Радиоактивный распад - Radioactive decay

Альфа-распад - это один из типов радиоактивного распада, при котором атомное ядро ​​испускает альфа-частицу и тем самым превращается (или «распадается») в атом с массовым числом, уменьшенным на 4, и атомным номером, уменьшенным на 2.

Радиоактивный распад (также известный как ядерный распад , радиоактивность , радиоактивный распад или ядерный распад ) - это процесс, при котором нестабильное атомное ядро теряет энергию из-за излучения . Материал, содержащий нестабильные ядра, считается радиоактивным . Три наиболее распространенных типа распада - это альфа-распад ( -распад ), бета-распад ( -распад ) и гамма-распад ( -распад ), все из которых связаны с испусканием одной или нескольких частиц . Слабая сила является механизм , который отвечает за бета - распад, в то время как две другие управляются с помощью обычных электромагнитных и сильных сил.

Радиоактивный распад - это случайный (т.е. случайный) процесс на уровне отдельных атомов. Согласно квантовой теории , невозможно предсказать, когда конкретный атом распадется, независимо от того, как долго атом существует. Однако для значительного числа идентичных атомов общую скорость распада можно выразить как константу распада или как период полураспада . Периоды полураспада радиоактивных атомов имеют огромный диапазон; от почти мгновенного до гораздо большего, чем возраст Вселенной .

Распадающееся ядро ​​называется родительским радионуклидом (или родительским радиоизотопом ), и в результате процесса образуется по крайней мере один дочерний нуклид . За исключением гамма-распада или внутреннего преобразования из ядерного возбужденного состояния , распад представляет собой ядерную трансмутацию, в результате которой дочерний элемент содержит другое количество протонов или нейтронов (или и то, и другое). Когда количество протонов изменяется, создается атом другого химического элемента .

  • Альфа-распад происходит, когда ядро ​​выбрасывает альфа-частицу (ядро гелия).
  • Бета-распад происходит двумя путями;
    • (i) бета-минус распад, когда ядро ​​испускает электрон и антинейтрино в процессе, который превращает нейтрон в протон.
    • (ii) бета-положительный распад, когда ядро ​​испускает позитрон и нейтрино в процессе, который превращает протон в нейтрон, также известный как испускание позитрона .
  • При гамма-распаде радиоактивное ядро ​​сначала распадается с испусканием альфа- или бета-частицы. Образовавшееся дочернее ядро ​​обычно остается в возбужденном состоянии и может распадаться до состояния с более низкой энергией, испуская гамма-фотон.
  • При испускании нейтронов чрезвычайно богатые нейтронами ядра, образованные из-за других типов распада или после многих последовательных захватов нейтронов , иногда теряют энергию из-за испускания нейтронов, что приводит к переходу от одного изотопа к другому того же элемента.
  • При захвате электрона ядро может захватить движущийся по орбите электрон, в результате чего протон превратится в нейтрон в процессе, называемом захватом электрона. Впоследствии испускаются нейтрино и гамма-лучи.
  • При распаде кластера и делении ядер испускается ядро ​​тяжелее альфа-частицы.

Напротив, существуют процессы радиоактивного распада, которые не приводят к ядерной трансмутации. Энергия возбужденного ядра может испускаться в виде гамма-луча в процессе, называемом гамма-распадом , или эта энергия может быть потеряна, когда ядро ​​взаимодействует с орбитальным электроном, вызывая его выброс из атома, в процессе, называемом внутренним преобразованием . Другой тип радиоактивного распада приводит к продуктам, которые различаются, проявляясь в виде двух или более «фрагментов» исходного ядра с диапазоном возможных масс. Этот распад, называемый спонтанным делением , происходит, когда большое нестабильное ядро ​​спонтанно распадается на два (а иногда и три) меньших дочерних ядра и обычно приводит к испусканию гамма-лучей, нейтронов или других частиц из этих продуктов. Напротив, продукты распада ядра со спином могут быть распределены неизотропно относительно этого направления спина. Либо из-за внешнего воздействия, такого как электромагнитное поле , либо из-за того, что ядро ​​было создано в динамическом процессе, который ограничивал направление его спина, анизотропия может быть обнаружена. Таким родительским процессом мог быть предыдущий распад или ядерная реакция .

Сводную таблицу, показывающую количество стабильных и радиоактивных нуклидов в каждой категории, см . В разделе « Радионуклиды» . На Земле 28 химических элементов природного происхождения, которые являются радиоактивными и состоят из 34 радионуклидов (6 элементов имеют 2 различных радионуклида), которые датируются периодом до образования Солнечной системы . Эти 34 известны как первичные нуклиды . Хорошо известными примерами являются уран и торий , но также включены встречающиеся в природе долгоживущие радиоизотопы, такие как калий-40 .

Еще около 50 или около того короткоживущих радионуклидов, таких как радий-226 и радон-222 , обнаруженные на Земле, являются продуктами цепочек распада, которые начались с первичных нуклидов, или являются продуктом текущих космогенных процессов, таких как образование углерод-14 из азота-14 в атмосфере космическими лучами . Радионуклиды могут также производиться искусственно в ускорителях частиц или ядерных реакторах , в результате чего 650 из них имеют период полураспада более часа, а еще несколько тысяч - с еще более коротким периодом полураспада. (См. Список нуклидов, отсортированный по периоду полураспада.)

История открытия

Пьер и Мария Кюри в своей парижской лаборатории до 1907 года.

Радиоактивность была открыта в 1896 году учеными Анри Беккерелем и Мари Кюри при работе с фосфоресцентными материалами. Эти материалы светятся в темноте после воздействия света, и он подозревал, что свечение, создаваемое рентгеновскими лучами в электронно-лучевых трубках , может быть связано с фосфоресценцией. Он завернул фотопластинку в черную бумагу и нанес на нее различные фосфоресцирующие соли . Все результаты были отрицательными, пока он не использовал соли урана . Соли урана вызвали почернение пластины, несмотря на то, что пластина была обернута черной бумагой. Эти излучения получили название «лучи Беккереля».

Вскоре стало ясно, что почернение пластины не имело ничего общего с фосфоресценцией, поскольку почернение было вызвано также нефосфоресцирующими солями урана и металлическим ураном. Из этих экспериментов стало ясно, что существует форма невидимого излучения, которое может проходить через бумагу и заставляет пластину реагировать, как на свет.

Сначала казалось, что новое излучение похоже на недавно открытое рентгеновское излучение. Дальнейшие исследования Беккереля, Эрнеста Резерфорда , Поля Виллара , Пьера Кюри , Мари Кюри и других показали, что эта форма радиоактивности была значительно более сложной. Резерфорд был первым, кто понял, что все такие элементы распадаются в соответствии с одной и той же математической экспоненциальной формулой. Резерфорд и его ученик Фредерик Содди первыми осознали, что многие процессы распада приводят к превращению одного элемента в другой. Впоследствии закон радиоактивного смещения Фаянса и Содди был сформулирован для описания продуктов альфа- и бета-распада .

Ранние исследователи также обнаружили, что многие другие химические элементы , помимо урана, имеют радиоактивные изотопы . Систематический поиск общей радиоактивности урановых руд также помог Пьеру и Марии Кюри выделить два новых элемента: полоний и радий . За исключением радиоактивности радия, химическое сходство радия с барием затрудняло различение этих двух элементов.

Исследования Мари и Пьера Кюри радиоактивности - важный фактор в науке и медицине. После того, как их исследования лучей Беккереля привели к открытию радия и полония, они придумали термин «радиоактивность» для определения испускания ионизирующего излучения некоторыми тяжелыми элементами. (Позже этот термин был обобщен для всех элементов.) Их исследования проникающих лучей в уран и открытие радия положили начало эре использования радия для лечения рака. Их исследование радия можно рассматривать как первое использование ядерной энергии в мирных целях и начало современной ядерной медицины .

Опасности для здоровья в раннем возрасте

Получение рентгеновского изображения с помощью раннего аппарата с трубкой Крукса в 1896 году. Трубка Крукса видна в центре. Стоящий мужчина смотрит на свою руку в экран флюороскопа ; это был обычный способ установки трубки. Никаких мер предосторожности против радиационного облучения не принимается; его опасности в то время не были известны.

Опасность ионизирующего излучения из-за радиоактивности и рентгеновских лучей не была сразу признана.

Рентгеновские лучи

Открытие рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном в 1895 году привело к повсеместным экспериментам ученых, врачей и изобретателей. Многие люди начали рассказывать истории об ожогах, выпадении волос и худшем в технических журналах еще в 1896 году. В феврале того же года профессор Дэниел и доктор Дадли из Университета Вандербильта провели эксперимент по рентгеновскому облучению головы Дадли, который привел к его выпадению волос. . Отчет доктора Х.Д. Хокса о том, как он перенес тяжелые ожоги руки и груди во время рентгеновской демонстрации, был первым из многих других отчетов в журнале Electrical Review .

Другие экспериментаторы, в том числе Элиху Томсон и Никола Тесла , также сообщили об ожогах. Томсон намеренно подвергал палец рентгеновской трубке в течение определенного периода времени и страдал от боли, отека и образования волдырей. Другие эффекты, в том числе ультрафиолетовые лучи и озон, иногда обвиняли в повреждении, и многие врачи по-прежнему утверждали, что рентгеновское облучение не имело никаких последствий.

Несмотря на это, вначале проводились систематические исследования опасностей, и еще в 1902 году Уильям Герберт Роллинз в отчаянии писал, что его предупреждения об опасностях, связанных с небрежным использованием рентгеновских лучей, не были приняты во внимание ни промышленностью, ни его коллегами. К этому времени Роллинз доказал, что рентгеновские лучи могут убить подопытных животных, могут вызвать выкидыш у беременной морской свинки и что они могут убить плод. Он также подчеркнул, что «животные различаются по восприимчивости к внешнему воздействию рентгеновского излучения», и предупредил, что эти различия следует учитывать при лечении пациентов с помощью рентгеновских лучей.

Радиоактивные вещества

Радиоактивность характерна для элементов с большими атомными номерами. Элементы, содержащие хотя бы один стабильный изотоп, показаны голубым цветом. Зеленым показаны элементы, наиболее стабильный изотоп которых имеет период полураспада, измеряемый миллионами лет. Желтый и оранжевый становятся все менее стабильными, с периодом полураспада в тысячи или сотни лет, вплоть до одного дня. Красный и фиолетовый цвета показывают высоко и чрезвычайно радиоактивные элементы, у наиболее стабильных изотопов период полураспада измеряется порядка одного дня и намного меньше.

Однако биологические эффекты радиации, вызванной радиоактивными веществами, было труднее измерить. Это дало возможность многим врачам и корпорациям продавать радиоактивные вещества в качестве патентованных лекарств . Примерами были лечение радиевой клизмой и радийсодержащая вода для питья в качестве тонизирующего средства. Мария Кюри протестовала против такого лечения, предупредив, что влияние радиации на человеческое тело недостаточно изучено. Позже Кюри умерла от апластической анемии , вероятно, вызванной воздействием ионизирующего излучения. К 1930-м годам, после ряда случаев некроза костей и смерти энтузиастов лечения радием, радийсодержащие лекарственные средства были в значительной степени удалены с рынка ( радиоактивное шарлатанство ).

Радиационная защита

Только через год после того, как Рентген открытия «s рентгеновских лучей, американский инженер Wolfram Fuchs (1896) дал то , что, вероятно, первый совет защиты, но это не было до 1925 года , что первый Международный конгресс по радиологии (ICR) был проведен и считается создание международные стандарты защиты. Влияние радиации на гены, включая риск рака, было обнаружено намного позже. В 1927 году Герман Джозеф Мюллер опубликовал исследование, показывающее генетические эффекты, а в 1946 году за свои открытия был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине .

Второй ICR был проведен в Стокгольме в 1928 году и предлагал использовать рентгеновский аппарат, и был сформирован Международный комитет по защите от рентгеновского излучения и радия (IXRPC). Председателем был назначен Рольф Зиверт , но движущей силой был Джордж Кэй из Британской национальной физической лаборатории . Комитет заседал в 1931, 1934 и 1937 годах.

После Второй мировой войны возросший диапазон и количество используемых радиоактивных веществ в результате военных и гражданских ядерных программ привело к тому, что большие группы профессиональных рабочих и население потенциально подвергались воздействию вредных уровней ионизирующего излучения. Это было рассмотрено на первом послевоенном ICR, созванном в Лондоне в 1950 году, когда родилась нынешняя Международная комиссия по радиологической защите (ICRP). С тех пор МКРЗ разработала нынешнюю международную систему радиационной защиты, охватывающую все аспекты радиационной опасности.

В 2020 году Хауптманн и другие 15 международных исследователей из восьми стран, среди которых: Институты биостатистики, исследования реестра, Центры эпидемиологии рака, радиационной эпидемиологии, а также Национальный институт рака США (NCI), Международное агентство исследований рака (IARC). ) и Фонд исследования радиационных эффектов в Хиросиме окончательно изучили с помощью метаанализа ущерб, нанесенный "малыми дозами", которые пострадали от взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, а также в многочисленных авариях на атомных станциях, которые привели к произошли в мире. Эти ученые сообщили в монографиях JNCI: Эпидемиологические исследования низких доз ионизирующего излучения и риска рака, что новые эпидемиологические исследования напрямую подтверждают повышенный риск рака от низких доз ионизирующего излучения. В 2021 году итальянский исследователь Вентури сообщил о первых корреляциях между радиоцезием и раком поджелудочной железы с ролью цезия в биологии, панкреатите и диабете поджелудочной железы.

Единицы

График, показывающий взаимосвязь между радиоактивностью и обнаруженным ионизирующим излучением

В Международной системе единиц (СИ) единицей радиоактивной активности является беккерель (Бк), названный в честь ученого Анри Беккереля . Один Бк определяется как одно преобразование (или распад, или распад) в секунду.

Более старой единицей радиоактивности является кюри , Ки, которая первоначально была определена как «количество или масса эманации радия в равновесии с одним граммом радия (элемента)». Сегодня кюри определяется как3,7 × 10 10 распадов в секунду, так что 1  кюри (Ки) =3,7 × 10 10  Бк . В целях радиологической защиты, хотя Комиссия по ядерному регулированию Соединенных Штатов разрешает использование единицы кюри наряду с единицами СИ, директивы Европейского союза об единицах измерения Европейского союза требовали, чтобы ее использование для "целей общественного здравоохранения ..." было прекращено к 31 декабря. 1985 г.

Эффект ионизирующего излучения часто измеряется в единицах серого для механических или в зивертах для повреждения тканей.

Типы

Альфа-частицы могут быть полностью задержаны листом бумаги, бета-частицы - алюминиевой защитой. Гамма-излучение может быть уменьшено только за счет гораздо более значительной массы, такой как очень толстый слой свинца .
Схема распада 137 Cs с указанием периодов полураспада, дочерних нуклидов, а также типов и доли испускаемого излучения

Ранние исследователи обнаружили, что электрическое или магнитное поле может разделять радиоактивные выбросы на три типа лучей. Лучи получили названия альфа , бета и гамма в порядке возрастания их способности проникать в материю. Альфа-распад наблюдается только у более тяжелых элементов с атомным номером 52 ( теллур ) и выше, за исключением бериллия-8 (который распадается на две альфа-частицы). Два других типа распада наблюдаются у всех элементов. Свинец, атомный номер 82, является самым тяжелым элементом, изотопы которого устойчивы (до предела измерения) к радиоактивному распаду. Радиоактивный распад наблюдается во всех изотопах всех элементов с атомным номером 83 ( висмут ) или выше. Висмут-209 , однако, очень слабо радиоактивен, с периодом полураспада, превышающим возраст Вселенной; радиоизотопы с чрезвычайно длинным периодом полураспада считаются эффективно стабильными для практических целей.

Диаграмма перехода для режимов распада радионуклида с нейтронным числом N и атомным номером Z (показаны выбросы α , β ± , p + и n 0 , EC обозначает захват электронов ).
Типы радиоактивного распада, связанные с числом нейтронов и протонов

При анализе природы продуктов распада было очевидно из направления электромагнитных сил, приложенных к излучению внешними магнитными и электрическими полями, что альфа-частицы несли положительный заряд, бета-частицы несли отрицательный заряд, а гамма-лучи были нейтральными. По величине отклонения было ясно, что альфа-частицы намного массивнее бета-частиц . Прохождение альфа-частиц через очень тонкое стеклянное окно и улавливание их в разрядной трубке позволило исследователям изучить спектр излучения захваченных частиц и в конечном итоге доказало, что альфа-частицы являются ядрами гелия . Другие эксперименты показали, что бета-излучение, возникающее в результате распада и катодных лучей , представляет собой высокоскоростные электроны . Аналогичным образом было обнаружено, что гамма-излучение и рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение высокой энергии .

Также начали изучаться отношения между типами распадов: например, гамма-распад почти всегда был связан с другими типами распада и происходил примерно в то же время или позже. Гамма-распад как отдельное явление с собственным периодом полураспада (теперь называемый изомерным переходом ) в естественной радиоактивности оказался результатом гамма-распада возбужденных метастабильных ядерных изомеров , которые, в свою очередь, были созданы из других типов распада.

Хотя чаще всего обнаруживались альфа, бета и гамма излучения, в конечном итоге были обнаружены и другие типы излучения. Вскоре после открытия позитрона в продуктах космических лучей стало понятно, что тот же процесс, который работает в классическом бета-распаде, может также производить позитроны ( излучение позитронов ), наряду с нейтрино (классический бета-распад производит антинейтрино). В более распространенном аналогичном процессе, называемом захватом электронов , было обнаружено, что некоторые богатые протонами нуклиды захватывают собственные атомные электроны вместо испускания позитронов, и впоследствии эти нуклиды испускают только нейтрино и гамма-лучи от возбужденного ядра (а часто и Оже-электроны и характеристическое рентгеновское излучение в результате переупорядочения электронов, чтобы заполнить место пропавшего захваченного электрона). Эти типы распада включают ядерный захват электронов или испускание электронов или позитронов и, таким образом, перемещают ядро ​​в сторону отношения нейтронов к протонам, которое имеет наименьшую энергию для данного общего числа нуклонов . Следовательно, это дает более стабильное (с меньшей энергией) ядро.

(Теоретический процесс захвата позитронов , аналогичный захвату электронов, возможен в атомах антивещества, но не наблюдался, поскольку сложные атомы антивещества помимо антигелия экспериментально недоступны. Для такого распада потребуются атомы антивещества, по крайней мере, такие же сложные, как бериллий- 7 , который является самым легким известным изотопом нормального вещества, который подвергается распаду за счет электронного захвата.)

Вскоре после открытия нейтрона в 1932 году Энрико Ферми понял, что некоторые редкие реакции бета-распада немедленно дают нейтроны в виде частиц распада ( нейтронное излучение ). В конечном итоге у некоторых элементов наблюдалась изолированная протонная эмиссия . Было также обнаружено, что некоторые тяжелые элементы могут подвергаться самопроизвольному делению на продукты, различающиеся по составу. Было обнаружено, что в явлении, называемом распадом кластера , определенные комбинации нейтронов и протонов, отличные от альфа-частиц (ядер гелия), спонтанно испускаются из атомов.

Было обнаружено, что при других типах радиоактивного распада излучаются ранее видимые частицы, но через другие механизмы. Примером является внутреннее преобразование , которое приводит к первоначальной эмиссии электронов, а затем часто к дальнейшим характерным рентгеновским лучам и эмиссии электронов Оже , хотя процесс внутреннего преобразования не включает ни бета, ни гамма-распад. Нейтрино не испускается, и ни один из испускаемых электронов и фотонов не возникает в ядре, даже если энергия для испускания всех из них исходит именно там. Распад внутреннего преобразования, как и гамма-распад изомерного перехода и испускание нейтронов, включает выделение энергии возбужденным нуклидом без превращения одного элемента в другой.

Известны редкие события, которые включают комбинацию двух событий типа бета-распада, происходящих одновременно (см. Ниже). Любой процесс распада, который не нарушает законы сохранения энергии или импульса (и, возможно, другие законы сохранения частиц), разрешен, хотя не все из них были обнаружены. Интересный пример обсуждается в заключительном разделе, связанное состояние бета - распад из рения-187 . В этом процессе бета-электронный распад родительского нуклида не сопровождается испусканием бета-электронов, потому что бета-частица была захвачена в K-оболочку излучающего атома. Испускается антинейтрино, как и во всех отрицательных бета-распадах.

Радионуклиды могут подвергаться ряду различных реакций. Они приведены в следующей таблице. Ядро с массовым числом A и атомным номером Z обозначается как ( A , Z ). В столбце «Дочернее ядро» указано отличие нового ядра от исходного. Таким образом, ( A  - 1, Z ) означает, что массовое число на единицу меньше, чем раньше, но атомный номер такой же, как и раньше.

При благоприятных энергетических условиях данный радионуклид может претерпевать множество конкурирующих типов распада, при этом одни атомы распадаются одним путем, а другие - другим. Примером является медь-64 , которая имеет 29 протонов и 35 нейтронов, которая распадается с периодом полураспада около 12,7 часов. Этот изотоп имеет один неспаренный протон и один неспаренный нейтрон, поэтому либо протон, либо нейтрон могут распасться на другую частицу, у которой есть противоположный изоспин . Этот конкретный нуклид (хотя и не все нуклиды в данной ситуации) почти с одинаковой вероятностью распадется через эмиссию позитронов (18%) или через захват электронов (43%), как и через эмиссию электронов (39%). Возбужденные энергетические состояния, возникающие в результате этих распадов, которые не могут заканчиваться в основном энергетическом состоянии, также вызывают более позднее внутреннее преобразование и гамма-распад почти в 0,5% случаев.

В тяжелых нуклидах чаще встречается конкуренция между альфа- и бета-распадами. Дочерние нуклиды затем обычно распадаются на бета или альфа, соответственно, и оказываются в одном и том же месте.

Радиоактивный распад приводит к уменьшению суммарной массы покоя после того, как высвободившаяся энергия ( энергия распада ) каким-то образом ускользнула. Хотя энергия распада иногда определяется как связанная с разницей между массой исходных продуктов нуклида и массой продуктов распада, это верно только для измерений массы покоя, когда некоторая энергия была удалена из системы продуктов. Это верно, потому что энергия распада всегда должна нести с собой массу, где бы она ни появлялась (см. Массу в специальной теории относительности ) в соответствии с формулой E  =  mc 2 . Энергия распада первоначально высвобождается как энергия испускаемых фотонов плюс кинетическая энергия массивных испускаемых частиц (то есть частиц, имеющих массу покоя). Если эти частицы приходят в тепловое равновесие с окружающей средой и фотоны поглощаются, то энергия распада преобразуется в тепловую энергию, которая сохраняет свою массу.

Таким образом, энергия распада остается связанной с определенной мерой массы распадающейся системы, называемой инвариантной массой , которая не изменяется во время распада, даже если энергия распада распределяется между распадающимися частицами. Энергия фотонов, кинетическая энергия испускаемых частиц, а затем тепловая энергия окружающей материи - все это вносит вклад в инвариантную массу системы. Таким образом, в то время как сумма масс покоя частиц не сохраняется при радиоактивном распаде, то система массы и система инвариантной массы (а также полная энергия системы) сохраняется в течение какого - либо процесса распада. Это повторение эквивалентных законов сохранения энергии и сохранения массы .

Режимы

Режим распада Участвующие частицы Дочернее ядро
Распады с испусканием нуклонов
α Альфа-распад Альфа - частица (  = 4, Z  = 2) , излучаемый из ядра ( А  - 4, Я  - 2)
п Испускание протонов Протона выбрасываются из ядра ( А  - 1, Я  - 1)
2p Двойное протонное излучение Два протона, выброшенные из ядра одновременно ( А  - 2, Я  - 2)
п Эмиссия нейтронов Нейтронов выбрасывается из ядра ( А  - 1, Я )
2n Двойное нейтронное излучение Два нейтрона одновременно выбрасываются из ядра ( А  - 2, Я )
SF Самопроизвольное деление Ядро распадается на два или более ядра меньшего размера и другие частицы. -
CD Распад кластера Ядро испускает меньшее ядро ​​определенного типа ( A 1 , Z 1 ), которое больше, чем альфа-частица. ( А  -  А 1 , Z  -  Z 1 ) + ( А 1 , Z 1 )
Различные режимы бета-распада
β - Бета минус распад Ядро испускает электрон и электронное антинейтрино. ( А , Я  + 1)
β + Бета плюс распад Ядро испускает позитрон и электронное нейтрино. ( А , Я  - 1)
ε (EC) Электронный захват Ядро захватывает вращающийся электрон и испускает нейтрино; дочернее ядро ​​остается в возбужденном нестабильном состоянии ( А , Я  - 1)
Бета-распад связанного состояния Свободный нейтрон или ядро ​​бета распадается на электрон и антинейтрино, но электрон не испускается, так как он захватывается пустой K-оболочкой; дочернее ядро ​​остается в возбужденном и нестабильном состоянии. Этот процесс представляет собой меньшую часть распадов свободных нейтронов (0,0004%) из-за низкой энергии ионизации водорода и подавляется, за исключением ионизированных атомов, которые имеют вакансии K-оболочки. ( А , Я  + 1)
β - β - Двойной бета-распад Ядро испускает два электрона и два антинейтрино. ( А , Я  + 2)
εε Двойной захват электронов Ядро поглощает два орбитальных электрона и испускает два нейтрино - дочернее ядро ​​остается в возбужденном и нестабильном состоянии. ( А , Я  - 2)
Захват электронов с испусканием позитронов Ядро поглощает один орбитальный электрон, испускает один позитрон и два нейтрино. ( А , Я  - 2)
β + β + Двойной распад позитрона Ядро испускает два позитрона и два нейтрино ( А , Я  - 2)
Переходы между состояниями одного и того же ядра
ЭТО Изомерный переход Возбужденное ядро ​​испускает фотон высокой энергии ( гамма-луч ) ( А , Я )
Внутреннее преобразование Возбужденное ядро ​​передает энергию орбитальному электрону, который впоследствии выбрасывается из атома. ( А , Я )

Ставки

Скорость распада или активность радиоактивного вещества характеризуется:

Постоянные количества :

  • Полураспада - т 1/2 , это время , необходимое для активности данного количества радиоактивного вещества к распаду на половину своей первоначальной стоимости; см. Список нуклидов .
  • Константа распада - λ , « лямбда », обратная величине среднего времени жизни (в с −1 ), иногда называемая просто скоростью распада .
  • Среднее время жизни - τ , « тау » средняя продолжительность жизни (1 / е жизни) радиоактивного распада частицы до.

Хотя это константы, они связаны со статистическим поведением популяций атомов. Как следствие, прогнозы с использованием этих констант менее точны для крошечных выборок атомов.

В принципе, период полураспада, третья жизнь или даже (1 / 2 ) -жизнь могут использоваться точно так же, как период полураспада; но средний срок службы и период полураспада t 1/2 были приняты как стандартные времена, связанные с экспоненциальным затуханием.

Величины, зависящие от времени :

  • Общая активность - A , это количество распадов радиоактивного образца в единицу времени.
  • Количество частиц - N , это общее количество частиц в образце.
  • Удельная активность - S A , количество распадов в единицу времени на количество вещества в образце в момент времени, установленный на ноль ( t = 0). «Количество вещества» может быть массой, объемом или молями исходного образца.

Они связаны следующим образом:

где N 0 - начальное количество активного вещества - вещества, которое имеет тот же процент нестабильных частиц, что и при образовании вещества.

Математика

Универсальный закон

Математика радиоактивного распада зависит от ключевого предположения о том, что ядро ​​радионуклида не имеет «памяти» или способа перевести свою историю в его нынешнее поведение. Ядро не «стареет» с течением времени. Таким образом, вероятность его разрушения не увеличивается со временем, а остается постоянной, независимо от того, как долго существует ядро. Эта постоянная вероятность может сильно различаться между одним типом ядер и другим, что приводит к множеству различных наблюдаемых скоростей распада. Однако, какова бы ни была вероятность, со временем она не меняется. Это резко контрастирует со сложными объектами, которые действительно показывают старение, такими как автомобили и люди. У этих стареющих систем есть шанс выхода из строя в единицу времени, который увеличивается с того момента, как они начинают свое существование.

Агрегированные процессы, такие как радиоактивный распад глыбы атомов, для которых вероятность реализации одного события очень мала, но в которых количество временных интервалов настолько велико, что, тем не менее, существует разумная частота событий, моделируются с помощью Распределение Пуассона , которое является дискретным. Радиоактивный распад и реакции ядерных частиц - два примера таких совокупных процессов. Математика пуассоновских процессов сводится к закону экспоненциального распада , который описывает статистическое поведение большого числа ядер, а не одного отдельного ядра. В следующем формализме число ядер или совокупность ядер N , конечно, является дискретной переменной ( натуральным числом ), но для любой физической выборки N настолько велико, что ее можно рассматривать как непрерывную переменную. Дифференциальное исчисление используется для моделирования поведения ядерного распада.

Однократный процесс

Рассмотрим случай нуклида A, который распадается на другой B посредством некоторого процесса A → B (испускание других частиц, таких как электронные нейтрино
ν
е
и электроны e - как в бета-распаде , в дальнейшем не имеют значения). Распад нестабильного ядра является полностью случайным во времени, поэтому невозможно предсказать, когда конкретный атом распадется. Однако он с одинаковой вероятностью распадется в любой момент времени. Следовательно, для образца конкретного радиоизотопа количество событий распада -d N, которые, как ожидается, произойдут за небольшой интервал времени d t , пропорционально количеству присутствующих атомов N , то есть

Определенные радионуклиды распадаются с разной скоростью, поэтому каждый имеет свою постоянную распада λ . Ожидаемый распад −d N / N пропорционален приращению времени d t :

Отрицательный знак указывает на то, что N уменьшается с увеличением времени, поскольку события распада следуют одно за другим. Решением этого дифференциального уравнения первого порядка является функция :

где N 0 - значение N в момент времени t = 0, с константой затухания, выраженной как λ

У нас за все время t :

где N total - постоянное количество частиц в процессе распада, которое равно начальному количеству нуклидов A, поскольку это исходное вещество.

Если количество нераспавшихся ядер A равно:

тогда количество ядер B , то есть количество распавшихся ядер A , равно

Число распадов, наблюдаемых в заданном интервале, подчиняется статистике Пуассона . Если среднее число распадов Н , вероятность заданного числа распадов Н является

Цепные процессы распада

Цепочка двух распадов

Теперь рассмотрим случай цепочки из двух распадов: один нуклид разлагающихся в другой B одним процессом, то B затухающих в другую С помощью второго процесса, т.е. A → B → C . Предыдущее уравнение нельзя применить к цепочке распада, но его можно обобщить следующим образом. Поскольку A распадается на B , затем B распадается на C , активность A добавляет к общему количеству нуклидов B в данном образце, прежде чем эти нуклиды B распадутся и уменьшат количество нуклидов, ведущих к более позднему образцу. Другими словами, количество ядер B второго поколения увеличивается в результате распада ядер первого поколения A и уменьшается в результате его собственного распада на ядра C третьего поколения . Сумма этих двух слагаемых дает закон цепочки распадов двух нуклидов:

Скорость изменения N B , то есть д Н Б / д т , связана с изменением количеств A и B , N B может увеличиваться по мере Б получают из А и уменьшения , как Б производит С .

Переписываем с использованием предыдущих результатов:

Нижние индексы просто относятся к соответствующим нуклидам, т.е. N A - количество нуклидов типа A ; N A 0 - исходное количество нуклидов типа A ; λ является постоянная распада А - и аналогично для нуклидов B . Решение этого уравнения относительно N B дает:

В случае, когда B - стабильный нуклид ( λ B = 0), это уравнение сводится к предыдущему решению:

как показано выше для одного распада. Решение может быть найдено методом коэффициента интегрирования , где коэффициент интегрирования равен e λ B t . Этот случай, пожалуй, наиболее полезен, поскольку он позволяет более непосредственно вывести как уравнение для однораспада (вверху), так и уравнение для цепочек с множественным распадом (внизу).

Цепочка любого количества распадов

Для общего случая любого числа последовательных распадов в цепочке распадов, то есть A 1 → A 2 ··· → A i ··· → A D , где D - количество распадов, а i - фиктивный индекс ( i = 1, 2, 3, ... D ), каждую популяцию нуклидов можно найти в терминах предыдущей популяции. В этом случае N 2 = 0 , N 3 = 0 , ..., N D = 0 . Используя приведенный выше результат в рекурсивной форме:

Общее решение рекурсивной задачи дается уравнениями Бейтмана :

Уравнения Бейтмана

Альтернативные режимы

Во всех приведенных выше примерах исходный нуклид распадается только на один продукт. Рассмотрим случай одного исходного нуклида, который может распадаться на любой из двух продуктов, то есть A → B и A → C параллельно. Например, в образце калия-40 89,3% ядер распадаются до кальция-40 и 10,7% до аргона-40 . У нас за все время t :

что является постоянным, поскольку общее количество нуклидов остается постоянным. Дифференцируя по времени:

определяя полную константу распада λ через сумму парциальных постоянных распада λ B и λ C :

Решение этого уравнения для N A :

где N A 0 - начальное количество нуклида A. При измерении образования одного нуклида можно наблюдать только полную константу распада λ . Константы распада λ B и λ C определяют вероятность того, что распад приведет к продуктам B или C следующим образом:

потому что фракция λ Б / λ ядер распада на В то время как доля λ C / Х ядер распада на С .

Следствия законов

Вышеупомянутые уравнения также могут быть записаны с использованием величин, связанных с числом частиц нуклида N в образце;

где L =6.022 140 76 × 10 23  моль -1 - постоянная Авогадро , M - молярная масса вещества в кг / моль, а количество вещества n - в молях .

Время распада: определения и отношения

Постоянная времени и средний срок службы

Для однократного распада A → B :

уравнение указывает, что постоянная затухания λ имеет единицы измерения t −1 и, таким образом, также может быть представлена ​​как 1 / τ , где τ - характерное время процесса, называемое постоянной времени .

В процессе радиоактивного распада эта постоянная времени также является средним временем жизни распадающихся атомов. Каждый атом "живет" в течение конечного количества времени, прежде чем он распадется, и можно показать, что это среднее время жизни является средним арифметическим значений времени жизни всех атомов, и что оно равно τ , которое снова связано с константой распада как следует:

Эта форма также верна для процессов с двумя распадами одновременно A → B + C , подставляя эквивалентные значения констант распада (как указано выше)

в раствор распада приводит к:

Моделирование множества идентичных атомов, подвергающихся радиоактивному распаду, начиная с 4 атомов (слева) или 400 (справа). Число вверху указывает, сколько полураспада прошло.

Период полураспада

Более часто используемый параметр - это период полураспада T 1/2 . Учитывая образец конкретного радионуклида, период полураспада - это время, необходимое для распада половины атомов радионуклида. Для случая однораспадных ядерных реакций:

период полураспада связан с постоянной распада следующим образом : множество N = N 0 /2 и т = T 1/2 , чтобы получить

Эта взаимосвязь между периодом полураспада и постоянной распада показывает, что высокорадиоактивные вещества быстро расходуются, а те, которые излучают слабо, сохраняются дольше. Периоды полураспада радионуклидов известных варьироваться в широких пределах, от более чем 10 24 лет для очень почти стабильным изотопом 128 Te , до 8,6 × 10 -23 секунд для весьма нестабильных нуклидов , таких как 5 - Н .

Фактор ln (2) в приведенных выше соотношениях является результатом того факта, что понятие «период полураспада» является просто способом выбора другой основы, отличной от естественной основы e, для выражения времени жизни. Постоянная времени τ - это время жизни e -1   , время до тех пор, пока остается только 1 / e , около 36,8%, а не 50% периода полураспада радионуклида. Таким образом, τ больше, чем t 1/2 . Следующее уравнение может быть доказано как действительное:

Поскольку радиоактивный распад является экспоненциальным с постоянной вероятностью, каждый процесс можно так же легко описать с различным постоянным периодом времени, который (например) дал его "(1/3) -жизнь" (сколько времени до тех пор, пока не останется только 1/3) или «(1/10) -жизнь» (период времени до тех пор, пока не останется только 10%) и так далее. Таким образом, выбор τ и t 1/2 для времен маркеров сделан только для удобства и условно. Они отражают фундаментальный принцип только в той мере, в какой они показывают, что одна и та же пропорция данного радиоактивного вещества будет распадаться в течение любого периода времени, который каждый выберет.

Математически n- я жизнь для описанной выше ситуации может быть найдена таким же образом, как и выше, путем установки N = N 0 / n , t = T 1 / n и подстановки в решение распада, чтобы получить

Пример для углерода-14

Углерод-14 имеет период полураспада 5730 лет и скорость распада 14 распадов в минуту (dpm) на грамм природного углерода.

Если обнаружено, что артефакт имеет радиоактивность 4 dpm на грамм его нынешнего C, мы можем найти приблизительный возраст объекта, используя приведенное выше уравнение:

куда:

годы,
годы.

Изменение ставок

Режимы радиоактивного распада электронного захвата и внутреннего преобразования, как известно, немного чувствительны к химическим воздействиям и воздействиям окружающей среды, которые изменяют электронную структуру атома, что, в свою очередь, влияет на присутствие 1s и 2s электронов, участвующих в процессе распада. Пострадало небольшое количество преимущественно легких нуклидов. Например, химические связи могут влиять на скорость захвата электронов в небольшой степени (обычно менее 1%) в зависимости от близости электронов к ядру. В 7 Be наблюдается разница в 0,9% между периодами полураспада в металлической и изолирующей средах. Этот относительно большой эффект обусловлен тем, что бериллий представляет собой небольшой атом, валентные электроны которого находятся на атомных орбиталях 2s , которые подвержены захвату электронов в 7 Be, потому что (как и все s- орбитали во всех атомах) они естественным образом проникают в ядро.

В 1992 году Юнг и др. из Дармштадтской группы исследований тяжелых ионов наблюдали ускоренный β -  распад 163 Dy 66+ . Несмотря на то, нейтральное 163 Dy является стабильным изотопом, полностью ионизируется 163 Dy 66+ подвергается β -  распад в К и L оболочек до 163 Ho 66+ с периодом полураспада 47 дней.

Рений-187 - еще один яркий тому пример. 187 Re обычно бета распадается до 187 Os с периодом полураспада 41,6 × 10 9  лет, но исследования с использованием полностью ионизированных атомов 187 Re (голые ядра) показали, что этот период может уменьшиться всего до 32,9 лет. Это связано с « связанного состояния р - распад » в полностью ионизированного атома - электрон испускается в «К-оболочки» ( 1s атомные орбитали), которые не могут иметь место для нейтральных атомов , в которых все низменных связанных состояний занят.

Пример суточных и сезонных изменений отклика детектора гамма-излучения.

Ряд экспериментов показал, что скорости распада других видов искусственных и естественных радиоизотопов с высокой степенью точности не зависят от внешних условий, таких как температура, давление, химическая среда, а также электрические, магнитные или гравитационные поля. Сравнение лабораторных экспериментов за последнее столетие, исследований природного ядерного реактора в Окло (которые продемонстрировали влияние тепловых нейтронов на ядерный распад) и астрофизических наблюдений за затуханием светимости далеких сверхновых (которые происходили далеко, поэтому свет принимал много времени, чтобы добраться до нас), например, убедительно указывают на то, что невозмущенные скорости распада были постоянными (по крайней мере, в пределах небольших экспериментальных ошибок) как функция времени.

Недавние результаты предполагают возможность того, что скорость распада может иметь слабую зависимость от факторов окружающей среды. Было высказано предположение, что измерения скорости распада кремния-32 , марганца-54 и радия-226 показывают небольшие сезонные изменения (порядка 0,1%). Однако такие измерения очень чувствительны к систематическим ошибкам, и последующая статья не нашла доказательств такой корреляции в семи других изотопах ( 22 Na, 44 Ti, 108 Ag, 121 Sn, 133 Ba, 241 Am, 238 Pu) и устанавливает верхние пределы размера любых таких эффектов. Когда - то сообщалось, что распад радона-222 демонстрирует большие 4% -ные сезонные вариации от пика до пика (см. График), которые предполагалось связать либо с активностью солнечных вспышек, либо с расстоянием от Солнца, но подробный анализ эксперимента недостатки конструкции, а также сравнения с другими, гораздо более строгими и систематически контролируемыми экспериментами опровергают это утверждение.

Аномалия GSI

Неожиданная серия экспериментальных результатов по скорости распада тяжелых высокозарядных радиоактивных ионов, циркулирующих в накопительном кольце , вызвала теоретическую активность в попытке найти убедительное объяснение. Установлено, что скорости слабого распада двух радиоактивных частиц с периодом полураспада около 40 с и 200 с имеют значительную колебательную модуляцию с периодом около 7 с. Наблюдаемое явление известно как аномалия GSI , поскольку накопительное кольцо находится в Центре исследований тяжелых ионов GSI им. Гельмгольца в Дармштадте , Германия . Поскольку в процессе распада образуется электронное нейтрино , некоторые из предлагаемых объяснений наблюдаемых колебаний скорости обращаются к свойствам нейтрино. Первоначальные идеи, связанные с колебаниями вкуса, встретили скептицизм. Более недавнее предложение связано с различиями масс между собственными состояниями масс нейтрино .

Теоретические основы

Эти нейтроны и протоны , которые представляют собой ядро, а также другие частицы , которые приближаются достаточно близко к ним, регулируются несколькими взаимодействиями. Сильная ядерная сила , не наблюдается в знакомом макроскопическом масштабе, является самым мощной силой над субатомным расстоянием. Электростатическая сила почти всегда значительна, и, в случае бета - распада , то слабая ядерная сила также принимает участие.

Совместное действие этих сил приводит к ряду различных явлений, в которых энергия может высвобождаться за счет перегруппировки частиц в ядре или же превращения одного типа частиц в другие. Этим перестройкам и трансформациям можно препятствовать энергетически, так что они не происходят немедленно. В некоторых случаях случайные квантовые флуктуации вакуума теоретически способствуют релаксации к более низкому энергетическому состоянию («распад») в явлении, известном как квантовое туннелирование . Период полураспада нуклидов при радиоактивном распаде был измерен в масштабе времени 54 порядка, от 8,6 × 10 -23 секунды (для водорода-5 ) до 7,1 × 10 31 секунды (для теллура-128 ). Пределы этих временных масштабов устанавливаются только чувствительностью приборов, и нет никаких известных естественных ограничений на то, насколько коротким или длинным может быть период полураспада радиоактивного распада радионуклида .

Процесс распада, как и все затрудненные преобразования энергии, можно сравнить со снежным полем на горе. Хотя трение между кристаллами льда может выдерживать вес снега, система по своей природе нестабильна в отношении состояния с более низкой потенциальной энергией. Таким образом, возмущение облегчило бы путь к состоянию большей энтропии ; система будет двигаться к основному состоянию, выделяя тепло, а полная энергия будет распределяться по большему количеству квантовых состояний, что приведет к лавинообразному распространению . Общая энергия не меняется в этом процессе, но из - за второй закон термодинамики , обвалы наблюдались только в одном направлении , а именно к « основному состоянию » - государства с наибольшим числом способов , в которых имеется энергия могла быть распределена.

Такой коллапс ( событие гамма- распада ) требует определенной энергии активации . В случае снежной лавины эта энергия поступает как возмущение извне системы, хотя такие возмущения могут быть сколь угодно малыми. В случае возбужденного атомного ядра, распадающегося под действием гамма-излучения при спонтанном испускании электромагнитного излучения, сколь угодно малое возмущение возникает из-за флуктуаций квантового вакуума .

Радиоактивное ядро ​​(или любая возбужденная система в квантовой механике) нестабильно и, таким образом, может спонтанно стабилизироваться до менее возбужденной системы. Результирующее преобразование изменяет структуру ядра и приводит к испусканию либо фотона, либо высокоскоростной частицы, имеющей массу (такой как электрон, альфа-частица или другой тип).

Возникновение и приложения

Согласно теории Большого взрыва , стабильные изотопы пяти легчайших элементов ( H , He и следы Li , Be и B ) были произведены очень скоро после появления Вселенной в процессе, называемом нуклеосинтезом Большого взрыва . Эти легчайшие стабильные нуклиды (включая дейтерий ) сохранились до наших дней, но любые радиоактивные изотопы легких элементов, образовавшиеся в результате Большого взрыва (например, тритий ), уже давно распались. Изотопы элементов тяжелее бора вообще не были произведены во время Большого взрыва, и эти первые пять элементов не имеют долгоживущих радиоизотопов. Таким образом, все радиоактивные ядра относительно молоды по отношению к рождению Вселенной, сформировавшись позже в ходе различных других типов нуклеосинтеза в звездах (в частности, сверхновых ), а также во время продолжающихся взаимодействий между стабильными изотопами и энергичными частицами. Например, углерод-14 , радиоактивный нуклид с периодом полураспада всего 5730 лет, постоянно производится в верхних слоях атмосферы Земли из-за взаимодействия космических лучей и азота.

Нуклиды, образующиеся в результате радиоактивного распада, называются радиогенными нуклидами , независимо от того, стабильны они сами или нет. Существуют стабильные радиогенные нуклиды, которые образовались из короткоживущих потухших радионуклидов в ранней солнечной системе. Дополнительное присутствие этих стабильных радиогенных нуклидов (таких как ксенон-129 из потухшего йода-129 ) на фоне первичных стабильных нуклидов можно сделать различными способами.

Радиоактивный распад был использован в технике радиоизотопного мечения , которая используется для отслеживания прохождения химического вещества через сложную систему (например, живой организм ). Образец вещества синтезирован с высокой концентрацией нестабильных атомов. Присутствие вещества в той или иной части системы определяется путем обнаружения мест распада.

Исходя из того, что радиоактивный распад действительно является случайным (а не просто хаотическим ), он был использован в аппаратных генераторах случайных чисел . Поскольку считается, что этот процесс не будет существенно меняться по механизму с течением времени, он также является ценным инструментом для оценки абсолютного возраста определенных материалов. Что касается геологических материалов, то радиоизотопы и некоторые продукты их распада попадают в ловушку при затвердевании породы, а затем могут быть использованы (с учетом многих хорошо известных квалификаций) для оценки даты затвердевания. Сюда входит проверка результатов нескольких одновременных процессов и их продуктов относительно друг друга в пределах одной и той же выборки. Подобным образом, а также при условии уточнения, можно оценить скорость образования углерода-14 в различные эпохи, дату образования органического вещества в течение определенного периода, связанного с периодом полураспада изотопа, поскольку углерод-14 попадает в ловушку, когда органическое вещество растет и включает новый углерод-14 из воздуха. После этого количество углерода-14 в органическом веществе уменьшается в соответствии с процессами распада, которые также можно независимо проверять другими способами (например, проверять содержание углерода-14 в отдельных кольцах деревьев).

Эффект Сцилларда – Чалмерса

Эффект Сцилларда – Чалмерса - это разрыв химической связи в результате кинетической энергии, передаваемой в результате радиоактивного распада. Он работает путем поглощения нейтронов атомом и последующего испускания гамма-лучей , часто со значительным количеством кинетической энергии. Эта кинетическая энергия, согласно третьему закону Ньютона , отталкивает распадающийся атом, что заставляет его двигаться с достаточной скоростью, чтобы разорвать химическую связь. Этот эффект можно использовать для разделения изотопов химическим путем.

Эффект Сцилларда – Чалмерса был открыт в 1934 году Лео Сцилардом и Томасом А. Чалмерсом. Они заметили, что после бомбардировки нейтронами разрыв связи в жидком этилиодиде позволил удалить радиоактивный йод.

Происхождение радиоактивных нуклидов

Радиоактивные первичные нуклиды, обнаруженные на Земле, являются остатками взрывов древних сверхновых, которые произошли до образования Солнечной системы . Это часть радионуклидов, которые выжили с того времени в результате образования первичной солнечной туманности , в результате аккреции планет и до настоящего времени. Встречающиеся в природе короткоживущие радиогенные радионуклиды, обнаруженные в сегодняшних породах , являются дочерями этих радиоактивных первичных нуклидов . Другим второстепенным источником встречающихся в природе радиоактивных нуклидов являются космогенные нуклиды , которые образуются при бомбардировке космическими лучами материала в атмосфере или коре Земли . Распад радионуклидов в породах мантии и земной коры вносит значительный вклад во внутренний тепловой баланс Земли .

Цепочки распада и несколько режимов

Дочерний нуклид распада также может быть нестабильным (радиоактивным). В этом случае он тоже распадется, образуя излучение. Образовавшийся второй дочерний нуклид также может быть радиоактивным. Это может привести к последовательности из нескольких событий распада, называемой цепочкой распада (см. Эту статью для получения конкретных деталей важных естественных цепочек распада). В конце концов получается стабильный нуклид. Любые дочерние элементы распада, являющиеся результатом альфа-распада, также приводят к образованию атомов гелия.

Энергетический спектр гамма-излучения урановой руды (вставка). Гамма-излучение испускается распадающимися нуклидами , и энергия гамма-излучения может использоваться для характеристики распада (какой нуклид на какой распадается). Здесь с помощью гамма-спектра идентифицировано несколько нуклидов, типичных для цепочки распада 238 U: 226 Ra, 214 Pb, 214 Bi.

Примером может служить цепочка естественных распадов 238 U:

  • Уран-238 распадается в результате альфа-излучения с периодом полураспада 4,5 миллиарда лет до тория-234.
  • который распадается посредством бета-излучения с периодом полураспада 24 дня до протактиния-234.
  • который распадается посредством бета-излучения с периодом полураспада 1,2 минуты до урана-234.
  • который распадается через альфа-излучение с периодом полураспада 240 тысяч лет до тория-230
  • который распадается через альфа-излучение с периодом полураспада 77 тысяч лет до радия-226.
  • который распадается через альфа-излучение с периодом полураспада 1,6 тысячи лет до радона-222.
  • который распадается через альфа-излучение с периодом полураспада 3,8 дня до полония-218.
  • который распадается через альфа-излучение с периодом полураспада 3,1 минуты до свинца-214.
  • который распадается посредством бета-излучения с периодом полураспада 27 минут до висмута-214.
  • который распадается посредством бета-излучения с периодом полураспада 20 минут до полония-214.
  • который распадается через альфа-излучение с периодом полураспада 160 микросекунд до свинца-210
  • который распадается посредством бета-излучения с периодом полураспада 22 года до висмута-210.
  • который распадается посредством бета-излучения с периодом полураспада 5 дней до полония-210
  • который распадается через альфа-излучение с периодом полураспада 140 дней до свинца-206 , который является стабильным нуклидом.

Некоторые радионуклиды могут распадаться по-разному. Например, примерно 36% висмута-212 распадается через альфа-излучение до таллия-208, в то время как примерно 64% висмута-212 распадается через бета-излучение до полония-212 . И таллий-208, и полоний-212 являются дочерними радиоактивными продуктами висмута-212 , и оба распадаются непосредственно до стабильного свинца-208 .

Предупреждающие знаки опасности

Смотрите также

Radioactive.svg Портал ядерных технологий Физический порталСтилизованный атом с тремя модельными орбитами Бора и стилизованным ядром. Svg 

Примечания

использованная литература

В линию

Общий

внешние ссылки