Итак, все слышали радиации и о радиоактивном распаде тоже. Постоянно на слуху: период полураспада радиоактивного изотопа столько-то лет, а может минут…
Почему же так странно определяют время жизни радиоактивных веществ? А в всё просто: распад каждого атома (а точнее его ядра) есть абсолютно случайное событие, нельзя никак предсказать, когда распадётся то или иное ядро радиоактивного вещества. Но статистика всё же упрямая вещь: можно сказать с уверенностью, что за определённый, достаточно большой промежуток времени распадётся определённое количество ядер на другие ядра и прочее (но это другая история, про которую нужно запилить особую тему).
Почему же ни с того ни сего ядро было-было и вдруг развалилось? Попробуем рассказать просто, поскольку квантовая физика ооооочень сложная наука даже для простого понимания.
Вот из чего состоит ядро? Многие знают: из протонов и нейтронов в определённой пропорции (и лишь у самого лёгкого изотопа водорода – протия нет нейтрона в ядре, а только одинокий протон), для того, чтобы ядро «склеилось» ядерными силами нужно определённое число протонов и нейтронов, эти протоны и нейтроны в паре занимаются перебрасыванием кванта связи (в ядре – это глюон – от английского «клей»), перебрасывая друг другу они превращаются протон-нейтрон-протон-нейтрон и т.д… При этом, поскольку на близких расстояниях в ядре находятся одинаково заряженные протоны, то внутри ядра есть две силы – сжимающая ядерная сила и разжимающая кулонова. При этом нейтроны и протоны не находятся в статике внутри ядра, а постоянно крутятся, вертятся и отлетают, притягиваясь ядерными силами…
Есть в квантовой физике фундаментальнейший закон – закон неопределённостей Гейзенберга, который, если по простому сказать и описывает случайность движения всякой микрочастицы, при этом существует не совсем строгое равенство, которое утверждает, что чем больше неопределённость энергии некой частицы, тем меньшее время оно может обладать этой энергией.
Таким образом некий нейтрон в ядре может получить дополнительную энергию (откуда – это уже другая история и об этом будет в другой статье) и значит может вылететь из ядра на некое расстояние и находиться в таком положении определённое время. Такой эффект, когда частица преодолевает барьер в квантовой механике называется туннельным эффектом, при этом высота барьера гораздо больше энергии (это всё равно, как стрелять из рогатки по толстой танковой броне и будет вероятность, что камешек пройдёт сквозь броню, про данный эффект также в другой статье).
Как только нейтрон удалится на определённое расстояние и пробудет достаточное время, то ядерные силы резко уменьшатся (поскольку их сила зависит от соотношения всех нейтронов и протонов), как только ядерные силы уменьшатся, то под действием кулоновых сил между протонами ядро разрывает на части, именно благодаря этим силам, которые мы наблюдаем, расчёсывая волосы пластмассовым гребешком, ответственно за ядерный распад, в данном случае – за спонтанный ядерный распад, т.е. самопроизвольный распад ядра на составляющие, в т.ч. и на другие ядра изотопов. Под действием этих сил составляющие разлетаются с большой скоростью, бомбардируя другие атомы соседнего вещества. Разумеется, что такое может происходить только в радиоактивных изотопах, т.е. в тех, у которых количество протонов и нейтронов имеет определённую пропорцию, если по-простому, у тех, у которых мало партнёров по перебрасыванию квантов связи – глюонов. Те ядра, у которых вообще не хватает «партнёров» существовать вообще не могут.
Вот так примерно происходит спонтанный (самопроизвольный) распад радиоактивных изотопов..
