естествени или изкуствени превръщания на ядрата на едни атоми в ядра на други атоми.
Нова алхимия? През 1903 г. Пиер Кюри открива, че урановите соли непрекъснато и без видимо намаление във времето отделят топлинна енергия, която на единица маса изглежда огромна в сравнение с енергията на най-енергичните химични реакции. Радият отделя още повече топлина - около 107 J на час на 1 g чисто вещество. Оказа се, че наличните в дълбините на земното кълбо радиоактивни елементи са достатъчни (при условия на ограничено отвеждане на топлина), за да стопят магмата
Къде е източникът на тази привидно неизчерпаема енергия? Мария Кюри предлага в самия край на 19 век. две хипотези. Един от тях (споделен от лорд Келвин ) беше, че радиоактивните вещества улавят някакъв вид космическа радиация, съхранявайки необходимата енергия. В съответствие с втората хипотеза, радиацията е придружена от някои промени в самите атоми, които в същото време губят енергия, която се излъчва. И двете хипотези изглеждаха еднакво невероятни, но постепенно се натрупаха все повече доказателства в полза на втората.
Ърнест Ръдърфорд има голям принос за разбирането какво се случва с радиоактивните вещества. Още през 1895 г. английският химик Уилям Рамзи, станал известен с откриването на аргон във въздуха, открива друг благороден газ, хелий, в минерала клевейт. Впоследствие значителни количества хелий са открити и в други минерали, но само в тези, които съдържат уран и торий. Изглеждаше невероятно и странно откъде може да дойде редкият газ в минералите? Когато Ръдърфорд започна да изследва природата на алфа частиците, които се излъчват от радиоактивни минерали, стана ясно, че хелият е продукт на радиоактивен разпад ( см.РАДИОАКТИВНОСТ). Това означава, че някои химични елементи са способни да „генерират“ други; това противоречи на целия опит, натрупан от няколко поколения химици.
„Трансформацията“ на уран и торий в хелий обаче не се ограничава до. През 1899 г. в лабораторията на Ръдърфорд (тогава той работи в Монреал) се наблюдава друго странно явление: препаратите на елемента торий в затворена ампула поддържат постоянна активност, но на открито активността им зависи от това. Чернови. Ръдърфорд бързо разбра, че торият излъчва радиоактивен газ (той се нарича еманация на торий от латински emanatio изтичане или торон), активността на този газ намалява много бързо: наполовина за около една минута (според съвременните данни за 55,6 s) . Подобна газова "еманация" е открита и в радия (активността му намалява много по-бавно) и се нарича радиева еманация или радон. Установено е също, че актиний има собствена „еманация“, която изчезва само за няколко секунди; тя се нарича актиниева еманация или актинон. Впоследствие се оказа, че всички тези „излъчвания“ са изотопи на един и същи химичен елемент радон ( см.ХИМИЧНИ ЕЛЕМЕНТИ).
През 1900 г. Ръдърфорд разказал на английския радиохимик Фредерик Соди за мистериозния торон. Соди доказа, че торонът е инертен газ, подобен на аргона, открит няколко години по-рано във въздуха; това беше един от изотопите на радона, 220 Rn. Еманацията на радий, както се оказа по-късно, се оказа друг изотоп на радон 222 Rn (полуразпад T 1/2 = 3,825 дни) и излъчването на актиний от краткотраен изотоп на същия елемент: 219 Rn ( T 1/2 = 4 s). Освен това Ръдърфорд и Соди изолират нов енергонезависим елемент от продуктите на трансформация на торий, различен по свойства от тория. Нарича се торий X (по-късно се установява, че е изотоп на радий 224 Ra c T 1/2 = 3,66 дни). Както се оказа, „ториевата еманация“ се отделя именно от торий X, а не от оригиналния торий. Подобни примери се умножиха: в първоначално химически добре пречистен уран или торий с течение на времето се появи примес от радиоактивни елементи, от които на свой ред се получиха нови радиоактивни елементи, включително газообразни. Така а-частиците, освободени от много радиоактивни лекарства, се превръщат в газ, идентичен на хелий, който е открит в края на 1860-те години на Слънцето (спектрален метод), а през 1882 г. е открит в някои скали.
Резултатите от съвместната им работа са публикувани от Ръдърфорд и Соди през 1902-1903 г. в редица статии във Философското списание. В тези статии, след анализ на получените резултати, авторите стигат до извода, че е възможно да се трансформират някои химични елементи в други. Те пишат: „Радиоактивността е атомно явление, придружено от химични промени, при които се раждат нови видове материя... Радиоактивността трябва да се разглежда като проява на вътрешноатомен химичен процес... Радиацията съпътства трансформацията на атомите. . В резултат на атомна трансформация се образува напълно нов тип вещество, напълно различно по своите физични и химични свойства от първоначалното вещество."
По това време тези заключения бяха много смели; други видни учени, включително Кюри, въпреки че наблюдаваха подобни явления, ги обясниха с наличието на „нови“ елементи в първоначалното вещество от самото начало (например Кюри изолира съдържащите се в него полоний и радий от уранова руда). Въпреки това Ръдърфорд и Соди се оказаха прави: радиоактивността се придружава от превръщането на едни елементи в други
Изглеждаше, че непоклатимото рухва: неизменността и неделимостта на атомите, защото от времето на Бойл и Лавоазие химиците са стигнали до извода за неразложимостта на химичните елементи (както тогава се казваше, „прости тела“, градивните елементи на Вселената), за невъзможността да се превърнат един в друг. Какво се е случвало в умовете на учените от онова време, ясно свидетелстват твърденията на Д. И. Менделеев, който вероятно е смятал, че възможността за „трансмутация“ на елементите, за която алхимиците говорят от векове, ще разруши хармоничната система на химикали, които той е създал и е признат в целия свят. В учебник, издаден през 1906г Основи на химиятатой пише: „... аз изобщо не съм склонен (въз основа на суровата, но плодотворна дисциплина на индуктивното познание) да призная дори хипотетичната конвертируемост на някои елементи един в друг и не виждам никаква възможност за произхода на аргон или радиоактивни вещества от уран или обратно.
Времето показа погрешността на възгледите на Менделеев относно невъзможността да се превърнат едни химически елементи в други; същевременно потвърждава неприкосновеността на основното му откритие - периодичния закон. Последвалата работа на физици и химици показа в кои случаи едни елементи могат да се трансформират в други и какви закони на природата управляват тези трансформации.
Соди Ф. История на атомната енергия. М., Атомиздат, 1979
Choppin G. и др. Ядрена химия. М., Енергоатомиздат, 1984 г
Хофман К. Възможно ли е да се направи злато? Л., Химия, 1984
Кадменски С.Г. Радиоактивност на атомните ядра: история, резултати, най-нови постижения. "Образователен журнал на Сорос", 1999 г., № 11
Намирам " РАДИОАКТИВНИ ПРЕОБРАЗУВАНИЯ" На
Това беше един от най-важните етапи в развитието на съвременното физическо познание. Учените не стигнаха веднага до правилните заключения относно структурата на най-малките частици. И много по-късно бяха открити други закони - например законите на движение на микрочастиците, както и особеностите на трансформацията на атомните ядра, които се случват по време на радиоактивен разпад.
Експериментите на Ръдърфорд
За първи път радиоактивните трансформации на атомните ядра са изследвани от английския изследовател Ръдърфорд. Още тогава беше ясно, че по-голямата част от масата на атома е в неговото ядро, тъй като електроните са много стотици пъти по-леки от нуклоните. За да се изследва положителният заряд вътре в ядрото, през 1906 г. Ръдърфорд предлага да се изследва атомът с алфа частици. Такива частици са възникнали по време на разпадането на радия, както и на някои други вещества. По време на своите експерименти Ръдърфорд придобива разбиране за структурата на атома, което получава името „планетарен модел“.
Първи наблюдения на радиоактивността
Още през 1985 г. английският изследовател У. Рамзи, който е известен с откритието си на газ аргон, направи интересно откритие. Той открива газ хелий в минерал, наречен клевеит. Впоследствие големи количества хелий са открити и в други минерали, но само в тези, съдържащи торий и уран.
Това изглеждаше много странно за изследователя: откъде може да дойде газ в минералите? Но когато Ръдърфорд започва да изучава природата на радиоактивността, се оказва, че хелият е продукт на радиоактивен разпад. Някои химични елементи „раждат“ други, с напълно нови свойства. И този факт противоречи на целия предишен опит на химиците от онова време.
Наблюдението на Фредерик Соди
Заедно с Ръдърфорд, ученият Фредерик Соди участва пряко в изследването. Той беше химик и следователно цялата му работа беше извършена във връзка с идентифицирането на химичните елементи според техните свойства. Всъщност радиоактивните трансформации на атомните ядра са забелязани за първи път от Соди. Той успява да разбере какви са алфа частиците, които Ръдърфорд използва в експериментите си. След като направиха измервания, учените установиха, че масата на една алфа частица е 4 атомни единици маса. След като натрупаха определен брой такива алфа-частици, изследователите откриха, че те се превръщат в ново вещество - хелий. Свойствата на този газ са били добре известни на Соди. Затова той твърди, че алфа частиците са способни да улавят електрони отвън и да се превръщат в неутрални хелиеви атоми.
Промени вътре в ядрото на атома
Последвалите изследвания бяха насочени към идентифициране на характеристиките на атомното ядро. Учените разбраха, че всички трансформации се случват не с електроните или електронната обвивка, а директно със самите ядра. Именно радиоактивните трансформации на атомните ядра са допринесли за превръщането на едни вещества в други. По това време особеностите на тези трансформации все още не са били известни на учените. Но едно беше ясно: в резултат по някакъв начин се появиха нови химични елементи.
За първи път учените успяха да проследят такава верига от метаморфози в процеса на превръщане на радия в радон. Реакциите, довели до такива трансформации, придружени от специално излъчване, бяха наречени от изследователите ядрени. След като се увериха, че всички тези процеси протичат точно в ядрото на атома, учените започнаха да изучават и други вещества, не само радий.
Отворени видове радиация
Основната дисциплина, която може да изисква отговори на такива въпроси, е физиката (клас 9). В нейния курс са включени радиоактивни превръщания на атомни ядра. Провеждайки експерименти върху проникващата способност на урановата радиация, Ръдърфорд открива два вида радиация или радиоактивни трансформации. По-малко проникващият тип се нарича алфа радиация. По-късно е изследвано и бета лъчението. Гама радиацията е изследвана за първи път от Пол Вилар през 1900 г. Учените са доказали, че явлението радиоактивност е свързано с разпадането на атомните ядра. По този начин беше нанесен съкрушителен удар върху преобладаващите преди това представи за атома като неделима частица.
Радиоактивни трансформации на атомни ядра: основни видове
Сега се смята, че по време на радиоактивен разпад възникват три вида трансформации: алфа разпад, бета разпад и улавяне на електрони, иначе наричано К-улавяне. По време на алфа разпадане алфа частица се излъчва от ядрото, което е ядрото на хелиев атом. Самото радиоактивно ядро се трансформира в такова с по-нисък електрически заряд. Алфа разпадът е характерен за веществата, които заемат последните места в периодичната таблица. Бета-разпадът също е включен в радиоактивните трансформации на атомните ядра. Съставът на атомното ядро с този тип също се променя: той губи неутрино или антинеутрино, както и електрони и позитрони.
Този тип разпад е придружен от късовълново електромагнитно излъчване. При улавянето на електрони ядрото на атома поглъща един от близките електрони. В този случай берилиевото ядро може да се превърне в литиево ядро. Този тип е открит през 1938 г. от американски физик на име Алварес, който също е изучавал радиоактивните трансформации на атомните ядра. Снимките, на които изследователите се опитаха да уловят подобни процеси, съдържат изображения, подобни на размазан облак поради малкия размер на изследваните частици.
1. РАДИОАКТИВНИ ПРЕВРЪЩАНИЯ
Ърнест Ръдърфорд е роден в Нова Зеландия в английско семейство. В Нова Зеландия той получава висше образование, а след това през 1895 г. идва в Кеймбридж и започва научна работа като асистент на Томсън. През 1898 г. Ръдърфорд е поканен в катедрата по физика на Монреалския университет Макгил (Канада), където продължава изследванията върху радиоактивността, започнали в Кеймбридж.
През 1899 г. в Монреал колегата на Ръдърфорд Оунс го информира, че радиоактивността на тория е чувствителна към въздушните течения. Това наблюдение изглеждаше любопитно, Ръдърфорд се заинтересува и откри, че радиоактивността на ториевите съединения, ако торият е в затворена ампула, остава постоянна по интензитет, но ако експериментът се проведе на открито, тя бързо намалява и дори слабо въздушните течения влияят на резултатите. В допълнение, телата, разположени в близост до ториеви съединения, след известно време сами започват да излъчват радиация, сякаш също са радиоактивни. Ръдърфорд нарече това свойство „възбудена дейност“.
Ръдърфорд скоро осъзнава, че всички тези явления могат лесно да бъдат обяснени, ако приемем, че съединенията на тория излъчват, в допълнение към алфа частиците, други частици, които на свой ред са радиоактивни. Той нарече веществото, състоящо се от тези частици, „еманация“ и го смяташе за подобно на радиоактивен газ, който, разположен в тънък невидим слой върху тела, разположени до тория, който излъчва тази еманация, придава видима радиоактивност на тези тела. Воден от това предположение, Ръдърфорд успява да отдели този радиоактивен газ, като просто извлича въздух, който е влязъл в контакт с ториевия препарат, и след това, въвеждайки го в йонизационна камера, по този начин определя неговата активност и основни физични свойства. По-специално, Ръдърфорд показа, че степента на радиоактивност на еманацията (по-късно наречена торон, точно както радиоактивните газове, излъчвани от радий и актиний, се наричат радон и актинон) много бързо намалява експоненциално в зависимост от времето: всяка минута активността намалява наполовина, след като десет минути тя вече става напълно незабележима.
Междувременно Кюри показаха, че радият също има способността да възбужда дейността на близки тела. За да обяснят радиоактивността на утайките от радиоактивни разтвори, те приеха теорията, предложена от Бекерел, и нарекоха това ново явление „индуцирана радиоактивност“. Семейство Кюри смятат, че индуцираната радиоактивност се причинява от някакво специално възбуждане на телата от лъчи, излъчвани от радий: нещо подобно на фосфоресценция, на което те директно оприличават това явление. Обаче Ръдърфорд, говорейки за „възбудена дейност“, първо трябва да е имал предвид и феномена на индукцията, който физиката от 19-ти век е била готова да приеме. Но Ръдърфорд вече знаеше нещо повече от Кюри: той знаеше, че възбуждането или индукцията не е пряка последица от влиянието на тория, а резултат от действието на излъчване. По това време съпрузите Кюри все още не са открили излъчването на радий; то е получено от Латер и Дорн през 1900 г., след като те повтарят същите изследвания на радия, които Ръдърфорд е извършил преди това с торий.
През пролетта на 1900 г., след като публикува откритието си, Ръдърфорд прекъсва изследванията си и се завръща в Нова Зеландия, където трябва да се състои сватбата му. При завръщането си в Монреал през същата година той среща Фредерик Соди (1877-1956), който е завършил химия в Оксфорд през 1898 г. и също наскоро пристигнал в Монреал. Срещата на тези двама млади хора беше щастливо събитие за историята на физиката. Ръдърфорд разказал на Соди за своето откритие, че е успял да изолира торон, подчертал широкото поле за изследване, което се отваряло тук, и го поканил да се обединят за съвместно химично и физическо изследване на ториевото съединение. Соди се съгласи.
Това изследване отне на младите учени две години. Соди, по-специално, изучава химическата природа на излъчването на торий. В резултат на своите изследвания той показа, че новият газ изобщо не влиза в известни химични реакции. Следователно остава да се приеме, че той принадлежи към броя на инертните газове, а именно (както Соди определено показа в началото на 1901 г.) новият газ е подобен по своите химични свойства на аргона (вече е известно, че това е един от неговите изотопи), които Рейли и Рамзи откриват във въздуха през 1894 г
Упоритата работа на двама млади учени завърши с ново значимо откритие: наред с тория в техните препарати беше открит друг елемент, който се различаваше по химични свойства от тория и беше поне няколко хиляди пъти по-активен от тория. Този елемент е химически отделен от тория чрез утаяване с амоняк. Следвайки примера на Уилям Крукс, който през 1900 г. назовава радиоактивния елемент, получен от урана, уран X, младите учени нарекоха новия радиоактивен елемент торий X. Активността на този нов елемент намалява наполовина в рамките на четири дни; това време беше достатъчно, за да го проуча в детайли. Изследванията позволиха да се направи неоспоримо заключение: еманацията на торий изобщо не се получава от торий, както изглеждаше, а от торий X. Ако в определена проба от торий торий X беше отделен от торий, тогава интензитетът на излъчването на торий първоначално беше много по-малко, отколкото преди отделянето, но постепенно се увеличи с течение на времето според експоненциален закон поради постоянното образуване на ново радиоактивно вещество.
В първата работа от 1902 г. учените, обяснявайки всички тези явления, стигнаха до извода, че
„...радиоактивността е атомно явление, придружено от химични промени, при които се генерират нови видове материя. Тези промени трябва да настъпят вътре в атома, а радиоактивните елементи трябва да са спонтанни трансформации на атоми... Следователно радиоактивността трябва да се разглежда като проява на вътрешноатомен химичен процес.“ (Философско списание, (6), 4, 395 (1902)).
И на следващата година те написаха по-категорично:
„Радиоактивните елементи имат най-високото атомно тегло сред всички останали елементи. Това всъщност е единственото им общо химично свойство. В резултат на атомния разпад и изхвърлянето на тежки заредени частици с маса от същия порядък като масата на водородния атом, остава нова система, по-лека от оригинала, с физически и химични свойства, напълно различни от тези на оригинален елемент. Процесът на гниене, започнал веднъж, след това преминава от един етап в друг с определени скорости, които са доста измерими. На всеки етап се излъчват една или повече α частици, докато се достигнат последните етапи, когато α частиците или електроните вече са излъчени. Изглежда препоръчително да се дадат специални имена на тези нови фрагменти от атоми и нови атоми, които се получават от оригиналния атом след излъчването на частица и съществуват само за ограничен период от време, постоянно претърпяват нови промени. Тяхното отличително свойство е нестабилността. Количествата, в които те могат да се натрупат, са много малки, така че е малко вероятно да бъдат изследвани с обикновени методи. Нестабилността и свързаното с нея излъчване на лъчи ни дават начин да ги изучаваме. Затова предлагаме да наричаме тези фрагменти от атоми „метаболони“. (Философско списание, (6), 5, 536 (1903)).
Предложеният термин не оцеля, тъй като този първи предпазлив опит за формулиране на теория скоро беше коригиран от самите автори и изяснен в редица неясни точки, които самият читател вероятно е отбелязал. В коригирания си вид теорията вече не се нуждаеше от нов термин и десет години по-късно един от тези млади учени, който по това време вече беше станал световноизвестен учен и лауреат на Нобелова награда по физика, се изрази по следния начин:
„Атомите на радиоактивното вещество са обект на спонтанни модификации. Във всеки момент малка част от общия брой атоми става нестабилна и се разпада експлозивно. В по-голямата част от случаите фрагмент от атом - α-частица - се изхвърля с огромна скорост, в някои други случаи експлозията е придружена от изхвърляне на бърз електрон и появата на рентгенови лъчи, които имат; голяма проникваща способност и са известни като γ-лъчение. Радиацията съпътства трансформациите на атомите и служи като мярка, която определя степента на тяхното разпадане. Установено е, че в резултат на атомна трансформация се образува съвършено нов вид вещество, напълно различно по своите физични и химични свойства от първоначалното вещество. Това ново вещество обаче само по себе си също е нестабилно и претърпява трансформация с излъчване на характерно радиоактивно излъчване...
По този начин е точно установено, че атомите на някои елементи са обект на спонтанно разпадане, придружено от излъчване на енергия в огромни количества в сравнение с енергията, освободена при обикновените молекулярни модификации" ( Е. Ръдърфорд, Структурата на атома, Scientia, 16, 339 (1914)).
В вече цитираната статия от 1903 г. Ръдърфорд и Соди съставиха таблица на "метаболоните", които според тяхната теория се образуват, според техните собствени експерименти и опита на други учени, като продукти на разпадане:
Това са първите „родословни дървета” на радиоактивни вещества. Постепенно други вещества заеха мястото си в тези семейства от естествени радиоактивни елементи и беше установено, че има само три такива семейства, от които две имат уран като родител, а третото има торий. Първото семейство има 14 „потомци“, т.е. 14 елемента, произтичащи един от друг в резултат на последователно разпадане, второто - 10, третото - 11; във всеки съвременен учебник по физика можете да намерите подробно описание на тези „родословни дървета“.
Нека направим една забележка. Сега може да изглежда съвсем естествено, нещо повече, очевидно, заключението, до което са стигнали Ръдърфорд и Соди в резултат на своите експерименти. По същество за какво говорихме? Фактът, че след известно време първоначално чистият торий съдържа примес от нов елемент, от който на свой ред се образува газ, който също е радиоактивен. Образуването на нови елементи може да се види ясно. Визуално, но не много. Трябва да се има предвид, че количествата, в които се образуваха нови елементи, бяха много далеч от минималните дози, необходими по това време за най-точния химичен анализ. Говорехме за едва забележими следи, които могат да бъдат открити само с радиоактивни методи, фотография и йонизация. Но всички тези ефекти могат да бъдат обяснени по друг начин (индукция, наличие на нови елементи в първоначалните препарати от самото начало, какъвто беше случаят с откриването на радия и т.н.). Че разпадането изобщо не е било толкова очевидно, става ясно от факта, че нито Крукс, нито Кюри са забелязали и най-малкия намек за него, въпреки че са наблюдавали подобни явления. Невъзможно е да се премълчи и фактът, че беше необходима голяма смелост да се говори за трансформациите на елементите през 1903 г., в самия разгар на триумфа на атомизма. Тази хипотеза по никакъв начин не беше защитена от всякакви критики и може би нямаше да се изправи, ако Ръдърфорд и Соди не я защитаваха с удивителна упоритост цели десетилетия, прибягвайки до нови доказателства, за които ще говорим по-късно.
Струва ни се уместно да добавим тук, че теорията за радиоактивната индукция също е оказала голяма услуга на науката, като е предотвратила разпиляването на усилията в търсенето на нови радиоактивни елементи с всяка проява на радиоактивност в нерадиоактивни елементи.
2. ПРИРОДА НА α-ЧАСТИЦИТЕ
Много важен момент в теорията за радиоактивното разпадане, който досега обаче подминавахме с мълчание за простота на представянето, е природата на α-частиците, излъчвани от радиоактивни вещества, за хипотезата, която им се приписва корпускулярните свойства е от решаващо значение за теорията на Ръдърфорд и Соди.
Първоначално α-частиците - бавен компонент на радиацията, който лесно се абсорбира от материята - след откриването им от Ръдърфорд не привлякоха особено внимание от страна на физиците, които се интересуваха главно от бързите β-лъчи, които имат сто пъти по-голяма проникваща способност от α-частици.
Фактът, че Ръдърфорд е предвидил значението на α-частиците за обяснение на радиоактивните процеси и е посветил много години на изучаването им, е едно от най-ярките проявления на гения на Ръдърфорд и един от основните фактори, определящи успеха на работата му.
През 1900 г. Робърт Рейли (Robert Strett, син на Джон Уилям Рейли) и независимо от него Крукс излагат хипотеза, която не е подкрепена от никакви експериментални доказателства, че α частиците носят положителен заряд. Днес можем много добре да разберем трудностите, които са застанали на пътя на експерименталното изследване на α-частиците. Тези трудности са двойни: първо, α частиците са много по-тежки от β частиците, така че те са леко отклонени от електрически и магнитни полета и, разбира се, един обикновен магнит не е достатъчен, за да произведе забележимо отклонение; второ, α-частиците бързо се абсорбират от въздуха, което ги прави още по-трудни за наблюдение.
В продължение на две години Ръдърфорд се опитва да отклони алфа частици в магнитно поле, но през цялото време получава несигурни резултати. Накрая, в края на 1902 г., когато благодарение на любезното посредничество на Пиер Кюри, той успява да получи достатъчно количество радий, той успява надеждно да установи отклонението на α частиците в магнитни и електрически полета, използвайки показаното устройство на страница 364.
Отклонението, което наблюдава, му позволява да определи, че α частицата носи положителен заряд; по естеството на отклонението Ръдърфорд също определи, че скоростта на α частицата е приблизително равна на половината от скоростта на светлината (по-късни уточнения намалиха скоростта до приблизително една десета от скоростта на светлината); съотношението e/m се оказа приблизително 6000 електромагнитни единици. От това следва, че ако една алфа частица носи елементарен заряд, тогава нейната маса трябва да бъде два пъти по-голяма от масата на водороден атом. Ръдърфорд беше наясно, че всички тези данни са изключително приблизителни, но те все пак позволиха да се направи едно качествено заключение: α-частиците имат маса от същия порядък като атомните маси и следователно са подобни на каналните лъчи, които Голдщайн наблюдава, но имат значително по-голяма скорост. Получените резултати, казва Ръдърфорд, „хвърлят светлина върху радиоактивните процеси“ и ние вече видяхме отражението на тази светлина в пасажите, цитирани от документите на Ръдърфорд и Соди.
През 1903 г. Мария Кюри потвърждава откритието на Ръдърфорд с помощта на инсталация, описана днес във всички учебници по физика, в която благодарение на сцинтилацията, причинена от всички лъчи, които радият излъчва, е възможно едновременно да се наблюдават противоположните отклонения на α-частиците и β-лъчи и устойчивостта на γ-лъчение към електрически и магнитни полета.
Теорията за радиоактивния разпад доведе Ръдърфорд и Соди до идеята, че всички стабилни вещества, получени в резултат на радиоактивни трансформации на елементи, трябва да присъстват в радиоактивни руди, в които тези трансформации се случват в продължение на много хиляди години. Не трябва ли хелият, открит от Рамзи и Травърс в уранови руди, да се счита за продукт на радиоактивно разпадане?
От началото на 1903 г. изследването на радиоактивността получава неочакван нов тласък благодарение на факта, че Giesel (компанията "Hininfabrik", Брауншвайг) освобождава такива чисти радиеви съединения като радиев бромид хидрат, съдържащ 50% от чистия елемент, при относително разумни цени. Преди това трябваше да се работи със съединения, съдържащи най-много 0,1% от чистия елемент!
По това време Соди се е върнал в Лондон, за да продължи да изучава свойствата на еманацията в Химическата лаборатория Рамзи - единствената лаборатория в света по това време, където могат да се извършват изследвания от този вид. Той купи 30 mg от лекарството, което беше пуснато в продажба, и това количество му беше достатъчно, за да докаже, заедно с Рамзи през същата 1903 г., че хелият присъства в радий, който е на няколко месеца, и че хелият се образува по време на разпадането на еманацията.
Но какво място заема хелият в таблицата на радиоактивните трансформации? Дали е бил крайният продукт от трансформациите на радия или продукт на някакъв етап от неговата еволюция? Ръдърфорд много скоро разбра, че хелият се образува от α частици, излъчени от радий, че всяка α частица е атом хелий с два положителни заряда. Но бяха необходими години работа, за да се докаже това. Доказателството беше получено едва когато Ръдърфорд и Гайгер изобретиха брояча на α-частици, който обсъдихме в глава. 13. Измерването на заряда на отделна α частица и определянето на съотношението e/m незабавно дава на нейната маса m стойност, равна на масата на хелиев атом.
И все пак всички тези изследвания и изчисления все още не са доказали категорично, че α-частиците са идентични с хелиевите йони. Всъщност, ако, да речем, едновременно с изхвърлянето на α-частица се освободи атом хелий, тогава всички експерименти и изчисления ще останат валидни, но α-частицата може също да бъде атом водород или някакво друго неизвестно вещество. Ръдърфорд беше добре наясно с възможността за такава критика и, за да я отхвърли, през 1908 г., заедно с Ройдс, даде решително доказателство за своята хипотеза, използвайки инсталацията, схематично изобразена на горната фигура: α-частиците, излъчвани от радон, се събират и натрупани в епруветка за спектроскопски анализ; в този случай се наблюдава характерен спектър на хелия.
По този начин, започвайки от 1908 г., вече няма съмнение, че α частиците са хелиеви йони и че хелият е съставна част на естествено срещащи се радиоактивни вещества.
Преди да преминем към друг въпрос, нека добавим, че няколко години след откриването на хелий в уранови руди, американският химик Болтууд, изследвайки руди, съдържащи уран и торий, стигна до заключението, че последният нерадиоактивен продукт от последователна серия от трансформациите на уран е олово и че в допълнение Освен това радият и актиният сами по себе си са продукти на разпадане на урана. Следователно таблицата на Ръдърфорд и Соди с „метаболоните“ трябва да е претърпяла значителна промяна.
Теорията за атомния разпад доведе до друго ново интересно следствие. Тъй като радиоактивните трансформации протичат с постоянна скорост, която не може да бъде променена от нито един физичен фактор, известен по това време (1930 г.), тогава от съотношението на количествата уран, олово и хелий, налични в урановата руда, възрастта на самата руда може да се определи, т.е. възрастта на Земята. Първото изчисление дава цифра от един милиард и осемстотин милиона години, но Джон Джоли (1857-1933) и Робърт Рейли (1875-1947), които извършват важни изследвания в тази област, смятат тази оценка за много неточна. Сега възрастта на урановите руди се счита за приблизително милиард и половина години, което не се различава много от първоначалната оценка.
3. ОСНОВЕН ЗАКОН ЗА РАДИОАКТИВНОСТТА
Вече казахме, че Ръдърфорд експериментално установи експоненциалния закон за намаляване на активността на еманацията на торий с времето: активността намалява наполовина за около една минута. Всички радиоактивни вещества, изследвани от Ръдърфорд и други, се подчиняват качествено на същия закон, но всяко от тях има свой собствен период на полуразпад. Този експериментален факт се изразява с простата формула ( Тази формула изглежда така
където λ е константата на полуразпад, а нейната обратна е средната продължителност на живота на елемента. Времето, необходимо за намаляване на броя на атомите наполовина, се нарича период на полуразпад. Както вече казахме, A варира значително от елемент на елемент и следователно всички други величини, зависещи от него, също се променят. Например средният живот на уран I е 6 милиарда 600 милиона години, а актиний А е три хилядни от секундата), установявайки връзката между броя N 0 на радиоактивните атоми в началния момент и броя на атомите, които не са все пак се разпадна в момента t. Този закон може да се изрази по различен начин: частта от атоми, които се разпадат за определен период от време, е константа, характеризираща елемента и се нарича константа на радиоактивно разпадане, а обратната й се нарича средна продължителност на живота.
Преди 1930 г. не е бил известен фактор, който да повлияе в най-малка степен на естествената скорост на това явление. Започвайки през 1902 г. Ръдърфорд и Соди, а след това и много други физици, поставят радиоактивни тела в голямо разнообразие от физически условия, но никога не получават и най-малката промяна в константата на радиоактивния разпад.
„Радиоактивността“, пишат Ръдърфорд и Соди, „според настоящите ни познания за нея, трябва да се разглежда като резултат от процес, който остава напълно извън сферата на действие на сили, познати и контролирани от нас; тя не може нито да бъде създадена, нито променена, нито спряна.” (Философско списание, (6), 5, 582 (1903).).
Средният живот на даден елемент е точно определена константа, непроменена за всеки елемент, но индивидуалният живот на отделен атом на даден елемент е напълно несигурен. Средната продължителност на живота не намалява с времето: тя е еднаква както за група новообразувани атоми, така и за група атоми, образувани в ранните геоложки епохи. Накратко, използвайки антропоморфно сравнение, можем да кажем, че атомите на радиоактивните елементи умират, но не остаряват. Като цяло от самото начало основният закон на радиоактивността изглеждаше напълно неразбираем, какъвто остава и до днес.
От всичко казано е ясно и веднага стана ясно, че законът за радиоактивността е вероятностен закон. Той твърди, че възможността един атом да се разпадне в даден момент е еднаква за всички съществуващи радиоактивни атоми. Следователно говорим за статистически закон, който става по-ясен, колкото по-голям е броят на разглежданите атоми. Ако явлението радиоактивност беше повлияно от външни причини, тогава обяснението на този закон би било съвсем просто: в този случай атомите, които се разпадат в даден момент, биха били точно тези атоми, които се намират в особено благоприятни условия по отношение на въздействащите външни фактори. причина. Тези специални условия, водещи до разпадането на атома, могат например да се обяснят с термичното възбуждане на атомите. С други думи, статистическият закон за радиоактивността би имал същото значение като статистическите закони на класическата физика, разглеждани като синтез на определени динамични закони, които поради големия си брой са просто удобни за статистически разглеждане.
Но експерименталните данни направиха абсолютно невъзможно свеждането на този статистически закон до сумата от определени закони, определени от външни причини. След като изключиха външните причини, те започнаха да търсят причините за трансформацията на атома в самия атом.
„Тъй като“, пише Мария Кюри, „в съвкупността от голям брой атоми някои от тях незабавно се унищожават, докато други продължават да съществуват много дълго време, вече не е възможно да се разглеждат всички атоми на едно и също просто вещество като напълно идентични, но трябва да се признае, че разликата в тяхната съдба се определя от индивидуалните различия. Но тогава възниква нова трудност. Разликите, които искаме да вземем предвид, трябва да са от такъв вид, че да не определят, така да се каже, „стареенето“ на веществото. Те трябва да бъдат такива, че вероятността атомът да живее известно време да не зависи от времето, през което той вече съществува. Всяка теория за структурата на атомите трябва да отговаря на това изискване, ако се основава на съображенията, изразени по-горе." (Рапорти и дискусии на Conseil Solvay tenu a Bruxelles du 27 au 30 avril 1913, Paris, 1921, p. 68-69).
Гледната точка на Мария Кюри се споделя и от нейния ученик Дебиерн, който излага предположението, че всеки радиоактивен атом непрекъснато бързо преминава през множество различни състояния, поддържайки определено средно състояние непроменено и независимо от външните условия. От това следва, че като цяло всички атоми от един и същи вид имат еднакви свойства и еднаква вероятност за разпад поради нестабилното състояние, през което атомът преминава от време на време. Но наличието на постоянна вероятност за разпадане на атом предполага неговата изключителна сложност, тъй като той трябва да се състои от голям брой елементи, подложени на произволни движения. Това вътрешноатомно възбуждане, ограничено до централната част на атома, може да доведе до необходимостта от въвеждане на вътрешна температура на атома, която да е значително по-висока от външната.
Тези съображения на Мария Кюри и Дебиерн, които обаче не бяха потвърдени от никакви експериментални данни и не доведоха до никакви реални последици, не намериха отговор сред физиците. Помним ги, защото неуспешният опит за класическа интерпретация на закона за радиоактивното разпадане беше първият или поне най-убедителният пример за статистически закон, който не може да бъде изведен от законите на индивидуалното поведение на отделните обекти. Възниква нова концепция за статистически закон, дадена директно, без оглед на поведението на отделните обекти, които съставляват съвкупността. Такава концепция ще стане ясна само десет години след неуспешните усилия на Кюри и Дебиерн.
4. РАДИОАКТИВНИ ИЗОТОПИ
През първата половина на миналия век някои химици, по-специално Жан Батист Дюма (1800-1884), забелязаха известна връзка между атомното тегло на елементите и техните химични и физични свойства. Тези наблюдения са завършени от Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907), който през 1868 г. публикува гениалната си теория за периодичната таблица на елементите, едно от най-дълбоките обобщения в химията. Менделеев подрежда елементите, известни по това време, в реда на увеличаване на атомното тегло. Ето първите от тях, посочващи атомното им тегло според данните от онова време:
7Li; 9.4Ве; 11В; 12C; 14N; 160; 19F;
23Na; 24Mg; 27.3Al; 28Si; 31P; 32S; 35.50Cl.
Менделеев отбеляза, че химичните и физичните свойства на елементите са периодични функции на атомното тегло. Например, в първия ред от изписани елементи, плътността редовно се увеличава с увеличаване на атомното тегло, достига максимум в средата на реда и след това намалява; същата периодичност, макар и не толкова ясна, може да се види във връзка с други химични и физични свойства (точка на топене, коефициент на разширение, проводимост, окисление и т.н.) за елементи както от първия, така и от втория ред. Тези промени се случват по един и същ закон и в двата реда, така че елементите, които са в една и съща колона (Li и Na, Be и Mg и т.н.), имат сходни химични свойства. Тези две серии се наричат периоди. Така всички елементи могат да бъдат разпределени по периоди в съответствие с техните свойства. От това следва законът на Менделеев: свойствата на елементите периодично зависят от техните атомни тегла.
Тук не е мястото да разказваме оживената дискусия, която периодичната класификация предизвика, и нейното постепенно установяване чрез неоценимите услуги, които оказа за развитието на науката. Достатъчно е само да се отбележи, че до края на миналия век той е приет от почти всички химици, които го приемат като експериментален факт, след като са се убедили в безсмислието на всички опити за теоретичното му тълкуване.
В самото начало на 20-ти век, по време на обработката на скъпоценни камъни в Цейлон, е открит нов минерал - торианит, който, както вече е известно, е ториево-уранов минерал. Част от торианит беше изпратен в Англия за анализ. Въпреки това, в първия анализ, поради грешка, която Соди приписва на известна немска работа по аналитична химия, торият е объркан с цирконий, поради което изследваното вещество, за което се смята, че е уранова руда, е подложено на метода на Кюри за отделяне на радий от урановата руда. През 1905 г., използвайки този метод, Вилхелм Рамзи и Ото Хан (последният увековечава името си тридесет години по-късно, като открива реакцията на делене на урана) получават вещество, което химическият анализ определя като торий, но което се различава от него по много по-интензивна радиоактивност . Както при тория, неговото разпадане води до образуването на торий X; торон и други радиоактивни елементи. Интензивната радиоактивност показва наличието в полученото вещество на нов радиоактивен елемент, който все още не е химически определен. Наричаше се радиоториум. Скоро стана ясно, че това е елемент от серията разпад на торий, че е убягнал от предишния анализ на Ръдърфорд и Соди и трябва да бъде поставен между торий и торий X. Установено е, че средният живот на радиотория е около две години . Това е достатъчно дълъг период, за да може радиоторият да замени скъпия радий в лабораториите. Освен чисто научен интерес, тази икономическа причина е подтикнала много химици да се опитат да го изолират, но всички опити са били неуспешни. Не беше възможно да се отдели от тория чрез никакъв химичен процес; освен това през 1907 г. проблемът изглежда стана още по-сложен, защото Хан откри мезотория, елемент, който генерира радиоторий, който също се оказа неделим от тория. Американските химици Маккой и Рос, след като се провалиха, имаха смелостта да обяснят това и неуспехите на други експериментатори с фундаменталната невъзможност за разделяне, но на техните съвременници подобно обяснение изглеждаше само удобно извинение. Междувременно в периода 1907-1910г. Има и други случаи, при които някои радиоактивни елементи не могат да бъдат отделени от други. Най-често срещаните примери са торий и йоний, мезоторий I и радий, радий D и олово.
Някои химици сравниха неразделимостта на новите радиоелементи със случая с редкоземните елементи, с които химията се сблъска през 19 век. Първоначално сходните химични свойства на редкоземните елементи позволиха да се считат за еднакви свойствата на тези елементи и едва по-късно, с подобряването на химичните методи, постепенно стана възможно разделянето им. Въпреки това, Соди смята, че тази аналогия е пресилена: в случая с редкоземните елементи трудността не е в разделянето на елементите, а в установяването на факта на тяхното разделяне. Напротив, при радиоактивните елементи разликата между двата елемента е ясна от самото начало, но не е възможно да ги разделим.
През 1911 г. Soddy провежда систематично изследване на търговски препарат от мезоториум, който също съдържа радий, и установява, че относителното съдържание на нито един от тези два елемента не може да бъде увеличено, дори чрез прибягване до повтаряща се фракционна кристализация. Соди заключи, че два елемента могат да имат различни радиоактивни свойства и въпреки това да имат други химични и физични свойства, толкова сходни, че не могат да бъдат разделени чрез обикновени химични процеси. Ако два такива елемента имат еднакви химични свойства, те трябва да бъдат поставени на едно и също място в периодичната таблица на елементите; затова той ги нарече изотопи.
От тази основна идея Соди се опита да даде теоретично обяснение, като формулира „правилото за изместване при радиоактивни трансформации“: излъчването на една α частица кара елемента да се измести две места наляво в периодичната таблица. Но трансформираният елемент може впоследствие да се върне в същата клетка на периодичната таблица с последващо излъчване на две β частици, в резултат на което двата елемента ще имат еднакви химични свойства, въпреки различното атомно тегло. През 1911 г. химичните свойства на радиоактивните елементи, които излъчват β-лъчи и имат, като правило, много кратък живот, са все още малко известни, така че преди да се приеме това обяснение, е необходимо да се разберат по-добре свойствата на елементите, които излъчват β - лъчи. Соди поверява тази работа на своя асистент Флек. Работата отне много време и двамата помощници на Ръдърфорд, Ресел и Хевеси, взеха участие в нея; По-късно с тази задача се заема и фаянсът.
През пролетта на 1913 г. работата е завършена и правилото на Соди е потвърдено без никакви изключения. Може да се формулира много просто: излъчването на алфа частица намалява атомното тегло на даден елемент с 4 единици и измества елемента две места наляво в периодичната таблица; излъчването на β-частица не променя значително атомното тегло на елемента, но го измества едно място надясно в периодичната таблица. Следователно, ако трансформация, причинена от излъчването на α частица, е последвана от две трансформации с излъчване на β частици, тогава след три трансформации елементът се връща на първоначалното си място в таблицата и придобива същите химични свойства като оригиналния елемент, обаче има атомно тегло по-малко с 4 единици. От това също ясно следва, че изотопите на два различни елемента могат да имат еднакво атомно тегло, но различни химични свойства. Стюарт ги нарече изобари. На страница 371 е възпроизведена диаграма, илюстрираща правилото за изместване по време на радиоактивни трансформации във формата, дадена от Соди през 1913 г. Сега, разбира се, знаем много повече радиоактивни изотопи, отколкото Соди е знаел през 1913 г. Но вероятно не е необходимо да проследяваме всички тези последващи технически постижения. По-важно е още веднъж да подчертаем главното: α-частиците носят два положителни заряда, а β-частиците носят един отрицателен заряд; излъчването на някоя от тези частици променя химичните свойства на елемента. Следователно дълбокият смисъл на правилото на Соди е, че химичните свойства на елементите или поне на радиоактивните елементи, докато това правило не бъде разширено допълнително, са свързани не с атомното тегло, както твърди класическата химия, а с вътрешноатомния електрически заряд.
Радиоактивността е способността на атомните ядра да се трансформират в други ядра с излъчване на спектър от частици. Ако трансформацията на ядрата става спонтанно (спонтанно), тогава радиоактивността се нарича естествена.
Ако разпадът се извършва изкуствено, тогава радиоактивността е изкуствена.
Радиоактивността е открита от френския физик Бекерел през 1896 г., който пръв наблюдава излъчването на проникваща радиация от уран.
През 1890 г. Ръдърфорд и Соди използват естествената радиоактивност 
(торий), както и радиоактивността на леките елементи, доведоха до редица модели.
I. Естествената радиоактивност се придружава от три вида радиация.
1.
-лъчението представлява поток от положително заредени частици. Основен поток 
.
3.
-радиация – електромагнитно излъчване с къса дължина на вълната ~ рента. лъчи 
Å.
II. Радиоактивността се дължи на вътрешната структура на ядрата и не зависи от външните условия
Освен това разпадането на всяко ядро не засяга разпадането на други ядра.
III. Различните радиоактивни вещества се различават значително по количеството на използваното радиоактивно лъчение.
Радиоактивните вещества обикновено се характеризират с броя на разпаданията за единица време.
Активност на радиоактивното вещество
Оказа се, че броят на разпаданията в секунда е ~ общият брой атоми на радиоактивно вещество, т.е.
- показва, че броят на рад.ат. намалява
- константа на радиоактивност и характеризира разпадната активност на даден елемент
След интеграция
- закон за радиоактивното разпадане (Ръдърфорд)
- началният брой на радиоактивните ядра
- брой неразпаднали се ядра на m.v. T
Продължителността на живота на радиоактивните ядра обикновено се характеризира с период на полуразпад, т.е. периодът от време, през който броят на радиоактивните ядра ще намалее наполовина.
Въз основа на това определение е лесно да се намери връзката между полуживота и константата на разпад
средният живот на радиоактивните ядра се определя от израза
след интегриране е лесно да се получи
, тоест времето на полуразпад на ядрата 
В експериментите обикновено се измерва активността на дадено вещество, тоест броят на ядрените разпадания за 1 секунда.
Най-често обаче се използва несистемната единица
Има ядра с много дълъг период на полуразпад (уран 9500 години) и има ядра с период на полуразпад от няколко секунди ( 
- 5730 години)
- разпад – разпадане на атомни ядра чрез излъчване - частици. Този тип радиоактивност е характерен за елементите, разположени в края на периодичната система. В момента има около 40 естествени и повече от 100 изкуствено причинени - излъчватели. Въпреки това, всички елементи -разпад за Pv
тоест като резултат -разпад, ядреният заряд намалява с 2 единици, а А - с 4
Получаваме 
- разпадът има 2 характеристики
1. Константа на разпад и излъчена енергия -частиците се оказаха взаимосвързани и се подчиняват на закона на Гайгер на Нетол
IN 1 И IN 2 – емпирични константи
Законът показва, че колкото по-кратка е продължителността на живота, толкова по-голяма е енергията на излъчената α-частица.
2. Енергия
-частиците по време на разпадане са ограничени в тесни граници от 
, което е значително по-малко от енергията, която
-частицата трябва да получи след
-разпад при ускорение в електричното поле на ядрото.
Енергия -частиците се оказаха малки спрямо потенциалната бариера на ядрото.
3. Фина структура на излъчваното -частици, тоест наблюдава се някакво разпределение в енергия, близка до някаква средна стойност. Освен това това разпределение е дискретно.
Електронно улавяне
Заема енергия от други нуклони.
-разпадът е обяснен едва след завършването на изграждането на квантовата механика и се обяснява от нейната позиция. Не се поддава на класическа интерпретация.
- дълбочина на потенциалната яма, височина на потенциалната бариера 30 M eV
Според класическата механика 
-частици ( д
) не може да преодолее потенциалната бариера.
Вече има един в ядрата 
-частици, които се движат вътре в ядрото с енергия 
.
Ако нямаше потенциална бариера, тогава 
-частицата ще напусне ядрото с енергия
- енергията, която би изразходвал за преодоляване на силите на гравитацията в ядрото.
Въпреки това, поради факта, че ядрото има обвивка, което води до увеличаване на потенциалната бариера с приблизително 30 M eV (виж диаграмата), тогава 
-частицата може да напусне ядрото. Само чрез изтичане през потенциален обект. Според квантовата механика, частица с вълнови свойства може да изтече през потенциална бариера, без да изразходва енергия. Явлението се нарича тунелен ефект
.
Приложение 
-разпадането се дължи на факта, че вероятността от изтичане 
-частици през бариерата зависи от размера на ядрата. Можете да оцените размера на ядрото, като знаете енергията 
- частици д
.
За да отговоря на този въпрос в началото на 20в. не беше много лесно. Още в самото начало на изследванията на радиоактивността бяха открити много странни и необичайни неща.
Първо Това, което беше изненадващо, беше последователността, с която радиоактивните елементи уран, торий и радий излъчваха радиация. В течение на дни, месеци и дори години интензивността на радиацията не се променя забележимо. Той не беше повлиян от такива обичайни влияния като топлина и повишено налягане. Химическите реакции, в които влизат радиоактивните вещества, също не оказват влияние върху интензитета на радиацията.
Второ , много скоро след откриването на радиоактивността става ясно, че радиоактивността е съпроводена с освобождаване на енергия. Пиер Кюри постави ампула радиев хлорид в калориметър. -, - и - лъчите се абсорбираха в него и благодарение на тяхната енергия калориметърът се нагряваше. Кюри установи, че радият с тегло 1 g освобождава енергия приблизително равна на 582 J за 1 час и такава енергия се освобождава непрекъснато в продължение на много години!
Откъде идва енергията, чието освобождаване не се влияе от всички известни влияния? Очевидно по време на радиоактивност веществото претърпява някои дълбоки промени, напълно различни от обикновените химични трансформации. Предполагаше се, че самите атоми претърпяват трансформации. Сега тази мисъл може да не предизвика голяма изненада, тъй като едно дете може да чуе за нея дори преди да се научи да чете. Но в началото на 20в. изглеждаше фантастично и беше необходима голяма смелост, за да се осмелиш да го изразиш. По това време току-що бяха получени безспорни доказателства за съществуването на атомите. Идеята на Демокрит за атомната структура на материята най-накрая триумфира. И почти веднага след това неизменността на атомите ще бъде поставена под въпрос.
Няма да говорим подробно за онези експерименти, които в крайна сметка доведоха до пълна увереност, че по време на радиоактивния разпад възниква верига от последователни трансформации на атоми. Нека се спрем само на първите експерименти, започнати от Ръдърфорд и продължени от него заедно с английския химик Ф. Соди.
Ръдърфорд открива, че активността на тория, дефинирана като броя на -частиците, излъчени за единица време, остава непроменена в затворена ампула. Ако след това препаратът се обдухва дори с много слаби въздушни течения, активността на тория намалява значително. Ученият предполага, че едновременно с -частиците торият излъчва някакъв вид радиоактивен газ.
Чрез изсмукване на въздух от ампула, съдържаща торий, Ръдърфорд изолира радиоактивния газ и изследва неговата йонизираща способност. Оказа се, че активността на този газ (за разлика от активността на тория, урана и радия) намалява много бързо с времето. Всяка минута активността намалява наполовина, а след десет минути става почти равна на нула. Соди изследва химичните свойства на този газ и открива, че той не влиза в никакви реакции, т.е. той е инертен газ. Впоследствие този газ е наречен радон и е поставен в периодичната таблица на Д. И. Менделеев под пореден номер 86.
Други радиоактивни елементи също претърпяха трансформации: уран, актиний, радий. Общото заключение, което учените направиха, беше точно формулирано от Ръдърфорд: „Атомите на радиоактивното вещество са обект на спонтанни модификации. Във всеки момент малка част от общия брой атоми става нестабилна и се разпада експлозивно. В преобладаващата част от случаите фрагмент от атом - частица - се изхвърля с огромна скорост. В някои други случаи експлозията е придружена от изхвърляне на бърз електрон и появата на лъчи, които, подобно на рентгеновите лъчи, имат голяма проникваща способност и се наричат -лъчение.
Установено е, че в резултат на атомна трансформация се образува вещество от съвършено нов тип, напълно различно по своите физични и химични свойства от първоначалното вещество. Това ново вещество обаче само по себе си също е нестабилно и претърпява трансформация с излъчване на характерно радиоактивно излъчване 2.
Следователно е добре установено, че атомите на някои елементи са обект на спонтанно разпадане, придружено от излъчване на енергия в огромни количества в сравнение с енергията, освободена от обикновените молекулярни модификации.
1 От латинската дума spontaneus self-roiapolis.
2 В действителност могат да се образуват и стабилни ядра.
След откриването на атомното ядро веднага стана ясно, че именно това ядро е претърпяло промени по време на радиоактивни трансформации. В крайна сметка в електронната обвивка изобщо няма -частици и намаляването на броя на електроните на обвивката с един превръща атома в йон, а не в нов химичен елемент. Изхвърлянето на електрон от ядрото променя заряда на ядрото (увеличава го) с единица.
И така, радиоактивността е спонтанното превръщане на едни ядра в други, придружено от излъчване на различни частици.
Правило за отместване.Ядрените трансформации се подчиняват на така нареченото правило за изместване, формулирано за първи път от Соди: по време на -разпад ядрото губи своя положителен заряд 2e и масата му намалява с приблизително четири атомни единици маса. В резултат на това елементът се измества с две клетки в началото на периодичната таблица. Символично това може да се напише така:
Тук елементът се обозначава, както в химията, с общоприети символи: ядреният заряд е написан като индекс в долния ляв ъгъл на символа, а атомната маса е написана като индекс в горния ляв ъгъл на символа. Например, водородът е представен със символа. За -частицата, която е ядрото на хелиевия атом, се използва обозначението etc. По време на -разпад се излъчва електрон от ядрото. В резултат на това ядреният заряд се увеличава с единица, но масата остава почти непроменена:
Тук той обозначава електрон: индексът 0 в горната част означава, че неговата маса е много малка в сравнение с атомната единица маса, едно електронно антинеутрино е неутрална частица с много малка (възможно нулева) маса, която отнася част от енергия по време на гниене. Образуването на антинеутрино е придружено от разпадане на всяко ядро и тази частица често не е посочена в уравненията на съответните реакции.
След разпадане елементът се приближава с една клетка към края на периодичната таблица. Гама-лъчението не е придружено от промяна на заряда; масата на ядрото се променя незначително.
Съгласно правилото за изместване, по време на радиоактивен разпад общият електрически заряд се запазва и относителната атомна маса на ядрата се запазва приблизително.
Новите ядра, образувани по време на радиоактивен разпад, също могат да бъдат радиоактивни и да претърпят допълнителни трансформации.
По време на радиоактивния разпад атомните ядра се трансформират.
Кои закони за запазване знаете, че са верни по време на радиоактивен разпад?
