Радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў: гісторыя адкрыцця, асноўныя тыпы ператварэнняў

Адкрыццё будынка атамнага ядра з'явілася адным з самых важных этапаў у развіцці сучаснага фізічнага веды. Навукоўцы прыйшлі да правільных высноваў адносна структуры драбнюткіх часціц не адразу. І яшчэ нашмат пазней былі адкрыты іншыя заканамернасці - напрыклад, законы руху мікрачасцін, а таксама асаблівасці ператварэння атамных ядраў, якія адбываюцца пры радыеактыўным распадзе.

досведы Рэзерфорда

Упершыню радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў вывучаліся ангельскай даследчыкам Резерфордом. Ужо тады было зразумела, што асноўная маса атама прыпадае на яго ядро, так як электроны ў шмат сотняў раз лягчэй, чым нуклоны. Для таго каб даследаваць станоўчы зарад ўнутры ядра, ў 1906 годзе Радэрфорд прапанаваў даследаваць атам пры дапамозе зандзіравання альфа-часціцамі. Такія часціцы ўзнікалі пры распадзе радыя, а таксама некаторых іншых рэчываў. У ходзе сваіх досведаў Радэрфорд атрымаў ўяўленне пра будову атама, якому было дадзена назва «планетарнай мадэлі».

Першыя назіранні радыеактыўнасці

Яшчэ ў 1985 годзе англійская даследчык У. Рамзай, які вядомы сваім адкрыццём газу аргону, зрабіў цікавае адкрыццё. У мінерале пад назвай клевеит ён выявіў газ гелій. Пасля вялікая колькасць гелія было знойдзена таксама і ў іншых мінералах, але толькі ў тых, у склад якіх уваходзяць торый і ўран.

Даследніку гэта здавалася вельмі дзіўным: адкуль мог узяцца ў мінералах газ? Але калі Радэрфорд пачаў вывучаць прыроду радыеактыўнасці, то аказалася, што гелій ўяўляе сабой прадукт радыеактыўнага распаду. Адны хімічныя элементы «спараджаюць» іншыя, з зусім новымі ўласцівасцямі. І гэты факт супярэчыў ўсім папярэднім досведзе хімікаў таго часу.

Назіранне Фрэдэрыка Содди

Разам з Рэзерфордом у даследаваннях прымаў непасрэдны ўдзел вучоны Фрэдэрык Содди. Ён быў хімікам, і таму ўся яго праца праводзілася ў дачыненні да атаясамленьня хімічных элементаў згодна з іх уласцівасцях. На самай справе радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў ўпершыню былі заўважаныя Содди. Ён здолеў высветліць, што ўяўляюць сабой альфа-часціцы, якімі карыстаўся ў сваіх досведах Радэрфорд. Вырабячы вымярэння, навукоўцы высветлілі, што маса адной альфа-часціцы складае 4 атамныя адзінкі масы. Назапасіўшы пэўную колькасць такіх альфа-часціц, даследчыкі выявілі, што яны ператварыліся ў новае рэчыва - гелій. Ўласцівасці гэтага газу былі добра вядомыя Содди. Таму ён сцвярджаў, што альфа-часціцы здолелі захапіць электроны звонку і ператварыцца ў нейтральныя атамы гелія.

Змены ўнутры ядра атама

Наступныя даследаванні былі накіраваны на выяўленне асаблівасцяў атамнага ядра. Навукоўцы зразумелі, што ўсе пераўтварэнні адбываюцца не з электронамі ці электроннай абалонкай, а непасрэдна з самімі ядрамі. Менавіта радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў спрыялі пераўтварэнню адных рэчываў у іншыя. Тады яшчэ асаблівасці гэтых ператварэнняў навукоўцам былі невядомыя. Але зразумела было адно: у іх выніку нейкім чынам з'яўляюцца новыя хімічныя элементы.

Упершыню такі ланцужок метамарфоз навукоўцам атрымалася прасачыць у працэсе ператварэння радыя ў радон. Рэакцыі, у выніку якіх адбываліся такія ператварэння, якія суправаджаліся асаблівым выпраменьваннем, даследчыкі назвалі ядзернымі. Пераканаўшыся, што ўсе гэтыя працэсы працякаюць менавіта ўнутры ядра атама, навукоўцы пачалі даследаваць і іншыя рэчывы, не толькі радый.

Адкрытыя віды выпраменьванняў

Асноўная дысцыпліна, якая можа запатрабаваць адказаў на падобныя пытанні - гэта фізіка (9 клас). Радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў ўваходзяць у яе курс. Праводзячы досведы над пранікальнай здольнасцю ўранавага выпраменьвання, Радэрфорд адкрыў два віды выпраменьванняў, або радыеактыўных ператварэнняў. Менш пранікальны тып быў названы альфа-выпраменьваннем. Пазней было даследавана і бэта-выпраменьванне. Гама-выпраменьванне ўпершыню было вывучана Полем Виллардом ў 1900 годзе. Навукоўцы паказалі, што з'ява радыеактыўнасці звязана з распадам атамных ядраў. Такім чынам, па пануючым да тых часоў паданнях аб атаме як пра непадзельнай частачцы быў нанесены сакрушальны ўдар.

Радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў: асноўныя тыпы

Цяпер лічыцца, што падчас радыеактыўнага распаду адбываецца тры выгляду ператварэнняў: альфа-распад, бэта-распад, электронны захоп, інакш званы К-захопам. Пры альфа-распадзе адбываецца выпусканне з ядра альфа-часціцы, якая з'яўляецца ядром атама гелія. Само радыёактыўнае ядро пры гэтым ператвараецца ў такое, якое валодае меншым электрычным зарадам. Альфа-распад уласцівы рэчывам, якія займаюць апошнія месцы ў табліцы Мендзялеева. Бэта-распад таксама ўваходзіць у радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў. Склад атамнага ядра пры гэтым тыпе таксама змяняецца: яно губляе нейтрына або антинейтрино, а таксама электроны і пазітронаў.

Гэты тып распаду суправаджаецца караткахвалевага электрамагнітным выпраменьваннем. Пры электронным захопе ядро атама паглынае адзін з бліжэйшых электронаў. Пры гэтым ядро берылію можа ператварыцца ў ядро літыя. Гэты тып быў знойдзены ў 1938 году фізікам з Амерыкі па прозвішчы Альварэс, які таксама вывучаў радыеактыўныя ператварэння атамных ядраў. Фота, на якіх даследчыкі спрабавалі захаваць такія працэсы, ўтрымліваюць выявы, падобныя на размытае воблака, у сілу малых велічынь доследных часціц.