Радіоактивність
Радіоактивність — самовільне перетворення нестійкого ядра в інший ядерний стан або нуклід із випромінюванням частинок чи фотонів. Момент розпаду окремого ядра випадковий, але поведінку великої кількості однакових ядер з високою точністю описує експоненціальний закон.
Наочна модель
Інтерактивна модель
Альфа-, бета- та гамма-розпад
Під час альфа-розпаду випромінюється ядро ⁴He: масове число зменшується на 4, атомний номер — на 2. За β⁻-розпаду нейтрон перетворюється на протон із випромінюванням електрона та антинейтрино; A не змінюється, Z збільшується на 1.
Гамма-випромінювання — електромагнітний перехід збудженого ядра на нижчий енергетичний рівень. Гамма-фотон не змінює A або Z і часто випромінюється після альфа- чи бета-процесу, якщо дочірнє ядро залишилося збудженим.
Закони збереження перевіряють ядерне рівняння
У ядерному рівнянні має зберігатися електричний заряд, а підрахунок нуклонів має бути узгодженим. У бета-процесах нейтрино або антинейтрино необхідне для збереження енергії, імпульсу та лептонного числа.
У рівнянні ²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴He виконуються 238 = 234 + 4 та 92 = 90 + 2. Така перевірка швидко виявляє неправильний дочірній нуклід.
Стала розпаду та період напіврозпаду
Кількість радіоактивних ядер змінюється за законом N(t)=N₀e^(−λt). Період напіврозпаду T₁/₂ = ln2/λ — час, за який у великій сукупності статистично розпадається половина початкових ядер.
Це не означає, що кожне окреме ядро чекає рівно один період напіврозпаду. Окреме ядро не має класичного годинника старіння; імовірність розпаду за одиницю часу для даного стану в моделі стала.
Активність і бекерель
Активність — кількість розпадів за одиницю часу: A_act = λN. Один бекерель (Бк) означає один розпад за секунду. Однакова активність у Бк не означає однакову поглинену дозу або біологічний ризик.
Зі зменшенням N зменшується й активність. Після двох періодів напіврозпаду залишається чверть початкових ядер і, за незмінного λ, чверть початкової активності.
Проникнення та ризик
Альфа-частинки створюють щільну йонізацію, але мають малий пробіг; гамма-випромінювання значно проникніше. Бета-частинки займають проміжне положення. Матеріал захисту обирають з урахуванням типу й енергії випромінювання.
Для оцінки небезпеки недостатньо сказати «речовина радіоактивна». Важливі активність, енергія й тип випромінювання, час опромінення, відстань, потрапляння речовини всередину організму та поглинена доза.
Вправи
Два періоди
Яка частка залишається після двох періодів напіврозпаду?
Розв’язання: (1/2)² = 1/4, тобто 25%.
Альфа-розпад
Як змінюються A та Z під час альфа-розпаду?
Розв’язання: A зменшується на 4, Z — на 2.
Активність
Що означає 500 Бк?
Розв’язання: У зразку відбувається в середньому 500 радіоактивних розпадів за секунду.