§ 58. Радиоактивные превращения атомных ядер

В 1903 году Эрнест Резерфорд вместе с английским химиком Фредериком Содди (1877—1956) заметил странную вещь: в запаянной ампуле с радием со временем накапливался газ, которого туда никто не помещал. Радий — серебристый металл, твёрдый при обычных условиях и охотно вступающий в химические реакции. Появившийся радон — инертный газ, он почти ни с чем не соединяется. Выходило, что одно простое вещество само собой стало другим, причём без нагревания, без давления и без соседних реагентов. Разгадка пришла позже, после появления ядерной модели атома: меняется не оболочка, а само ядро. Если бы атом просто терял часть электронов, получился бы ион того же самого элемента, а не вещество с совершенно другими свойствами.

Чтобы понять, что именно вылетает из препарата, излучение выпускают через узкий канал в свинцовой защите и заводят в сильное магнитное поле (рис. 1). Единый пучок расходится на три: положительные α-частицы уходят вверх и отклоняются совсем немного, отрицательные β-частицы уводит вниз, причём гораздо круче, а γ-лучи идут напрямик, потому что заряда не несут. Сравни на рисунке размах отклонения красной и синей линий: чем тяжелее заряженная частица, тем труднее полю искривить её путь.

Первым разобрали превращение радия. Его ядро выбрасывает α-частицу — плотный комок из 2 протонов и 2 нейтронов, то есть ядро гелия, — и становится ядром радона:

²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + ⁴₂He.

Число сверху у химического символа называют массовым, число снизу — зарядовым. На рис. 2 нарисован сам вылет: большой шар слева — ядро до распада, а вверху справа умчалась четвёрка шариков; посчитай их и убедись, что ядро покинули ровно 4 частицы.

Определение. Массовое число A показывает, во сколько раз масса ядра больше атомной единицы массы; за 1 а.