Одним из важных доказательств сложного состава атомного ядра является радиоактивность. Рассмотрим это явление подробнее.
Способность излучать невидимые лучи была названа радиоактивностью.
Радиоактивные превращения
Опыты показали, что радиоактивные вещества не только излучают невидимые лучи, но и постоянно выделяют энергию. Например, 1г радия каждый час выделяет около 500 Дж тепла. Этой энергии хватит, чтобы нагреть 1 г воды от нуля градусов до кипения ! И эта энергия выделяется «ниоткуда» долгое время, не уменьшаясь. Это говорило о том, что в радиоактивном веществе происходят серьезные изменения.
Дальнейшие исследования подтвердили это предположение. Выяснилось, что атомы радиоактивного вещества, которые в то время считались неделимыми и неизменными, на самом деле серьезно меняются. В пробе чистого радиоактивного вещества со временем начинает появляться совсем другое вещество, существенно отличающееся по физическим и химическим свойствам от первоначального. При этом и это новое вещество может быть радиоактивным, и в свою очередь также может выделять энергию и невидимые лучи, превращаясь в третье вещество, отличающееся от двух первых. Таким образом, образуются целые ряды радиоактивных веществ, превращающихся одно в другое.
Состав невидимых лучей
При изучении невидимых радиоактивных лучей выяснилось, что они имеют сложный состав, и могут быть разделены с помощью магнитного поля. Поскольку магнитное поле действует на движущиеся заряды, было ясно, что излучение состоит частиц разных типов с разным знаком заряда.
Положительно заряженные тяжелые частицы, входящие в состав радиоактивных лучей были названы α-частицами. Исследования показали, что масса этих частиц вчетверо больше, чем масса атома водорода, а заряд – вдвое больше. Стало ясно, что α-частицы, фактически, являются ядрами гелия.
Отрицательно заряженные частицы были названы β-частицами. Исследования показали, что это электроны.
Нейтральная часть радиоактивных лучей, названная γ-частицами по всем признакам соответствовала электромагнитному излучению очень большой проникающей способности с малой длиной волны.
Понятие радиоактивности заключается в способности атомов радиоактивного вещества испытывать спонтанный распад. При этом из атомов вылетают «осколки» разных видов, и кроме того, выделяется энергия – тепловая и лучистая.
Период полураспада
Важным свойством радиоактивного распада была его постоянная скорость, своя для каждого вещества, зависящая только от начального количества пробы. Чтобы характеризовать эту скорость было введено понятие периода полураспада.
Период полураспада $T$ – это время, за которое распадается половина исходного радиоактивного вещества. Для определения числа атомов, остающихся в веществе спустя заданное время $t$, в теории радиоактивности используют формулу радиоактивного распада:
$$N=N_0×2^{-{tover T}}$$
Периоды распада радиоактивных веществ колеблются в очень широких пределах, например, Литий-4 распадается за $10^{-22}$ с ! Даже свет за такое время проходит расстояние меньше размера атома. Наибольший измеренный период полураспада имеет Теллур-128 – более $2×10^{24}$ лет, это в сто триллионов раз больше, чем возраст Вселенной.
Что мы узнали?
Радиоактивность – это способность атомов вещества распадаться, превращаясь в атомы другого вещества. При этом из атома вылетают «осколки» разных видов – α и β-частицы, а кроме того, выделяется тепловая и лучистая энергия. Период, за который распадается половина исходного вещества называется периодом полураспада.
