Известно, что атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, которые его окружают. Это установил Э. Резерфорд 1911 г. на основе опытов с рассеяния а-частиц различными химическими элементами (см. раздел 12.2). Исследования Э. Резерфорда основаны на важнейших открытиях, сделанных А. Беккерелем и супругами П. Кюри и М. Склодовской-Кюри.
В 1896 p., Изучая люминесценцию различных веществ, А. Бекке-рель обнаружил излучения солями урана без предварительного осветления их. Это излучение способно проникать сквозь слой непрозрачной вещества, йонизуваты воздуха, действовать на фотографическую пленку, вызывать люминесценцию некоторых веществ. Последующие исследования, проведенные П. Кюри, М. Склодовской-Кюри, Э. Резерфордом и другими учеными, показали, что свойство излучать характерна не только для урана, но и для некоторых других химических элементов, в частности полония, радия, актиния, тория. При этом характерной особенностью обнаруженного излучения является его самочиннисть, полная независимость от внешних условий. По предложению М. Склодовской-Кюри, вещества, способные излучать открытое А.Беккерелем излу-ния, называют радиоактивными, а само явление - радиоактивностью. Радиоактивное излучение бывает трех типов: а ? и у. Исследования показали, что а-излучение является потоком ядер атомов гелия, ?-излучения - потоком электронов, а у-излучения ния - жестким (большой частоты) электромагнитным излучением. Опыты Э. Резерфорда и Ф. Содди (1900 г.) показали, что эти излучения является результатом спонтанного преобразования (распада) атомов, точнее, атомных ядер. Это явление сопровождается выделением большого количества энергии, которую несут с собой a-, ?-и у-излу-нювання. Например, 1 г радия выделяет за 1 час энергию 561 Дж, а за год - 4914,4 кДж.
Итак, радиоактивность - это явление самопроизвольного превращения неустойчивых ядер одного элемента в ядра других элементов, сопровождающееся возникновением различных типов радиоактивных излучений. Различают естественную и искусственную радиоактивности. Под естественной радиоактивностью понимают радиоактивность ядер, которые есть в природе, а под искусственной радиоактивностью - радиоактивность искусственно полученных ядер.
Различные радиоактивные вещества очень отличаются между собой интенсивностью радиоактивных излучений, которую называют активностью. Активность вещества можно характеризовать количеством распадов, происходящих в единицу времени. Пусть в определенный момент времени t имеется N атомов радиоактивного вещества. озпадаються спонтанно, распад одного ядра не влияет на распад других. Поэтому количество распадов зависеть только от свойств ядер, распадающихся и количества их. Чем больше атомов радиоактивного вещества, тем больше распадов в единицу времени. Иначе говоря, количество распадов в единицу времени должно быть прямо пропорциональна количеству атомов радиоактивного вещества. Коэффициент пропорциональности X характеризует вероятность радиоактивного распада нестабильного ядра за единицу времени. Величину X называют постоянной радиоактивного распада. Знак «минус» означает, что количество радиоактивных ядер N со временем уменьшается и скорость распада - это отрицательная величина. Образуется элемент, который размещен в периодической системе элементов на два места ближе к началу системы (Z - 2), чем исходный, а при ?-преобразовании - элемент, который размещен на одно место дальше от материнского элемента (Z + 1). а-преобразования означает уменьшение заряда ядра на две единицы (частица несет двойной положительный заряд) Р ~-преобразование равносильно увеличению положительного заряда на единицу. Последовательное излучение одной а-частей-ки и двух Р ~-частиц приводит к образованию элемента с тем же зарядом ядра, то есть с тем же атомным номером, что и исходный элемент, но с массовым числом на четыре единицы меньше. При а-преобразовании ядро теряет два протона и два нейтрона (из которых состоит а-частица). При Р ~-преобразовании один из внутриядерных нейтронов превращается в протон по схеме е -> р + есть ~ + v (v - антинейтрино). Это увеличивает заряд ядра на единицу. По закону сохранения алгебраической суммы зарядов превращения нейтрона в протон должно сопровождаться возникновением электрона, излучаемого ядром.
Радиоактивные ряды. Если есть более двух генетически связанных друг с другом элементов, то речь идет о существовании радиоактивного ряда. Тяжелые ядра с массовым числом А> 208 испытывают а-распада вследствие того, что в них действуют большие кулоновские силы отталкивания. Если к тому же массовое число намного превышает 208, то ядро приходит к стабильному состоянию путем ряда последовательных распадов. Однако не все распады в этой цепочке является а-распада. После потери нескольких а-частиц ядро становится подверженным ?-распада, когда в середине ядра один из нейтронов превращается в протон. В радиоактивных рядах процессы а-и ?-распада обычно чередуются друг с другом. Главной причиной нестабильности трансурановых элементов до Z = 100 является а-распад. Однако для трансфермиевих элементов существенным становится спонтанный разделение, роль которого увеличивается с ростом Z. Для ныне известных нуклидов с Z = 106-107 он является главным типом распада.