19.2: Типы радиоактивности

Наиболее распространенными типами радиоактивности являются α распад, β распад, γ распад, нейтронное излучение и захват электронов.

Альфа (α) распад — это выброс частицы α из ядра. Например, полоний-210 претерпевает α распад:

Альфа-распад происходит преимущественно в тяжёлых ядрах (A > 200, Z > 83). Потеря частицы α дает дочерним нуклиду с массой четыре единицы меньше и атомным числом два единицы меньше, чем у родительского нуклида.

Бета-распад (β) — излучение электрона или позитрона из ядра. Йод-131 является примером нуклида, который претерпевает β^- распад:

Электрон испускается из атомного ядра и не является одним из электронов, окружающих ядро. Эмиссия электрона не меняет массового числа нуклида, но увеличивает количество его протонов и уменьшает количество его нейтронов. Антинетротрино ( ) также испускается из-за экономии энергии.

Кислород-15 является примером нуклида, который подвергается позитронному излучению, или β⁺ распада:

Позитронный распад — это преобразование протона в нейтрон с излучением позитрона. Нейтрино (νe) также испускается из-за экономии энергии.

Гамма-излучение (γ излучение) наблюдается при образования нуклида в возбужденном состоянии и затем выпадает в его наземное состояние с излучением γ-луча, кванта высокоэнергетического электромагнитного излучения. Наличие ядра в возбужденном состоянии часто обозначается звездочкой (*). Кобальт-60 испускает излучение γ и используется во многих областях применения, включая лечение рака:

При излучении γ луча не происходит никаких изменений в серийном номере или атомном номере. Однако эмиссия γ может сопровождать один из других способов распада, что приведет к изменению серийного номера или атомного номера.

Нейтронное излучение — выброс нейтрона из ядра. Это может произойти спонтанно, как и распад из-за спадания из-за спадов из-за спадов из-13 за спадов из-за спадов из-за спадов из-за спадов из-за скатов 12 Во время этого процесса атомный номер остается неизменным, а массовый номер уменьшается на 1.

Захват электронов происходит, когда один из внутренних электронов атома захватывается ядром атома. Например, калий-40 подвергается электронному захвату:

Захват электронов происходит, когда электрон внутри оболочки соединяется с протонами и преобразуется в нейтрон. Потеря электрона во внутренней оболочке оставляет вакансию, которая будет заполнена одним из внешних электронов. По мере падения внешнего электрона в вакансию, он будет выделять энергию. В большинстве случаев энергия будет излучаться в виде рентгеновского излучения. Электронный захват оказывает такое же влияние на ядро, как и позитронное излучение: Атомное число уменьшается на единицу, а количество массы не изменяется.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 21.3: Радиоактивный распад.

Радионуклиды распадаются на дочерние нуклиды вместе с испусканием частиц или электромагнитного излучения. Основные ядерные выбросы включают альфа-частицы, бета-частицы, позитроны, нейтроны, гамма-лучи и рентгеновские лучи. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, напоминая ядро гелия-4.

Каждая из этих частиц имеет заряд плюс два. Альфа-распад уменьшает атомный номер на два и массовое число на четыре, например как превращение полония-210 в свинец-206. Бета-минус распад это испускание высокоэнергетических электронов из ядра путем превращения нейтрона в протон.

Дочерний нуклид имеет дополнительный протон, и его атомный номер на единицу больше, чем у родительского нуклида. В процессе количество нейтронов уменьшается на единицу;однако количество протонов увеличивается на единицу. Таким образом, массовое число остается неизменным.

Бета-плюс распад это превращение протона в нейтрон с испусканием положительно заряженной частицы из ядра. Эта частица имеет ту же массу, что и электрон, что делает ее античастицей электрона, и называется позитроном. Вылетевший позитрон уменьшает атомный номер дочернего нуклида на единицу.

Позитрон недолговечен, потому что он быстро сталкивается с электронами, и обе частицы аннигилируют. Их энергия выделяется в виде двух гамма-лучей, с энергией 511 килоэлектронвольт. Гамма-излучение также происходит, когда возбужденный дочерний нуклид распадается до своего основного ядерного состояния.

Таким образом, при бета-минус распаде кобальта-60 образуется никель-60 в возбужденном состоянии, который испускает два гамма-излучения, переходя в основное ядерное состояние. Массовое число и атомный номер не изменяются при гамма-распаде. Эмиссия гамма-излучения происходит в сочетании с другими реакциями ядерного распада.

Эмиссия нейтронов это выброс нейтрона из ядра. Это может произойти самопроизвольно, например, при распаде бериллия-13 до бериллия-12, или в ответ на бомбардировку гамма-лучами или частицами. При этом атомный номер не меняется, а массовое число уменьшается на единицу.

Превращение калия-40 в аргон-40 служит примером выделения энергии из-за захвата электронов. Ядро калия захватывает внутренний электрон в атоме, а протон превращается в нейтрон. Внешний электрон опускается на внутренний уровень, чтобы заполнить вакансию, характеризующуюся испусканием рентгеновских лучей с энергией, соответствующей переходу.

Проникающая способность альфа-частиц, которые являются наиболее массивными из ядерных частиц, очень мала, тогда как гамма-излучение проходит через большинство материалов. Нейтроны и бета-частицы могут эффективно блокироваться относительно легкими материалами.