Відкриття будови атомного ядра стало одним з найбільш важливих етапів у розвитку сучасного фізичного знання. Вчені дійшли правильних висновків щодо структури найдрібніших частинок не відразу. І ще набагато пізніше були відкриті інші закономірності, наприклад, закони руху мікрочастинок, а також особливості перетворення атомних ядер, що відбуваються при радіоактивному розпаді.

Досліди Резерфорда

Вперше радіоактивні перетворення атомних ядер вивчалися англійським дослідником Резерфордом. Вже тоді було зрозуміло, що основна маса атома припадає на його ядро, так як електрони в багато сотень разів легше, ніж нуклони. Для того щоб дослідити позитивний заряд всередині ядра, в 1906 році Резерфорд запропонував досліджувати атом за допомогою зондування альфа-частинками. Такі частинки виникали при розпаді радію, а також деяких інших речовин. В ході своїх дослідів Резерфорд одержав уявлення про будову атома, якому було дано назву «планетарної моделі».

Перші спостереження радіоактивності

Ще в 1985 році англійський дослідник У. Рамзай, який відомий своїм відкриттям газу аргону, зробив цікаве відкриття. В мінералі під назвою клевеит він виявив газ гелій. Згодом велика кількість гелію було знайдено також і в інших мінералах, але лише в тих, до складу яких входять торій і уран. Досліднику це здавалося дуже дивним: звідки міг взятися в мінералах газ? Але коли Резерфорд почав вивчати природу радіоактивності, то виявилося, що гелій являє собою продукт радіоактивного розпаду. Одні хімічні елементи «породжують» інші, з абсолютно новими властивостями. І цей факт суперечив усього попереднього досвіду хіміків того часу.

Спостереження Фредеріка Содді

Разом з Резерфордом у дослідженнях брав безпосередню участь вчений Фредерік Содді. Він був хіміком, і тому вся його робота проводилася щодо ототожнення хімічних елементів відповідно до їх властивостями. Насправді радіоактивні перетворення атомних ядер вперше були помічені Содді. Він зумів з'ясувати, що являють собою альфа-частинки, якими користувався у своїх дослідах Резерфорд. Зробивши виміри, вчені з'ясували, що маса однієї альфа-частинки становить 4 атомні одиниці маси. Накопичивши певну кількість таких альфа-частинок, дослідники виявили, що вони перетворилися в нову речовину – гелій. Властивості цього газу були добре відомі Содді. Тому він стверджував, що альфа-частинки зуміли захопити електрони ззовні і перетворитись в нейтральні атоми гелію.

Зміни всередині ядра атома

Подальші дослідження були спрямовані на виявлення особливостей атомного ядра. Вчені зрозуміли, що всі перетворення відбуваються не з електронами або електронною оболонкою, а безпосередньо з самими ядрами. Саме радіоактивні перетворення атомних ядер сприяли перетворенню одних речовин в інші. Тоді ще особливості цих перетворень вченим були невідомі. Але зрозуміло було одне: в їх результаті якимось чином з'являються нові хімічні елементи.
Вперше таку ланцюжок метаморфоз вченим вдалося простежити в процесі перетворення радію в радон. Реакції, в результаті яких відбувалися такі перетворення, які супроводжувалися особливим випромінюванням, дослідники назвали ядерними. Переконавшись, що всі ці процеси протікають саме всередині ядра атома, вчені почали досліджувати і інші речовини, не тільки радій.

Відкриті види випромінювань

Основна дисципліна, яка може зажадати відповідей на подібні питання – це фізика (9 клас). Радіоактивні перетворення атомних ядер входять в її курс. Проводячи досліди над проникаючою здатністю уранового випромінювання, Резерфорд відкрив два види випромінювань, або радіоактивних перетворень. Менш проникаючий тип був названий альфа-випромінюванням. Пізніше було досліджено і бета-випромінювання. Гамма-випромінювання вперше було вивчено Полем Виллардом в 1900 році. Вчені показали, що явище радіоактивності пов'язано з розпадом атомних ядер. Таким чином, за панівним до тих часів уявленням про атом як про неподільній частці було завдано нищівного удару.

Радіоактивні перетворення атомних ядер: основні типи

Зараз вважається, що під час радіоактивного розпаду відбувається три види перетворень: альфа-розпад, бета-розпад, електронний захоплення, інакше званий К-захопленням. При альфа-розпаді відбувається випущення з ядра альфа-частинки, яка є ядром атома гелію. Саме радіоактивне ядро при цьому перетворюється у таку, що володіє меншим електричним зарядом. Альфа-розпад властивий речовин, що займають останні місця в таблиці Менделєєва. Бета-розпад також входить в радіоактивні перетворення атомних ядер. Склад атомного ядра при цьому типі також змінюється: воно втрачає нейтрино або антинейтрино, а також електрони і позитрони. Цей тип розпаду супроводжується короткохвильовим електромагнітним випромінюванням. При електронному захопленні ядро атома поглинає один з найближчих електронів. При цьому ядро берилію може перетворитися в ядро літію. Цей тип був виявлений в 1938 році фізиком з Америки на прізвище Альварес, який також вивчав радіоактивні перетворення атомних ядер. Фото, на яких дослідники намагалися відобразити такі процеси, містять зображення, схожі на розмите хмара, в силу малих величин досліджуваних частинок.