§ 222. Искусственная радиоактивность

Исследуя ядерные расщепления, французские физики Фредерик Жолио-Кюри (1900—1958) и Ирен Кюри (1897—1955) обнаружили (в 1934г.), что во многих случаях продукты расщеплений радиоактивны. Радиоактивные вещества, образующиеся в результате ядерных реакций, получили название искусственно-радиоактивных в отличие от естественно-радиоактивных веществ, встречающихся в природных минералах (см. § 211).

Искусственно-радиоактивные вещества могут получаться при весьма разнообразных ядерных реакциях. Примером может служить реакция захвата нейтронов серебром. Для проведения такой реакции достаточно поместить пластинку серебра поблизости от источника нейтронов, окруженного парафином. Как было указано в § 221, в парафине нейтроны замедляются, а медленные нейтроны легко захватываются ядрами и вызывают ядерную реакцию. Пластинка серебра не претерпевает под действием нейтронов никаких видимых изменений. Однако мы легко можем убедиться, что какие-то изменения произошли, если пластинку серебра, подвергавшуюся в течение нескольких минут облучению медленными нейтронами, поднесем к газоразрядному счетчику. Счетчик обнаружит, что пластинка стала радиоактивной, т. е. испускает излучение, регистрируемое счетчиком; можно убедиться, что испускаются электроны (-излучение). При этом обнаруживается, что радиоактивность, приобретенная серебром, постепенно ослабевает, спадая вдвое за каждые 2,3 мин. Таким образом, в обычном серебре образовалось какое-то радиоактивное вещество, обладающее периодом полураспада в 2,3 мин. Вспомогательные эксперименты, равно как и теоретические соображения, показывают, что данная ядерная реакция происходит по схеме

                                                            (222.1)

(буква  в правой части (222.1) показывает, что при этой реакции испускается -излучение). Образующиеся при этом атомы изотопа серебра  оказываются -радиоактивными и распадаются, испуская электроны и нейтрино (символ ) и превращаясь в атомы устойчивого изотопа кадмия:

(подпись под стрелкой указывает, что период полураспада равен 2,3 мин). Радиоактивность изотопа  объясняет, почему в природном серебре, представляющем смесь изотопов с массовыми числами 107 и 109, не встречается изотоп с массовым числом 108: такой изотоп обладает малой продолжительностью жизни и распадается практически полностью вскоре после образования.

Искусственная радиоактивность — весьма распространенное явление: в настоящее время получено по нескольку искусственно-радиоактивных изотопов для каждого из элементов периодической системы. Общее число известных искусственно-радиоактивных изотопов превышает 1500, тогда как естественно-радиоактивных изотопов существует лишь около 40, а число устойчивых (нерадиоактивных) изотопов равно 260.

Все три типа излучений — и , характерные для естественной радиоактивности, — испускаются также и искусственно-радиоактивными веществами. Однако среди искусственно-радиоактивных веществ часто встречается еще иной тип распада, но свойственный естественно-радиоактивным элементам. Это — распад с испусканием позитронов — частиц, обладающих массой электрона, но несущих положительный заряд. По абсолютной величине заряды позитрона и электрона равны.

В качестве примера образования позитронно-активного вещества приведем реакцию, открытую Жолио-Кюри:

.

При облучении алюминия -частицами испускается нейтрон и образуется изотоп фосфора с массовым числом 30. Естественный фосфор содержит только один изотоп с массовым числом 31. Получаемый по приведенной реакции изотоп фосфора  является радиоактивным и распадается с испусканием позитронов (символ ) и нейтрино по схеме

.

Период полураспада фосфора  равен 2,5 мин; продуктом его распада является устойчивый изотоп  кремния .