Одним из важных законов, который был открыт
в результате изучения естественной радиоактивности,
стал закон радиоактивного распада.
В настоящий момент
радиоактивный распад определяется
как самопроизвольное превращение
одного изотопа в другой,
сопровождающееся сбросом энергии ядра
в окружающее пространство.
При этом дочерний изотоп,
который получился в результате распада,
может быть изотопом другого элемента.
То есть в результате распадов,
мы получаем переход одного элемента в другой.
При этом высвобождается энергия,
которую уносят с собой
дочерние продукты распада.
Все известные типы радиоактивных превращений
являются следствием
фундаментальных взаимодействий микромира.
Допустим,
альфа-распад – это продукт сильных взаимодействий.
Причем ядерные силы ответственные за превращения,
сопровождающиеся испусканием ядреных частиц, –
это альфа-частицы, протоны, осколки деления.
Слабые же взаимодействия
ответственны за бета-распад
или за испускание электронов, позитронов и нейтрино.
Закон радиоактивного распада
впервые был сформулирован
Эрнестом Резерфордом и Фредериком Содди в 1903 году.
Этот закон может быть записан
в виде математических выражений.
Давайте посмотрим,
как записывается закон радиоактивного распада,
и познакомимся с физическими величинами,
которые в него входят.
Буковкой <i>t</i>, традиционно мы обозначаем время.
И <i>N(t)</i> означает,
количество радиоактивных атомов в момент времени <i>t</i>.
<i>N</i>0 – это количество радиоактивных атомов
в начальный момент изучения данного явления
или в момент времени <i>t</i> = 0.
<i>T</i>1/2 – очень важная характеристика любого
радиоактивного изотопа – период полураспада.
Лямбда – это постоянная распада –
тоже физическая величина,
имеющая размерность 1/сек, которая связана
с периодом полураспада простой формулой.
Закон радиоактивного распада позволяет утверждать,
что за период полураспада
количество радиоактивных ядер
уменьшается в два раза.
При этом мы не знаем, какое ядро распадется,
мы не знаем, сколько времени будет жить
каждое конкретное ядро.
Но так как ядер очень много
(помните, мы, изучая количество молекул и атомов
в веществе, поняли, что опираться необходимо
на число Авогадро 6 на 10 в двадцать третьей?)
поэтому, когда мы имеем какое-то количество
радиоактивных атомов, мы, не зная,
сколько будет жить каждый атом,
можем знать, через сколько времени
распадется половина атомов,
через сколько времени останется четверть атомов,
через сколько времени останется
то или иное количество атомов.
И все это может быть записано
простыми выражениями
или отражено в графическом представлении.
Для решения ряда задач необходимо запомнить:
за период полураспада распадается половина
и остается половина радиоактивных атомов;
за два периода полураспада
распадается три четверти
и остается четверть радиоактивных атомов;
за три периода полураспада
распадается семь восьмых
и остается одна восьмая радиоактивных атомов.
При этом хотелось бы подчеркнуть, что если говорить
о полном распаде радиоактивного вещества,
то речь должна идти
о десятках периодах полураспада.
Однако, на практике
часто применяют правило пяти периодов.
Конечно, через пять периодов
какие-то радиоактивные ядра остаются,
но их количество будет существенно меньше,
чем первоначальное количество.
И поэтому для каких-то оценок можно посчитать,
что все радиоактивное вещество распалось.
Обратите внимание,
что закон радиоактивного распада
часто спрашивается в задачах, и запомните,
что есть две записи радиоактивного распада.
Одна из них связана со степенью двойки
(в показатель степени входит период полураспада);
другая связана с экспонентной.
Если вы еще не изучали в школе экспоненту
и не знаете, что такое
основание натуральных логарифмов (число <i>е</i>),
то вы можете пользоваться первой формулой.
Если же вы изучали число <i>e</i>,
то лучше использовать формулу,
куда входит основание натурального логарифма
и постоянная распада.
Постоянная распада – очень важная величина,
которая позволяет оценить активность массы
или какого-то количества радиоактивных ядер.
Активность, в свою очередь, также является
очень важной физической величиной,
говорящей, сколько распадов в единицу времени
происходит в данном радиоактивном веществе.