Закон радиоактивного распада.
Под радиоактивным распадом,или просто распадом,понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. При радиоактивном превращении происходит изменение строения и состава исходного ядра, причем это изменение определяется внутриядерными процессами. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским,возникающее ядро – дочерним.
В основе теории радиоактивного распада лежит предположение, что этот процесс происходит самопроизвольно, является следствием неустойчивости ядер и подчиняется статистическим законам. Вероятность того, что отдельный нестабильный атом испытывает радиоактивное превращение в единицу времени, со временем не изменяются, но различна для разных атомов.
Так как отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, то можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t+dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моменту времени t:
, (21.1)
где - постоянная для данного радиоактивного вещества, называемая постоянной радиоактивного распада. Знак минус указывает, что число нераспавшихся ядер со временем убывает.
Разделим переменные в (21.1): и проинтегрируем полученное выражение:
;
. Тогда:
, (21.2)
где N0 – начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t=0), N – число нераспавшихся ядер в момент времени t. Формула (21.2) выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону.
Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада и среднее время жизни. Период полураспада
– промежуток времени, в течение которого число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Тогда, согласно (21.2),
, откуда:
.
Для разных элементов этот промежуток времени различен. Для радия Ra: =1590 лет; для радона Rn:
=3,8 дня.
Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна:
. Чтобы получить среднее время жизни t, проинтегрируем это выражение по всем возможным t и разделим на начальное число ядер:
.
Итак, среднее время жизни t радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада l: .
Активность радиоактивного элемента определяет число ядер, распавшихся за единицу времени:
.
Единица активности в СИ – беккерель (Бк): 1 Бк – активность ядра, при которой за 1 с происходит один акт распада.