Связанные понятия
А́льфа-распа́д — вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание дважды магического ядра гелия 4He — альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер — на 2.
Изото́пы (от др.-греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством...
Бе́та-распа́д (β-распад) — тип радиоактивного распада, обусловленный слабым взаимодействием и изменяющий заряд ядра на единицу без изменения массового числа. При этом распаде ядро излучает бета-частицу (электрон или позитрон), а также нейтральную частицу с полуцелым спином (электронное антинейтрино или электронное нейтрино)
Нейтро́н (от лат. neuter — ни тот, ни другой) — тяжёлая элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Нейтроны и протоны являются двумя главными компонентами атомных ядер; общее название для протонов и нейтронов — нуклоны.
Тепловые нейтроны или медленные нейтроны — свободные нейтроны, кинетическая энергия которых близка к средней энергии теплового движения молекул газа при комнатной температуре (примерно 0,025 эВ).
Упоминания в литературе
Некоторые химические элементы радиоактивны (их самопроизвольный распад и превращение в элементы с другими порядковыми номерами сопровождается излучением). При
распаде радиоактивного вещества его масса с течением времени уменьшается. Теоретически вся масса радиоактивного элемента исчезает за бесконечно большое время. Время, по истечении которого масса уменьшается вдвое, называется периодом полураспада. Для разных радиоактивных веществ период полураспада изменяется в широких пределах: от нескольких часов (у Ar41 он равен 2 ч) до нескольких миллиардов лет (U238 – 4,5 x 109 лет). В природе существуют три основных вида радиоактивного излучения – α-, β– и γ-.
Число нерадиоактивных (стабильных) и радиоактивных соединений с H2O достигает 18: собственно H2O, 8 стабильных и 9 радиоактивных тяжелых молекулярных форм. Если учитывать все известные изотопы элементов воды (кислорода и водорода), то можно говорить о существовании 476 форм воды. Но
распад радиоактивных изотопов водорода (за исключением трития) продолжается от долей секунд до нескольких секунд, что делает невозможным образование химических связей и длительное существование молекул воды с такими изотопами. Что касается тяжелых радиоизотопов кислорода, их полураспад происходит в течение наносекунд или нескольких секунд, поэтому воду с ними получить нереально. Можно выявить лишь микрообразцы.
Радиоактивные излучения возникают лишь в момент самопроизвольного превращения неустойчивого радионуклида в другой изотоп. Одни радиоактивные изотопы изменяются быстро, превращаясь в обычные стабильные. Другие – очень медленно (живут долго, излучая постоянно). Скорость распада принято описывать периодом полураспада (Т 1/2) – таким промежутком, в течение которого из всех имеющихся в наличии ядер половина подвергается самопроизвольному превращению. Чем интенсивнее идет
радиоактивный распад , тем короче период полураспада. Например, период полураспада плутония-239 равен 24 410 лет, радия-226 – 1617 лет, радона-222 – 3,82 дня, некоторых элементарных частиц – миллионные доли секунды.
Одни изотопы стабильны, другие – нет. Свинец-202 нестабилен. Стабильными являются: свинец-204, свинец-206, свинец-207 и свинец-208. Нестабильность означает, что атомы данного изотопа спонтанно распадаются с образованием других атомов. Распадаются они с известной скоростью, но момент начала распада непредсказуем. Именно предсказуемость скорости распада служит основой радиоактивных “часов”. Нестабильные изотопы иначе называют радиоактивными. Существует несколько видов
радиоактивного распада , каждый из которых имеет ценность в качестве “часов”. Нам не требуется понимание этих механизмов, но я постараюсь объяснить их, чтобы показать замечательный уровень детализации, которого физики достигли в ходе изучения этого вопроса. Этот уровень детализации придает комический оттенок попыткам креационистов доказать ненадежность радиометрического метода датирования и сохранить Землю вечно молодой, как Питер Пэн.
Беккерéль (русское обозначение: Бк, международное: Bq) – единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один
радиоактивный распад .
Связанные понятия (продолжение)
Радиоакти́вный элеме́нт — химический элемент, все изотопы которого радиоактивны. На практике этим термином часто называют всякий элемент, в природной смеси которого присутствует хотя бы один радиоактивный изотоп, то есть если элемент проявляет радиоактивность в природе. Кроме того, радиоактивными являются все синтезированные на сегодняшний день искусственные элементы, так как все их изотопы радиоактивны.
Быстрые нейтроны — свободные нейтроны, кинетическая энергия которых больше некоторой величины, конкретное значение которой зависит от контекста, в котором используется термин.
Нукли́д (лат. nucleus — «ядро» и др.-греч. είδος — «вид, сорт») — вид атомов, характеризующийся определённым массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием ядер и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения.
Изомери́я а́томных я́дер — явление существования у ядер атомов метастабильных (изомерных) возбуждённых состояний с достаточно большим временем жизни.
Трансура́новые элеме́нты (заурановые элементы, трансураны) — радиоактивные химические элементы, расположенные в периодической системе элементов Д. И. Менделеева за ураном, то есть с атомным номером выше 92.
Я́дерная реа́кция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, который может сопровождаться изменением состава и строения ядра. Последствием взаимодействия может стать деление ядра, испускание элементарных частиц или фотонов. Кинетическая энергия вновь образованных частиц может быть гораздо выше первоначальной, при этом говорят о выделении энергии ядерной реакцией.
Изотопы висмута — разновидности химического элемента висмута, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Изотопы кобальта — разновидности химического элемента кобальта, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Радионукли́ды, радиоакти́вные нукли́ды (менее точно — радиоакти́вные изото́пы, радиоизото́пы) — нуклиды, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад. Большинство известных нуклидов радиоактивны (стабильными являются лишь около 300 из более чем 3000 нуклидов, известных науке). Радиоактивны все нуклиды, имеющие зарядовое число Z, равное 43 (технеций) или 61 (прометий) или большее 82 (свинец); соответствующие элементы называются радиоактивными элементами. Радионуклиды (главным образом...
Изотопная распространённость (или распространённость изотопов) — относительное количество атомов разных изотопов одного химического элемента; обычно выражается в % к сумме атомов всех долгоживущих (с периодом полураспада Т > 3⋅108 лет) изотопов данного элемента в среднем в природе (либо с отнесением к той или иной природной среде, планете, региону и т. п.). Точное измерение изотопной распространённости имеет большое значение для определения атомных масс элементов.
Дейте́рий (лат. deuterium, от греч. δεύτερος «второй»), тяжёлый водород, обозначается символами D и 2H — стабильный изотоп водорода с атомной массой, равной 2. Ядро (дейтрон) состоит из одного протона и одного нейтрона.
Изотопы никеля — разновидности химического элемента никеля, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Деле́ние ядра ́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии...
Бета-частица (β-частица) — заряженная частица (электрон или позитрон), испускаемая в результате бета-распада . Поток бета-частиц называется бета-лучами или бета-излучением.
Нейтро́нный захва́т — вид ядерной реакции, в которой ядро атома соединяется с нейтроном и образует более тяжёлое ядро...
Изото́пы свинца ́ — разновидности химического элемента свинца, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Хими́ческий элеме́нт — совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер. Атомное ядро состоит из протонов, число которых равно атомному номеру элемента, и нейтронов, число которых может быть различным. Каждый химический элемент имеет своё латинское название и химический символ, состоящий из одной или пары латинских букв, регламентированные ИЮПАК и приводятся, в частности, в таблице Периодической системы элементов Менделеева.
Замедле́ние нейтро́нов — процесс уменьшения кинетической энергии свободных нейтронов в результате их многократных столкновений с атомными ядрами вещества. Вещество, в котором происходит процесс замедления нейтронов, называется замедли́телем. Замедление нейтронов применяется, например, в ядерных реакторах на тепловых нейтронах.
Акти́ний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac (лат. Actinium). Не имеет стабильных изотопов. При нормальных условиях представляет собой тяжёлый серебристо-белый металл.
Амери́ций — химический элемент с атомным номером 95. Принадлежит к 3-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе III группы, или к группе IIIB), находится в седьмом периоде таблицы. Относится к семейству актиноидов. В природе отсутствует, массовое число наиболее стабильного из известных изотопов равно 243(его атомная масса равна 243,06138(2) а. е. м.). Обозначается символом Am (от лат. Americium). Четвёртый...
Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2⋅10−10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков.
Изотопы технеция — разновидности атомов (и ядер) химического элемента технеция, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.
Дейтро́н (дейто́н) — ядро изотопа водорода — дейтерия — с массовым числом A=2. Обозначается 2H, D или d.
Прото́н (от др.-греч. πρῶτος — первый, основной) — элементарная частица. Относится к барионам, имеет спин 1/2 и положительный электрический заряд +1 e. Стабилен.
Кю́рий (лат. Curium (Cm)) — 96-й элемент таблицы Менделеева, синтезированный трансурановый элемент.
Изотопы кислорода — разновидности атомов (и ядер) химического элемента кислорода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.
Цепна́я я́дерная реа́кция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируется нейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.
Зарядовое число атомного ядра (синонимы: атомный номер, атомное число, порядковый номер химического элемента) — количество протонов в атомном ядре. Зарядовое число равно заряду ядра в единицах элементарного заряда и одновременно равно порядковому номеру соответствующего ядра химического элемента в таблице Менделеева.
В ядерной физике магические числа — натуральные числа, соответствующие количеству нуклонов в атомном ядре, при котором становится полностью заполненной какая-либо его оболочка.
Изотопы стронция — разновидности химического элемента стронция, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Изото́пы ура́на — разновидности атомов (и ядер) химического элемента урана, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 26 изотопов урана и еще 6 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе встречаются три изотопа урана: 234U (изотопная распространенность 0,0055 %), 235U (0,7200 %), 238U (99,2745 %).
Ра́дий — элемент главной подгруппы второй группы, седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 88. Обозначается символом Ra (лат. Radium). Простое вещество радий — блестящий металл серебристо-белого цвета, быстро тускнеющий на воздухе. Относится к щёлочноземельным металлам, обладает высокой химической активностью. Радиоактивен; наиболее устойчив нуклид 226Ra (период полураспада около 1600 лет).
Беккере́ль (русское обозначение: Бк; международное: Bq) — единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад.
То́рий — элемент III группы таблицы Менделеева, принадлежащий к актиноидам; тяжёлый слаборадиоактивный металл.
Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.
Изотопы железа — разновидности химического элемента железа, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
А́том (от др.-греч. ἄτομος «неделимый, неразрезаемый») — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.
Внутренняя конве́рсия (от лат. conversio — обращение, вращение, превращение, изменение) — физическое явление, заключающееся в том, что переход атомного ядра из возбуждённого изомерного состояния в состояние с меньшей энергией (или основное состояние) осуществляется путём передачи высвобождаемой при переходе энергии непосредственно одному из электронов этого атома. Таким образом, в результате этого явления испускается не γ-квант, а так называемый конверсионный электрон, кинетическая энергия которого...
Благоро́дные га́зы (также ине́ртные или ре́дкие га́зы) — группа химических элементов со схожими свойствами: при нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса с очень низкой химической реактивностью. К благородным газам относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). Формально к этой группе также причисляют недавно открытый оганесон (Og), однако его химические свойства почти не исследованы.
Калифо́рний — радиоактивный химический элемент седьмого периода таблицы Менделеева, актиноид, один из самых дорогих металлов на Земле.
Про́тий — название самого лёгкого изотопа водорода, обозначается символом 1H. Ядро протия состоит из одного протона, отсюда и название изотопа. Оно было предложено 15 июня 1933 года Юри, Мерфи и Брикведде в письме редактору научного журнала «The Journal of Chemical Physics», где они отметили, что произвели название «протий» (англ. protium) от греческого слова «protos» («первый»).
Позитро́н (от англ. positive «положительный» + electron «электрон») — античастица электрона. Относится к антивеществу, имеет электрический заряд +1, спин 1/2, лептонный заряд −1 и массу, равную массе электрона. При аннигиляции позитрона с электроном их масса превращается в энергию в форме двух (и гораздо реже — трёх и более) гамма-квантов.
Моноизотопный элемент , мононуклидный элемент, изотопно-чистый элемент, однородный элемент — химический элемент, характеристический изотопный состав которого включает только один изотоп. То есть такой элемент представлен в природе только одним изотопом.
Упоминания в литературе (продолжение)
Кларк полония (среднее содержание в земной коре) составляет ничтожную величину: 2 · 10–14 %. Образуется полоний в результате
радиоактивного распада долгоживущих радиоактивных элементов – тория и урана, являясь промежуточным членом длинных цепочек распада (они называются также радиоактивными рядами).
На рис. 3.28 б отчетливо видно, что распределение астероидов между суперклассами примитивных, метаморфных и вулканических четко коррелирует со значением большой полуоси орбиты a (некоторой характеристикой расстояния от Солнца): вулканические преобладают на внутреннем краю пояса, в то время как примитивные – на внешнем, а метаморфные представлены в зоне от 2,0 до 4,0 а.е. Это наводит на мысль, что разогрев вещества астероидов, который обеспечил выплавку железоникелевой фракции и ахондритного вещества, быстро убывал с расстоянием от Солнца. Известно два сценария для обеспечения эффективного разогрева планетезималей на ранней стадии формирования Солнечной системы. Первый из них – это
радиоактивный распад короткоживущего изотопа алюминия 26Al. Этот сценарий может обеспечить наблюдаемое соотношение астероидов различных классов, если процесс формирования планетезималей начался вблизи Солнца и быстро распространился до орбиты Юпитера за время, сравнимое с периодом полураспада 26Al (720 000 лет). Правда, для этого требуется, чтобы протопланетное облако непосредственно перед началом формирования планетезималей было обогащено короткоживущим изотопом алюминия (взрыв сверхновой?). Другой сценарий – это магнитно-индукционный разогрев планетезималей потоками заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем во время прохождения им ранней стадии развития.
По мере уплотнения первичного планетарного облака его температура медленно повышалась, и постепенно в формирующемся ядре Земли запускались глубинные физико-химические процессы. На фоне
радиоактивного распада и уплотнения исходного вещества там развивались колоссальные давления и температуры, приводящие к сложным превращениям ядерной сердцевины. Все это сопровождалось интенсивной генерацией парогазовых соединений, в своем абсолютном большинстве состоящих из воды или отдельных ее элементов.
Расчеты геофизиков показывают, что эта энергия составляет чудовищную величину 4·1030 кал (что эквивалентно триллиону суммарных ядерных боезапасов всех стран мира). Этого вполне достаточно для того, чтобы – даже не прибегая к помощи энергии
радиоактивного распада – разогреть недра изначально холодной Земли до расплавленного состояния. Однако, рассчитывая тепловой баланс Земли за всю ее историю, геофизики пришли к выводу, что температура ее недр лишь местами могла доходить до 1 600 °C, в основном составляя около 1 200 °C; а это означает, что наша планета, вопреки бытовавшим ранее представлениям, никогда не была полностью расплавленной. Разумеется, планета постоянно теряет тепловую энергию, остывая с поверхности, но этот расход в значительной степени (если не полностью) компенсируется излучением Солнца.
Захоронение радиоактивных отходов реакторов. – Существуют многочисленные способы захоронения радиоактивных отходов. Трудности, связанные с захоронением жидких отходов с низкой концентрацией радиоизотопов (low level waste), состоят в огромных объемах этих растворов. При отходах с высокой концентрацией изотопов (high level waste) главная проблема состоит в том, что продолжающийся
радиоактивный распад выделяет такое количество тепла, которое нагревает воду выше температуры кипения. Поэтому контейнеры с концентрированными жидкими отходами подлежат постоянному охлаждению. После года-двух такого хранения с охлаждением короткоживущие изотопы распадаются и отходы, содержащие в основном долгоживущие изотопы (главным «остатком» являются Sr90 и Cs137), могут подвергаться той же обработке, которая применима к отходам со средней концентрацией изотопов. В связи с тем, что и реакторы, и контейнеры с высококонцентрированными отходами требуют постоянного охлаждения (обычно циркулирующей водой), центры атомной промышленности располагаются вблизи рек или больших озер в малонаселенных местах. Вода рек и озер используется для охлаждения ядерных установок. Контейнеры для концентрированных отходов могут быть надземными или подземными. Отходы средней концентрации обычно хранят под землей, иногда на большой глубине. Отходы с низкой концентрацией изотопов часто просто сбрасывают в реки и обширные водоемы. В Англии разрешен сброс низкоконцентрированных отходов в море, так как завод по переработке отходов реакторов расположен прямо на берегу. В результате этого концентрация радиоизотопов в Ирландском море в несколько раз выше, чем в океане. В СССР в непроточном Каспийском море концентрация радиоизотопов в настоящее время в 20 раз выше, чем в океане, но пока еще не выше так называемых допустимых доз загрязнения.