Question

Где ядро берет энергию для радиоактивного распада?

Радиоактивные ядра не распадаются моментально, а существуют до распада в течении определенного времени. От распада их удерживает энергия активации, которую нужно преодолеть, чтоб ядро распалось. Откуда берется эта энергия, чтоб преодолеть барьер активации внутри ядер? Ядро ведь не получает ее извне, а самопроизвольное увеличение энергии запрещает закон сохранения энергии.

Answer 1

Для радиоактивного распада энергия не требуется, потому что он осуществляется путём туннелирования.

Это когда чтобы преодолеть барьер не надо через него перепрыгивать (беря где-то энергию), а можно как-бы просочиться сквозь стену через тоннель. То есть имея ту же энергию, которая у частицы и была. Это явление называется туннельным эффектом.

Туннельный эффект происходит из-за квантовых свойств частиц (вообще всех) - не иметь чёткого, определённого местонахождения, в том числе и в атомном ядре. Она как бы колеблется в пределах наиболее вероятных своих положений в атоме. Но вероятность оказаться при этом вне действия ядерных сил также существует, какой бы малой эта вероятность не была. Поэтому по прошествии определённого времени (для разных атомов оно разное) срабатывает эта вероятность для частицы оказаться случайно за барьером сильного ядерного действия, после чего она попадает под воздействие кулоновских сил отталкивания (для одноимённых зарядов) и улетает прочь.

Answer 2

Эта энергия в нём запасена изначально, с момента возникновения ядра.

Все элементы во Вселенной, кроме водорода и гелия, возникают при взрывах Сверхновых. По своей энергетике это одни из мощнейших явлений в природе. И вот эта чрезвычайно высокая плотность энергии вкупе с потоком нейтронов гигантской плотности, которым сопровождается коллапс звезды и её вспышка как Сверхновой, и создаёт ядра тяжёлых элементов (тяжелее железа), которые в условиях обычного звёздного нуклеосинтеза возникнуть не могут. Ядра сравнительно лёгких элементов, уже присутствующих в исходном веществе звезды, нашпиговываются нейтронами, часть из которых внутри ядра превращается в протоны, и при этом возникают более тяжёлые элементы. Вплоть до урана (наверное, и трансурановые тоже, но на Земле они просто не дожили до появления средств их обнаружения - то есть нас).

И этот же взрыв разносит ядра и атомы тяжёлых элементов по всей Вселенной. То есть мы, по сути, состоим из звёздного вещества.

Так что изначально энергию в ядра засунули взрывы Сверхновых. Но это, тысызыть, первичный механизм, но не единственный. Ясен пень, что наличие на Земле сравнительно короткоживущих изотопов - "коротко" по сравнению с возрастом Земли - он объяснить не может.

Вторичные механизмы - это те, которые действуют и по сей день: естественная радиация. Она существует двух видов: космическая и природная (то есть радиация, обусловленная наличием радиоактивных изотопов в составе земной коры и/или земного ядра).

С космической радиацией всё понятно: она есть, в составе космических лучей есть частицы и офигенно большой энергии (БАК уныло курит в сторонке...), и эта радиация порождает множество новых изотопов, в том числе и радиоактивных. Наиболее характерный и часто упоминаемый из них - углерод-14, который широко используется для датировки археологических артефактов. То есть опять имеем, что механизм возникновения радиоактивного ядра - внешняя энергия. Космические лучи.

С природной радиоактивностью примерно то же самое. Что-то нам перепало непосредственно от Сверхновых, снабдивших то облако, из которого образовалась Солнечная система, стройматериалами: уран, торий, калий-40, ну там ещё есть по мелочи... Период полураспада этих ядер соизмерим с возрастом Земли (а подчас даже превышает его), поэтому они запросто могли нам достаться в наследство от этого облака.

А вот все остальные радиоактивные элементы возникают за счёт энергии, поставляемой этими исходными. Механизм в целом тот же: распад "первичных" ядер порождает вторичные частицы высокой энергии, которые захватываются ядрами элементов окружающей среды и превращают их в радиоактивные изотопы каких-то других элементов.

Так что в конечном итоге всё опять сводится к взрывам Сверхновых...

<hr />

Мелкое замечание по поводу ответа Natal­ianna: он, безусловно, верен, но он раскрывает механизм того, как ядро распадается, однако не объясняет, почему это ядро образовалось. А вопрос, как я его понял, именно об этом.