prirodne ili umjetne pretvorbe jezgri jednih atoma u jezgre drugih atoma.
Nova alkemija? Godine 1903. Pierre Curie je otkrio da uranove soli kontinuirano i bez vidljivog smanjenja tijekom vremena oslobađaju toplinsku energiju, koja se po jedinici mase činila golemom u usporedbi s energijom najenergičnijih kemijskih reakcija. Radij oslobađa još više topline - oko 107 J na sat po 1 g čiste tvari. Ispostavilo se da su radioaktivni elementi dostupni u dubinama zemaljske kugle dovoljni (u uvjetima ograničenog odvođenja topline) da otope magmu
Gdje je izvor te naizgled neiscrpne energije? Marie Curie iznijela je na samom kraju 19. stoljeća. dvije hipoteze. Jedan od njih (dijeli Lord Kelvin ) je da radioaktivne tvari hvataju neku vrstu kozmičkog zračenja, pohranjujući potrebnu energiju. U skladu s drugom hipotezom, zračenje je popraćeno nekim promjenama u samim atomima, koji pritom gube energiju, koja se emitira. Obje hipoteze činile su se jednako nevjerojatnima, ali postupno se skupljalo sve više dokaza u korist druge.
Ernest Rutherford dao je velik doprinos razumijevanju onoga što se događa s radioaktivnim tvarima. Davne 1895. godine engleski kemičar William Ramsay, koji se proslavio otkrićem argona u zraku, otkrio je još jedan plemeniti plin, helij, u mineralu kleveit. Kasnije su značajne količine helija otkrivene u drugim mineralima, ali samo u onima koji su sadržavali uran i torij. Činilo se nevjerojatnim i čudnim odakle bi rijetki plin mogao doći u mineralima? Kada je Rutherford počeo istraživati prirodu alfa čestica koje emitiraju radioaktivni minerali, postalo je jasno da je helij proizvod radioaktivnog raspada ( cm. RADIOAKTIVNOST). To znači da su neki kemijski elementi sposobni "generirati" druge; to je u suprotnosti sa svim iskustvom koje je skupilo nekoliko generacija kemičara.
Međutim, "transformacija" urana i torija u helij nije bila ograničena na. Godine 1899. u Rutherfordovom laboratoriju (tada je radio u Montrealu) primijećen je još jedan čudan fenomen: preparati elementa torija u zatvorenoj ampuli održavali su stalnu aktivnost, ali na otvorenom je njihova aktivnost ovisila o tome. Nacrti. Rutherford je brzo shvatio da torij emitira radioaktivni plin (nazvano je emanacija torija od latinskog emanatio izljev, ili thoron), aktivnost tog plina se vrlo brzo smanjila: prepolovljena za oko jednu minutu (prema suvremenim podacima za 55,6 s) . Slična plinovita "emanacija" također je otkrivena u radiju (njegova aktivnost se znatno sporije smanjivala) i nazvana je radijeva emanacija ili radon. Također je otkriveno da aktinijum ima svoju vlastitu "emanaciju", koja nestaje za samo nekoliko sekundi; nazvana je aktinijska emanacija ili aktinon. Naknadno se pokazalo da su sve te "emanacije" izotopi istog kemijskog elementa radona ( cm. KEMIJSKI ELEMENTI).
Godine 1900. Rutherford je engleskom radiokemičaru Fredericku Soddyju ispričao o tajanstvenom toronu. Soddy je dokazao da je toron inertni plin sličan argonu, otkriven nekoliko godina ranije u zraku; bio je to jedan od izotopa radona, 220 Rn. Emanacija radija, kako se kasnije pokazalo, pokazala se kao drugi izotop radona 222 Rn (vrijeme poluraspada T 1/2 = 3,825 dana), i emanacija aktinija kratkoživućim izotopom istog elementa: 219 Rn ( T 1/2 = 4 s). Štoviše, Rutherford i Soddy izolirali su novi nehlapljivi element iz produkata transformacije torija, drugačijih svojstava od torija. Nazvan je torij X (kasnije je utvrđeno da je izotop radija 224 Ra c T 1/2 = 3,66 dana). Kako se pokazalo, "emanacija torija" oslobađa se upravo iz torija X, a ne iz izvornog torija. Slični primjeri su se množili: u prvotno kemijski temeljito pročišćenom uranu ili toriju s vremenom se pojavila primjesa radioaktivnih elemenata iz kojih su se pak dobivali novi radioaktivni elementi, uključujući i plinovite. Tako su se a-čestice oslobođene iz mnogih radioaktivnih lijekova pretvorile u plin identičan heliju, koji je otkriven kasnih 1860-ih na Suncu (spektralna metoda), a 1882. otkriven u nekim stijenama.
Rezultate zajedničkog rada Rutherford i Soddy objavili su 1902.-1903. u nizu članaka u Philosophical Magazine. U tim člancima, nakon analize dobivenih rezultata, autori su došli do zaključka da je moguće transformirati neke kemijske elemente u druge. Napisali su: “Radioaktivnost je atomski fenomen, praćen kemijskim promjenama u kojima se rađaju nove vrste materije... Radioaktivnost se mora smatrati manifestacijom unutaratomskog kemijskog procesa... Zračenje prati transformaciju atoma.. .Kao rezultat atomske transformacije nastaje potpuno nova vrsta tvari, potpuno drugačija po svojim fizičkim i kemijskim svojstvima od izvorne tvari."
U to su vrijeme ti zaključci bili vrlo hrabri; drugi istaknuti znanstvenici, među kojima i supružnici Curie, iako su zapažali slične pojave, objašnjavali su ih prisutnošću „novih” elemenata u izvornoj tvari od samog početka (primjerice, Curie je iz uranove rude izolirao polonij i radij sadržane u njoj). Ipak, pokazalo se da su Rutherford i Soddy bili u pravu: radioaktivnost prati transformacija jednih elemenata u druge
Činilo se da se ruši ono nepokolebljivo: nepromjenjivost i nedjeljivost atoma, jer su još od vremena Boylea i Lavoisiera kemičari dolazili do zaključka o nerazgradljivosti kemijskih elemenata (kako se tada govorilo, “jednostavnih tijela”, građevnih blokova). svemira), o nemogućnosti njihove transformacije jedne u druge. O tome što se događalo u glavama znanstvenika tog vremena jasno svjedoče izjave D.I. kemikalije koje je on stvorio i prepoznate u cijelom svijetu. U udžbeniku objavljenom 1906 Osnove kemije napisao je: “... uopće nisam sklon (na temelju oštre, ali plodonosne discipline induktivnog znanja) prepoznati čak ni hipotetsku konvertibilnost nekih elemenata jednih u druge i ne vidim nikakvu mogućnost podrijetla argona ili radioaktivnih tvari iz urana ili obrnuto.”
Vrijeme je pokazalo pogrešnost Mendeljejevljevih pogleda o nemogućnosti pretvaranja jednih kemijskih elemenata u druge; ujedno je potvrdila nepovredivost njegovog glavnog otkrića - periodičkog zakona. Kasniji rad fizičara i kemičara pokazao je u kojim se slučajevima neki elementi mogu transformirati u druge i koji zakoni prirode upravljaju tim transformacijama.
Soddy F. Povijest atomske energije. M., Atomizdat, 1979
Choppin G. i sur. Nuklearna kemija. M., Energoatomizdat, 1984
Hoffman K. Je li moguće napraviti zlato? L., Kemija, 1984
Kadmensky S.G. Radioaktivnost atomskih jezgri: povijest, rezultati, najnovija dostignuća. "Soros Educational Journal", 1999., br. 11
pronađi " RADIOAKTIVNE TRANSFORMACIJE"na
Bila je to jedna od najvažnijih faza u razvoju modernog fizikalnog znanja. Znanstvenici nisu odmah došli do ispravnih zaključaka o strukturi najmanjih čestica. I mnogo kasnije otkriveni su drugi zakoni - na primjer, zakoni gibanja mikročestica, kao i značajke transformacije atomskih jezgri koje se javljaju tijekom radioaktivnog raspada.
Rutherfordovi pokusi
Radioaktivne transformacije atomskih jezgri prvi je proučavao engleski istraživač Rutherford. Već tada je bilo jasno da je najveći dio mase atoma u njegovoj jezgri, jer su elektroni mnogo stotina puta lakši od nukleona. Kako bi se proučavao pozitivni naboj unutar jezgre, 1906. Rutherford je predložio ispitivanje atoma alfa česticama. Takve su čestice nastale raspadom radija, ali i nekih drugih tvari. Tijekom svojih eksperimenata, Rutherford je stekao razumijevanje strukture atoma, što je dobilo naziv "planetarni model".
Prva opažanja radioaktivnosti
Davne 1985. godine engleski istraživač W. Ramsay, koji je poznat po svom otkriću plina argona, došao je do zanimljivog otkrića. Otkrio je plin helij u mineralu zvanom kleveit. Kasnije su velike količine helija pronađene iu drugim mineralima, ali samo u onima koji sadrže torij i uran.
Ovo se istraživaču činilo vrlo čudnim: odakle može doći plin u mineralima? Ali kada je Rutherford počeo proučavati prirodu radioaktivnosti, pokazalo se da je helij proizvod radioaktivnog raspada. Neki kemijski elementi “rađaju” druge, s potpuno novim svojstvima. I ta je činjenica proturječila svim dosadašnjim iskustvima kemičara tog vremena.
Zapažanje Fredericka Soddyja
Zajedno s Rutherfordom u istraživanje je izravno sudjelovao znanstvenik Frederick Soddy. Bio je kemičar, pa se sav njegov rad odnosio na identifikaciju kemijskih elemenata prema njihovim svojstvima. Zapravo, radioaktivne transformacije atomskih jezgri prvi je primijetio Soddy. Uspio je saznati koje su alfa čestice koje je Rutherford koristio u svojim eksperimentima. Nakon mjerenja znanstvenici su otkrili da je masa jedne alfa čestice 4 jedinice atomske mase. Nakon što su nakupili određeni broj takvih alfa čestica, istraživači su otkrili da su se pretvorile u novu tvar - helij. Svojstva ovog plina bila su dobro poznata Soddyju. Stoga je tvrdio da su alfa čestice sposobne uhvatiti elektrone izvana i pretvoriti se u neutralne atome helija.
Promjene unutar jezgre atoma
Naknadna istraživanja bila su usmjerena na utvrđivanje značajki atomske jezgre. Znanstvenici su shvatili da se sve transformacije ne događaju s elektronima ili elektronskom ljuskom, već izravno sa samim jezgrama. Upravo su radioaktivne transformacije atomskih jezgri pridonijele transformaciji jednih tvari u druge. U to su vrijeme značajke tih transformacija još uvijek bile nepoznate znanstvenicima. Ali jedno je bilo jasno: kao rezultat, nekako su se pojavili novi kemijski elementi.
Znanstvenici su prvi put uspjeli pratiti takav lanac metamorfoza u procesu pretvaranja radija u radon. Reakcije koje su rezultirale takvim transformacijama, praćene posebnim zračenjem, istraživači su nazvali nuklearnim. Uvjerivši se da se svi ti procesi odvijaju upravo unutar jezgre atoma, znanstvenici su počeli proučavati i druge tvari, a ne samo radij.
Otvorene vrste zračenja
Glavna disciplina koja može zahtijevati odgovore na takva pitanja je fizika (9. razred). Radioaktivne transformacije atomskih jezgri uključene su u njen tečaj. Provodeći pokuse prodorne moći uranovog zračenja, Rutherford je otkrio dvije vrste zračenja, odnosno radioaktivne transformacije. Manje prodorna vrsta zvala se alfa zračenje. Kasnije se proučavalo i beta zračenje. Gama zračenje prvi je proučavao Paul Villard 1900. godine. Znanstvenici su pokazali da je fenomen radioaktivnosti povezan s raspadom atomskih jezgri. Time je dotad prevladavajućim idejama o atomu kao nedjeljivoj čestici zadan razoran udarac.
Radioaktivne transformacije atomskih jezgri: glavne vrste
Danas se vjeruje da se tijekom radioaktivnog raspada događaju tri vrste transformacija: alfa raspad, beta raspad i zarobljavanje elektrona, inače nazvano K-zahvat. Tijekom alfa raspada, alfa čestica se emitira iz jezgre, koja je jezgra atoma helija. Sama radioaktivna jezgra transformira se u onu koja ima manji električni naboj. Alfa raspad karakterističan je za tvari koje zauzimaju posljednja mjesta u periodnom sustavu. U radioaktivne transformacije atomskih jezgri ubraja se i beta raspad. Sastav atomske jezgre s ovom vrstom također se mijenja: gubi neutrine ili antineutrine, kao i elektrone i pozitrone.
Ovu vrstu raspada prati kratkovalno elektromagnetsko zračenje. U hvatanju elektrona, jezgra atoma apsorbira jedan od obližnjih elektrona. U tom slučaju jezgra berilija može se pretvoriti u jezgru litija. Ovaj tip je 1938. godine otkrio američki fizičar po imenu Alvarez, koji je također proučavao radioaktivne transformacije atomskih jezgri. Fotografije na kojima su istraživači pokušali uhvatiti takve procese sadrže slike slične mutnom oblaku zbog male veličine čestica koje se proučavaju.
1. RADIOAKTIVNE TRANSFORMACIJE
Ernest Rutherford rođen je na Novom Zelandu u engleskoj obitelji. Na Novom Zelandu stekao je visoko obrazovanje, a potom je 1895. došao u Cambridge i započeo znanstveni rad kao Thomsonov asistent. Godine 1898. Rutherford je pozvan na Odjel za fiziku na Sveučilištu McGill u Montrealu (Kanada), gdje je nastavio istraživanje radioaktivnosti započeto u Cambridgeu.
Godine 1899. u Montrealu, Rutherfordov kolega Ownes obavijestio ga je da je radioaktivnost torija osjetljiva na zračne struje. Ovo opažanje se činilo neobičnim, Rutherford se zainteresirao i otkrio da radioaktivnost torijevih spojeva, ako je torij u zatvorenoj ampuli, ostaje konstantnog intenziteta, ali ako se eksperiment izvodi na otvorenom, brzo opada, pa čak i slabi zračna strujanja utječu na rezultate. Osim toga, tijela koja se nalaze u blizini torijevih spojeva nakon nekog vremena i sama počnu emitirati zračenje, kao da su i ona radioaktivna. Rutherford je ovo svojstvo nazvao "pobuđenom aktivnošću".
Rutherford je ubrzo shvatio da se svi ovi fenomeni mogu lako objasniti ako pretpostavimo da torijevi spojevi emitiraju, osim alfa čestica, i druge čestice, koje su opet radioaktivne. Tvar koja se sastoji od tih čestica nazvao je "emanacija" i smatrao je sličnom radioaktivnom plinu, koji, smješten u tankom nevidljivom sloju na tijelima koja se nalaze uz torij koji emitira tu emanaciju, daje tim tijelima prividnu radioaktivnost. Rutherford je, vođen tom pretpostavkom, uspio odvojiti ovaj radioaktivni plin jednostavnim izvlačenjem zraka koji je došao u dodir s pripravkom torija, a zatim ga uvođenjem u ionizacijsku komoru utvrditi njegovu aktivnost i osnovna fizikalna svojstva. Konkretno, Rutherford je pokazao da stupanj radioaktivnosti emanacije (kasnije nazvan toron, baš kao što su radioaktivni plinovi koje emitiraju radij i aktinij nazivali radon i aktinon) vrlo brzo eksponencijalno opada ovisno o vremenu: svake minute aktivnost se prepolovi, nakon što deset minuta ona već postaje potpuno neprimjetna.
U međuvremenu, Curijevi su pokazali da radij također ima sposobnost pobuditi aktivnost obližnjih tijela. Kako bi objasnili radioaktivnost sedimenata radioaktivnih otopina, prihvatili su teoriju koju je iznio Becquerel i nazvali ovaj novi fenomen "induciranom radioaktivnošću". Curijevi su vjerovali da je inducirana radioaktivnost uzrokovana nekom posebnom ekscitacijom tijela zrakama koje emitira radij: nešto slično fosforescenciji, s kojom su izravno usporedili ovu pojavu. Međutim, Rutherford je, govoreći o "pobuđenoj aktivnosti", isprva također morao imati na umu fenomen indukcije, koji je fizika 19. stoljeća bila prilično spremna prihvatiti. Ali Rutherford je već znao nešto više od Curievih: znao je da ekscitacija, ili indukcija, nije izravna posljedica utjecaja torija, već rezultat emanacije. U to vrijeme supružnici Curie još nisu otkrili emanaciju radija; dobili su je Lather i Dorn 1900. godine, nakon što su ponovili ista istraživanja radija koja je Rutherford prethodno proveo s torijem.
U proljeće 1900., nakon što je objavio svoje otkriće, Rutherford je prekinuo istraživanje i vratio se na Novi Zeland, gdje se trebalo održati njegovo vjenčanje. Po povratku u Montreal iste godine, upoznao je Fredericka Soddyja (1877.-1956.), koji je diplomirao kemiju na Oxfordu 1898. i također nedavno stigao u Montreal. Susret ovo dvoje mladih bio je sretan događaj za povijest fizike. Rutherford je rekao Soddyju za svoje otkriće, da je uspio izolirati toron, naglasio je široko polje istraživanja koje se ovdje otvara i pozvao ga da se udruže u zajedničkom kemijskom i fizičkom istraživanju spoja torija. Soddy se složio.
Ovo istraživanje mladim je znanstvenicima trajalo dvije godine. Soddy je posebno proučavao kemijsku prirodu emanacije torija. Kao rezultat svog istraživanja, pokazao je da novi plin uopće ne ulazi u poznate kemijske reakcije. Stoga je ostalo za pretpostaviti da pripada inertnim plinovima, naime (kao što je Soddy definitivno pokazao početkom 1901.) novi je plin po svojim kemijskim svojstvima sličan argonu (sada se zna da je to jedan od njegovi izotopi), koje su Rayleigh i Ramsay otkrili u zraku 1894
Mukotrpan rad dvojice mladih znanstvenika kulminirao je novim značajnim otkrićem: uz torij u njihovim je pripravcima otkriven još jedan element koji se po kemijskim svojstvima razlikuje od torija, a bio je barem nekoliko tisuća puta aktivniji od torija. Ovaj element je kemijski odvojen od torija taloženjem amonijakom. Po uzoru na Williama Crookesa, koji je 1900. godine radioaktivni element koji je dobio iz urana nazvao uran X, mladi znanstvenici su novi radioaktivni element nazvali torij X. Aktivnost tog novog elementa se u roku od četiri dana smanjuje za pola; ovo je vrijeme bilo dovoljno da ga detaljno proučim. Istraživanje je omogućilo izvlačenje nepobitnog zaključka: emanacija torija uopće nije dobivena iz torija, kako se činilo, već iz torija X. Ako je u određenom uzorku torija torij X odvojen od torija, tada je intenzitet zračenje torija bilo je u početku znatno manje nego prije odvajanja, ali je s vremenom postupno raslo po eksponencijalnom zakonu zbog stalnog stvaranja nove radioaktivne tvari.
U prvom radu iz 1902. znanstvenici su, objašnjavajući sve te pojave, došli do zaključka da
“...radioaktivnost je atomski fenomen praćen kemijskim promjenama, pri čemu nastaju nove vrste materije. Te se promjene moraju dogoditi unutar atoma, a radioaktivni elementi moraju biti spontane transformacije atoma... Stoga se radioaktivnost mora smatrati manifestacijom unutaratomskog kemijskog procesa.” (Filozofski časopis, (6), 4, 395 (1902.)).
A iduće godine napisali su određenije:
“Radioaktivni elementi imaju najveću atomsku težinu među svim ostalim elementima. To je zapravo njihovo jedino zajedničko kemijsko svojstvo. Kao rezultat raspada atoma i izbacivanja teških nabijenih čestica s masom istog reda kao i masa vodikovog atoma, ostaje novi sustav, lakši od izvornog, s fizičkim i kemijskim svojstvima potpuno drugačijim od onih u izvornom element. Proces raspadanja, nakon što je jednom započeo, prelazi iz jedne faze u drugu određenim brzinama, koje su prilično mjerljive. U svakom stupnju emitira se jedna ili više α čestica dok se ne dosegnu posljednji stupnjevi, kada su α čestice ili elektroni već emitirani. Čini se uputnim dati posebna imena tim novim fragmentima atoma i novim atomima koji se dobivaju iz izvornog atoma nakon emisije čestice i postoje samo ograničeno vremensko razdoblje, neprestano prolazeći daljnje promjene. Njihovo razlikovno svojstvo je nestabilnost. Količine u kojima se mogu akumulirati vrlo su male, tako da je malo vjerojatno da se mogu proučavati uobičajenim sredstvima. Nestabilnost i povezana emisija zraka daje nam način da ih proučavamo. Stoga predlažemo da ove fragmente atoma nazovemo "metabolonima". (Filozofski časopis, (6), 5, 536 (1903.)).
Predloženi termin nije preživio, jer su ovaj prvi oprezni pokušaj formuliranja teorije ubrzo sami autori ispravili i razjasnili niz nejasnih točaka, koje je vjerojatno i sam čitatelj uočio. U svom ispravljenom obliku teorija više nije trebala novi termin, a deset godina kasnije jedan od tih mladih znanstvenika, koji je do tada već postao znanstvenik svjetskog glasa i dobitnik Nobelove nagrade za fiziku, izrazio se ovako:
“Atomi radioaktivne tvari podložni su spontanim modifikacijama. U svakom trenutku mali dio ukupnog broja atoma postaje nestabilan i eksplozivno se raspada. U velikoj većini slučajeva fragment atoma - α-čestica - izbacuje se ogromnom brzinom, u nekim drugim slučajevima eksplozija je popraćena izbacivanjem brzog elektrona i pojavom X-zraka, koje imaju; veliku moć prodora i poznati su kao γ-zračenje. Zračenje prati transformacije atoma i služi kao mjera kojom se određuje stupanj njihova raspada. Otkriveno je da kao rezultat transformacije atoma nastaje potpuno nova vrsta tvari, potpuno drugačija po svojim fizikalnim i kemijskim svojstvima od izvorne tvari. Ova nova tvar, međutim, sama je također nestabilna i prolazi kroz transformaciju s emisijom karakterističnog radioaktivnog zračenja...
Dakle, točno je utvrđeno da su atomi nekih elemenata podložni spontanom raspadu, popraćenom emisijom energije u ogromnim količinama u usporedbi s energijom koja se oslobađa tijekom uobičajenih molekularnih modifikacija" ( E. Rutherford, Struktura atoma, Scientia, 16, 339 (1914.)).
U već citiranom radu iz 1903. Rutherford i Soddy sastavili su tablicu "metabolona" koji, prema njihovoj teoriji, nastaju, prema njihovim vlastitim eksperimentima i iskustvima drugih znanstvenika, kao produkti raspada:
Ovo su prva “obiteljska stabla” radioaktivnih tvari. Postupno su druge tvari zauzele svoje mjesto u tim obiteljima prirodnih radioaktivnih elemenata, pa je otkriveno da postoje samo tri takve obitelji, od kojih dvije imaju uran kao roditelj, a treća ima torij. Prva obitelj ima 14 "potomaka", tj. 14 elemenata koji proizlaze jedan iz drugog kao rezultat sekvencijalnog raspada, drugi - 10, treći - 11; u svakom suvremenom udžbeniku fizike možete pronaći detaljan opis ovih "obiteljskih stabala".
Napravimo jednu napomenu. Sada se može činiti sasvim prirodnim, štoviše, samorazumljivim, zaključak do kojeg su Rutherford i Soddy došli kao rezultat svojih eksperimenata. U biti, o čemu smo pričali? Činjenica da je nakon nekog vremena, u početku čisti torij, sadržavao primjesu novog elementa, iz kojeg je, pak, nastao plin, koji je također bio radioaktivan. Formiranje novih elemenata može se jasno vidjeti. Vizualno, ali ne previše. Mora se imati na umu da su količine u kojima su nastali novi elementi bile vrlo daleko od minimalnih doza koje su u to vrijeme bile potrebne za najtočniju kemijsku analizu. Riječ je o jedva primjetnim tragovima koji se mogu otkriti samo radioaktivnim metodama, fotografijom i ionizacijom. Ali svi ti učinci mogli bi se objasniti na drugi način (indukcija, prisutnost novih elemenata u izvornim pripravcima od samog početka, kao što je bio slučaj s otkrićem radija, itd.). Da raspad uopće nije bio tako očit jasno je iz činjenice da ni Crookes ni Curie nisu vidjeli ni najmanju naznaku toga, iako su promatrali slične pojave. Nemoguće je prešutjeti ni činjenicu da je bila potrebna velika hrabrost govoriti o preobrazbama elemenata 1903. godine, na samom vrhuncu pobjede atomizma. Ova hipoteza nipošto nije bila zaštićena od svih vrsta kritika i možda ne bi održala da je Rutherford i Soddy čitava desetljeća nisu branili s nevjerojatnom upornošću, pribjegavajući novim dokazima, o kojima ćemo kasnije.
Čini nam se primjerenim ovdje dodati da je i teorija radioaktivne indukcije učinila veliku uslugu znanosti time što je spriječila rasipanje napora u potrazi za novim radioaktivnim elementima sa svakom manifestacijom radioaktivnosti u neradioaktivnim elementima.
2. PRIRODA α-ČESTICA
Vrlo važna točka u teoriji radioaktivnog raspada, preko koje smo do sada prešutjeli radi jednostavnosti prikaza, jest priroda α-čestica koje emitiraju radioaktivne tvari, jer hipoteza koja im pripisuje korpuskularna svojstva od odlučujuće je važnosti za teoriju Rutherforda i Soddyja.
Isprva α-čestice - spora komponenta zračenja koju materija lako apsorbira - nakon što ih je Rutherford otkrio, nisu privlačile veliku pozornost fizičara koji su se uglavnom zanimali za brze β-zrake, koje imaju stotinu puta veću moć prodora od α-čestice.
Činjenica da je Rutherford predvidio važnost α čestica u objašnjenju radioaktivnih procesa i posvetio mnogo godina njihovom proučavanju jedna je od najjasnijih manifestacija Rutherfordovog genija i jedan od glavnih čimbenika koji određuju uspjeh njegova rada.
Godine 1900. Robert Rayleigh (Robert Strett, sin Johna Williama Rayleigha) i neovisno o njemu Crookes iznijeli su hipotezu, nepotkrijepljenu nikakvim eksperimentalnim dokazima, da α čestice nose pozitivan naboj. Danas vrlo dobro možemo razumjeti poteškoće koje su stajale na putu eksperimentalnog proučavanja α-čestica. Te su poteškoće dvojake: prvo, α čestice su mnogo teže od β čestica, pa ih električna i magnetska polja lagano odbijaju, i, naravno, jednostavan magnet nije bio dovoljan da proizvede zamjetan otklon; drugo, α-čestice se brzo apsorbiraju u zraku, što ih čini još težim za promatranje.
Rutherford je dvije godine pokušavao skrenuti alfa čestice u magnetskom polju, ali je sve vrijeme dobivao nesigurne rezultate. Napokon, kada je krajem 1902. godine, zahvaljujući ljubaznom posredovanju Pierrea Curiea, uspio dobiti dovoljnu količinu radija, pomoću prikazanog uređaja uspio je pouzdano utvrditi otklon α čestica u magnetskom i električnom polju. na stranici 364.
Odstupanje koje je opazio omogućilo mu je da utvrdi da α čestica nosi pozitivan naboj; po prirodi odstupanja, Rutherford je također utvrdio da je brzina α čestice približno jednaka polovici brzine svjetlosti (kasnijim doradama brzina je smanjena na približno jednu desetinu brzine svjetlosti); pokazalo se da je omjer e/m približno 6000 elektromagnetskih jedinica. Iz toga je slijedilo da ako alfa čestica nosi elementarni naboj, tada bi njezina masa trebala biti dvostruko veća od mase atoma vodika. Rutherford je bio svjestan da su svi ti podaci krajnje približni, ali su ipak dopuštali izvođenje jednog kvalitativnog zaključka: α-čestice imaju masu istog reda kao atomske mase, i stoga su slične kanalskim zrakama koje je Goldstein promatrao, ali imaju znatno veću brzinu. Dobiveni rezultati, kaže Rutherford, "bacili su svjetlo na radioaktivne procese", a već smo vidjeli refleksiju tog svjetla u odlomcima citiranim iz radova Rutherforda i Soddyja.
Godine 1903. Marie Curie potvrdila je Rutherfordovo otkriće uz pomoć instalacije koja se danas opisuje u svim udžbenicima fizike, u kojoj je, zahvaljujući scintilaciji uzrokovanoj svim zrakama koje radij emitira, bilo moguće istovremeno promatrati suprotne otklone α-čestica i β-zrake te otpornost γ-zračenja na električna i magnetska polja.
Teorija radioaktivnog raspada dovela je Rutherforda i Soddyja do ideje da sve stabilne tvari nastale radioaktivnim transformacijama elemenata moraju biti prisutne u radioaktivnim rudama, u kojima se te transformacije događaju mnogo tisuća godina. Ne bi li se helij koji su Ramsay i Travers pronašli u uranovim rudama onda trebao smatrati proizvodom radioaktivnog raspada?
Od početka 1903. proučavanje radioaktivnosti dobilo je neočekivani novi poticaj zahvaljujući činjenici da je Giesel (poduzeće "Hininfabrik", Braunschweig) pustio takve čiste radijeve spojeve kao što je radijev bromid hidrat, koji sadrži 50% čistog elementa, na relativno razumne cijene. Ranije se moralo raditi sa spojevima koji sadrže najviše 0,1% čistog elementa!
Do tog se vremena Soddy vratio u London kako bi nastavio proučavati svojstva emanacije u Ramsey Chemical Laboratory - jedinom laboratoriju na svijetu u to vrijeme u kojem su se mogla provoditi istraživanja ove vrste. Kupio je 30 mg lijeka koji je pušten u prodaju, a ta mu je količina bila dovoljna da zajedno s Ramseyem iste 1903. godine dokaže da se u radiju starom nekoliko mjeseci nalazi helij, te da helij nastaje raspadom. emanacije.
Ali koje je mjesto helij zauzimao u tablici radioaktivnih transformacija? Je li to bio konačni proizvod transformacije radija ili proizvod neke faze njegove evolucije? Rutherford je vrlo brzo shvatio da helij čine α-čestice koje emitira radij, da je svaka α-čestica atom helija s dva pozitivna naboja. Ali bile su potrebne godine rada da se to dokaže. Dokaz je dobiven tek kada su Rutherford i Geiger izumili brojač α-čestica, o čemu smo raspravljali u poglavlju. 13. Mjerenje naboja pojedine α čestice i određivanje omjera e/m odmah je njezinoj masi m dalo vrijednost jednaku masi atoma helija.
Pa ipak, sve te studije i proračuni još uvijek nisu odlučno dokazali da su α-čestice identične ionima helija. Naime, ako bi se, recimo, istovremeno s izbacivanjem α-čestice oslobodio atom helija, tada bi svi pokusi i proračuni ostali valjani, no α-čestica bi mogla biti i atom vodika ili neke druge nepoznate tvari. Rutherford je bio itekako svjestan mogućnosti takve kritike i, kako bi je odbacio, 1908. godine, zajedno s Roydsom, dao je odlučujući dokaz svoje hipoteze koristeći instalaciju shematski prikazanu na gornjoj slici: α-čestice koje emitira radon skupljaju se i nakupljen u epruveti za spektroskopsku analizu; u ovom slučaju opaža se karakterističan spektar helija.
Dakle, počevši od 1908. više nije bilo sumnje da su α čestice ioni helija i da je helij sastavni dio prirodnih radioaktivnih tvari.
Prije nego prijeđemo na drugo pitanje, dodajmo da je nekoliko godina nakon otkrića helija u uranovim rudama američki kemičar Boltwood, ispitujući rude koje sadrže uran i torij, došao do zaključka da je posljednji neradioaktivni produkt uzastopnog niza transformacije urana je olovo i da su, osim toga, radij i aktinij sami produkti raspada urana. Stoga je Rutherfordova i Soddyjeva tablica "metabolona" morala doživjeti značajnu promjenu.
Teorija atomskog raspada dovela je do još jedne nove zanimljive posljedice. Budući da se radioaktivne transformacije odvijaju konstantnom brzinom, koju nije mogao promijeniti niti jedan u to vrijeme (1930.) poznati fizikalni čimbenik, onda prema omjeru količina urana, olova i helija prisutnih u uranovoj rudi, starost same rude može se odrediti, tj. starost Zemlje. Prvi izračun dao je brojku od milijardu i osamsto milijuna godina, ali su John Joly (1857.-1933.) i Robert Rayleigh (1875.-1947.), koji su proveli važna istraživanja na ovom području, tu procjenu smatrali vrlo netočnom. Sada se starost uranovih ruda smatra približno milijardom i pol godina, što se ne razlikuje mnogo od izvorne procjene.
3. OSNOVNI ZAKON RADIOAKTIVNOSTI
Već smo rekli da je Rutherford eksperimentalno ustanovio eksponencijalni zakon smanjenja aktivnosti emanacije torija tijekom vremena: aktivnost se prepolovi za otprilike jednu minutu. Sve radioaktivne tvari koje su proučavali Rutherford i drugi kvalitativno su se pokoravale istom zakonu, ali je svaka od njih imala svoje vrijeme poluraspada. Ova eksperimentalna činjenica izražena je jednostavnom formulom ( Ova formula izgleda
gdje je λ konstanta poluživota, a njen inverz je prosječni životni vijek elementa. Vrijeme potrebno da se broj atoma smanji za polovicu naziva se vrijeme poluraspada. Kao što smo već rekli, A jako varira od elementa do elementa pa se stoga mijenjaju i sve ostale veličine koje ovise o njemu. Na primjer, prosječni životni vijek urana I je 6 milijardi 600 milijuna godina, a aktinija A tri tisućinke sekunde), uspostavljajući odnos između broja N 0 radioaktivnih atoma u početnom trenutku i broja atoma koji nisu ipak se raspao u trenutku t. Taj se zakon može drugačije izraziti: udio atoma koji se raspadnu u određenom vremenskom razdoblju konstanta je koja karakterizira element i naziva se konstanta radioaktivnog raspada, a njezin inverz naziva se prosječno vrijeme života.
Prije 1930. godine nije bio poznat nijedan čimbenik koji bi i u najmanjoj mjeri utjecao na prirodnu stopu ovog fenomena. Počevši od 1902. godine, Rutherford i Soddy, a potom i mnogi drugi fizičari, postavili su radioaktivna tijela u različite fizikalne uvjete, ali nikada nisu postigli ni najmanju promjenu konstante radioaktivnog raspada.
“Radioaktivnost”, napisali su Rutherford i Soddy, “prema našem sadašnjem znanju o njoj, mora se smatrati rezultatom procesa koji ostaje potpuno izvan sfere djelovanja sila koje poznajemo i kontroliramo; ne može se stvoriti niti promijeniti niti zaustaviti.” (Filozofski časopis, (6), 5, 582 (1903).).
Prosječni životni vijek elementa je točno određena konstanta, nepromijenjena za svaki element, ali je individualni životni vijek pojedinog atoma danog elementa potpuno neizvjestan. Prosječni životni vijek ne smanjuje se s vremenom: isti je i za skupinu novonastalih atoma i za skupinu atoma formiranih u ranim geološkim epohama. Ukratko, koristeći se antropomorfnom usporedbom, možemo reći da atomi radioaktivnih elemenata umiru, ali ne stare. Općenito, od samog početka osnovni zakon radioaktivnosti činio se potpuno neshvatljivim, kakav je ostao do danas.
Iz svega rečenog jasno je, i to je odmah bilo jasno, da je zakon radioaktivnosti vjerojatnosni zakon. On tvrdi da je mogućnost da se atom raspadne u određenom trenutku jednaka za sve postojeće radioaktivne atome. Dakle, govorimo o statističkom zakonu, koji postaje jasniji što je veći broj atoma u razmatranju. Kada bi na pojavu radioaktivnosti utjecali vanjski uzroci, tada bi objašnjenje ovog zakona bilo vrlo jednostavno: u tom bi slučaju atomi koji se raspadaju u određenom trenutku bili upravo oni atomi koji se nalaze u posebno povoljnim uvjetima u odnosu na utjecaj vanjskih utjecaja. uzrok. Ovi posebni uvjeti koji dovode do raspada atoma mogu se, na primjer, objasniti toplinskom ekscitacijom atoma. Drugim riječima, statistički zakon radioaktivnosti tada bi imao isto značenje kao i statistički zakoni klasične fizike, promatrani kao sinteza pojedinih dinamičkih zakona, koje je zbog velikog broja jednostavno zgodno statistički razmatrati.
Ali eksperimentalni podaci učinili su apsolutno nemogućim redukciju ovog statističkog zakona na zbroj posebnih zakona određenih vanjskim uzrocima. Isključivši vanjske uzroke, razloge transformacije atoma počeli su tražiti u samom atomu.
“Budući”, napisala je Marie Curie, “u skupu velikog broja atoma, neki od njih bivaju odmah uništeni, dok drugi nastavljaju postojati jako dugo, više nije moguće uzeti u obzir sve atome istog jednostavne tvari kao potpuno identične, ali treba priznati da je razlika u njihovoj sudbini određena individualnim razlikama. Ali tada se javlja nova poteškoća. Razlike koje želimo uzeti u obzir trebale bi biti takve vrste da ne bi trebale određivati, da tako kažemo, "starenje" tvari. Oni moraju biti takvi da vjerojatnost da će atom živjeti određeno vrijeme ne ovisi o vremenu tijekom kojeg već postoji. Svaka teorija o strukturi atoma mora zadovoljiti ovaj zahtjev ako se temelji na gore navedenim razmatranjima." (Rapports et discussions du Conseil Solvay tenu a Bruxelles du 27 au 30 avril 1913, Paris, 1921, str. 68-69 (prikaz, ostalo).).
Gledište Marie Curie dijelio je i njezin student Debierne, koji je iznio pretpostavku da svaki radioaktivni atom kontinuirano brzo prolazi kroz brojna različita stanja, održavajući određeno prosječno stanje nepromijenjenim i neovisno o vanjskim uvjetima. Iz toga slijedi da u prosjeku svi atomi iste vrste imaju ista svojstva i istu vjerojatnost raspada zbog nestabilnog stanja kroz koje atom prolazi s vremena na vrijeme. Ali prisutnost stalne vjerojatnosti raspada atoma implicira njegovu ekstremnu složenost, budući da se mora sastojati od velikog broja elemenata koji su podložni nasumičnim pokretima. Ova unutaratomska ekscitacija, ograničena na središnji dio atoma, može dovesti do potrebe za uvođenjem unutarnje temperature atoma, koja je znatno viša od vanjske.
Ova razmatranja Marie Curie i Debiernea, koja, međutim, nisu potvrđena nikakvim eksperimentalnim podacima i nisu dovela do stvarnih posljedica, nisu naišla na odgovor među fizičarima. Pamtimo ih jer je neuspjeli pokušaj klasičnog tumačenja zakona radioaktivnog raspada bio prvi ili barem najuvjerljiviji primjer statističkog zakona koji se ne može izvesti iz zakona individualnog ponašanja pojedinačnih objekata. Pojavljuje se novi koncept statističkog zakona, dan izravno, bez obzira na ponašanje pojedinačnih objekata koji čine cjelinu. Takav će koncept postati jasan tek deset godina nakon neuspješnih nastojanja Curieja i Debiernea.
4. RADIOAKTIVNI IZOTOPI
U prvoj polovici prošlog stoljeća neki su kemičari, posebice Jean Baptiste Dumas (1800.-1884.), uočili stanovitu vezu između atomske težine elemenata i njihovih kemijskih i fizikalnih svojstava. Ta je zapažanja upotpunio Dmitrij Ivanovič Mendeljejev (1834.-1907.), koji je 1868. objavio svoju genijalnu teoriju periodnog sustava elemenata, jednu od najdubljih generalizacija u kemiji. Mendeljejev je rasporedio u to vrijeme poznate elemente prema rastućoj atomskoj težini. Evo prvih od njih, s naznakom njihove atomske težine prema tadašnjim podacima:
7Li; 9.4Ve; 11B; 12C; 14N; 160; 19F;
23Na; 24Mg; 27,3 Al; 28Si; 31P; 32S; 35.50Cl.
Mendeljejev je primijetio da su kemijska i fizikalna svojstva elemenata periodične funkcije atomske težine. Na primjer, u prvom redu ispisanih elemenata gustoća pravilno raste s povećanjem atomske težine, doseže maksimum u sredini reda, a zatim opada; ista periodičnost, iako ne tako jasna, može se vidjeti u odnosu na druga kemijska i fizikalna svojstva (talište, koeficijent ekspanzije, vodljivost, oksidacija, itd.) za elemente i prvog i drugog reda. Te se promjene odvijaju po istom zakonu u oba reda, tako da elementi koji se nalaze u istom stupcu (Li i Na, Be i Mg itd.) imaju slična kemijska svojstva. Ove dvije serije nazivaju se periode. Dakle, svi elementi se mogu rasporediti po periodima u skladu sa svojim svojstvima. Iz toga slijedi Mendeljejevljev zakon: svojstva elemenata periodički ovise o njihovim atomskim težinama.
Ovo nije mjesto za pripovijedanje o živoj raspravi koju je periodična klasifikacija izazvala i njenom postupnom uspostavljanju kroz neprocjenjive usluge koje je pružila razvoju znanosti. Dovoljno je samo istaknuti da su ga do kraja prošlog stoljeća prihvatili gotovo svi kemičari, koji su ga prihvatili kao eksperimentalnu činjenicu, uvjerivši se u uzaludnost svih pokušaja da se teorijski tumači.
Na samom početku 20. stoljeća, prilikom obrade dragog kamenja na Cejlonu, otkriven je novi mineral, torianit, koji je, kako je sada poznato, torij-uranijev mineral. Nešto torianita je poslano u Englesku na analizu. Međutim, u prvoj analizi, zbog pogreške, koju Soddy pripisuje poznatom njemačkom radu o analitičkoj kemiji, torij je pobrkan s cirkonijem, zbog čega je tvar koja se istražuje, za koju se vjeruje da je uranova ruda, podvrgnuta Curievoj metodi odvojiti radij od uranove rude. Godine 1905. tom su metodom Wilhelm Ramsey i Otto Hahn (potonji je tridesetak godina kasnije ovjekovječio svoje ime otkrivši fisijsku reakciju urana) dobili tvar za koju je kemijskom analizom utvrđeno da je torij, ali koja se od njega razlikovala po puno intenzivnijoj radioaktivnosti . Kao i kod torija, njegov raspad je rezultirao stvaranjem torija X; toron i drugi radioaktivni elementi. Intenzivna radioaktivnost ukazivala je na prisutnost u dobivenoj tvari novog radioaktivnog elementa, koji još nije kemijski određen. Zvao se radiotorij. Ubrzo je postalo jasno da je to bio element iz niza raspada torija, da je izbjegao prethodnoj analizi Rutherforda i Soddyja i da je morao biti umetnut između torija i torija X. Utvrđeno je da je prosječni životni vijek radiotorija oko dvije godine . To je dovoljno dugo da radiotorij zamijeni skupi radij u laboratorijima. Osim čisto znanstvenog interesa, ovaj ekonomski razlog potaknuo je mnoge kemičare da ga pokušaju izolirati, ali svi su pokušaji bili neuspješni. Nije ga bilo moguće odvojiti od torija nikakvim kemijskim postupkom, štoviše, 1907. godine problem se činio još kompliciranijim jer je Khan otkrio mezotorij, element koji stvara radiotorij, za koji se također pokazalo da je neodvojiv od torija. Američki kemičari McCoy i Ross, nakon neuspjeha, imali su hrabrosti to i neuspjehe drugih eksperimentatora objasniti temeljnom nemogućnošću razdvajanja, ali njihovim se suvremenicima takvo objašnjenje činilo samo zgodnim izgovorom. U međuvremenu, u razdoblju 1907.-1910. Bilo je i drugih slučajeva u kojima se neki radioaktivni elementi nisu mogli odvojiti od drugih. Najtipičniji primjeri bili su torij i ionij, mezotorij I i radij, radij D i olovo.
Neki su kemičari usporedili neodvojivost novih radioelemenata sa slučajem elemenata rijetkih zemalja s kojima se kemija susrela u 19. stoljeću. U početku su slična kemijska svojstva rijetkih zemalja omogućila da se svojstva tih elemenata smatraju istima, a tek kasnije, kako su se kemijske metode usavršavale, postupno ih je bilo moguće razdvojiti. Međutim, Soddy je vjerovao da je ta analogija nategnuta: u slučaju rijetkih zemalja, poteškoća nije bila u razdvajanju elemenata, već u utvrđivanju činjenice njihove odvojenosti. Naprotiv, u slučaju radioaktivnih elemenata razlika između ta dva elementa je jasna od samog početka, ali ih nije moguće razdvojiti.
Godine 1911. Soddy je proveo sustavnu studiju komercijalnog pripravka mezotorija, koji je također sadržavao radij, i otkrio da se relativni sadržaj nijednog od ova dva elementa ne može povećati, čak ni pribjegavanjem opetovanoj frakcijskoj kristalizaciji. Soddy je zaključio da dva elementa mogu imati različita radioaktivna svojstva, a opet imati druga kemijska i fizikalna svojstva toliko slična da se ne mogu razdvojiti uobičajenim kemijskim procesima. Ako dva takva elementa imaju ista kemijska svojstva, treba ih staviti na isto mjesto u periodnom sustavu elemenata; zato ih je nazvao izotopima.
Iz ove osnovne ideje, Soddy je pokušao dati teoretsko objašnjenje formuliranjem "pravila pomaka u radioaktivnim transformacijama": emisija jedne alfa čestice uzrokuje pomak elementa za dva mjesta ulijevo u periodnom sustavu. Ali transformirani element može se naknadno vratiti u istu ćeliju periodnog sustava s naknadnom emisijom dviju β čestica, zbog čega će dva elementa imati ista kemijska svojstva, unatoč različitim atomskim težinama. Godine 1911. kemijska svojstva radioaktivnih elemenata koji emitiraju β-zrake i imaju, u pravilu, vrlo kratak životni vijek, bila su još malo poznata, pa je prije prihvaćanja ovog objašnjenja bilo potrebno bolje razumjeti svojstva elemenata koji emitiraju β. -zrake. Soddy je ovaj posao povjerio svom pomoćniku Flecku. Rad je oduzimao dosta vremena, au njemu su sudjelovala oba Rutherfordova pomoćnika, Ressel i Hevesy; kasnije se toga zadatka prihvatio i fajans.
U proljeće 1913. posao je dovršen i Soddyjeva je vladavina potvrđena bez ikakvih iznimaka. Moglo bi se formulirati vrlo jednostavno: emisija alfa čestice smanjuje atomsku težinu određenog elementa za 4 jedinice i pomiče element dva mjesta ulijevo u periodnom sustavu; emisija β-čestice ne mijenja bitno atomsku težinu elementa, već je pomiče jedno mjesto udesno u periodnom sustavu elemenata. Dakle, ako nakon transformacije uzrokovane emisijom α čestice slijede dvije transformacije s emisijom β čestica, tada se nakon tri transformacije element vraća na svoje prvobitno mjesto u tablici i dobiva ista kemijska svojstva kao izvorni element, međutim, ima atomsku težinu manju za 4 jedinice. Iz ovoga također jasno proizlazi da izotopi dvaju različitih elemenata mogu imati istu atomsku težinu, ali različita kemijska svojstva. Stewart ih je nazvao izobarama. Na stranici 371 reproduciran je dijagram koji ilustrira pravilo pomaka tijekom radioaktivnih transformacija u obliku koji je dao Soddy 1913. Sada znamo, naravno, mnogo više radioaktivnih izotopa nego što je Soddy znao 1913. Ali vjerojatno ne trebamo pratiti sve ova naknadna tehnička dostignuća. Važnije je još jednom naglasiti ono glavno: α-čestice nose dva pozitivna naboja, a β-čestice jedan negativan naboj; emisija bilo koje od tih čestica mijenja kemijska svojstva elementa. Duboko značenje Soddyjeva pravila je, dakle, da kemijska svojstva elemenata, ili barem radioaktivnih elemenata dok se ovo pravilo dalje ne proširi, nisu povezana s atomskom težinom, kako je tvrdila klasična kemija, već s unutaratomskim električnim nabojem.
Radioaktivnost je sposobnost atomskih jezgri da se transformiraju u druge jezgre uz emisiju spektra čestica. Ako se transformacija jezgri događa spontano (spontano), tada se radioaktivnost naziva prirodnom.
Ako se raspad izvodi umjetno, tada je radioaktivnost umjetna.
Radioaktivnost je otkrio francuski fizičar Becquerel 1896. godine, koji je prvi promatrao emisiju prodornog zračenja iz urana.
Godine 1890. Rutherford i Soddy koristili su prirodnu radioaktivnost 
(torij), kao i radioaktivnost lakih elemenata, doveli su do niza obrazaca.
I. Prirodnu radioaktivnost prate tri vrste zračenja.
1.
-zračenje predstavlja struju pozitivno nabijenih čestica. Osnovni tok 
.
3.
-radiation – elektromagnetsko zračenje s kratkom valnom duljinom ~ rent. zrake 
Å.
II. Radioaktivnost je posljedica unutarnje strukture jezgri i ne ovisi o vanjskim uvjetima
Štoviše, raspad svake jezgre ne utječe na raspad ostalih jezgri.
III. Različite radioaktivne tvari jako se razlikuju u količini korištenog radioaktivnog zračenja.
Radioaktivne tvari obično se karakteriziraju brojem raspada u jedinici vremena.
Aktivnost radioaktivne tvari
Pokazalo se da je broj raspada u sekundi ~ ukupni broj atoma radioaktivne tvari, tj.
- pokazuje da je broj rad.at. smanjuje se
- konstanta radioaktivnosti i karakterizira aktivnost raspada elementa
Nakon integracije
- zakon radioaktivnog raspada (Rutherford)
- početni broj radioaktivnih jezgri
- broj neraspadnutih jezgri po m.v. t
Životni vijek radioaktivnih jezgri obično se karakterizira poluživotom, odnosno vremenskim razdobljem tijekom kojeg će se broj radioaktivnih jezgri prepoloviti.
Na temelju ove definicije lako je pronaći odnos između vremena poluraspada i konstante raspada
prosječno vrijeme života radioaktivnih jezgri određeno je izrazom
nakon integracije je lako dobiti
, odnosno vrijeme poluraspada jezgri 
U pokusima se obično mjeri aktivnost tvari, odnosno broj nuklearnih raspada u 1 sekundi.
Međutim, najčešće se koristi nesustavna jedinica
Postoje jezgre s vrlo dugim vremenom poluraspada (uran 9500 godina) i postoje jezgre s poluživotom od nekoliko sekundi ( 
- 5730 godina)
- raspad – raspad atomskih jezgri emisijom - čestice. Ova vrsta radioaktivnosti karakteristična je za elemente koji se nalaze na kraju periodnog sustava elemenata. Trenutno postoji oko 40 prirodnih i više od 100 umjetno uzrokovanih - emiteri. Međutim, svi elementi -raspad za Pv
odnosno kao rezultat - raspadom, nuklearni naboj smanjuje se za 2 jedinice, a A - za 4
Dobivamo 
- raspad ima 2 značajke
1. Konstanta raspada i emitirana energija -ispostavilo se da su čestice međusobno povezane i da poštuju Nettolov Geigerov zakon
U 1 I U 2 – empirijske konstante
Zakon pokazuje da što je kraći životni vijek, veća je energija emitirane α-čestice.
2. Energija
-čestice su tijekom raspada ograničene unutar uskih granica od 
, što je znatno manje od energije koja
-čestica treba primiti nakon
-raspad pri ubrzanju u električnom polju jezgre.
energija -ispostavilo se da su čestice male u usporedbi s potencijalnom barijerom jezgre.
3. Fina struktura emitiranog -čestice, odnosno uočava se neka raspodjela u energiji blizu neke prosječne vrijednosti. Štoviše, ova je distribucija diskretna.
Elektronsko snimanje
Posuđuje energiju od drugih nukleona.
-raspad je objašnjen tek nakon završetka izgradnje kvantne mehanike i objašnjava se sa svoje pozicije. Nije podložan klasičnoj interpretaciji.
- dubina potencijalne jame, visina potencijalne barijere 30 M eV
Prema klasičnoj mehanici 
-čestice ( E
) ne može prevladati potencijalnu barijeru.
Već postoji jedan u kernelima 
-čestice koje se energijom gibaju unutar jezgre 
.
Kad ne bi bilo potencijalne barijere, onda 
-čestica bi s energijom napustila jezgru
- energija koju bi potrošio da svlada sile gravitacije u jezgri.
Međutim, zbog činjenice da jezgra ima ljusku, što dovodi do povećanja potencijalne barijere za približno 30 M eV (vidi dijagram), tada 
-čestica može napustiti jezgru. Samo curenjem kroz potencijalni objekt. Prema kvantnoj mehanici, čestica s valnim svojstvima može proći kroz potencijalnu barijeru bez trošenja energije. Pojava se zove efekt tunela
.
Primjena 
-truljenje je zbog činjenice da je vjerojatnost curenja 
-čestice kroz barijeru ovisi o veličini jezgri. Možete procijeniti veličinu jezgre ako znate energiju 
-čestice E
.
Za odgovor na ovo pitanje početkom 20.st. nije bilo baš lako. Već na samom početku istraživanja radioaktivnosti otkrivene su mnoge čudne i neobične stvari.
Prvo , ono što je bilo iznenađujuće je dosljednost kojom su radioaktivni elementi uran, torij i radij emitirali zračenje. Tijekom dana, mjeseci pa čak i godina intenzitet zračenja nije se značajno mijenjao. Na njega nisu utjecali uobičajeni utjecaji poput topline i povećanog tlaka. Kemijske reakcije u koje su ulazile radioaktivne tvari također nisu utjecale na intenzitet zračenja.
Drugo , vrlo brzo nakon otkrića radioaktivnosti postalo je jasno da radioaktivnost prati oslobađanje energije. Pierre Curie stavio je ampulu radij klorida u kalorimetar. U njemu su se apsorbirale -, - i - zrake, a zbog njihove energije kalorimetar se zagrijavao. Curie je utvrdio da radij težine 1 g oslobađa energiju približno jednaku 582 J u 1 satu, a takva energija se oslobađa kontinuirano mnogo godina!
Odakle dolazi energija na čije oslobađanje ne utječu svi poznati utjecaji? Očigledno, tijekom radioaktivnosti, tvar doživljava neke duboke promjene, potpuno različite od uobičajenih kemijskih transformacija. Pretpostavljalo se da sami atomi prolaze kroz transformacije. Sada ova misao možda neće izazvati veliko iznenađenje, budući da dijete može čuti o tome čak i prije nego što nauči čitati. Ali početkom 20.st. činilo se fantastično, i bila je potrebna velika hrabrost da se to usuđuje izraziti. U to vrijeme tek su dobiveni nepobitni dokazi o postojanju atoma. Demokritova ideja o atomskoj strukturi materije konačno je trijumfirala. I gotovo odmah nakon toga, nepromjenjivost atoma će doći u pitanje.
Nećemo detaljno govoriti o onim eksperimentima koji su na kraju doveli do potpunog povjerenja da se tijekom radioaktivnog raspada događa lanac uzastopnih transformacija atoma. Zadržimo se samo na prvim eksperimentima koje je započeo Rutherford i nastavio zajedno s engleskim kemičarom F. Soddyjem.
Rutherford je otkrio da aktivnost torija, definirana kao broj -čestica emitiranih po jedinici vremena, ostaje nepromijenjena u zatvorenoj ampuli. Ako se pripravak upuhuje i uz vrlo slaba strujanja zraka, tada aktivnost torija jako opada. Znanstvenik je sugerirao da, istovremeno s -česticama, torij emitira neku vrstu radioaktivnog plina.
Isisavanjem zraka iz ampule koja je sadržavala torij, Rutherford je izolirao radioaktivni plin i ispitao njegovu ionizirajuću sposobnost. Pokazalo se da aktivnost ovog plina (za razliku od aktivnosti torija, urana i radija) vrlo brzo opada s vremenom. Svake minute aktivnost se smanjuje za pola, a nakon deset minuta postaje gotovo jednaka nuli. Soddy je proučavao kemijska svojstva ovog plina i otkrio da ne stupa u nikakve reakcije, odnosno da je inertan plin. Kasnije je ovaj plin nazvan radon i stavljen u periodni sustav D. I. Mendeljejeva pod rednim brojem 86.
Ostali radioaktivni elementi također su doživjeli transformacije: uran, aktinij, radij. Opći zaključak do kojeg su znanstvenici došli precizno je formulirao Rutherford: „Atomi radioaktivne tvari podložni su spontanim modifikacijama. U svakom trenutku mali dio ukupnog broja atoma postaje nestabilan i eksplozivno se raspada. U velikoj većini slučajeva, fragment atoma - čestica - biva izbačen ogromnom brzinom. U nekim drugim slučajevima eksplozija je popraćena izbacivanjem brzog elektrona i pojavom zraka koje, kao i X-zrake, imaju veliku prodornu moć i nazivaju se -zračenje.
Otkriveno je da kao rezultat atomske transformacije nastaje tvar potpuno novog tipa, koja se po svojim fizikalnim i kemijskim svojstvima potpuno razlikuje od izvorne tvari. Ova nova tvar, međutim, sama je također nestabilna i prolazi kroz transformaciju s emisijom karakterističnog radioaktivnog zračenja 2.
Stoga je dobro utvrđeno da su atomi određenih elemenata podložni spontanoj dezintegraciji, popraćenoj emisijom energije u ogromnim količinama u usporedbi s energijom oslobođenom uobičajenim molekularnim modifikacijama.”
1 Od latinske riječi spontaneus self-roiapolis.
2 U stvarnosti se također mogu formirati stabilne jezgre.
Nakon što je otkrivena atomska jezgra, odmah je postalo jasno da je upravo ta jezgra doživjela promjene tijekom radioaktivnih transformacija. Uostalom, u elektronskoj ljusci uopće nema -čestica, a smanjenje broja elektrona ljuske za jedan pretvara atom u ion, a ne u novi kemijski element. Izbacivanje elektrona iz jezgre mijenja naboj jezgre (povećava ga) za jedan.
Dakle, radioaktivnost je spontana transformacija jednih jezgri u druge, praćena emisijom raznih čestica.
Pravilo ofseta. Nuklearne transformacije slijede takozvano pravilo pomaka, koje je prvi formulirao Soddy: tijekom -raspada, jezgra gubi svoj pozitivni naboj 2e i njezina se masa smanjuje za približno četiri jedinice atomske mase. Kao rezultat toga, element je pomaknut dvije ćelije na početak periodnog sustava. Simbolično, ovo se može napisati ovako:
Ovdje je element označen, kao iu kemiji, općeprihvaćenim simbolima: nuklearni naboj je napisan kao indeks u donjem lijevom kutu simbola, a atomska masa je napisana kao indeks u gornjem lijevom kutu simbola. Na primjer, vodik je predstavljen simbolom . Za -česticu, koja je jezgra atoma helija, koristi se oznaka etc. Tijekom -raspada, iz jezgre se emitira elektron. Kao rezultat toga, nuklearni naboj se povećava za jedan, ali masa ostaje gotovo nepromijenjena:
Ovdje označava elektron: indeks 0 na vrhu znači da je njegova masa vrlo mala u usporedbi s atomskom jedinicom mase, - elektronski antineutrino je neutralna čestica s vrlo malom (moguće nula) masom, koja odnosi dio energija tijekom -raspada. Stvaranje antineutrina prati raspad bilo koje jezgre, a ta čestica često nije naznačena u jednadžbama odgovarajućih reakcija.
Nakon -raspada, element se pomiče jednu ćeliju bliže kraju periodnog sustava elemenata. Gama zračenje nije popraćeno promjenom naboja; masa jezgre se zanemarivo mijenja.
Prema pravilu pomaka, tijekom radioaktivnog raspada ukupni električni naboj je očuvan, a relativna atomska masa jezgri je približno očuvana.
Nove jezgre nastale tijekom radioaktivnog raspada također mogu biti radioaktivne i podvrgavati se daljnjim transformacijama.
Tijekom radioaktivnog raspada atomske jezgre se transformiraju.
Za koje zakone očuvanja znate da su istiniti tijekom radioaktivnog raspada?
