕ С МОМЕНТА ЕЕ ОБРАЗОВАНИЯ. ИЗОТОПЫ УРАНА И ТОРИЯ ЯВЛЯЮТСЯ РОДОНАЧАЛЬНИКАМИ ТРЕХ СЕМЕЙСТВ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Все ОСТАЛЬНЫЕ ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВСТРЕЧАЮТСЯ В ПРИРОДЕ КАК ПРОДУКТЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА УРАНА И ТОРИЯ.

17 В СТАРЫХ, не подвергшихся действию тех или иных химических реагентов МИНЕРАЛАХ И РУДАХ, ИМЕЕТ МЕСТО РАДИОАКТИВНОЕ РАВНОВЕСИЕ, при котором СООТНОШЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОТВЕЧАЕТ ЗАКОНУ РАДИОАКТИВНОГО РАВНОВЕСИЯ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, их выветривания, ПРОИСХОДИТ МИГРАЦИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ и НАРУШАЕТСЯ РАДИОАКТИВНОЕ РАВНОВЕСИЕ. РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ОТДЕЛЕННЫЕ ОТ МАТЕРИНСКОГО ЭЛЕМЕНТА – УРАНА И ТОРИЯ – ПОСТЕПЕННО РАСПАДАЮТСЯ. КОРОТКОЖИВУЩИЕ – БЫСТРО ИСЧЕЗАЮТ и ОСТАЮТСЯ лишь такие, как 230 Th, 231 Pa и Ra 226. ДОЛГОЖИВУЩИЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОБРАЗУЮТ ВТОРИЧНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ, например, ЧЕРНЫЕ ГЛИНЫ и ВОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ, СОДЕРЖАЩИЕ РАДИЙ. РАДИЙ содержится В ПОЧВАХ, В ВОДАХ МОРЕЙ и РЕК. ИЗ-ЗА ШИРОКОЙ РАСПРОСТРАНЕННОСТИ Ra В ПРИРОДЕ в водоемах и воздухе СОДЕРЖАТСЯ ПРОДУКТЫ ЕГО РАСПАДА – ИЗОТОПЫ РАДОНА (ЭМАНАЦИИ): РАДОН, ТОРОН и АКТИНОН. Во взвешенном состоянии В ВОЗДУХЕ ИЛИ в растворенном состоянии В ВОДЕ имеются ПРОДУКТЫ РАСПАДА ЭМАНАЦИЙ: ИЗОТОПЫ ТАЛЛИЯ, СВИНЦА, ВИСМУТА, ПОЛОНИЯ и АСТАТА.

18 Из почвы природные радиоактивные элементы попадают в растения, а из растений в животные организмы. СОДЕРЖАНИЕ УРАНА В РАСТЕНИЯХ составляет 10 –5 – 10 –8 %, РАДИЯ – 10 –12 %. СОДЕРЖАНИЕ РАДИЯ В ЖИВОТНЫХ ОРГАНИЗМАХ составляет около 10 –13 %. В РАДИОАКТИВНЫХ СЕМЕЙСТВАХ и, следовательно, В РУДАХ УРАНА И ТОРИЯ есть ИЗОТОПЫ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОРЯДКОВЫМИ НОМЕРАМИ 85 И 87. Кроме урана, тория и продуктов их распада В ПРИРОДЕ НАЙДЕНЫ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ таких химических элементов, как, например, КАЛИЙ, КАЛЬЦИЙ, РУБИДИЙ, ОЛОВО и др. Следовательно, МНОГИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОБЛАДАЮТ РАДИОАКТИВНОСТЬЮ. Среднее СОДЕРЖАНИЕ ИХ В ЗЕМНОЙ КОРЕ составляет ОКОЛО 0,1 %. Поэтому В РАСТЕНИЯХ И ЖИВОТНЫХ ОРГАНИЗМАХ наряду с НЕБОЛЬШИМ СОДЕРЖАНИЕМ УРАНА, ТОРИЯ, РАДИЯ И ПРОДУКТОВ ИХ РАСПАДА СОДЕРЖАТСЯ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ ДРУГИХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, например, ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ КОЛИЧЕСТВА РАДИОАКТИВНОГО ИЗОТОПА КАЛИЯ- 40.

РАДИОАКТИВНЫЕ СЕМЕЙСТВА ВСЕ встречающиеся в природе ЭЛЕМЕНТЫ С АТОМНЫМ НОМЕРОМ БОЛЕЕ 83 (Bi) – РАДИОАКТИВНЫ. ОНИ представляют собой ЗВЕНЬЯ ЦЕПЕЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ. ЭЛЕМЕНТЫ КАЖДОЙ ЦЕПИ ОБРАЗУЮТ РАДИОАКТИВНОЕ СЕМЕЙСТВО ИЛИ РАДИОАКТИВНЫЙ РЯД. РАДИОАКТИВНЫЕ СЕМЕЙСТВА – ЭТО ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЕ РЯДЫ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ, в которых КАЖДЫЙ ПОСЛЕДУЮЩИЙ ИЗОТОП ВОЗНИКАЕТ ИЗ ПРЕДЫДУЩЕГО В РЕЗУЛЬТАТЕ - ИЛИ -ПРЕВРАЩЕНИЯ. РАДИОАКТИВНЫЕ СЕМЕЙСТВА были ОБНАРУЖЕНЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ РАДИОАКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С АТОМНЫМИ НОМЕРАМИ 81–84, 86, 88–92. Оказалось, что ОКОЛО 40 ПРИРОДНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ ЭТИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЯВЛЯЮТСЯ ЧЛЕНАМИ ТРЕХ РАДИОАКТИВНЫХ СЕМЕЙСТВ, НАЗВАННЫХ ПО ДОЛГОЖИВУЩЕМУ РОДОНАЧАЛЬНИКУ РЯДА, т.е. РОДОНАЧАЛЬНИКАМИ ВСЕХ СЕМЕЙСТВ СЛУЖАТ ИЗОТОПЫ - ИЗЛУЧАТЕЛИ С достаточно большими ПЕРИОДАМИ ПОЛУРАСПАДА, СРАВНИМЫМИ С ВОЗРАСТОМ ЗЕМЛИ. ИСКЛЮЧЕНИЕ составляет искусственный элемент Np, ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА которого 2, ЛЕТ.

20 Это НАМНОГО МЕНЬШЕ ВОЗРАСТА ЗЕМЛИ, поэтому Np ОТСУТСТВУЕТ В ПРИРОДЕ. ПРИ -РАСПАДЕ АТОМНАЯ МАССА (массовое число) ИЗМЕНЯЕТСЯ НА 4 ЕДИНИЦЫ, а ПРИ -РАСПАДЕ ИЗМЕНЕНИЕ МАССЫ пренебрежительно МАЛО. Поэтому АТОМНЫЕ МАССЫ ЭЛЕМЕНТОВ ВНУТРИ каждого СЕМЕЙСТВА КРАТНЫ (4n + x). Известно 4 СЕМЕЙСТВА: 1) 4n – СЕМЕЙСТВО ТОРИЯ ( 232 Th 90 ), T 1/2 = 1, лет; 2) (4n +1) – СЕМЕЙСТВО НЕПТУНИЯ ( 237 Np 93 ), T 1/2 = 2, лет; 3) (4n + 2) – СЕМЕЙСТВО УРАНА ( 238 U 92 ), T 1/2 = 4, лет; 4) (4n + 3) – СЕМЕЙСТВО АКТИНОУРАНА ( 235 U 92 ), T 1/2 = 7, лет. Во всех семействах КОНЕЧНЫЙ ПРОДУКТ СТАБИЛЬНЫЙ ИЗОТОП СВИНЦА, ИСКЛЮЧЕНИЕ составляет СЕМЕЙСТВО НЕПТУНИЯ, ЗАКАНЧИВАЮЩЕЕСЯ СТАБИЛЬНЫМ ИЗОТОПОМ 209 Bi (рис. 5.1–5.4). В ТРЕХ ПРИРОДНЫХ СЕМЕЙСТВАХ имеются ИЗОТОПЫ ЭЛЕМЕНТА 86, являющегося РАДИОАКТИВНЫМ ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ РАДОНОМ (иногда называемым ЭМАНАЦИЕЙ).

21 Рис Семейство тория (4n)

22 Рис Семейство нептуния (4n+1)

23 Рис Семейство урана (4n+2 )

24 Рис Семейство урана (4n+3)

25 Это различные ИЗОТОПЫ ИНЕРТНОГО РАДИОАКТИВНОГО ГАЗА РАДОНА: РАДОН (T 1/2 = 3,825 дня) – В СЕМЕЙСТВЕ УРАНА-238, ТОРОН (T 1/2 =54,5 секунд) – В СЕМЕЙСТВЕ ТОРИЯ-232, АКТИНОН (T 1/2 = 3,92 секунд) – В СЕМЕЙСТВЕ УРАНА-235; У СЕМЕЙСТВА Np ТАКОГО ЧЛЕНА РЯДА НЕТ. Элементы тяжелее урана (ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) В ПРИРОДЕ НЕ ОБНАРУЖЕНЫ, потому что ВСЕ ОНИ РАДИОАКТИВНЫ и ИХ ПЕРИОДЫ ПОЛУРАСПАДА НАМНОГО МЕНЬШЕ ВОЗРАСТА ЗЕМЛИ. В РЕАКЦИЯХ ДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР (в реакторах, взрывных устройствах) ОБРАЗУЮТСЯ НОВЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ (U A + B n 0 + Е), ПРЕТЕРПЕВАЮЩИЕ -РАСПАДЫ, но ИХ обычно НЕ НАЗЫВАЮТ СЕМЕЙСТВАМИ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ, НЕ ВХОДЯЩИЕ В РАДИОАКТИВНЫЕ СЕМЕЙСТВА После открытия явления радиоактивности ВСЕ ИЗВЕСТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ БЫЛИ ПРОВЕРЕНЫ НА ЕСТЕСТВЕННУЮ РАДИОАКТИВНОСТЬ. К настоящему времени ИЗВЕСТНО 14 ПРИРОДНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ, НЕ ВХОДЯЩИХ В РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ (табл. 5.1).

26 Таблица 2.1. ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ, НЕ ВХОДЯЩИЕ В РАДИОАКТИВНЫЕ СЕМЕЙСТВА Радиоактив- ный изотоп Тип распада Период полураспада, лет Распространен- ность изотопа, % Стабильный продукт распада 40 K, ЭЗ * 1, , Ca, 40 Ar 50 V, ЭЗ ,24 50 Cr, 50 Ti 87 Rb 5, ,8 87 Sr 115 In ,7 115 Sn 123 TeЭЗ 1, , Sb 138 La ЭЗ, 1, , Ba, 138 Ce 142 Ce , Ba 144 Nd 2, , Ce 147 Sm 1, , Nd 152 Gd 1, ,2 148 Sm 176 Lu , Hf 174 Hf , Yb 187 Re ,9 187 Os 190 Pt , Os * ЭЗ – электронный захват.

27 Из таблицы можно сделать вывод о том, что В ОДНИХ СЛУЧАЯХ ДОЛЯ РАДИОАКТИВНОГО ИЗОТОПА В ПРИРОДНОЙ СМЕСИ ОЧЕНЬ МАЛА, В ДРУГИХ – ОЧЕНЬ ВЕЛИКИ ПЕРИОДЫ ПОЛУРАСПАДА. ЭТО в обоих случаях ЗАТРУДНЯЕТ ИЗМЕРЕНИЕ ПРИРОДНОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ РАДИОАКТИВНОСТЬ, ОБУСЛОВЛЕННАЯ КОСМИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ Попытки обнаружить новые мало интенсивные радиоактивные излучения наталкиваются на ТРУДНОСТИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НАЛИЧИЕМ ФОНА ИЗЛУЧЕНИЯ в каждой лаборатории. Этот ФОН ВЫЗВАН ПРИСУТСТВИЕМ СЛЕДОВ УРАНА, ТОРИЯ, КАЛИЯ или других ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ. В значительной степени ФОН ОБУСЛОВЛЕН также КОСМИЧЕСКИМИ ЛУЧАМИ, представляющими собой НАБОР ПРОТОНОВ, НЕЙТРОНОВ и других ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ. КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ЯВЛЯЕТСЯ ПРИЧИНОЙ ОБРАЗОВАНИЯ еще ДВУХ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ на Земле – ТРИТИЯ ( 3 H 1 ) и РАДИОУГЛЕРОДА ( 14 С 6 ), которые непрерывно ОБРАЗУЮТСЯ В АТМОСФЕРЕ под действием космического излучения на компоненты атмосферы – газообразные азот и кислород.

28 В УРАНОВЫХ РУДАХ, выходящих на поверхность, ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕЙТРОНОВ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ по реакции: ИЗ 238 U в ничтожно малых количествах ОБРАЗУЮТСЯ 239 Np И 239 Pu. ТРИТИЙ ( 3 Т 1, 3 Н 1 ) – это -РАДИОАКТИВНЫЙ ИЗОТОП ВОДОРОДА, ОБРАЗУЮЩИЙСЯ ПО РЕАКЦИИ: 14 N n 0 = 12 C H 1. (5.15) ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА ТРИТИЯ составляет 12,4 ГОДА; В АТМОСФЕРЕ ЕГО КОЛИЧЕСТВО ничтожно мало (~4 10 –15 % АТ. СРЕДИ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА). В ВЕРХНИХ СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ протекают также реакции 2 Н 1 (n, ) 3 Н 1. ТРИТИЙ попадает в воду и, так же, как радиоактивный углерод, ПОГЛОЩАЕТСЯ РАСТЕНИЯМИ И ЖИВОТНЫМИ. Также ТРИТИЙ ПОЛУЧАЮТ В ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ по реакции: 6 Li n 0 = 4 He H 1. (5.16) ЭТА РЕАКЦИЯ МОЖЕТ ПРОТЕКАТЬ и В ЛИТИЕВЫХ МИНЕРАЛАХ. ТРИТИЙ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ КАК МАТЕРИАЛ ТЕРМОЯДЕРНЫХ ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ В ВИДЕ СМЕСИ ГИДРИДОВ (ДЕЙТЕРИЯ И ТРИТИЯ) ЛИТИЯ LiH.

29 РАДИОУГЛЕРОД – ИЗОТОП 14 С 6 – ОБРАЗУЕТСЯ В АТМОСФЕРЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ по реакции: 14 N n 0 = 14 C H 1.(5.17) В АТОМАРНОМ СОСТОЯНИИ РАДИОУГЛЕРОД ХИМИЧЕСКИ очень АКТИВЕН и быстро ОКИСЛЯЕТСЯ ДО РАДИОАКТИВНОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА: 14 CO 2 ; T 1/2 ( 14 С) = 5720 лет. В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОЦЕССОВ ФОТОСИНТЕЗА РАДИОУГЛЕРОД ВМЕСТЕ С ОБЫЧНЫМ УГЛЕРОДОМ В ВИДЕ 14 CO 2 ПОПАДАЕТ сначала В РАСТЕНИЯ, а затем В ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ. После гибели животного или растения ПРИТОК РАДИОУГЛЕРОДА ЗА СЧЕТ ОБМЕНА С УГЛЕКИСЛОТОЙ АТМОСФЕРЫ ПРЕКРАЩАЕТСЯ и СОДЕРЖАНИЕ ЕГО УМЕНЬШАЕТСЯ ПО ЗАКОНУ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. Сравнивая удельную активность умерших организмов с удельной активностью живых организмов (15,3 расп./мин г), ОПРЕДЕЛЯЮТ ВОЗРАСТ ЖИВШЕГО КОГДА-ТО ОРГАНИЗМА. Таким образом УДАЕТСЯ ОПРЕДЕЛИТЬ ВОЗРАСТ ОРГАНИЗМОВ, СУЩЕСТВОВАВШИХ 30000–40000 ЛЕТ НАЗАД. В настоящее время этот РАДИОУГЛЕРОДНЫЙ МЕТОД ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВНЫМ МЕТОДОМ АНАЛИЗА ОБЪЕКТОВ В АРХЕОЛОГИИ.

30 В ЗЕМНОЙ КОРЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ α-ЧАСТИЦ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАСПАДА ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПРОИСХОДИТ РЯД ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ, при которых ОБРАЗУЮТСЯ, в частности, и РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ, например, 22 Na ПО РЕАКЦИИ 19 F 9 (α, n) 22 Na 11. Таких реакций происходит в земной коре много, однако НАКОПЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ЭТИХ РЕАКЦИЙ, НИЧТОЖНО МАЛО. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ α-ЧАСТИЦ С ЯДРАМИ различных ЭЛЕМЕНТОВ (КИСЛОРОДА, ФТОРА, ХЛОРА, БЕРИЛЛИЯ и др.) ПРИВОДИТ К ОБРАЗОВАНИЮ НЕЙТРОНОВ: 18 О 8 (α, n) 21 Ne 10, 9 Be 4 (α, n) 12 C 6. Таким образом, α-ИЗЛУЧАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ – УРАН И ТОРИЙ – ЯВЛЯЮТСЯ ИСТОЧНИКАМИ НЕЙТРОНОВ В ПРИРОДЕ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОЦЕССА СПОНТАННОГО (самопроизвольного) ДЕЛЕНИЯ УРАНА В ЗЕМНОЙ КОРЕ в небольших количествах ОБРАЗУЮТСЯ ПРОДУКТЫ ДЕЛЕНИЯ УРАНА. Большинство из них представляют собой РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОРЯДКОВЫМИ НОМЕРАМИ ОТ 30 ДО 65. Эти РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ ПРОНИКАЮТ во все РАСТЕНИЯ (около 10 –8 %) и в ОРГАНИЗМЫ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ (около 10 –13 %).

РАДИОАКТИВНОСТЬ, ОБУСЛОВЛЕННАЯ РАБОТОЙ АТОМНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРИ РАБОТЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР УРАНА (ЛИБО ПЛУТОНИЯ) ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ ОБРАЗУЕТСЯ большое количество ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ (ПД, «ОСКОЛКОВ») по реакции: где А 1 + А 2 + 2,46 + Е = 235 – атомная масса; Z 1 + Z 2 = 92 – атомный номер элемента. Ядро 235 U, ПОГЛОЩАЯ НЕЙТРОН, частично ПРЕВРАЩАЕТСЯ В - АКТИВНЫЙ 236 U с T 1/2 = 2, лет. Однако ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ (~84 %) ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЯДЕР НАХОДИТСЯ В СВЕРХВОЗБУЖДЕННОМ СОСТОЯНИИ и РАСПАДАЕТСЯ НА 2 НОВЫХ ЯДРА («ОСКОЛКА»), ИСПУСКАЯ при этом в среднем 2,5 НЕЙТРОНА НА 1 АКТ РАСПАДА. ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ЯДРА крайне неустойчивы и РАСПАДАЮТСЯ С ИСПУСКАНИЕМ последовательно НЕСКОЛЬКИХ - ЧАСТИЦ.

32 Из рис. 5.5 видно, что ОБРАЗОВАНИЕ ОСКОЛКОВ С МАССАМИ 96 И 140 НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНО. Таким образом, В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОЦЕССОВ ДЕЛЕНИЯ В ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ образуются почти все элементы, при этом НАИБОЛЬШИЙ ВЫХОД НАБЛЮДАЕТСЯ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕРЕДИНЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (от As до Hf). Рис Зависимость выхода «осколков» при делении 235 U под действием медленных нейтронов от массового числа (так называемый «верблюд»)

ПРОДУКТЫ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ В ПРИРОДЕ Начиная с 1945 г. было проведено большое число взрывов атомных и термоядерных бомб в различных частях Земного шара. В результате этих взрывов ПРОДУКТЫ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ РАСПРОСТРАНИЛИСЬ ЧЕРЕЗ АТМОСФЕРУ ПО ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ. АТОМНАЯ БОМБА СОДЕРЖИТ 235 U ИЛИ 239 Pu, в которых В МОМЕНТ ВЗРЫВА ПРОТЕКАЕТ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР АТОМОВ УРАНА ИЛИ ПЛУТОНИЯ. При атомном взрыве ОБРАЗУЮТСЯ ПРОДУКТЫ ДЕЛЕНИЯ УРАНА ИЛИ ПЛУТОНИЯ и ОСТАЮТСЯ НЕРАЗДЕЛИВШИЕСЯ ЯДРА АТОМОВ 235 U ИЛИ 239 Pu, которые ВЫБРАСЫВАЮТСЯ В АТМОСФЕРУ. ДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДНОЙ БОМБЫ ОСНОВАНО НА ТЕРМОЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДЕЙТЕРИЯ И ТРИТИЯ (СИНТЕЗ ЯДЕР ЛЕГКИХ ЭЛЕМЕНТОВ): (5.19) Эта РЕАКЦИЯ ПРОТЕКАЕТ в течение 3·10 –6 с С БОЛЬШИМ ВЫДЕЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ. Однако ДЛЯ ЕЕ НАЧАЛА НЕОБХОДИМА очень ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА. Такая ТЕМПЕРАТУРА РАЗВИВАЕТСЯ ПРИ ВЗРЫВЕ АТОМНОЙ БОМБЫ.

34 Поэтому В ВОДОРОДНОЙ БОМБЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ СМЕСЬ ДЕЙТЕРИЯ И ТРИТИЯ В ВИДЕ их ТВЕРДЫХ ГИДРИДОВ ЛИТИЯ, В КАЧЕСТВЕ ДЕТОНАТОРА СЛУЖИТ АТОМНАЯ ПЛУТОНИЕВАЯ БОМБА. ПРИ ТЕРМОЯДЕРНОМ ВЗРЫВЕ ВОДОРОДНОЙ БОМБЫ СНАЧАЛА фактически ПРОИСХОДИТ ВЗРЫВ АТОМНОЙ БОМБЫ, а ЗАТЕМ ПРОТЕКАЕТ ТЕРМОЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЛЕНИЯ 235 U ИЛИ 239 Pu ПРИ ВЗРЫВЕ АТОМНОЙ БОМБЫ, а также ПРИ ВЗРЫВЕ ВОДОРОДНОЙ БОМБЫ ВЫДЕЛЯЕТСЯ БОЛЬШОЕ ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ. Эти НЕЙТРОНЫ действуют на окружающие вещества и ОБРАЗУЮТ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ. Так ОБРАЗУЕТСЯ значительное количество радиоактивного 14 C и ТРИТИЯ. Кроме того, В АТМОСФЕРУ ВЫБРАСЫВАЕТСЯ БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ; наиболее опасны из них 90 Sr и 137 Cs. ПРОДУКТЫ ДЕЛЕНИЯ НАКАПЛИВАЮТСЯ НА ЗЕМЛЕ после каждого ядерного испытания и РАСПАД ИХ ПРОИСХОДИТ ОЧЕНЬ МЕДЛЕННО. РАДИОАКТИВНЫЕ ПРОДУКТЫ ядерных взрывов поглощаются атмосферной пылью, дождевой водой и ПОСТЕПЕННО ОСАЖДАЮТСЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ НА БОЛЬШИХ РАССТОЯНИЯХ ОТ МЕСТА ВЗРЫВА В ТЕЧЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ПОСЛЕ ВЗРЫВА.

35 Так, ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ АТОМНОЙ БОМБЫ В АТОЛЛЕ БИКИНИ РАДИОАКТИВНОСТЬ БЫЛА ОБНАРУЖЕНА В США В ШТАТЕ ТЕХАС, а ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ В США (ШТАТ НЕВАДА) РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ 140 La, 90 Sr, 90 Y, 140 Ba, 131 I БЫЛИ ОБНАРУЖЕНЫ В ШТАТЕ МИЧИГАН, В КАНАДЕ и даже В ПАРИЖЕ. РАДИОАКТИВНЫЕ ПРОДУКТЫ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ по всей Земле, ЗАРАЖАЯ ВОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ И ПОЧВУ. Осаждаясь на больших площадях земной поверхности, радиоактивные продукты ядерных взрывов КОНЦЕНТРИРУЮТСЯ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТАХ, например, в сене, зерне и других, а, ПОПАДАЯ В ВОДУ, НАКАПЛИВАЮТСЯ В ТЕЛАХ РЫБ. Из растительных продуктов ОНИ ПЕРЕХОДЯТ В ОРГАНИЗМ ЖИВОТНЫХ, оттуда – В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА. НЕКОТОРЫЕ ИЗ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ АККУМУЛИРУЮТСЯ ОТДЕЛЬНЫМИ ОРГАНАМИ ТЕЛА и НАДОЛГО ЗАДЕРЖИВАЮТСЯ В ОРГАНИЗМЕ. Так, 90 Sr НАКАПЛИВАЕТСЯ В КОСТЯХ. Таким образом, В ОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНАХ ЧЕЛОВЕКА МОГУТ НАКАПЛИВАТЬСЯ ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ КОЛИЧЕСТВА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ. ПОВЫШЕНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА И ЕГО ОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ – даже не слишком большое – НЕДОПУСТИМО.

36 В настоящее время ДОЗА ОТ ИЗЛУЧЕНИЯ В ПОЧВЕ И ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА, СОЗДАВАЕМАЯ ПРОДУКТАМИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ, МАЛА ПО СРАВНЕНИЮ С ДОЗОЙ, СОЗДАВАЕМОЙ КОСМИЧЕСКИМИ ЛУЧАМИ И, естественно, РАДИОАКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ. Однако ДАЛЬНЕЙШЕЕ НАКОПЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ ПРЕДСТАВЛЯЕТ БОЛЬШУЮ ОПАСНОСТЬ. Учитывая эти обстоятельства, в настоящее время ВО ВСЕМ МИРЕ ЗАПРЕЩЕНЫ НАЗЕМНЫЕ, ВОЗДУШНЫЕ И ПОДВОДНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ.