24.1: Відкриття радіоактивності

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19518

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Малюнок\(\PageIndex{3}\): The radioactive danger symbol. (By Clkr-Free-Vector-Images(opens in new window); under Pixabay license)

Якщо ви відвідаєте відділення ядерної медицини великої лікарні, ви з великою ймовірністю побачите символ, показаний вище. Цей знак означає, що радіоактивні матеріали присутні, і потрібно дотримуватися спеціальних заходів безпеки. Ці матеріали використовуються для діагностики та лікування багатьох захворювань. Люди, які використовують ці матеріали, спеціально навчені безпечному поводженню з ними. Радіоактивні матеріали можуть бути небезпечними і їх слід поважати, але їх не потрібно боятися.

Відкриття радіоактивності

Джон Далтон вперше запропонував свою атомну теорію в лекції 1804 року в Королівському інституті, престижному британському науковому товаристві. У цій промові він висловив ідею, що всі атоми елемента ідентичні і що атоми незнищені. Трохи більше 100 років обидві ці ідеї виявилися невірними.

У 1919 році дослідження атомних ваг привели Френсіса Астона (1877-1925) до висновку, що деякі елементи з різними атомними вагами насправді були одним і тим же елементом в різних ізотопних формах. Aston використовував мас-спектрограф для поділу ізотопів різних елементів. Він отримав Нобелівську премію з хімії за цю роботу в 1922 році.

Природна радіоактивність

У 1895 році Вільгельм Рентген викликав великий інтерес навколо того, що викликало явище рентгенівських променів. Одним з дослідників цього явища був Анрі Беккерель. Беккерель вивчав флуоресцентні властивості солей урану, вважаючи, що вони мають якесь відношення до рентгенівських променів. Незабаром він дізнався, що уран може виставляти фотографічну пластину без зовнішнього введення енергії (вважалося необхідним для отримання флуоресценції урану). Беккерель також показав, що на викиди солей урану може впливати магнітне поле, що не відповідає дійсності для рентгенівських променів.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Експеримент Беккереля: вплив урану на фотографічну пластину.

П'єр і Марі Кюрі вивчали властивості уранових солей з явною метою виявлення деталей цих викидів. Вони першими монтували термін "радіоактивність «, що означає спонтанне випромінювання випромінювання у вигляді частинок або фотонів високої енергії, що виникає в результаті ядерної реакції. Основний внесок у роботу надійшов від Марі, яка показала, що кількість присутньої радіоактивності зумовлена кількістю конкретного елемента, а не через якусь хімічну реакцію. Вона відкрила елемент полоній і назвала його на честь рідної Польщі. Мадам Кюрі поділилася Нобелівською премією з фізики 1903 року зі своїм чоловіком П'єром та Анрі Беккерелем. Вона отримала Нобелівську премію з хімії в 1911 році.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): П'єр і Марі Кюрі у своїй лабораторії.

Ернест Резерфорд, пізніший дослідник, зміг продемонструвати три різних типи радіоактивних викидів. Ці типи викидів відрізнялися за масою, зарядом і здатністю проникати в матеріали. Він позначив їх просто як\(\left( \alpha \right)\) альфа-викиди,\(\left( \beta \right)\) бета-викиди та\(\left( \gamma \right)\) гамма-викиди.

Радіоактивність передбачає спонтанне випромінювання матеріалу та/або енергії з ядра атома. Найбільш поширені радіоактивні атоми мають високі атомні номери і містять великий надлишок нейтронів. Деякі типові радіоактивні елементи - технецій (атомний номер 43), прометий (атомний номер 61) і всі елементи атомний номер 84 (полоній) і вище. Існує чотири первинні типи емісії, які передбачають вивільнення частинки з ядра або вивільнення енергії. У багатьох випадках як енергія, так і частка виробляються радіоактивною подією.

Слід зазначити, що деякі елементи, які вважаються стабільними, дійсно мають радіоактивні ізотопи. Вуглець-14 радіоактивний, але цей ізотоп становить лише невелику частку від загальної кількості наявного вуглецю (близько однієї частини на трильйон атомів вуглецю). Водень також має радіоактивний ізотоп, відомий як водень-3 або тритій, знову ж таки дуже мала частка загального елементарного водню присутнього.

Резюме

Френсіс Астон виявив, що деякі елементи з різними атомними вагами насправді були одним і тим же елементом в різних ізотопних формах.
Анрі Беккерель показав, що на викиди солей урану може впливати магнітне поле, що не відповідає дійсності для рентгенівських променів.
Марі і П'єр Кюрі першими здобули термін радіоактивність, що означає спонтанне випромінювання випромінювання у вигляді частинок або фотонів високої енергії, що виникає в результаті ядерної реакції.
Ернест Резерфорд, пізніший дослідник, зміг продемонструвати три різні типи радіоактивних викидів:\(\left( \alpha \right)\) альфа-викиди,\(\left( \beta \right)\) бета-викиди та\(\left( \gamma \right)\) гамма-викиди.