Що свідчить закон радіоактивного розпаду. радіоактивність

Радіоактивний розпад атомних ядер відбувається мимоволі і призводить до безперервного зменшення кількості атомів вихідного радіоактивного ізотопу та накопичення атомів продукту розпаду.

Швидкість, з якою розпадаються радіонукліди, визначається лише ступенем нестабільності їх ядер і залежить від будь-яких чинників, зазвичай які впливають швидкість фізичних і хімічних процесів (тиску, температури, хімічної форми речовини та інших.). Розпад кожного окремого атома - подія цілком випадкова, імовірнісна і незалежна від поведінки інших ядер. Однак за наявності в системі досить великої кількості радіоактивних атомів проявляється загальна закономірність, яка полягає в тому, що кількість атомів даного радіоактивного ізотопу, що розпадаються в одиницю часу, завжди становить певну, характерну для даного ізотопу частку від повного числа атомів, що ще не розпалися. Число атомів ДУУ, що зазнали розпаду за малий проміжок часу Д/, пропорційно загальному числу радіоактивних атомів УУ, що не розпалися, і величині інтервалу ДЛ Цей закон математично може бути представлений у вигляді співвідношення:

-AN = X? N?Д/.

Знак мінус вказує, що кількість радіоактивних атомів Nзменшується. Коефіцієнт пропорційності Xносить назву постійного розпадуі є константою, характерною для даного радіоактивного ізотопу. Закон радіоактивного розпаду зазвичай записують як диференціального рівняння:

Отже, закон радіоактивного розпадуможе бути сформульований наступним чином: за одиницю часу розпадається завжди одна і та ж частина наявних ядер радіоактивної речовини.

Постійна розпад Xмає розмірність зворотного часу (1/с або -1). Чим більше X,тим швидше відбувається розпад радіоактивних атомів, тобто. Xхарактеризує відносну швидкість розпаду для кожного радіоактивного ізотопу або можливість розпаду атомного ядра в 1 с. Постійна розпаду - це частка атомів, що розпадаються за одиницю часу, показник нестабільності радіонукліду.

Величина - абсолютна швидкість радіоактивного розпаду -

називається активністю. Активність радіонукліду (А) -це кількість розпадів атомів, які у одиницю часу. Вона залежить від кількості радіоактивних атомів на даний момент часу. (І)та від ступеня їх нестабільності:

А = Ы ( X.

Одиницею виміру активності в СІ є бекерель(Бк); 1 Бк - активність, коли він відбувається одне ядерне перетворення на секунду, незалежно від типу розпаду. Іноді використовується позасистемна одиниця виміру активності – кюрі (Кі): 1Кі = = 3,7-10 10 Бк (кількість розпадів атомів в 1 г 226 Яа за 1 с).

Оскільки активність залежить від числа радіоактивних атомів, то ця величина служить кількісною мірою вмісту радіонуклідів у зразку, що вивчається.

На практиці зручніше користуватися інтегральною формою закону радіоактивного розпаду, яка має такий вигляд:

де УУ 0 - число радіоактивних атомів у початковий момент часу / = 0; - кількість радіоактивних атомів, що залишилися на момент

часу/; X -постійна розпаду.

Для характеристики радіоактивного розпаду часто замість постійного розпаду Xвикористовують іншу величину, похідну від неї - період напіврозпаду. Період напіврозпаду (Т]/2)- це період часу, протягом якого розпадається половина початкової кількості радіоактивних атомів.

Підставляючи до закону радіоактивного розпаду значення Г = Т 1/2і І (= Аф/2, отримуємо:

УУ 0/2 = #0 е~ хт ог-

1 /2 = е~ хт "/2 -, а е хт"/2 = 2 або ХТ 1/2 = 1п2.

Період напіврозпаду та постійна розпаду пов'язані наступним співвідношенням:

Т х/2= 1п2 А = 0,693 / X.

Використовуючи цю залежність, закон радіоактивного розпаду можна подати в іншому вигляді:

ТУ = УУ 0 е Апг, " т т

N = І 0? е-°' т - (/ т 02.

З цієї формули випливає, що більше період напіврозпаду, тим повільніше відбувається радіоактивний розпад. Періоди напіврозпаду характеризують ступінь стабільності радіоактивного ядра й у різних ізотопів змінюються у межах - від часток секунди до мільярдів років (див. докладання). Залежно від періоду напіврозпаду радіонукліди умовно поділяються на довгоживучі та короткоживучі.

Період напіврозпаду, поряд з типом розпаду та енергією випромінювання, є найважливішою характеристикою будь-якого радіонукліду.

На рис. 3.12 зображено криву розпаду радіоактивного ізотопу. По горизонтальній осі відкладено час (у періодах напіврозпаду), а вертикальної осі - число радіоактивних атомів (або активність, оскільки вона пропорційна кількості радіоактивних атомів).

Крива є експонентоюі асимптотично наближається до осі часу, ніколи не перетинаючи її. Через проміжок часу, що дорівнює одному періоду напіврозпаду (Г 1/2) кількість радіоактивних атомів зменшується в 2 рази, через два періоди напіврозпаду (2Г 1/2) кількість атомів, що залишилися, знову зменшується в два рази, тобто. у 4 рази від початкового їх числа, через 3 7" 1/2 - у 8 разів, через

4Г 1/2 - у 16 ​​разів, через тперіодів напіврозпаду Г]/2 - в 2 тразів.

Теоретично сукупність атомів з нестабільними ядрами зменшуватиметься нескінченно. Однак з практичної точки зору слід позначити певну межу, коли умовно всі радіоактивні нукліди розпалися. Вважається, що для цього необхідний відрізок часу довжиною 107^ 2, після якого від вихідної кількості залишиться менше 0,1% радіоактивних атомів. Отже, якщо брати до уваги лише фізичний розпад, для повного очищення біосфери від 90 Бг (= 29 років) і |37 Сз (Т|/ 2 = 30 років) чорнобильського походження потрібно відповідно 290 і 300 років.

Радіоактивна рівновага.Якщо при розпаді радіоактивного ізотопу (материнського) утворюється новий радіоактивний ізотоп (дочірній), то кажуть, що вони генетично пов'язані між собою та утворюють радіоактивне сімейство(Ряд).

Розглянемо випадок генетично пов'язаних радіонуклідів, з яких материнський - довгоживучий, а дочірній - короткоживучий. Прикладом може бути стронцій 90 5г, що перетворюється шляхом (3-розпаду ( Т /2 = 64 год) і перетворюється на стабільний нуклід цирконій ^Ъх(Див. рис. 3.7). Оскільки 90 У розпадається набагато швидше, ніж 90 5г, то через деякий час настане момент, коли кількість 90 8г, що розпадається, в будь-який момент буде дорівнює кількості розпадається 90 У. Іншими словами, активність материнського 90 8г (Д,) буде дорівнює активності дочірнього 90 У (Л 2).Коли це відбувається, вважається, що 90 У знаходиться в віковій рівновазіз його материнським радіонуклідом 908г. У цьому випадку виконується співвідношення: