Искусственный изотоп

Почти сразу вслед за отурытием позитрона супруги Жолио-Кюри, подошедшие к позитрону с другой стороны, сделали важное открытие. Бомбардируя алюминий альфа-частицами, они обнаружили, что при этом из мишени выбиваются не только протоны, но и позитроны. Со временем эта эмиссия затухала. Из этих результатов ученые сделали вывод, что в мишени образовалось новое радиоактивное вещество.

Ход их рассуждений был следующим. При поглощении альфа-частицы ядром алюминия его атомный номер возрастает с 13 до 15, превращаясь в фосфор. А поскольку альфа-частица состоит из 4 нуклонов, массовое число также увеличивается с 27 (алюминий) до 31 (фосфор). В результате испускания протона как массовое число, так и атомный номер этого ядра снижаются на единицу, приводя в конечном итоге к образованию кремния-30.

Поскольку альфа-частицы - это ядра гелия, а протоны - ядра водорода, можно составить такое уравнение ядерной реакции:
алюминий-27 + гелий-4 -> кремний-30 + водород-1

Заметьте, что сумма массовых чисел сохраняется: 27 плюс 4 равняется 30 плюс 1. Точно так же обстоит дело и с атомными номерами: 13 (А1) плюс 2 (Не) дает в итоге 15, из которых 14 приходится на долю кремния и 1 - на долю водорода. Такое уравнение, как массовых чисел, так и атомных номеров, является базовым законом всех ядерных реакций.

Супруги Жолио-Кюри предположили, что в ходе ядерных реакций образуются как нейтроны, так и протоны. Так, если фос-фор-31 вместо протона испустит нейтрон, его атомный номер не изменится, а массовое число снизится на единицу. В этом случае элемент останется фосфором, но превратится в другой изотоп, фосфор-30. Уравнение реакции выглядит следующим образом:
алюминий-27 + гелий-4 -> фосфор-30 + нейтрон1

Поскольку атомный номер фосфора 15, а нейтрона 0, и в этом варианте суммарный атомный номер в результате реакции сохраняется.
При бомбардировке алюминия альфа-частицами происходят оба процесса: альфа-поглощение с последующим испусканием протона и альфа-поглощение с эмиссией нейтрона, но конечные результаты существенно разнятся. Кремний-30, является хорошо известным изотопом, составляя немногим более 3 процентов из всего природного кремния. А вот фосфор-30 в природе не существует. Единственный известный изотоп фосфора, найденный на Земле, - это фосфор-31. Короче говоря, нестабильный фосфор-30 - это радиоактивный изотоп с малым временем жизни, и это самый первый искусственный изотоп, сделанный человеческими руками. За это достижение супругам Жолио-Кюри присвоена Нобелевская премия по физике за 1933 год.

Полученный искусственным путем фосфор-30 быстро распадается с испусканием позитрона. Поскольку у позитрона, как и у электрона, масса практически отсутствует, эта эмиссия почти не сказывается на изменении массового числа ядра. Однако потеря единичного положительного заряда понижает атомный номер на единицу, и фосфор-30 переходит в кремний-30.

Но откуда появляется этот самый позитрон? Может, он входит в состав ядра? Отнюдь нет. В действительности ядерный протон превращается в нейтрон, утрачивая свой положительный заряд, который переходит на вылетающий из ядра позитрон.