Большая Советская Энциклопедия (РА) - БСЭ БСЭ

  Бета-распад представляет собой самопроизвольное взаимное превращение протонов и нейтронов, происходящее внутри ядра и сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е—) или позитронов (е+), нейтрино (ne) или антинейтрино ().

  1) Электронный b— -распад: n ® р + е— + ; например,

.

  2) Позитронный b+-распад: p ® ; например,

 ().

  3) Электронный захват: p ® ; например,

 ().

  Захват электронов происходит с одной из атомных оболочек, чаще всего с ближайшей к ядру К-оболочки (К-захват), реже — со следующих, L- и М-оболочек (L- и М-захваты), b—-распад характерен для нейтроноизбыточных ядер, в которых число нейтронов больше, чем в устойчивых ядрах (а для ядер с Z > 83, если число нейтронов больше, чем в b-стабильных ядрах, испытывающих только a-распад). b+-распад и электронный захват свойственны нейтронодефицитным ядрам, более лёгким, чем устойчивые или b-стабильные ядра. Энергия при b-распаде распределяется между 3 частицами: электроном или позитроном, антинейтрино или нейтрино и конечным ядром; поэтому спектр b-частиц сплошной. Бета-радиоактивные изотопы встречаются у всех элементов периодической системы. Особенностью электронного захвата является слабая зависимость его скорости от химического состояния превращающихся атомов. Ядро захватывает электрон с какой-либо из электронных оболочек атома, а вероятность подобного захвата определяется строением не только внутренней оболочки, отдающей ядру электрон, но и (в меньшей степени) более отдалённых оболочек, в том числе и валентных. Изменение заряда ядра при b-распаде влечёт за собой последующую перестройку («встряску») электронных атомных оболочек, возбуждение, ионизацию атомов и молекул, разрыв химических связей. Химические последствия b-распада (и в меньшей степени др. радиоактивных превращений) являются предметом многочисленных исследований (см. Радиохимия).

  Спонтанное деление представляет собой самопроизвольный распад тяжёлых ядер на два (реже — 3 или 4) осколка — ядра элементов середины периодической системы. Спонтанное деление и a-распад ограничивают возможности получения новых трансурановых элементов.

  Протонная и двупротонная Р. должны представлять собой самопроизвольный распад нейтронодефицитных ядер с испусканием 1 или одновременно 2 протонов, проникающих сквозь кулоновский барьер путём туннельного эффекта. Причиной возможности двупротонной Р. служит спаривание в ядре протонов с противоположно направленными спинами, сопровождающееся выделением энергии около 2 Мэв. В результате этого испускание из ядра одновременно пары протонов может потребовать затраты меньшей энергии, чем отрыв одного из них от другого, а в ряде случаев может идти даже с выделением энергии (причём за время > 10-12 сек), тогда как испускание одиночного протона потребовало бы, наоборот, затраты энергии.

  Трудности наблюдения протонной и двупротонной Р. обусловлены как коротким (по сравнению с др. типами Р.) временем жизни р- и 2р-радиоактивных ядер, так и тем, что эти ядра характеризуются очень сильным дефицитом нейтронов и потому могут быть получены в ядерных реакциях, сопровождающихся вылетом большого числа нейтронов и поэтому маловероятных. Протонную Р. до сих пор удалось наблюдать (см. выше) лишь при распаде не основного, а возбуждённого (изомерного) состояния ядра 53MCo. Двупротонная Р. так же, как и двунейтронный распад, экспериментально пока не обнаружены.

  Гамма-лучи. Ядерные изомеры. Испускание g-квантов сопровождает Р. в тех случаях, когда «дочерние» ядра образуются в возбуждённых состояниях. Время жизни ядер в таких возбуждённых состояниях определяется свойствами (спином, чётностью, энергией) данного уровня и нижележащих уровней, на которые могут происходить переходы с испусканием g-квантов. Длительность g-переходов резко возрастает с уменьшением их энергии и с увеличением разности моментов исходного и конечного состояний ядра. В ряде случаев эта длительность существенно превышает 10—10—10—9 сек, т. е. наряду с основным состоянием данного стабильного или радиоактивного ядра может относительно долго (иногда годы) существовать его метастабильное возбуждённое (изомерное) состояние. Для многих ядерных изомеров наблюдается явление внутренней электронной конверсии: возбуждённое ядро, не излучая g-квантов, передаёт свою избыточную энергию электронным оболочкам, вследствие чего один из электронов вылетает из атома. После внутренней конверсии возникает вторичное излучение рентгеновского и оптического диапазона вследствие заполнения одним из электронов освободившегося места и последующих переходов. Участие электронных оболочек в конверсионных переходах приводит к тому, что время жизни соответствующих изомеров зависит (хотя и очень слабо) от химического состояния превращающихся атомов.

  Известны изомеры, для которых преобладает не g-излучение с образованием др. состояния того же изотопа, но распад по какому-либо из основных типов Р. Так, изомер  (T1/2 = 3,7 ч) испытывает, как и основной изотоп , b-распад; изомер  (T1/2 = 45 сек), как и основной изотоп , — a-распад; изомер  (T1/2 = 14 мсек) — спонтанное деление.

  Радиоактивные ряды (семейства). Во многих случаях продукты радиоактивного распада сами оказываются радиоактивными и тогда образованию стабильного изотопа предшествует цепочка из нескольких актов радиоактивного распада. Примерами таких цепочек являются радиоактивные ряды природных изотопов тяжёлых элементов, которые начинаются нуклидами 238U, 235U, 232Th и заканчиваются стабильными изотопами свинца 206РЬ, 207РЬ, 208РЬ. Многие радиоактивные изотопы могут распадаться по 2 или нескольким из перечисленных выше основных типов Р. В результате такой конкуренции разных путей распада возникают разветвления радиоактивных превращений. Для природных радиоактивных изотопов характерны разветвления, обусловленные возможностью a- и b—-распадов. Для изотопов трансурановых элементов наиболее распространены разветвления, связанные с конкуренцией a- (реже b—-) распадов и спонтанного деления. У нейтронодефицитных ядер зачастую наблюдается конкуренция b+-распада и электронного захвата. Для многих изотопов с нечётными Z и чётными А оказываются энергетически возможными два противоположных варианта b-распада: b—-распад и электронный захват или b—- и b+-распады.

  Заключение. Открытие Р. оказало огромное влияние на развитие науки и техники. Оно ознаменовало начало эпохи интенсивного изучения свойств и структуры вещества. Новые перспективы, возникшие в энергетике, промышленности и многих др. областях человеческой деятельности благодаря овладению ядерной энергией, были вызваны к жизни обнаружением способности химических элементов к самопроизвольным превращениям. За работы, связанные с исследованием и применением Р., было присуждено более 10 Нобелевских премий по физике и химии, в том числе А. Беккерелю, П. и М. Кюри, Э. Ферми, Э. Резерфорду, Ф. и И. Жолио-Кюри, Д. Хевеши, О. Гану, Э. Макмиллану и Г. Сиборгу, У. Либби и др.

  Лит.: Кюри М., Радиоактивность, пер. с франц., 2 изд., М. — Л., 1960; Мурин А. Н., Введение в радиоактивность, Л., 1955; Давыдов А. С., Теория атомного ядра, М., 1958; Гайсинский М. Н., Ядерная химия и ее приложения, пер. с франц., М., 1961; Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э. Сегре, пер. с англ., т. 3, М., 1961; Учение о радиоактивности. История и современность, М., 1973.

  В. И. Гольданский, Е. М. Лейкин.

Радиоактивность атмосферы

Радиоакти'вность атмосфе'ры, обусловлена присутствием в атмосфере радиоактивных газов и аэрозолей, попадающих в неё в результате процессов, происходящих в природе, и деятельности человека. Соответственно различают естественную и искусственную Р. а. Естественные радиоактивные газы являются изотопами радона: 222Rn — радон, 220Rn — торон, 219Rn — актинон, и образуются вследствие радиоактивного распада 238U, 232Th и 235U (см. Радиоактивные ряды). Они поступают в атмосферу с почвенным воздухом при обмене его с атмосферным (т. н. эксхаляция) или путём диффузии. При радиоактивном распаде изотопов Rn образуются аэрозольные продукты их распада (см. Радиоактивные аэрозоли), т.к. возникающие при этом химические элементы относятся к металлам и не летучи при обычных условиях (Po, Bi и др.). При этом 232Rn (период полураспада T1/2 = 3,8 сут) распространяется в пределах тропосферы, а его долгоживущие продукты распада 210Pb (RaD), 210Bi (RaE), 210Po (RaF) обнаружены в стратосфере. Содержание 222Rn в воздухе над океанами на 2 порядка ниже, чем над материками, а концентрация над земной поверхностью уменьшается примерно вдвое на каждый км высоты. Торон и актинон вследствие малого значения T1/2 (54 сек и 3,9 сек) присутствуют только у земной поверхности. Продукт распада торона 212Pb (ThB) с T1/2 =10,6 ч обнаруживается в нижней тропосфере. В воздухе над океанами 220Rn, 210Rn и их продукты распада практически отсутствуют.