Задания № 16, 18, 25, 26 · ЕГЭ

Радиоактивность

Самопроизвольные превращения нестабильных ядер и свойства альфа-, бета- и гамма-излучения
5 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Радиоактивность — самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер, сопровождающееся испусканием частиц или электромагнитного излучения. Это одно из основных явлений ядерной физики: свойства радиоактивного распада не зависят от внешних условий, таких как температура, давление и агрегатное состояние вещества.

Что такое радиоактивность

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов \(Z\) определяет заряд ядра и химический элемент, а общее число нуклонов \(A\) называют массовым числом. Нестабильное ядро стремится перейти в более устойчивое состояние. При этом оно превращается в ядро другого элемента или в ядро того же элемента в другом энергетическом состоянии.

D
Радиоактивность

Радиоактивность — самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер, сопровождаемое испусканием частиц и электромагнитного излучения.

T
Сохранение величин в ядерных реакциях

В ядерных превращениях сохраняются электрический заряд, массовое число \(A\), энергия и импульс. Поэтому уравнение распада составляют так, чтобы суммы зарядовых и массовых чисел слева и справа совпадали.

\(A\)
массовое число
1
\(Z\)
зарядовое число
1
\(N\)
число ядер радиоактивного вещества
1
\(T\)
период полураспада
с
\(\lambda\)
постоянная распада
с⁻¹
\(\mathcal{A}\)
активность
Бк

Радиоактивность бывает естественной и искусственной. Естественные радиоактивные изотопы встречаются в природе, а искусственные получают в ядерных реакторах или ускорителях. Один и тот же элемент может иметь устойчивые и радиоактивные изотопы.

Основные виды излучения

В опытах с радиоактивными веществами пучок излучения разделяют магнитным или электрическим полем. Это показывает, что разные виды излучения имеют различные заряд, массу и проникающую способность.

ВидСоставЗарядПроникающая способность
\(\alpha\)ядра гелия \(^4_2\mathrm{He}\)\(+2e\)малая; задерживается листом бумаги
\(\beta\)электроны или позитроны\(-e\) или \(+e\)средняя; задерживается несколькими миллиметрами алюминия
\(\gamma\)фотоны электромагнитного излучения\(0\)большая; ослабляется толстым слоем свинца или бетона

Альфа-излучение состоит из тяжёлых положительно заряженных частиц. Оно сильно ионизирует вещество, но быстро теряет энергию. Бета-излучение состоит из быстрых электронов или позитронов. Гамма-излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение, возникающее при переходе возбуждённого ядра в состояние с меньшей энергией.

ядроαβγбумага → алюминий → свинец
Сравнение направлений и проникающей способности радиоактивных излучений.
Микро-проверка

Какое излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями?

Уравнения радиоактивных превращений

При альфа-распаде из ядра вылетает частица \(^4_2\mathrm{He}\). Массовое число дочернего ядра уменьшается на 4, а зарядовое число — на 2.

\[{}^A_ZX \rightarrow {}^{A-4}_{Z-2}Y + {}^4_2\mathrm{He}\]

При бета-минус-распаде нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Массовое число не изменяется, а зарядовое число увеличивается на 1.

\[{}^A_ZX \rightarrow {}^A_{Z+1}Y + {}^0_{-1}e + \bar{\nu}\]

При бета-плюс-распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино. Зарядовое число уменьшается на 1, массовое число остаётся прежним.

\[{}^A_ZX \rightarrow {}^A_{Z-1}Y + {}^0_{+1}e + \nu\]

Гамма-распад обычно сопровождает альфа- или бета-распад. При нём состав ядра не меняется: возбуждённое ядро испускает фотон и переходит на более низкий энергетический уровень.

\[{}^A_ZX^* \rightarrow {}^A_ZX + \gamma\]

Закон радиоактивного распада

Нельзя предсказать, какое именно ядро распадётся в данный момент. Однако для большого количества ядер точно описывается вероятность распада. Число нераспавшихся ядер уменьшается по экспоненциальному закону.

\[N(t)=N_0e^{-\lambda t}\]

Здесь \(N_0\) — начальное число ядер, \(N(t)\) — число ядер через время \(t\), а \(\lambda\) — постоянная распада. Она характеризует вероятность распада одного ядра за единицу времени. Связь постоянной распада с периодом полураспада имеет вид:

\[T_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}\]
0.511.522.533.544.550.10.20.30.40.50.60.70.80.91t / T₁/₂N / N₀0N = N₀·2^(-t/T₁/₂)
Уменьшение числа радиоактивных ядер: через каждый период полураспада их остаётся вдвое меньше.

После одного периода полураспада остаётся \(N_0/2\), после двух — \(N_0/4\), после трёх — \(N_0/8\). Активность источника — число распадов за единицу времени; она также уменьшается по экспоненциальному закону.

\[\mathcal{A}=\lambda N\]

Единица активности в СИ — беккерель: \(1\ \text{Бк}=1\) распад в секунду. Подробные свойства активности радиоактивного источника и измерение активности с помощью счётчика Гейгера рассматриваются отдельно.

Разобранный пример: определение дочернего ядра

№
Пример

Ядро урана \(^{238}_{92}\mathrm{U}\) испытало два альфа-распада и один бета-минус-распад. Определите массовое и зарядовое числа конечного ядра.

1
После каждого альфа-распада массовое число уменьшается на 4, а зарядовое — на 2.
\(\displaystyle A_1=238-4\cdot2=230,\qquad Z_1=92-2\cdot2=88\)
2
При бета-минус-распаде массовое число не меняется, а зарядовое увеличивается на 1.
\(\displaystyle A_2=230,\qquad Z_2=88+1=89\)
3
Элемент с зарядовым числом 89 — актиний.
\(\displaystyle {}^{238}_{92}\mathrm{U}\rightarrow{}^{230}_{89}\mathrm{Ac}+2\alpha+\beta^-\)
!
Частые ошибки

Не уменьшайте массовое число при бета-распаде: электрон имеет массовое число \(0\). При альфа-распаде обязательно вычитайте 4 и 2. Гамма-распад не изменяет ни \(A\), ни \(Z\). Не путайте период полураспада со временем полного распада: теоретически распад никогда не заканчивается полностью.

Приём для проверки

Сначала отдельно изменяйте \(A\) и \(Z\), затем по итоговому \(Z\) определяйте элемент. В конце проверьте сохранение массового и зарядового чисел в уравнении.

Итоговая проверка

Q
Быстрый тест по теме

Quick-test

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · виды распада
Как изменяются \(A\) и \(Z\) при альфа-распаде?
Главное за минуту

Главное

  • Радиоактивность — самопроизвольное превращение нестабильных ядер.
  • Альфа-распад изменяет \(A\) на \(-4\), а \(Z\) на \(-2\); бета-минус-распад изменяет \(Z\) на \(+1\); гамма-распад не меняет состав ядра.
  • Число нераспавшихся ядер подчиняется закону \(N=N_0e^{-\lambda t}\), а период полураспада связан с постоянной распада формулой \(T_{1/2}=\ln2/\lambda\).
  • Активность равна числу распадов в единицу времени и измеряется в беккерелях.
  • Для решения задач проверяйте сохранение массового и зарядового чисел.