§5 «Превращение элементов. Радиоактивность»

Существует около 300 устойчивых ядер и около 1000 радиоактивных.

«Магические числа» - количество протонов или нейтронов, при котором ядра наиболее устойчивы.

¹⁶О – наиболее устойчивый элемент.

Беккерель в 1896 г. открыл явление радиоактивности на примере урана. Пьер и Мария Кюри продолжили изучение явления радиоактивности. В процессе своих исследований они открыли новый элемент, названный в честь родины Марии – полоний.

Время полураспада [τ_1/2] – время, за которое распадается ровно половина всех ядер данного элемента. Время полураспада длится от 10^-3 с до 10¹⁰ лет. Но для большинства элементов этот процесс длится от 1 секунды до 10 минут.

Типы радиоактивного распада:

- α-распад (поглощается алюминиевой фольгой)

- β-распад (не поглощается алюминиевой фольгой)

● α-распад

α ≡ ⁴He

Z' = Z - 2

A' = A - 4

²⁴³U → ²³⁰Tn + ⁴He (α)

● β-распад

1) нейтрон → протон + β-частица^- + нейтрино

²¹⁰Bi → ²¹⁰Po + β^- + υ z’ = z + 1

2) протон → нейтрон + β-частица⁺ + нейтрино

¹¹C → ¹¹B + β⁺ + υ z’ = z – 1

3) «электронный захват»

протон + электрон → нейтрон + γ-частицы

⁴⁰K + e → ⁴⁰Ar + γ

4)Флёров и Петржак в 1940 г. открыли явление самопроизвольного распада ядер тяжёлых элементов γ-частицы + поток n

²³²Tn τ _½ = 1,4 ∙ 10¹⁰ лет

²³⁵U τ _½ = 7 ∙ 10⁸ лет родоначальники природных радиоактивных рядов

²³⁸U τ _½ = 4,5 ∙ 10⁹ лет

²⁰⁶Pb

²⁰⁷Pb конечные продукты распада

²⁰⁸Pb

● Геохронология – наука, занимающаяся установлением возраста горных пород и полезных ископаемых на основе исследования ядер элементов.

²²⁶Ra τ _½ = 1622 года (Ba, Sz, Ca)

В процессе распада Ra образуется Rn τ _½ = 3,82 дня.

Кроме распада превращение ядер возможно при ядерных реакциях (реакции взаимодействия ядер с электронными частицами).

В 1919 г. Резерфорд провёл первое искусственное ядерное превращение.

¹⁴N + ⁴He → ¹⁷O + ¹H

В1939 г. Ган и Штрассман провели следующие реакции:

A ~ 85 – 105 цепная реакция

²³⁵U + ¹n + 2 ²³⁵U + γ

A ~ 130 - 150

тепловые (медленные) нейтроны

Это открытие положило начало ядерной энергетике и ядерному оружию. Исследования продолжила австрийка Л. Мейтнер.

1 кг ²³⁵U ~ 2300 т угля.

Бомба «Малыш» ~ 20 кт (уран).

Из 400 тысяч жителей Хиросимы – 140 тысяч погибли сразу, а 160 тысяч получили ранения и умерли позже.

Бомба «Толстяк» (плутоний – получают из урана).

«Маяк» - первый советский ядерный реактор.

В 1949 г. в СССР изобретают ядерную бомбу (на 4 года позже, чем в США).

● Термоядерные реакции – реакции слияния лёгких ядер с более тяжелыми. Эти процессы происходят при колоссальных температурах (~ 10⁷ К).

1 г Н ~ 40 т бензина.

4¹Н → ⁴He + 2β’ + γ + υ

Эти реакции пока неуправляемы.

²Н - дейтерий

³Н – тритерий

В 1961 г. в СССР было произведено испытание водородной бомбы (~ 58 мт).

Руководил её разработкой Сахаров, а в США – Теллер.

Необходимые условия для протекания этой реакции:

- высокая температура

- удержание в магнитном поле