Радиоактивность. 
Альфа-распад. 
Характеристика алифа-распада

Взаимодействие альфа излучения с веществом.

Радиоактивность — самопроизвольные превращения атомных ядер, сопровождающиеся испусканием элементарных частиц или более лёгких ядер. Ядра, подверженные таким превращениям, называют радиоактивными, а процесс превращения — радиоактивным распадом. Радиоактивный распад возможен только тогда, когда он энергетически выгоден, т. е. сопровождается выделением энергии. Условием этого является превышение массы М исходного ядра суммы масс m_i продуктов распада, т. е. неравенство.

M >?m_i.

Из около 3000 известных ядер (большинство из них получено искусственно) лишь 264 не являются радиоактивными. Основными видами радиоактивного распада являются альфа-распад (испускание ядрами альфа-частиц), бета-распад (испускание (или поглощение) электрона, а также антинейтрино, или испускание позитрона и нейтрино), гамма-распад (испускание гамма-квантов) и спонтанное деление (распад ядра на два осколка сравнимой массы). К более редким видам радиоактивного распада относятся испускание ядрами одного или двух нуклонов, а также испускание фрагментов (кластеров) — лёгких ядер от ¹²С до ³²S.

Во всех видах радиоактивности (кроме гамма-радиоактивности) изменяется состав ядра — число протонов Z, массовое число, А или и то и другое.

Важнейшей характеристикой радиоактивности является закон радиоактивного распада, показывающий как со временем t изменяется (в среднем) число N радиоактивных ядер в образце.

N (t) = N0e-лt,.

где N₀ — число исходных ядер в начальный момент (момент их образования или начала наблюдения), а л — постоянная распада (вероятность распада радиоактивного ядра в единицу времени). Через эту постоянную можно выразить среднее время жизни радиоактивного ядра ф=1/л, а также период полураспада T_½=ln2/ф. Период полураспада наглядно характеризует скорость распада, показывая за какое время число радиоактивных ядер в образце уменьшится вдвое. Следует подчеркнуть, что процесс радиоактивного распада (как и все процессы в микромире) это случайный процесс и можно говорить лишь о вероятности его протекания.

Так если в образце N радиоактивных ядер, то в единицу времени не обязательно произойдёт лN актов радиоактивного распада. Это число может быть и больше и меньше лN, которое в данном случае является лишь средним (математическим ожиданием). На характеристики радиоактивного распада, в частности его скорость (период полураспада), оказывают существенное влияние силы (взаимодействия), вызывающие распад. Альфа-распад изначально вызывается сильным взаимодействием, но его скорость определяется кулоновским барьером (электромагнитным взаимодействием). Бета-распад вызывается слабым взаимодействием, а гамма-распад — электромагнитным.

Явление радиоактивности открыто в 1896 г. А. Беккерелем. В 1899 г. Э. Резерфорд открыл, что уран излучает положительно заряженные частицы (б-частицы) и отрицательно заряженные в-частицы (электроны). В 1900 г. П. Виллард открыл нейтральные частицы (г-кванты) при изучении распада урана. Спонтанное деление ядер открыто в 1940 г. К. А. Петржаком и Г. Н. Флёровым.

Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении ядер с испусканием бчастиц (ядра гелия).

Схема браспада записывается в виде.

где Х, Y — символы материнского и дочернего ядер соответственно. При записи б-р аспада вместо «б» можно писать «Не».

При этом распаде порядковый номер Z элемента уменьшается на 2, а массовое число, А — на 4.

При браспаде дочернее ядро, как правило, образуется в возбужденном состоянии и при переходе в основное состояние испускает г-квант. Общее свойство сложных микрообъектов заключается в том, что они обладают дискретным набором энергетических состояний. Это относится и к ядрам. Поэтому гизлучение возбужденных ядер обладает дискретным спектром. Следовательно, и энергетический спектр бчастиц является дискретным.

Энергия испускаемых бчастиц практически для всех бактивных изотопов лежит в пределах 4−9 МэВ.

По сравнению с другими частицами альфа-частицы являются физически и электрически достаточно большими, состоящими из четырех нуклонов и двух положительных зарядов. Во время движения альфа-частиц через поглотитель, они воздействуют электрическими силами на орбитальные электроны атома поглотителя. Орбитальные электроны переводятся на более высокие энергетические оболочки или покидают атом, образуя ионные пары.

Альфа-частицы могут передавать большое количество энергии поглотителю при малой длине пробега и производить большое количество ионных пар. Например, альфа-частица с энергией 3.5 МэВ имеет пробег приблизительно 20 мм и производит около сто тысяч пар ионов в воздухе. Альфа-частица с такой же энергией пройдет в биологической ткани приблизительно 0.03 мм (или 30 мкм).

Альфа-частицы являются наименее проникающим излучением. Пробег альфа-частиц будет важен позднее, когда мы будем рассматривать проблемы, с которыми сталкиваются при мониторинге альфа-излучения, или когда мы будем рассматривать, насколько велика опасность, связанная с альфа-частицами внутри и вне организма человека.