РАДИОАКТИВНОСТЬ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
РАДИОАКТИВНОСТЬ
, свойство нек-рых хим. элементов самопроизвольно превращаться в другие элементы. Это превращение или радиоактивный распад сопровождается выделением энергии в виде различных корпускулярных и лучистых радиации. Явление Р. было открыто в 1896 г. Бекерелем. Он обнаружил, что соли U дают излучения, действующие на фотографическую пластинку и сообщающие воздуху электропроводность. Дальнейшие исследования показали, что испускание «лучей Беке-реля» есть атомное свойство U, не зависящее от того, в каком хим. соединении он находится. Систематические исследования всех известных элементов обнаружили, что кроме U значительной Р. обладает только Тп (Г. Шмит и М. Кюри, 1898 г.). Впоследствии была открыта еще слабая радиоактивность К и Rb. При изучении природных соединений U оказалось, что Р. их значительно больше, чем следует ожидать по содержанию в них U. Высказанная М. Кюри гипотеза, что эта аномалия связана с присутствием в урановых минералах неизвестных сильно радиоактивных элементов, подтвердилась. Путем длительной и кропотливой работы П. и М. Кюри удалось выделить из урановой смоляной руды Иоахимстальского месторождения (Чехо-Словакия) новые элементы Ро (1898 г.) и Ra (1898 г.),*Р. к-рых в большое число раз превосходит Р. урана. Этим было положено начало открытию ряда новых радиоактивных элементов или радиоэлементов, число к-рых доходит до 40. Радиоактивные излучения. По своей природе излучения радиоактивных элементов не однородны. В 1902 году Э. Резерфорд предложил названия а-, /?- и у-лучей для трех видов радиоактивных излучений, обладающих следующими свойствами: а-лучи образуются положительно заряженными быстро движущимися материальными частичками атомных размеров и слабо отклоняются в электрическом и магнитном поле в сторону, соответствующую отклонению каналовых лучей; они очень сильно поглощаются материей; jS-лучи — частицы отрицательного электричества (электроны); они Рисунок 1.
значительно сильнее отклоняются магнитным полем и вполне аналогичны катодным лучам. Проницаемость их значительно больше, чем у а-лучей; у-лучи не испытывают отклонения в магнитном поле и не несут заряда; они обладают самой большой проницаемостью (рис. 1). а-частицы несут двойной элементарный положительный заряд, равный 9,55.Ю-10 CGSE. По своей природе они тождественны с ядром атома гелия; а-частицы вылетают из атома с определенной начальной скоростью, харак- . терной для каждого а-изху-чающего радиоэлемента; эта начальная скорость лежит в пределах от 1,4.109 до 2,06.10е ом/сек. В воздухе а-ча-частицы благодаря своей большой массе движутся почти прямолинейно, растрачивая постепенно свою кинетическую энергию при столкновениях с молекулами газа и вызывая сильную ионизацию, а-частицы обладают определенной дальностью полета, пройдя к-рую ohpi теряют свой заряд и способность вызывать характерные действия и становятся обычными атомами гелия. Величина этой дальности полета или «пробега» а-частиц зависит от начальной скорости частицы и от поглощающего вещества. Величина пробега а-частиц характерна для каждого радиоэлемента и обнимает пределы 2,67—8,62 см в воздухе при 0° и 760 мм. В твердых телах а-частицы задерживаются толщиной слоя порядка 0,1 мм. —Д-лучи большинства радиоактивных веществ образуют несколько групп с различными начальными скоростями, распределение к-рых изучается по отклонению /?-частиц в магнитном поле (спектр /f-лучей). Начальные скорости /3-частиц заключаются в пределах от 8,7 .10е до 2,947 . 1010 см/сек., т. е. до 0,988 скорости света. При прохождении через материю /3-лучи рассеиваются значительно сильнее, чем а-лучи, мало изменяя свою скорость. Поглощение их происходит по закону, близкому к простому экспоненциальному ld = I0e~ka, где Id —интенсивность излучения, прошедшего толщину d, I0 — начальная интенсивность, ->—коеф. поглощения. Характерной величиной может служить толщина слоя какого-либо вещества, например алюминия, поглощающего /?-лучи наполовину. Для различных /?-лучей величина этого слоя 0,001—0,05 см алюминия. Наиболее жесткие /S-лучи RaC поглощаются полностью 2 мм свинца.—у-лучи по своей природе совершенно аналогичны рентген, лучам и характеризуются длиной волны 10~9—Ю-11 см. Поглощение у-лу-чей сопровождается рассеянием и появлением вторичных /S – и g-лучей. Приближенно поглощение выражается простым показательным законом 1=10е~{лх, причем в первом приближении удовлетворяется соотношение – = Const,
где
q
—плотность поглощающего вещества. Величина
ц
для у-лучей различных радиоэлементов колеблется от 1 000 до 0,12, чему соответствует толщина слоя РЬ, поглощающего лучи наполовину, Ю-4—5,5
см.
Теория радиоактивного распада. Для объяснения радиоактивных явлений Ре-зерфорд и Содди предложили в 1902 г. теорию атомного распада, полностью подтвержденную дальнейшими экспериментами. Атомы радиоактивных элементов являются неустойчивыми образованиями и подвержены самопроизволь – ному распаду, подчиненному закону случайности. При этом освобождается внутриатомная энергия в виде излучений, атом же претерпевает превращение, переходя в другой хим. элемент с совершенно иными свойствами, напр. металл Ra превращается в RaEm—инертный газ. Основной закон радиоактивного распада формулируется следующим образом количество вещества
AN,
распадающегося в элемент времени
At,
пропорционально наличному его количеству
N
и промежутку времени
At,
т. е.
AN = — KNAt
или
Nt= N9e~u,
где
N0
—начальное количество,
Nt
—количество для момента
t.
Коеф. пропорциональности Я носит название радиоактивной постоянной, или константы распада радиоэлемента. Более наглядно каждый радиоэлемент характеризуется периодом полураспада, т. е. промежутком времени, в течение к-рого начальное количество его уменьшается наполовину, или же средней продолжительностью жизни т. Период полураспада
Т,
средняя продолжительность жизци т и радиоактивная постоянная Я связаны между собой следующим образом: Т=0,6931т = 0,6931 j-. Для различных радиоэлементов Я = 1,3 . Ю»"15-^ Ч-Ю11 сек., соответственно Т=5,2.1017 сек. (1,65 . 1010 летН-10-11сек. Между Я и величиной пробега а-лучей
R
существует найденное эмпирически Гейгером и Неталлом соотношение lgA=
—А +В IgR,
где
А
и
В
—константы. Графическое изображение закона Гейгера и Неталла дает для трех радиоактивных семейств U—Ra, Th и Ас приблизительно три параллельные прямые. Этим законом приходится пользоваться между прочим для определения радиоактивных констант быстро распадающихся веществ. Радиоактивные явления не поддаются никаким внешним воздействиям, затрагивающим электронные оболочки атомов. Это указывает, что Р.—свойство ядра атома. Явления радиоактивного распада сопровождаются вылетом из ядра атома а – или /J-частип. Это обстоятельство дало первое доказательство сложного строения атомного ядра, заключающего в качестве структурных элементов электроны, протоны, нейтроны и ядра Не. Закономерности, наблюдаемые в распределении длин волн у-лучей и скоростей /3- и а-частиц, указывают на существование в ядре устойчивых состояний, соответствующих определенным уровням энергии, у-излучения повидимому связаны с внутриядерными переходами а-частиц с одного уровня энергии на другой, причем длина волны у-луча определяется из квантовых соотношений. При радиоактивном превращении, сопровождаемом вылетом а-частицы из ядра, она должна пройти через уровень потенциальной энергии, значительно превышающий собственную энергию частички, к-рой она обладает в ядре. С точки зрения классической теории невозможно объяснить, вылет а-частич-ки из ядра через этот «потенциальный барьер». Теории радиоактивного распада, основанные на принципах волновой механики, дают возможность объяснить вылет а-частиц из ядра. При этом можно найти теоретическое выражение для связи скорости а-частиц с константой распада атома, удовлетворяющее опытным данным. Принимая, что а-частички в ядре атома обладают той же энергией, с какой они по сида-ют ядро при распаде, мы получаем исходную величину для оценки абсол. значений уровней энергии в ядре атома. Эти величины порядка 106 вольт (в обозначениях атомной физики). Некоторые авторы принимают, что ядра атомов построены исключительно из протонов и нейтронов без участия отрицательных электронов. /^-излучения радиоактивных элементов образуют, с одной стороны, группы электронов определенных скоростей, по всей вероятности появляющихся в результате фотоэффекта, вызываемого у-излучением ядра в электронных оболочках атома, с другой стороны, /3-частички, вылетающие из ядра, обладают скоростями самых различных значений (непрерывный магнитный спектр /3-лучей). ^-превращение последнее время связывают с распадением ядерного нейтрона на протон и электрон или с превращением фотона (кванта у-излу-чения) в ядре в положительный и отрицательный электрон и последующим выбрасыванием отрицательного электрона из ядра. Энергетические взаимоотношения в ядре, связанные с /S-излучением, представляются еще не впо
лне ясными. Учение об атомном ядре находится сейчас в стадии бурного развития, приносящего блестящие и неожиданные открытия, нанр. открытие нейтрона (нейтральной частички, масса к-рой очень близка к массе протона) и положительного электрона, или позитрона. При распаде радиоактивного атома получается б.
ч.
также радиоактивный элемент. Таким образом образуются ряды распада или радиоактивные семейства последовательно превращающихся радиоэлементов. Закон радиоактивного распада дает возможность рассчитать количество любого из членов ряда для каждого момента времени при заданных начальных условиях. На практике важнее всего следующие случаи. 1) Распад отдельного радиоэлемента, например RaEm; количество радиоэлемента в любой момент выразится так
:N( = N0e~^; N0-
—начальное количество (при
t =ЛУ).
2) Образование из радиоэлемента с весьма большой продолжительностью жизни (количество к-рого за рассматриваемый промежуток времени практически не изменяется), напр. образование UX (период полураспада 24 дня) из U (период полураспада Ю9 лет). В этом случае количество атомов образующегося элемента
N2
для момента t выразится через число атомов материнского элемента
Nx
и соответствующие константы распада так:
N,
w
AV4 – ZV2(o)
e’^t
+ ilp(l –
e~hh)
3) Случай радиоактивного равновесия, когда сохраняется постоянное отношение чисел атомов последовательных элементов в ряду распада. В этом случае соблюдаются равенства:
N^ = N^2— .=Nkk,
если рассматриваемый ряд содержит
Тс
элементов (рисунок 2, нарастание и распадение ThX). Превращение радиоэлементов всегда сопровождается а – или уЗ-излучением. Неизвестно ни одного случая, когда радиоактивное превращение сопровождалось бы только одним у-излучением. Излучение радиоактивных превращений привело к открытию большого числа новых элемен-■ тов. При попытках разместить радиоэлементы в периодической системе возникли затруднений, т. к. число свободных мест оказалось недостаточным. Эти затруднения удалось преодолеть в результате изучения хим. особенностей радиоэлементов. Болтвуд, открывший в 1906 году новый радиоактивный элемент ионий, показал, что его хим. свойства совершенно совпадают со свойствами элемента тория. Далее подоб – ная хим. идентичность была обнаружена у ряда радиоэлементов (Ra и MsTh, Po, RaB, ThB, АсВ и др.), и в 1910 г. Содди высказал мыель, чтоэти элементы обладают принципиально одинаковыми свойствами и их разделение методами химии невозможно. Группа таких не-
юо
во
,60
,40
4 е 12
Врет в дня*
го м
Рисунок 2. различимых химически элементов называется по предложению Фаянса плеядой, а сами элементы по предложению Содди—изотопами, так как они занимают одно и то же место в периодической системе. Тогда же Содди предположил, что и нерадиоактивные элементы могут являться смесью принципиально неразделимых элементов разного атомного веса, чем и объясняются дробные значения атомного веса большинства элементов. Эта идея Содди нашла себе блестящее подтверждение в работах Астона, открывшего методом положительных лучей изотопы обычных элементов. Понятие изотопии позволило разместить все радиоэлементы в периодической системе. Они обнимают 10 плеяд, расположенных в двух последних рядах периодической системы (рисунок 3). Характерными элементами или доминантами плеяды радиоактивных изотопов служат элементы с наибольшей продолжительностью жизни, или устойчивые элементы. При этом пять из них,
Ra,,
Em, Po, Ac и Ра, являются новыми элементами, занявшими сво – Гр/ппы. периодической системы
Рис.
бодные места в периодической системе, остальные же попадают на места, занятые ранее известными радиоэлементами U и Тп и неактивными Pb, Tl, Bi. Наибольшая разница в атомном весе радиоактивных изотопов не превосходит 8 единиц. Т. о. радиоактивные превращения позволили глубже вникнуть в физ. смысл периодического закона и понятия о хим. элементе. Оказалось, что место элемента в периодической системе определяется не атомным весом элемента, как это принималось ранее, а вели чиной положительного заряда ядра его атома. Все свойства изотопов, связанные с электронными оболочками атома, в пределах точности наших экспериментов практически одинаковы (атомный объем, темп, перехода из одного состояния в другое, термическое изменение размеров, магнитная восприимчивость, спектры и т. п.). Они отличаются кроме радиоактивных свойств только теми особенностями, к-рые свя – заны с массой ядра, напр. в точкой структуре спектра и в ничтожных различиях в константах диффузии. На последнем обстоятельстве основаны попытки разделения изотопов, приведшие в результате кропотливой работы к частичному успеху. При радиоактивном распаде происходит превращение элементов, подчиняющееся следующим правилам сдвига (К. Фаянс). 1) После излучения а-частички элемент смещается на два места влево в периодической системе. 2) При /J-превращении элемент смещается на одно место вправо (направление стрелок на рис. 3). Эти правила указывают, что радиоактивность есть свойство ядра атома, ибо вылет а-частички, несущей два элементарных поло-лштельных заряда, уменьшает на две единицы заряд ядра, что соответствует уменьшению: атомного номера на две единицы, Д-частичка уносит один отрицательный заряд, т. е. увеличивает положительный заряд ядра, а следовательно и его атомный номер на единицу. В результате радиоактивных превращений два различных элемента могут занять одно и то же место в нериодической системе.—Р а д и о а к-тивные семейст в. а. Все известные нам радиоэлементы образуют три радиоактивных семейства, или ряда: семейство U—Ra, семейство Ас и семейство Тп. Ряды U и Тп самосто – ятельны, ряд же Ас по всем данным связан с рядом U—Ra, начинаясь от одного из изотопов урана (актиноуран). На рис. 4 приведена схема радиоактивных семейств с их превращениями. Наибольший практический интерес представляют радиоэлементы Ra и MsTh, как обладающие весьма большой радиоактивностью и являющиеся источником сильно радиоактивных элементов малой продолжительно-, сти жизни (напр. RaEm, ThX и др.). Из других химических элементов К и Rb обладают слабой радиоактивностью с испусканием
ft –
и
:. 4.
/-лучей. Повидимому радиоактивным является только изотоп К с атомным весом 41, причем продуктом распада является Са с атомным весом 41, указание на присутствие которого в древнем минерале, содержащем К, получено аналитически. Период полураспада К принимается порядка 1012 лет. Возможно, что изотопы урана и тория разного атомного веса также обладают различными радиоактивными свойствами. Гевеши недавно открыл слабую Р. самария с испусканием «-лучей. Радиоэлементы в гео физик е. Хотя промышленные месторождения радиоактивных руд встречаются очень редко, радиоэлементы в рассеянном состоянии распространены чрезвычайно широко в природе, и присутствие их может быть обнаружено благодаря большой чувствительности измерительной аппаратуры практически в любом образце горной породы или минерала. При излучении Р. горных пород обычно ограничиваются определением эма-национным методом содержания в них Ra и Тп. В порядке убывания содержания радия и тория породы располагаются так: кислые изверженные породы 2,5-г4 . 10
—гг г
Ra на 1
г
и 1,6-^2,3 . 10~5г Тп на 1 г; основные породы (базальты) 1,5 . 1(Г12г Ra и 0,9 . Ю-5 г Тп; осадочные породы 0,9^-1,5 .Ю-32
г
Ra и ОДч-f-1,4.10-5 г Tli. При этом отношение коли –
Доми-яанта
Атомный вас 238,2
232.1
Валентность VІ
&
IV
Атомный помер 92
&
90
Символ
U
&
Th
РаОиоактивные элементы и их генетическая связь
(230)
238.2 232.1 226 222 210 2072 209,0
0 86
Em
210 VІ 84 Ро
207,2 IV 82
их,
вес 238 234 & / 1|17т Символ 11,=^ UX,
{р.
I
ПериоЭ 4109а 233d полураспада
214 » RaC\g 13-104а 1580а 3,825d 3,05т 26,8т 19,7т \.
{ц
222 „П1 218 214 391 4.48 и» -£=-»Id =J=-Ra=-*RaEm=-RaA=-Ral
234„„, 230 ,я„ 226
J
2,91 3,03 /mi
Периоб полураспада
Атомный вес
Символ
ПериоЭ лолураспаВа
1
UZ 6,7h
5,(230)
(230)
&
(226) (226)
Лж)
i (218) (214) (210) (210) ^=^Г 47Bnf
UY—-^Ра=^=-Ас—*RdAc=-AcX=-AcEm=-AcA=-AcB-^AcC^r
24,6h 2Ю4а
20а 18,Sd!1,2d 3,92s tf-KT’s 38m 2,16m Ч-(210)
K
McC’^ 5-10′s
232& 228 , 228 228
‘
224 220 216 212 212
Th-ifi-Msni,-MsTh2- MTK^hXt! iThFjn^?rhA=-iThB=-ThC
fl.1.4s 10,6h 60,8m
1,в5ГО,0а 6,7a
6,13h 1,!
3.64d 54,5s
210 206 – RaE—«-RaF^RaG 4,85(1 138,5d
Доми-го»та
Символ U Атомный номер92 ВалентностьУ!
Th 90 IV
Ra
Ac
Th 90 IY
Ra
Em
Bi Po 83 84 V VІ
=—► обозначает а-превращеиив,-
Po Pb Bi& Po Tl
56& 84 82 83 84& 81
0& VІ& IV V VІ 111
Символы и обозначения.-
обозначает в-превращение, и-ураи, ТЬ торий. Ра-протактиний. Ra-равий, Em-зманация, Ро-полонийЛо-ионийА-аитиний. MsTh-мезоторий. RdTh – раЭиоторий, RdAc-Da3iiaiKTMtiM*
Pb 82
Рис
17G
честв тория и урана выдерживается приблизительно постоянным и равняется в среднем 2,2. При рассмотрении вертикального распределе-• ния радиоэлементов в земле получается следующая картина: во внешней гранитной оболочке 3>.10_12 s Ra; в следующем базальтовом слое 0,77 .10_12з Ra; в сульфидном слое 0,1. . Ю-12 г Ra и в железном ядре 0,01 . Ю-12 г Ra. Такое распределение радиоэлементов играет существенную роль в тепловом режиме внутри земли. Содержащиеся в твердых породах радиоэлементы, в особенности газообразные эманации, попадают в почвенные растворы и газы и разносятся благодаря диффузии и переносу токами вод и воздуха как в атмосфере, так и гидросфере земли. В частности радий и торий в минимальных количествах обнаруживаются в воде морей (порядка 10~14 a Ra в 1
см3),
источников и т. п. Особенный интерес представляет наблюдаемое часто повышенное содержание радия в водах буровых скважин, приобретающих иногда значение промышленного месторождения радия. Минеральные источники содержат преимущественно эманацию радия в количествах, значительно превышающих равновесное с растворенным в них радием. В качестве терап. фактора применяется вода источников, содержащая RaEm, продукты ее распада. В последнее время выдвинулся вопрос и о медицинском применении вод, содержащих растворенный радий.—Содержание радиоэлементов в почве не безразлично для растительности, и имеются указания на связь плодородия почвы с ее Р. В атмосферном воздухе содержатся как эманации радия и тория в количествах порядка 1 атома в 1 еж3 для RaEm и примерно в 1 000 раз меньшем для ThEm, так и продукты их распада. Излучениями радиоэлементов в воздухе и почве объясняется большая часть ионизации нижних слоев атмосферы. Содержание радиоэлементов в атмосфере довольно быстро убывает с высотой благодаря радиоактивному распаду. Действия радиоактивных излучений. 1) Все радиоактивные излучения производят ионизацию газов; сильнее всего действуют а-лучи, действие /?- иу-лучей значительно слабее. В меньшей степени ионизация «наблюдается у жидких и твердых диэлектриков. 2) Энергия радиоактивных излучений переходит при поглощении их материей в тепло. При этом наибольший эффект дают также а-лучи, обладающие максимальной энергией. Теоретически количество выделяемого тепла можно подсчитать, зная энергию излучений и кинетическую, энергию остатка распавшегося атома. Экспериментально тепловое действие особенно тщательно изучено для Ra; 1
г
Ra выделяет в час 25 кал., а вместе с продуктами распада 170 кал. 3) Сильные радиоактивные препараты светятся сами и вызывают свечение ряда тел. Вспышки на экране сернистого цинка, вызываемые отдельными а-частицами (сцинтилляции), позволяют сосчитать а-частицы, излучаемые радиоэлементами.4) Многие вещества меняют свою окраску под действием радиоактивных излучений. 5) Радиоактивные лучи действуют на фотографическую пластинку. Прикладывая к фо гографической пластинке плоско отшлифованную поверхность куска радиоактивной руды, можно получить радиографию распределения радиоактивных минералов по поверхности образца. 6) Под действием радиоактив – ных излучений происходят хим. реакции, связанные гл. обр. с вызываемой ими ионизацией; нек-рые действия /3-лучей на коллоиды объясняются отрицательным зарядом самих /5-частиц. 7) Действие радиоэлементов на живой организм сказывается в виде местных и общих явлений и сильно зависит от дозы. Действие радиоактивных излучений выражается в общем утомлении организма, изменении состава крови (уменьшении числа белых кровяных шариков и др.). При местном воздействи
и Д-лучей больших количеств радиоэлементов может получиться ожог, трудно поддающийся излечению. Молодые клетки наиболее чувствительны к действию излучения. Введение внутрь организма больших количеств радиоэлементов влечет за собой смерть. Незначительные количества радиоэлементов оказывают благотворное действие на организм. Практические приложения Р. 1) Свойство радиоэлементов ионизировать газы нашло свое применение в изготовлении радиоактивных коллекторов, служащих для измерения электрического поля, гл. обр. при исследованиях атмосферного электричества. Для этой цели употребляются обыкновенно а-из-лучатели 1о или Ро. Последний приходится периодически возобновлять, т. к. он распадается наполовину в 137 дней. 2) Радиоактивные Em могут быть использованы при определении газопроницаемости различных веществ. 3) Весьма разносторонне используются радиоэлементы в медицине как путем излучений» сильных препаратов (гл. обр. Ra), применяемых при лечении опухолей и т. п., так и путем непосредственного действия сравнительно малых концентраций радиоэлементов в виде радиоактивных ванн, вдыхания воздуха, содержащего эманацию радия, в эманаториях, питье естественных и. искусственных радиоактивных вод. При лечении большими количествами радия часто пользуются вместо радия его эманацией. Эту замену можно произвести, т. к. излучения, действующие на ткани при радиотерапии, даются не самим радием, а продуктами распада эманации. Эманацию получают в запаянных стеклянных трубочках путем периодической откачки из раствора, содержащего-большое количество радия (порядка 1 г). Такие «эманационные машины» имеются в крупных радиологических институтах. Количество и качество вторичных излучений в весьма сильной степени зависят от материала, поглощающего у-излучение источника, на что надо обращать особое внимание при лечебном применении. 4) Радиоэлементы (гл. образ. Ra, MsTh и RaTh) применяются в качестве активаторов при изготовлении светящихся составов. 5) Излучением больших количеств Ra или эманации пользуются для просвечивания толстых металлических отливок. 6) Слабые радиоактивности находят применение в сельском хозяйстве для удобрения и в животноводстве, напр. для активирования кормов. 7) Разностороннее применение радиоэлементы нашли в химии, т. к. благодаря чрезвычайной чувствительности методов измерений Р. возможно проследить за минимальными количествами вещества. 8) Свойство радиоактивных излучений окрашивать некоторые твердые тела применяется для изменения окраски драгоценных камней. 9) Радиоактивные методы применяются в геологии для определения абсолютного возраста горных пород и для разрешения нек-рых других вопросов. 17» Рисунок 5. ^—lillllll—Ь-»-б Радиоактивные измерения. Для количественного измерения радиоактивных веществ употребляется почти исключительно метод, основанный на ионизации. В случае очень сильных препаратов возможно пользоваться для измерения ионизационных токов чувствительным гальванометром. Для измерения же малых количеств радиоэлементов пользуются электроскопами и электрометрами. Важнейшие схемы применяемых приборов представлены на рис. 5. 1) Измерения по а-лучам. Исследуемое вещество Р помещается в тонко измельченном виде в плоской чашечке на дно «ионизационной камеры» электроскопа (рис. 5
а)
или электрометра (рис. 5
б).
Ионизационный ток измеряется по скорости спадания листка электроскопа, отсчитываемой по окулярной шкале микроскопа. При этом необходимо учитывать собственное спадение листка под влиянием дефектов изоляции и ионизации воздуха внутри прибора, определяемое специальным наблюдением в отсутствии радиоактивного вещества. При измерении с электрометром пользуются или методом зарядки или же компенсационными методами. При измерениях по а-лучам берут обычно слой вещества толщиной порядка 1
мм.
Такой слой будет насыщенным для а-излучения, т. е. а-лучи из нижних частей уже поглощаются в самом активном веществе и не выходят наружу. При этом измеряемая ионизация приблизительно пропорциональна концентрации радиоэлементов в препарате. Обычно измерения производятся по сравнению с эталоном, содержащим известное количество определяемого радиоэлемента, напр. U, в равновесии с продуктами распада. Или же результаты выражают в урановых единицах, причем под урановой единицей подразумевается одностороннее излучение 1
смг
насыщенного для а-лучей слоя окиси уранаи308.В абсолютных единицах это соответствует току на –
=" width:182.16pt; height:119.88pt;" class=""/>
Рисунок б.
сыщения 1,73.10″3 CGSE. В случае бесконечно тонкого слоя (напр. активный налет, получаемый в присутствии эманации на твердых телах и состоящий из продуктов их распада) ионизация пропорциональна количеству радиоэлемента на препарате. 2) Измерения п о у-л у ч а м. Благодаря большой проницаемости у-лучей возможно с их помощью измерить количество радиоэлементов (обычно Ra, RaEm или MsTh) в герметически запаянных препаратах. Измерения производятся по сравнению с эталоном, содержащим известное ко – личество Ra. При измерении малых количеств Ra порядка 1(Гб—10~7 г их помещают внутри прибора специального устройства. При измерении же больших количеств—от 1СГ4
г
и выше— испытуемый препарат помещается на нек-ром расстоянии снаружи прибора. 3) Измерения малых количеств RaEm производятся по а-лучам в электрометре с ионизационной камерой, приспособленной для введения Em внутрь ее. Обычно приходится измерять Em из водного раствора, при этом Em перегоняют в ионизационную камеру с током воздуха посредством циркуляции (рисунок 6) или каким-либо иным способом. Далее измеряется ионизация, вызываемая а-лучами Em и продуктов ее распада. Так определяется напр. содержание RaEm в воде источников. Этот же метод применяется при определении малых количеств Ra в растворе. Исследуемый раствор помещают в газопромывательную склянку
L
и освобождают от Em продуванием через него воздуха в течение 10—30 мин. Затем сосуд с раствором герметически закрывают и оставляют на несколько’ дней для накопления Em. Далее Em переводят в измерительный прибор J, где и определяют ее количество. Накопление эманации происходит по формуле
Е=Еоо(\
—
ё~М),
где Е— количество Em, накопленной в течение времени
t, Есо
—количество ее, находящееся в равновесии с радием в данном растворе. Численно
Еа>
равно стольким кюри эманации, сколько
г
Ra находится в растворе. Эталоном служит раствор с известным содержанием Ra порядка Ю-1″8—Ю-9 з. По Em возможно измерить Ю-10
г
и даже Ю-12
г
Ra. 4) Измерение числа отдельных частиц производится или при помощи метода сцинтилляций или же путем соответствующего усиления ионизирующего действия отдельных частиц или импульсов (счетчик Гейгера). Искусственная р ад и о активность. Путем бомбардировки ядер атомов быстро движущимися частицами удается произвести искусственное превращение элементов. «Снарядами» для такой бомбардировки могут являться а-частицы радиоэлементов, которые при удачном попадании в ядра атомов выбивают из них составные элементы, главным образом Н-частицы («ядра водорода). Явление это открыто в 1919 году Резерфордом. Возможен и обратный случай—синтез нового элемента благодаря застреванию в ядре бомбардирующей частички. При бомбардировке атомных ядер быстрыми протонами, получаемыми в сильных электрических полях, впервые Кокрофту удалось наблюдать искусственное превращение элементов с испусканием а-ча-стиц. При этом ядро лития. например, присоединяя протон, превращается в два ядра гелия. Работы с искусственными излучениями начаты в ряде стран и быстрыми шагами ведут к успеху, открывая новые и весьма большие возможности в деле изучения ядра атома и на пути к попыткам овладения внутриатомной энергией. Основным методом измерений, которым пользуются при изучении искусственных превращений элементов и процессов, связанных с прохождением отдельных лучей через материю, является метод каме –
Рис
ры Вильсона, основанный на свойстве водяного пара конденсироваться на ионах и дающий возможность наблюдать и фотографировать пути отдельных частиц (рисунок 7). Аналогичные результаты дает применение фотопластинок с толстым эмульсионным слоем (метод Л. В. Мысовского). Применяется также и счетчик Гейгера. Лит.: Г а м о в Г., Атомное ядро и радиоактивность, М.—Л., 1930; ЛюдевигП., Радиоактивность, Л.,1926; Фа я не К., Радиоактивность, М., 1922; Хевеши Г. и Па нет Ф., Радио-активность, Л., 1925; Хволъ-сон О., Физика, т. V, Берлин, 1923; Хлопин В., Химия радиоэлементов (в книге—Д. Менделеев, Основы химии, т. II, М.—Л., 1928); Шилов Н., Радиоактивные вещества (ibid.); Curie P., Traite de radioactiVІte, v. I—II, P., 1910; К ohlr ausch K., RadioaktiVІtiit & Hndb. d. Experimentalphysik, hrsg. v. W. Wien u. F. Harms, B. XV, Lpz-, 1928); Lipliawsky u. Lung-wit ъ H., Die Radioelemente in der Heilkunde (Hndb. dor Biologie, Pharmakologie und Klinik des Radiums, Mesothoriums etc., В., 191 a); Rutherford E., Chad-wick a. E 1 1 i s, Radiations from radioactive substances, Cambridge, 1930- &В. Варанов.