Поэтому для измерения периода полураспада подсчитывают распады отдельных атомов, например регистрируя число сцинтилляций на экране из сульфида цинка в момент соударения с ним альфа-частиц, образовавшихся при радиоактивном распаде. Разделив число распадов в секунду, зарегистрированных в данном образце радиоактивного элемента, на число атомов в этом образце (его можно определить, умножив число Авогадро на количество граммов образца и разделив на атомную массу элемента), мы получим вероятность, с которой отдельный атом испытывает радиоактивный распад в секунду. Период полураспада вычисляется как время, необходимое, чтобы эта вероятность составила 50 %. Именно так были измерены периоды полураспада, значительно превышающие возраст Земли. Самый большой из измеренных таким способом периодов полураспада — период полураспада технеция-122, который составляет около 1022 лет.
К счастью, некоторые радиоактивные элементы (например, радий) имеют период полураспада достаточно короткий, чтобы его можно было измерить непосредственно по ослаблению их радиоактивности, но вместе с тем достаточно продолжительный, чтобы его можно было также измерить, взяв образец известной массы и регистрируя число распадов. Периоды полураспада, измеренные обоими способами, должны, разумеется, совпадать, если только достаточно точно вычислено число радиоактивных атомов в образце. И наоборот, можно воспользоваться значениями периода полураспада, полученными по ослаблению радиоактивности, а также подсчетом числа распадов в секунду на грамм радиоактивного элемента. Это позволит вычислить число атомов в грамме вещества, которое сразу же (после умножения его на атомную массу элемента) дает нам число Авогадро. Именно таким путем к 1909 г. было определено число Авогадро; оно равнялось 7·1023 молекула/моль. Но от этого результата тут же отказались в пользу более точной величины, полученной Милликеном.
До сих пор мы еще не касались одной особенности радиоактивного распада, которая более других поражала физиков первого десятилетия XX в. В 1903 г., исследуя отклонение альфа-частиц в магнитном и электрическом полях, Резерфорд обнаружил, что скорость альфа-частиц, испускаемых радием, составляет около 2,5-1 07 м/с, т. е. равна примерно 0.1 скорости света. Как известно, кинетическая энергия любой частицы равна 1/2 ее массы, умноженной на квадрат скорости, Следовательно, кинетическая энергия, отнесенная к массе частицы, при такой скорости равна 3•1014 Дж/кг.
Атомный вес альфа-частицы равен 4 (хотя до 1906 г. Резерфорд считал, что он равен 1), а атомный вес радия - 226, следовательно, масса одной альфа-частицы составляет 4/226 массы испускающего ее атома. В таком случае энергия, выделяемая килограммом радия — при условии, что все его атомы, испустив альфа-частицы, превратились в атомы другого элемента, — составляет примерно[2] 5 • 1012 Дж/кг.
Для сравнения укажем, что энергия, выделяемая при сгорании обычного топлива, скажем природного газа, составляет около 5·107 Дж/кг. Следовательно, энергия, выделившаяся при радиоактивном распаде данной массы радия, примерно в 105 раз превышает энергию, выделяющуюся в обычных химических реакциях. (В 1903 г. Пьер Кюри совместно с А. Лабо-ром измерил количество теплоты, выделяемой при радиоактивном распаде. Как оказалось, радий вместе с продуктами распада выделяет в час 100 кал/г — этого вполне достаточно, чтобы сам радий полностью расплавился, если бы выделяемая теплота не рассеивалась.) В статье, опубликованной в 1904 г., Резерфорд и Содди писали: «...все эти наблюдения приводят к выводу, что энергия, скрытая в атоме, должна быть грандиозной по сравнению с той, что высвобождается при обычных химических превращениях».
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.