Радиоактивность есть самопроизвольное изменение состава атомного ядра, происходящее за время, существенно больше характерного ядерного времени.
Так, при бомбардировке различных мишеней на ускорителях может возникать огромное многообразие ядер, которые мгновенно распадаются и по этой причине не могут считаться сложившимися ядрами. За такое время совершается множество внутриядерных процессов и ядро успевает полностью сформироваться.
Ядра, подверженные радиоактивным превращениям, называются радиоактивными, а не подверженные – стабильными. Такое деление условно, так как, в сущности, все ядра могут самопроизвольно распадаться, но этот процесс в разных ядрах идет с различной скоростью.

 

* * *

Различают следующие виды радиоактивного распада:
• α-распад;
• β-распад;
• спонтанное деление атомного ядра;
• протонный распад;
• двухпротонный распад.
При α-распаде из ядра спонтанно вылетает α-частица. При этом зарядовое число ядра уменьшается на две единицы и образуется новый элемент, сдвинутый относительно исходного влево на две клетки периодической системы.
Бета-распад может быть трех видов: электронный, позитронный, электронный распад. При электронном распаде из ядра вылетают электрон и электронное антинейтрино. Массовое число ядра не меняется, а зарядовое число возрастает на единицу (сдвиг в периодической системе вправо на одно на одну клетку). При позитронном распаде из ядра вылетают позитрон и электронное нейтрино (сдвиг в периодической системе влево на одну клетку без изменения массового числа). Позитронная радиоактивность была открыта в 1934 году Жолио-Кюри практически одновременно с открытием искусственной радиоактивности. При электронном захвате ядро захватывает электрон из электронной оболочки атома; зарядовое число, как и при позитронном распаде, уменьшается на единицу, а массовое число не меняется.
У ядер с большим избытком протонов, в принципе, возможна протонная и даже двухпротонная радиоактивности, но эти процессы очень трудно обнаружить из-за сильного фона конкурирующих α- и β-распадов, приводящих к образованию изотопов таких же химических элементов. Протонная радиоактивность возможна лишь у небольшого числа искусственно получаемых легких ядер с относительно короткими временами жизни, которые обладают большим избытком протонов. Тем не менее, протонная и двухпротонная радиоактивности обнаружены. Двухпротонная радиоактивность даже более вероятна, чем однопротонная. Дело в том, что между протонами действуют силы спаривания. В результате из ядра может вылететь не только одиночный протон, но и бипротон, то есть два спаренных протона с противоположно направленными спинами.
Из ядра могут вылетать и нуклоны, объединенные в более крупные частицы, например, ядра углерода. Такой процесс затруднен тем, что в исходном ядре нет готовых ядер углерода. Впрочем, и готовых α-частиц в ядре также нет, они образуются перед самым вылетом из ядра. Только формирование α-частиц несравненно более вероятно, чем формирование ядер углерода.
В результате радиоактивного распада ядер, образующихся при делении материнского ядра, образуются нейтроноизбыточные возбужденные ядра. При их распаде образуются так называемые запаздывающие нейтроны. Такой процесс можно назвать нейтронной радиоактивностью, однако это не делается, так как снятие возбуждения путем испускания нейтронов происходит практически мгновенно.

 

В ядерных реакторах энергия распада ядер урана преобразуется в электрическую энергию. После распада ядра кинетическая энергия осколков ядер переходит в тепловую энергию материала, загруженного в реактор. Плотность тепловыделения в энергетических ядерных реакторах достигает сотен кВт на литр объема активной зоны. Эта энергия с помощью жидкости, протекающей по трубам внутри рабочей зоны реактора, переносится в теплообменники. Здесь она используется для того, чтобы нагреть и превратить в пар воду. Водяной пар направляют в турбину. Расширяясь и совершая работу по вращению турбины, пар охлаждается. Турбина, в свою очередь, двигает ротор-магнит. Электрический же ток производится благодаря явлению электромагнитной индукции – возникновению электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. При вращении ротора-магнита в витках окружающего его статора появляется электрический ток. Далее остается только “снять” напряжение с обмоток и передать его в линию для снабжения внешних потребителей. Обеспечивается этот процесс большим количеством производящих, контролирующих, управляющих установок, приборов, механизмов, которые жестко, продуманно и эффективно связаны в единую технологическую цепочку. Чтобы циклически использовать одну и ту же воду, отработавший пар охлаждают в теплообменниках второго контура циркуляции и вновь направляют к теплообменникам первого контура.
Таким образом, ядерный реактор представляет собой тепловую машину, в которой нагревателем служит уран в рабочей зоне, а холодильником обычно служит вода протекающей мимо электростанции реки. Горячая вода частично направляется на обогрев домов и производственных помещений в городках при АЭС. Коэффициент полезного действия такой тепловой машины, преобразующей тепловую энергию в электрическую, обычно не превышает 30%. По этому показателю атомные электростанции ничем не отличаются от обычных тепловых электростанций.