Із відкриття рентгенівських променів почалася історія відкриття радіоактивності, й допоміг у цьому випадок.

Поштовхом до досліджень стало припущення вчених, що рентгенівські промені можуть виникати під час короткотривалого світіння деяких речовин, опромінених перед тим сонячним світлом*. До таких речовин належать, наприклад, деякі солі Урану. Такою сіллю і скористався А. Беккерель, щоб перевірити зазначене припущення.

Знаючи, що рентгенівські промені, на відміну від світлових, проходять крізь чорний папір, учений узяв загорнуту в чорний папір фотопластинку**, поклав на неї крупинки уранової солі й на кілька годин виніс фотопластинку на яскраве сонячне світло. Після проявлення на фотопластинці виявилися темні плями саме в тих місцях, де лежала уранова сіль. Таким чином було з’ясовано, що уранова сіль дійсно випускає випромінювання, яке має велику проникну здатність і діє на фотопластинку.

* Таке світіння називають флюоресценцією.

** Фотопластинка — скляна пластинка, вкрита чутливою до випромінювання речовиною.

Альберт Ейнштейн порівнював відкриття радіоактивності з відкриттям вогню, оскільки вважав, що вогонь і радіоактивність — однаково значущі віхи в історії людства.

Пізніше таке випромінювання назвуть радіоактивним випромінюванням (від латин. radio — випромінюю, activus — дієвий); здатність речовин до радіоактивного випромінювання — радіоактивністю; нукліди, ядра яких мають таку здатність, — радіонуклідами.

«Чи тільки Уран випускає “промені Беккереля”?» — саме з пошуку відповіді на це запитання почала свою роботу з вивчання радіоактивності М. Склодовська-Кюрі. Ретельно перевіривши на радіоактивність практично всі відомі на той час елементи, вона виявила, що радіоактивні властивості має також Торій. Крім того, М. Склодовська-Кюрі та її чоловік П. Кюрі відкрили й нові радіоактивні елементи, зокрема Полоній і Радій. 

Згодом виявили, що радіоактивність є властивою всім без винятку нуклідам хімічних елементів, порядковий номер яких більший за 82 (Z > 82). Проте й всі інші елементи мають радіоактивні нукліди (природні або одержані штучно). 

Найбільший внесок у вивчення α-випромінювання зробив Е. Резерфорд. Учений одним із перших з’ясував, що α-випромінювання — це потік ядер атомів Гелію (42He), які рухаються зі швидкістю порядку 107 м/с. Заряд α-частинки дорівнює двом елементарним зарядам: qα = +2|е| ≈ +3,2 • 10-19Кл.

β-випромінювання, як і α-випромінювання, відхиляється магнітним полем, але в протилежний бік. Виявлено, що β-випромінювання — це потік електронів (0-1е), які летять із величезною швидкістю (наближеною до швидкості поширення світла).

Вивчення γ-випромінювання показало, що це електромагнітні хвилі надзвичайно високої частоти (понад 1018 Гц). Швидкість поширення цих хвиль у вакуумі становить 3 • 108м/с.

У більшості людей слово «радіація» асоціюється з небезпекою. І це, безумовно, правильно. Радіоактивне випромінювання не фіксується органами чуття людини, проте відомо, що воно може призвести до згубних наслідків. Від впливу радіації можна захиститися, побудувавши на шляху випромінювання перешкоду.

Види радіоактивного випромінювання

α-частинки — ядра атомів Гелію

β-частинки — швидкі електрони

γ-промені — високочастотне (короткохвильове) електромагнітне випромінювання

Простіше за все захиститися від α- і β-випромінювань. Хоча α- і β-частинки летять із величезною швидкістю, їх потік легко зупиняє навіть тонка перешкода. Як показали експерименти, достатньо тонкого аркуша паперу (0,1 мм), щоб зупинити α-частинки; β-випромінювання повністю поглинається, наприклад, алюмінієвою пластинкою завтовшки 1 мм.

Найважче захиститися від γ-випромінювання — воно проникає крізь доволі товсті шари матеріалів. В окремих випадках для захисту від γ-випромінювання необхідні бетонні стіни завтовшки кілька метрів.

Радіоактивність — здатність ядер радіонуклідів довільно перетворюватися на ядра інших елементів із випромінюванням мікрочастинок. 

Випромінюючи α- чи β-частинки, вихідне (материнське) ядро перетворюється на ядро атома іншого елемента (дочірнє ядро); α- і β-розпади можуть супроводжуватися γ-випромінюванням. З’ясовано, що радіоактивні перетворення підпорядковуються так званим правилам зміщення. 

Під час α-розпаду кількість нуклонів у ядрі зменшується на 4, протонів — на 2, тому утворюється ядро елемента, порядковий номер якого на 2 одиниці менший від порядкового номера вихідного елемента:

AZX → 42He + A-4Z-2Y.

Під час β-розпаду кількість нуклонів в ядрі не змінюється, при цьому кількість протонів збільшується на 1, тому утворюється ядро елемента, порядковий номер якого на одиницю більший за порядковий номер вихідного елемента:

AZX → 0-1e + AZ+1Y.

Контрольні запитання

1. Як було відкрито явище радіоактивності? 

2. Наведіть приклади природних радіоактивних елементів. 

3. Опишіть дослід із вивчення природи радіоактивного випромінювання. 

4. Які види радіоактивного випромінювання ви знаєте? 

5. Якою є фізична природа α -; β-; γ-випромінювання? 

6. Як захиститися від радіоактивного випромінювання? 

7. Наведіть означення радіоактивності. 

8. Що відбувається з ядром атома під час випромінювання α-частинки? β-частинки?

Задачі

1. Які види радіоактивного випромінювання діяли на фотопластинку в дослідах А. Беккереля? Розгляньте два випадки: а) крупинки солі Урану покладено безпосередньо на чорний папір, у який загорнута пластинка; б) сіль Урану покладено на мідний хрест, який, у свою чергу, покладено на загорнуту в чорний папір фотопластинку.

2. Довжина хвилі γ-випромінювання у вакуумі 0,025 нм. Визначте її частоту.

3. Під час природного радіоактивного розпаду радію (22888Ra) із його ядра випускається β-частинка. На ядро якого елемента перетворюється при цьому ядро атома Радію? Запишіть рівняння реакції.

4. Визначте масу α-частинки, знаючи, що маса протона і маса нейтрона приблизно дорівнюють 1,7 • 10-27 кг. Якою є кінетична енергія α-частинки, якщо вона рухається зі швидкістю 1,5 • 107 м/с?

5. «Все є отрута, і все є ліки, — це залежить від дози». Ця фраза належить відомому лікарю епохи Відродження Парацельсу (справжнє ім’я — Філіп Авреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгайм (1493-1541)). Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся, як шкідливе радіоактивне випромінювання використовують для лікування хворих.