радиоактивность

Кратко

Радиоактивность — это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного химического элемента в ядра другого, сопровождающееся испусканием частиц или γ-квантов. Распад идёт сам по себе: ни нагрев, ни давление, ни химические реакции на него практически не влияют, а для каждого отдельного ядра момент распада случаен.

Почему ядро вообще распадается

В ядре действуют две противоположные силы:

• сильное притяжение нуклонов — но оно работает только на очень малых расстояниях;
• кулоновское отталкивание протонов — оно действует на любых расстояниях.

У тяжёлых ядер протонов много, отталкивание «перевешивает» — ядро становится неустойчивым и избавляется от лишнего.

Виды распада и правила смещения

1. α-распад — ядро испускает ядро гелия \({}^{4}_{2}\mathrm{He}\):

\[ {}^{A}_{Z}X \to {}^{A-4}_{Z-2}Y + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \]

Массовое число \(A\) уменьшается на 4, заряд ядра \(Z\) — на 2.

2. β⁻-распад — нейтрон в ядре превращается в протон, вылетают электрон и антинейтрино:

\[ {}^{A}_{Z}X \to {}^{A}_{Z+1}Y + e^- + \bar{\nu}_e \]

\(A\) не меняется, \(Z\) увеличивается на 1.

3. β⁺-распад — протон превращается в нейтрон, вылетают позитрон и нейтрино:

\[ {}^{A}_{Z}X \to {}^{A}_{Z-1}Y + e^+ + \nu_e \]

\(A\) не меняется, \(Z\) уменьшается на 1.

4. γ-излучение — это не распад, а «сброс» лишней энергии возбуждённого ядра. \(A\) и \(Z\) при этом не меняются.

Главный приём для решения задач

Работают законы сохранения массового числа и заряда:

\[ \sum A_{\text{слева}} = \sum A_{\text{справа}}, \qquad \sum Z_{\text{слева}} = \sum Z_{\text{справа}} \]

Проверка на примере радия:

\[ {}^{226}_{88}\mathrm{Ra} \to {}^{222}_{86}\mathrm{Rn} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \]

\(226 = 222 + 4\) ✓ и \(88 = 86 + 2\) ✓ — уравнение составлено верно.

Период полураспада и активность

Период полураспада \(T\) — время, за которое распадается половина имеющихся ядер:

\[ N = N_0 \cdot 2^{-t/T} \]

Активность (число распадов в секунду) связана с постоянной распада \(\lambda\):

\[ A = \lambda N, \qquad \lambda = \frac{\ln 2}{T} \]

Я проверил ключевую логику: любой распад решается одинаково — сначала записываем частицы, потом уравниваем \(A\) и \(Z\) по сохранению.

Если нужно разобрать конкретное задание (например, цепочку превращений или расчёт по периоду полураспада) — пришли условие.