РАДИОУГЛЕРОДНЫЙ МЕТОД

Наука » Химия

Ядра 14С образуются в атмосфере за счёт взаимодействия нейтронов кос­мического излучения с ядрами азота: 147N+10n®146C+11р. Их период полу­распада Т1/2 = 5730 лет.

Концентрация 14С в атмосферном воздухе (в составе СО2) практически постоянна в течение последних не­скольких десятков тысяч лет и соот­ветствует уровню активности около 15 Бк на 1 г углерода. При фотосин­тезе растения усваивают углекислый газ, содержащий радиоуглерод, за­тем он попадает и в организмы жи­вотных. В результате, активность углерода во всех живых организмах одинакова. Но как только организм погибает, он перестаёт усваивать ра­диоуглерод, а тот, который в нём уже есть, непрерывно распадается.

Если имеется материал раститель­ного или животного происхождения (льняная ткань, шерсть, шёлк, древеси­на, торф, каменный уголь, кожа, кос­ти животных и т. д.), то, измеряя ак­тивность оставшегося радиоуглерода, можно установить возраст образца. За разработку радиоуглеродного метода определения возраста археологиче­ских находок американский учёный Уиллард Фрэнк Либби (1908—1980) получил Нобелевскую премию.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ

Наука » Химия

В наши дни радионуклиды известны у большинства химических элементов. Они имеют много самых разных приме­нений, особенно в химии и биохимии. Дело в том, что химическое поведение радионуклидов какого-либо элемента практически такое же, как и у его ста­бильных нуклидов. Но ядра радионук­лидов в момент распада «посылают сиг­нал» о своём присутствии. Учёные разработали аппаратуру, позволяющую надёжно регистрировать сигналы от распада буквально единичных атомов. Благодаря этому становится возмож­ным использовать радионуклиды в ка­честве атомов-меток, так называемых радиоактивных индикаторов.

Например, с помощью фосфора-32 можно установить, как кукуруза усваи­вает из почвы фосфорное удобрение. В удобрение добавляют очень малое ко­личество радионуклида. Далее, анализируя радиоактивность различных час­тей растения, можно определить, быст­ро ли фосфат усваивают корни, с какой скоростью он поступает в листья, стеб­ли или початки и как усвоение удобре­ния зависит от его химической формы (в частности, от того, в виде какой именно соли — аммония, калия или кальция — взят фосфат), от способа введения в почву и других факторов. Полученная информация позволила существенно повысить эффективность применения минеральных удобрений.

ОРЕОЛЫ В КРИСТАЛЛАХ

Наука » Химия

  Один из самых давних (хотя и не очень точных) методов определения возраста минералов основан на изуче­нии так называемых окрашенных оре­олов. Часто в прозрачные кристаллы вещества вкраплены крохотные час­тички какого-нибудь радиоактивного минерала, содержащего, например, торий или уран. Он излучает a-частицы, которые распространяются во все стороны с высокой скоростью, причём дальность полёта зависит от их началь­ной скорости и от плотности минера­ла. В воздухе пробег этих частиц изме­ряется несколькими сантиметрами, а в минералах — всего десятками мик­рометров.

ИСТОЧНИКИ НЕЙТРОНОВ

Наука » Химия

В реакциях ядерного синтеза источником нейтронов может служить неболь­шая ампула, в которую помешена смесь бериллия и a-радиоактивного нук­лида, например радия-226 или америция-243. При облучении бериллия a-частицами протекает ядерная реакция 94Ве+42Не®126С+10n, обеспечивающая общий поток источника около 107—108 нейтронов в секунду.

Наиболее мощный источник нейтронов — ядерный реактор. Поток ней­тронов в каналах ядерного реактора достигает 1013—1014 нейтронов в се­кунду на квадратный сантиметр сечения.

Для замедления нейтронов используют материалы, содержащие лёг­кие атомы (атомы элементов с небольшими атомными номерами). Чаше других замедлителями служат обычная вода, тяжёлая вода D2O, парафин, графит. При столкновении с атомами протия 1Н, дейтерия или углерода нейтроны теряют бо'льшую часть своей энергии. Важно, что ядра пере­численных атомов сами нейтронов не поглощают.

КАК ПОЛУЧАЮТ ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ

Наука » Химия

Для получения радионуклидов ис­пользуют ядерные реакции. От химической ядерная реакция отличается тем, что в ходе её изменяются ядра, и, следо­вательно, одни атомы пре­вращаются в другие. В та­ких реакциях участвуют ядра-мишени атомов раз­личных элементов, а сна­рядами  (бомбардирую­щими частицами)  чаще всего служат нейтроны, протоны, дейтроны (ядра атомов тяжёлого водоро­да — дейтерия 21H), a-частицы, а иногда также g-кванты с большой энергией или ядра других атомов  (более лёгких, чем ядра атомов-мишеней).

Первую ядерную реакцию осуще­ствил в 1919 г. Эрнест Резерфорд. Он облучал a-частицами атомы азота.

  

КАК ПОЛУЧАЮТ ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ

Эрнест Резерфорд.

СКОРОСТЬ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Наука » Химия

Из-за распада число имеющихся ядер данного радионуклида постепенно убывает. График, показывающий, как происходит уменьшение числа ядер Nt радионуклида со временем t (экс­понента) аналогичен кинетической кривой для реакций первого поряд­ка (см. дополнительный очерк «Экс­понента и гиперболы»).

СКОРОСТЬ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Схема деления ядра.

ВИДЫ РАДИОАКТИВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

Наука » Химия

Было установлено, что a-лучи пред­ставляют собой ядра гелия 42Не. В результате a-распада заряд ядра ис­ходного атома уменьшается на 2 еди­ницы, а массовое число — на 4, на­пример 22688Ra ® 22286Rn+42He.

Изучение b-лучей показало, что это поток электронов. В ядрах неко­торых нуклидов нейтрон способен превращаться в протон и электрон; при этом из ядра и вылетают электро­ны. Заряд ядра при таком типе b-распада возрастает на единицу, а массо­вое число остаётся неизменным, например 9038Sr ® 9039Y.

И a-, и b-распад чаще всего со­провождаются испусканием g-лучей — коротковолнового электро­магнитного излучения, близкого по своей природе к рентгеновскому.

КАК ОТКРЫЛИ РАДИОАКТИВНОСТЬ И НОВЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Наука » Химия

 

КАК ОТКРЫЛИ РАДИОАКТИВНОСТЬ И НОВЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

 

Вильгельм Конрад Рентген.

  

В конце XIX столетия учёные нахо­дились под впечатлением обнару­женных в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном невидимых лучей, способных бес­препятственно проходить через твёрдые тела и вызывать почернение фотоплёнки. Рентген назвал их Х-лучами (теперь в Германии и России они называются рентгеновскими).