Самопро­извольное беспорядочное означает, что частицы испускаются через нере­гулярные интервалы без определенной системы и в различных направлениях. Число частиц, испускаемых в секунду, варьируется в очень широких пределах. Этот процесс уникален тем, что частицы испускаются без передачи атому какой-либо энергии. Таким об­разом, энергия получается без внеш­него подвода энергии, и таким обра­зом, атом сам по себе является источ­ником энергии. Атом не остается преж­ним после испускания частиц. Он пре­вращается в атом другого вещества, которое может быть нестабильно (пре­терпит дальнейший распад) или ста­бильно (не испустит больше частиц). Имеет место непрерывное изменение. В отличие от химических реакций (из­менений) этим изменением невозмож­но управлять. Нельзя и придать ему обратный ход. Изменение температуры изменяет интенсивность протекания химической реакции. Но оно не изме­няет интенсивности радиоактивного распада вещества. Радиоактивный распад не зависит от температуры, давления или химической комбинации атомов.

Как указывалось ранее, радиоак­тивные излучения имеют различную проникающую способность. Чем более массивна частица, тем больше вероят­ность ее столкновения с другими час­тицами и менее вероятно, что она прой­дет большой путь. Вероятность столк­новения также зависит от числа струк­турных единиц на единицу объема, размера и заряда отдельной частицы. Когда положительно заряженная частица оказывается вблизи положи­тельно заряженного ядра, то она от­талкивается, избегая столкновения.

Незаряженная частица не отклоняет­ся, если она не сталкивается с ядром. 

Таким образом, хотя нейтроны и про­тоны имеют одинаковую массу, но ней­троны обладают большей проникаю­щей способностью, поскольку они не имеют заряда.

На рисунке 1 показано излуче­ние, падающее.на пластину. Пластина (рис. 1, а) тонкая, и через нее прото время как значительно меньшая часть излучения проходит через более толстую пластину (рис. 1, б). Часть излучения, которая не проходит через пластину, отражается, а часть погло­щается.

Радиоактивный распад

Когда а-частица испускается яд­ром, то масса его уменьшается на 4 единицы, а заряд — на 2 единицы. Ра­дий-226 испускает а-частицу и превра­щается в инертный газ радон (₈₈²²²Rn). Распад определяется формулой

₈₈²²⁶Ra  -  ₂⁴He  = ₈₆²²²Rn

И масса (226 —4 =222), и заряд (88 — 2 = 86) после распада должны сохраниться.

Радон не стабилен и также распа­дается, испуская а-частицы:

₈₆²²²Ra  -  ₂⁴He  = ₈₄²¹⁸Po

Радий испускает у-лучи, так же как и а-частицы, но эмиссия у-лучей не из­меняет заряд или массу ядра. Во вре­мя эмиссии а-частиц или b-частиц яд­ро перестраивается так, что энергия уменьшается: излишек энергии выхо­дит в форме у-лучей. Полоний-218 так­же испускает а-частицы:

₈₄²¹⁸Po  -  ₂⁴He  = ₈₂²¹⁴Pb

До сих пор мы рассматривали только эмиссию а-частицы. Когда испускает­ся р-частица, то изменения в массе ядра практически не происходит, по­тому что масса b-частицы очень мала. Вместе с тем происходит увеличение заряда на одну единицу. Свинец-214 распадается, испуская b-частицу:

₈₂²¹⁴Po  -  -₁⁰e  = ₈₃²¹⁴Bi

Уравнением для распада является 82—(— 1) = 82+1 =83. Но предпола­гается, что ядро состоит только из протонов и нейтронов. Как же в таком случае может испускаться b-частица? Нейтрон в ядре превращается в про­тон и электрон, который испускается. В результате в ядре остается на один протон больше и на один нейтрон мень­ше. Таким образом, нуклонное число не изменяется, а протонное число уве­личивается на единицу.

Что должно случиться с нестабиль­ным изотопом свинца ₈₃²¹⁴РЬ, чтобы он превратился в стабильный свинец ₈₂²⁰⁶РЬ? Поскольку оба вещества яв­ляются свинцом, то число протонов в ядре должно остаться тем же самым. Стабильный свинец содержит на во­семь нейтронов меньше, но нейтроны не испускаются при естественном ра­диоактивном распаде. Таким образом, заряд остался постоянным, а масса уменьшилась на восемь единиц, в ито­ге должно быть испущено две а-час­тицы и четыре b-частицы. Полное из­менение происходит следующим обра­зом:

₈₂²¹⁴Pb - _-1⁰e → ₈₃²¹⁴Bi - _-1⁰e → ₈₄²¹⁴Po - ₂⁴He → ₈₂²¹⁰Pb - -10e →  ₈₃²¹⁰Bi - _-1⁰e → ₈₄²¹⁰Po - ₂⁴He → ₈₂²⁰⁶Pb

(₈₂²¹⁴Pb -_-1⁰e = ₈₃²¹⁴Bi. ₈₃²¹⁴Bi затем испус­кает электрон (Р-частицу), чтобы стать ₈₄²¹⁴Ро, который испускает а-частицу, и т. д.)

Когда радий-226 распадается, об­разуя стабильный свинец, то обра­зуются три изотопа полония, два — висмута и три — свинца. Все изотопы полония испускают а-частицы, а изо­топы висмута и свинца — р-частицы. В ходе всего преобразования испус­кается пять а-частиц и четыре р-час- тицы, уменьшая нуклонное число на 20, а протонное — на 6.

Сохранение импульса

Закон сохранения импульса спра­ведлив и для ядерного распада. Когда испускается а-частица в одном на­правлении, то ядро отскакивает в про­тивоположном. Если а-частица испус­кается, как показано на рисунке 2, то

импульс перед распадом = импульсу после распада:

M × 0 = (M - m) v + m (-V)

       0 = (M - m) v - m V

       mV = (M-m)v

где М — масса исходного ядра, т — масса а-частицы, V — скорость а-час­тицы, v — скорость оставшегося ядра.

Период полураспада

Радиоактивый распад — это бес­порядочный процесс, и различные ра­диоактивные вещества распадаются в различной степени. Интервал времени, в течение которого распадается поло­вина атомов радиоактивного веще­ства, называется периодом полурас­пада этого вещества. За это время половина атомов исходного материала испустит радиоактивные частицы и превратится в другое вещество. Это новое вещество может быть стабиль­ным или нестабильным.

Предположим, что образец радио­активного материала испускает 1056 частиц в минуту и имеет период полу­распада 5 дней. Данные таблицы 1 показывают, что уровень распада со­кращается наполовину каждые 5 дней. Можно построить точки графика зави­симости числа частиц, испускаемых в минуту, и времени в днях и через эти точки провести плавную кривую. По этому графику можно определить уро­вень распада в любое другое время, например через 7 дней.

Весьма обманчивым и сомнитель­ным является определение периода по­лураспада как времени, за которое масса радиоактивного вещества уменьшается до половины своей исход­ной величины. Это создает ложное представление о том, что вещество исчезает. Общее число атомов в образ­це не меняется, а меняется лишь число радиоактивных атомов. Это означает,

что общая масса взятой пробы остает­ся почти постоянной. Дочерние про­дукты (дочерний продукт — это эле­мент, образующийся, когда испускает­ся радиоактивная частица) не отде­ляются от исходного вещества. Пред­положим, что пример в таблице 1 представляет собой эмиссию b-частицы, а исходная масса распадающегося вещества составляет 1 г. Через 5 дней масса образца все так же составляет примерно 1 г, но лишь половина ее представляет собой исходный радио­активный элемент. Через 25 дней мас­са образца все так же составляет

примерно 1 г, но лишь 1/32 г все еще является радиоактивной. (Это говорит о том, что произведенный дочерний продукт стабилен.)

Определение периода полураспада вещества может быть усложнено при­сутствием дочерних продуктов, кото­рые также радиоактивны. Радий ис­пускает а-частицы и у-лучи, но при этом образуются дочерние продукты, которые испускают (i-частицы. Таким образом, можно считать, что радиевый источник испускает все три типа ра­диации.

Периоды полураспада значительно варьируются. Периоды полураспада некоторых элементов приведены в таб­лице 2.