Радиометрия скважин. Радиоактивные параметры вещества. Законы радиоактивного превращения, страница 2

Изотопы - элементы, имеющие одинаковое число протонов, но разное количество нейтронов. Например, кислород имеет шесть изотопов. Но наиболее распространен изотоп кислорода - О_{16 .} Легкого кислорода содержится в воздухе в сотни раз больше, чем тяжелого и сверхтяжелого. Уран-238 ₉₂U²³⁸ имеет 92 протона и 146 нейтронов; уран-235 ₉₂U²³⁵ имеет 92 протона и 143 нейтрона. Водород имеет три изотопа: протий, дейтерий и тритий. Изотоп протий - самый распространенный и составляет 99,98%. Свинец также имеет три изотопа: свинец-206, 207 и 208. Указанная же в таблице Менделеева масса элемента является средней. Нет изотопов у небольшой части элементов: фтора, натрия, йода, золота и других.

Радиоактивность- свойство атомных ядер элементов приходить в более устойчивое энергетическое состояние с выделением элементарных частиц и лучей. Наблюдается процесс последовательного превращения элементов.

Во Вселенной около 13 млрд. лет назад произошел Большой взрыв, началось созидание ядер атомов. Появилось более 2500 изотопов с разной степенью устойчивости. К настоящему времени большинство из них распались. Многие изотопы стабильны, нерадиоактивны: Не⁴, С¹², О¹⁶, Fe⁵⁶ и другие. Длительность жизни отдельных элементов исчисляется от сотых долей секунды до миллиардов лет.

Для распада ядра необходимы затраты энергии на преодоление ядерных сил и энергетического барьера, который для разных ядер имеет различную ширину и величину. Ядра, имеющие заполненные оболочки протонов и нейтронов, наиболее устойчивые. Это ядра с количеством протонов и нейтронов:  2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 152. Дважды магические: Не, О, Са. Стабильные ядра тоже могут распадаться, но такая вероятность чрезвычайно мала.

Преодолевая ядерные силы (барьер), частица оказывается под действием электрических сил отталкивания и вылетает из атома с большой скоростью (энергией). Энергия, необходимая для преодоления энергетического барьера, возникает внутри ядра или берется вне его. Различают следующие основные механизмы радиоактивного превращения: альфа-превращение, бета-превращение, электронный захват (К-распад), спонтанное деление ядра. В результате распада происходит вылет частиц и выделение энергии (табл. 2.2).

Альфа-частицы - тяжелые положительно заряженные ядра атомов гелия.

Бета-частицы - отрицательно заряженные электроны.

Гамма- кванты - электромагнитное корпускулярное излучение сверхвысокой частоты.

Нейтрино- частица, не имеющая массы и заряда и с магнитным моментом, близким к нулю. По последним данным предполагают, что масса нейтрино - 1/700 массы электрона. Различают нейтрино (n) и антинейтрино (n-). Все указанные свойства нейтрино способствуют чрезвычайно слабому взаимодействию его с веществом. Свободный пробег для нейтрино в твердом теле до 10¹⁶ км, т.е. вся толща земного шара не представляет серьезного препятствия для нейтрино.

Таблица 2.2.Энергетическая характеристика излученных частиц

Альфа-радиоактивность. Альфа-распад происходит у элементов с большими массами. У них узкий и низкий энергетический барьер. Из ядра вылетает альфа-частица (скорость движения 20000 км/с) - ядро атома гелия ₊₂Не⁴ с кинетической энергией  2-14 МэВ. Эту частицу отталкивает электрический положительный заряд ядра. В оставшемся ядре нейтронов и протонов будет на 2 меньше (на 4 нуклона), чем было до распада. Новое ядро в периодической системе сдвигается на 2 номера влево, массовое число уменьшится на 4. Это уже новый химический элемент. Кроме частиц, из ядра выносится энергия.