Aksariyat atom yadrolari beqaror. Ertami-kechmi ular o'z-o'zidan (yoki fiziklar aytganidek, o'z-o'zidan) kichikroq yadrolar va elementar zarrachalarga parchalanadi, ular odatda deyiladi parchalanish mahsulotlari yoki bolalar elementlari. Emiruvchi zarralar deyiladi boshlang'ich materiallar yoki ota-onalar. Bizga tanish bo'lgan barcha kimyoviy moddalar (temir, kislorod, kaltsiy va boshqalar) kamida bitta barqaror izotopga ega. ( izotoplar yadrosida protonlar soni bir xil bo'lgan kimyoviy elementning navlari deyiladi - bu protonlar soni elementning seriya raqamiga to'g'ri keladi - lekin neytronlarning soni boshqacha.) Bu moddalarning bizga yaxshi ma'lum bo'lishi ularning barqarorligini ko'rsatadi - demak, ular tabiiy sharoitlarda tarkibiy qismlarga bo'linmasdan sezilarli miqdorda to'planish uchun etarlicha uzoq umr ko'rishadi. Ammo tabiiy elementlarning har birida ham beqaror izotoplar mavjud - ularning yadrolarini yadro reaktsiyalari jarayonida olish mumkin, ammo ular uzoq umr ko'rishmaydi, chunki ular tezda parchalanadi.

Radioaktiv elementlar yoki izotoplar yadrolarining parchalanishi uchta asosiy usulda sodir bo'lishi mumkin va tegishli yadroviy parchalanish reaktsiyalari yunon alifbosining birinchi uchta harfi bilan nomlanadi. Da alfa parchalanishi ikkita proton va ikkita neytrondan iborat geliy atomi ajralib chiqadi - u odatda alfa zarrasi deb ataladi. Alfa-parchalanish atomdagi musbat zaryadlangan protonlar sonining ikkiga kamayishiga olib kelganligi sababli, alfa zarrachasini chiqargan yadro Mendeleyev davriy tizimida undan ikki pog'ona pastroqda joylashgan element yadrosiga aylanadi. Da beta parchalanishi yadro elektron chiqaradi va element bir pozitsiya oldinga siljiydi oldinga davriy jadvalga ko'ra (bu holda, mohiyatiga ko'ra, neytron aynan shu elektronning nurlanishi bilan protonga aylanadi). Nihoyat, gamma parchalanishi - bu odatda gamma nurlari deb ataladigan yuqori energiyali fotonlarning emissiyasi bilan yadrolarning parchalanishi. Bunday holda, yadro energiyasini yo'qotadi, ammo kimyoviy element o'zgarmaydi.

Biroq, kimyoviy elementning u yoki bu izotopining beqarorligi o'z-o'zidan bu izotopning ma'lum miqdordagi yadrolarini birlashtirgandan so'ng, siz ularning bir vaqtning o'zida parchalanishining rasmini olasiz degani emas. Aslida, radioaktiv element yadrosining parchalanishi popkorn ishlab chiqarishda makkajo'xori qovurish jarayonini biroz eslatadi: donalar (nuklonlar) bir vaqtning o'zida butunlay oldindan aytib bo'lmaydigan tartibda "kob" (yadro) dan tushadi. , ularning hammasi yiqilguncha. Radioaktiv parchalanish reaktsiyasini tavsiflovchi qonun, aslida, faqat shu haqiqatni aytadi: ma'lum vaqt davomida radioaktiv yadro o'z tarkibida qolgan nuklonlar soniga mutanosib bo'lgan bir qancha nuklonlarni chiqaradi. Ya'ni, "pishirilmagan" kob yadrosida qancha ko'p nuklonlar qolsa, ularning ko'p qismi belgilangan "qovurish" vaqt oralig'ida chiqariladi. Ushbu metaforani matematik formulalar tiliga tarjima qilganda biz radioaktiv parchalanishni tavsiflovchi tenglamani olamiz:

d N = l N d t

qaerda d N- nuklonlarning umumiy soni bilan yadro chiqaradigan nuklonlar soni N vaqtida d t, a λ - eksperimental tarzda aniqlangan radioaktivlik konstantasi o'rganilayotgan modda. Yuqoridagi empirik formula chiziqli differensial tenglama bo‘lib, uning yechimi quyidagi funksiya bo‘lib, u vaqtda yadroda qolgan nuklonlar sonini tavsiflaydi. t:

N = N 0e- lt

qayerda N 0 - kuzatishning dastlabki momentidagi yadrodagi nuklonlar soni.

Shunday qilib, radioaktivlik konstantasi yadro qanchalik tez parchalanishini aniqlaydi. Biroq, eksperimental fiziklar odatda uni emas, balki shunday deb ataladigan narsani o'lchaydilar yarim hayot yadro (ya'ni o'rganilayotgan yadro tarkibidagi nuklonlarning yarmini chiqaradigan davr). Har xil radioaktiv moddalarning turli izotoplari uchun yarim yemirilish davri (nazariy bashoratlarga to'liq muvofiq) soniyaning milliarddan bir qismidan milliardlab yillargacha o'zgarib turadi. Ya'ni, ba'zi yadrolar deyarli abadiy yashaydi, ba'zilari esa tom ma'noda bir zumda parchalanadi (bu erda shuni yodda tutish kerakki, yarim yemirilish davridan keyin asl moddaning umumiy massasining yarmi qoladi, ikki yarim umrdan keyin - massasining to'rtdan bir qismi qoladi. , uchta yarim umrdan keyin - sakkizdan biri va boshqalar d.).

Radioaktiv elementlarning paydo bo'lishiga kelsak, ular turli yo'llar bilan tug'iladi. Xususan, Yerning ionosferasi (atmosferaning yuqori siyrak qatlami) doimiy ravishda yuqori energiyali zarrachalardan tashkil topgan kosmik nurlar tomonidan bombardimon qilinadi ( sm. Elementar zarralar). Ularning ta'siri ostida uzoq umr ko'radigan atomlar beqaror izotoplarga bo'linadi: xususan, yadrosida 6 proton va 8 neytron bo'lgan beqaror uglerod-14 izotopi doimiy ravishda Yer atmosferasidagi barqaror azot-14 dan hosil bo'ladi ( sm. radiometrik tanishish).

Ammo yuqoridagi holat juda ekzotik. Ko'pincha radioaktiv elementlar hosil bo'ladi reaktsiya zanjirlari yadro parchalanishi . Bu asl ("ota") yadroning ikkita "qizi" (shuningdek radioaktiv) ga parchalanishi, o'z navbatida, to'rtta "nabira" yadrosi va boshqalarga aylangan bir qator hodisalarga berilgan nom. Jarayon shu vaqtgacha davom etadi. barqaror izotoplar olinmaguncha. Misol tariqasida yarim yemirilish davri taxminan 4,5 milliard yil bo'lgan uran-238 izotopini (92 proton + 146 neytron) olaylik. Aytgancha, bu davr sayyoramizning yoshiga to'g'ri keladi, ya'ni Yer shakllanishining birlamchi moddasi tarkibidagi uran-238 ning qariyb yarmi hali ham Yer elementlarining jami tarkibiga kiradi. tabiat. Uran-238 toriy-234 ga aylanadi (90 proton + 144 neytron), uning yarimparchalanish davri 24 kun. Toriy-234 palladiy-234 (91 proton + 143 neytron) ga aylanadi, yarimparchalanish davri 6 soat - va hokazo.O'ndan ortiq parchalanish bosqichlaridan so'ng, nihoyat, qo'rg'oshin-206 ning barqaror izotopi olinadi.

Radioaktiv parchalanish haqida ko'p gapirish mumkin, ammo bir nechta fikrlarni ta'kidlash kerak. Birinchidan, agar biz boshlang'ich material sifatida bitta radioaktiv izotopning sof namunasini olsak ham, u turli tarkibiy qismlarga parchalanadi va tez orada biz muqarrar ravishda turli yadro massalariga ega bo'lgan turli xil radioaktiv moddalarning butun "guldastasini" olamiz. Ikkinchidan, atom parchalanishi reaktsiyalarining tabiiy zanjirlari bizni radioaktivlik tabiiy hodisa ekanligiga ishontiradi, u insoniyatdan ancha oldin mavjud bo'lgan va radiatsiyaviy fonga ega bo'lganligi uchun ruhga gunoh qilish va faqat inson tsivilizatsiyasini ayblashning hojati yo'q. er yuzida. Uran-238 Yerda yaratilganidan beri mavjud bo'lib, chirigan, parchalanadi - va parchalanadi va atom elektr stansiyalari bu jarayonni, aslida, bir foizga tezlashtiradi; Shunday qilib, ular sizga va menga tabiat tomonidan taqdim etilgan narsalardan tashqari, ayniqsa zararli ta'sir ko'rsatmaydi.

Nihoyat, radioaktiv atom parchalanishining muqarrarligi insoniyat uchun ham potentsial muammolarni, ham imkoniyatlarni taqdim etadi. Xususan, uran-238 yadrolarining parchalanish reaktsiyalari zanjirida radon-222 hosil bo'ladi - rangi, hidi va ta'mi bo'lmagan, hech qanday kimyoviy reaktsiyalarga kirmaydigan, chunki u kimyoviy hosil qilish qobiliyatiga ega emas. obligatsiyalar. bu inert gaz, va u tom ma'noda sayyoramizning ichaklaridan oqib chiqadi. Odatda bu bizga hech qanday ta'sir qilmaydi - u shunchaki havoda eriydi va engilroq elementlarga bo'linmaguncha u erda kichik konsentratsiyada qoladi. Ammo, agar bu zararsiz radon uzoq vaqt davomida ventilyatsiya qilinmagan xonada qolsa, vaqt o'tishi bilan uning parchalanish mahsulotlari u erda to'plana boshlaydi - va ular inson salomatligi uchun zararli (nafas olishda). Shunday qilib, biz "radon muammosi" deb ataladigan narsaga erishamiz.

Boshqa tomondan, kimyoviy elementlarning radioaktiv xossalariga oqilona yondashsa, odamlarga katta foyda keltiradi. Radioaktiv fosfor, xususan, endi suyak sinishining rentgenografik rasmini olish uchun yuboriladi. Uning radioaktivlik darajasi minimal va bemorning sog'lig'iga zarar etkazmaydi. Tananing suyak to'qimalariga oddiy fosfor bilan birga kirib, u fotosensitiv uskunaga mahkamlash va singan suyakni tom ma'noda ichkaridan suratga olish uchun etarli miqdorda nurlar chiqaradi. Shunga ko'ra, jarrohlar murakkab sinishni ko'r-ko'rona va tasodifiy emas, balki bunday tasvirlardan sinish tuzilishini oldindan o'rganib chiqish imkoniyatiga ega bo'lishadi. Umuman olganda, ilovalar rentgenografiya fan, texnologiya va tibbiyotda son-sanoqsiz. Va ularning barchasi bir xil printsip bo'yicha ishlaydi: atomning kimyoviy xossalari (aslida, tashqi elektron qobiqning xususiyatlari) moddani ma'lum bir kimyoviy guruhga kiritish imkonini beradi; keyin ushbu moddaning kimyoviy xossalaridan foydalanib, atom "kerakli joyga" etkaziladi, shundan so'ng ushbu element yadrolari xususiyatidan foydalanib, fizika qonunlarida belgilangan "jadval" ga qat'iy muvofiq parchalanadi, parchalanish mahsulotlari qayd etiladi.

Radioaktivlikni o'rganish bizni radioaktiv nurlanish radioaktiv elementlarning atom yadrolari tomonidan chiqarilishiga ishontiradi. Bu zarrachalarga nisbatan aniq, chunki ular elektron qobiqda mavjud emas. Zarrachalarning yadroviy kelib chiqishi kimyoviy tajribalar bilan isbotlangan. Agar zarralar yadrolar tomonidan chiqarilsa, radioaktivlik atomning kimyoviy tabiatining o'zgarishiga olib kelishi kerak. Haqiqatan ham, elektron yadrodan manfiy zaryad birligini olib ketadi, ya'ni yadroning musbat zaryadini bir marta oshiradi. Yadro endi o'z atrofida emas, balki elektronlarni ushlab turadi; radioaktiv atom davriy jadvaldagi keyingi elementning atomiga aylanadi. Haqiqatan ham, kimyoviy tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, nurlanish chiqaradigan moddalarda seriya raqami emitentning seriya raqamidan bir birlik yuqori bo'lgan element atomlari to'planadi.

Zarrachalarning emissiyasi yadro zaryadini ham o'zgartiradi va shuning uchun ham radioaktiv atomning kimyoviy tabiatining o'zgarishiga olib kelishi kerak. Ushbu bashorat tajribalar bilan to'liq tasdiqlanadi.

Shunday qilib, nurlanish natijasida radioaktiv elementning atomlari o'zgaradi va yangi element atomlariga aylanadi.

Shu ma'noda radioaktiv nurlanishning emissiyasi radioaktiv parchalanish deb ataladi. Parchalanish - zarrachalar chiqishi va parchalanish - zarrachalar emissiyasini farqlang.

Zarracha ikki birlik musbat zaryadni va to'rt birlik massani olib ketganligi sababli, parchalanish natijasida radioaktiv element seriya raqami ikki birlik, massa soni esa to'rt birlik kam bo'lgan boshqa elementga aylanadi. . Zarrachaning massasi atom massa birligiga nisbatan ahamiyatsiz; shuning uchun zarrachaning emissiyasi yadroning massa sonini o'zgartirmaydi. Binobarin, yemirilish natijasida radioaktiv element seriya raqami bir kattaroq va bir xil massa raqamiga ega elementga aylanadi.

Davriy sistemadagi elementning parchalanish ta’sirida siljishini ko‘rsatuvchi bu qoidalar siljish qoidalari deb ataladi.

Radioaktiv parchalanish radioaktiv element atomlari sonining doimiy kamayishiga olib keladi. Uran, toriy va radiyda parchalanish tezligi shunchalik sekinki, bu elementlar atomlari sonining kamayishi bir necha yil davomida ham sezilmaydi. Biroq, tez parchalanadigan radioaktiv elementlarning ko'pligi mavjud. Masalan, vismutning massa soni 210 bo'lgan radioaktiv izotopini (radiy) ko'rib chiqaylik. juda oz miqdorda mavjud bo'lgan radiydan ajratilgan. Massasi bo'yicha ahamiyatsiz miqdorlar kuchli nurlanish bilan osongina aniqlanadi. Vaqti-vaqti bilan gaz chiqarish hisoblagichi yordamida preparatning vaqt birligida chiqaradigan zarrachalar sonini o'lchab, bu raqam asta-sekin kamayib borishini aniqlaymiz. Vaqt o'tishi bilan faollikning pasayishi grafigi rasmda ko'rsatilgan. 388.

Guruch. 388

Grafikdan ko'rinib turibdiki, 5 kundan keyin faollik boshlang'ichga, 10 kundan keyin - boshlang'ichga, 15 kundan keyin - boshlang'ichga teng bo'ladi va hokazo. Har 5 kunda faollik ikki barobarga kamayadi. Ammo faollikni yarmiga kamaytirish uchun preparatni yarmiga bo'lish kifoya. Shuning uchun atomlar soni har 5 kunda ikki barobar kamayadi.

Radioaktiv modda atomlarining yarmi parchalanadigan vaqt oralig'i yarim yemirilish davri deb ataladi. Shunday qilib, parchalanishi rasmda ko'rsatilgan modda. 388 ning yarim yemirilish davri 5 kun. Dastlabki momentda radioaktiv moddaning atomlari soni ga teng bo'lsin. Ushbu moddaning yarim yemirilish davrini belgilaymiz. Yarim yemirilish davri tugagandan so'ng, ya'ni hozirgi vaqtda parchalanmagan atomlar soni aniq tengdir.

ni almashtirsak, olamiz

Bizning munosabatimiz (215.1) yarim yemirilish davrining ko'paytmalari bo'lgan vaqt oraliqlari uchun (ya'ni, butun sonlar uchun) amalga oshiriladi; u har qanday uchun ham tegishli ekanligini isbotlash mumkin, ammo. Yemirmagan radioaktiv atomlar sonining vaqtga bog'liqligini beruvchi munosabat (215.1) radioaktiv parchalanish qonuni deyiladi.

Yarim yemirilish davri radioaktiv moddaning asosiy xususiyatlaridan biridir. Ko'pgina tajribalar shuni ko'rsatdiki, radioaktiv moddaning yarimparchalanish davri qat'iy doimiy qiymat bo'lib, uni sovutish, isitish, bosim, magnit maydon, kimyoviy kuchlar va boshqalar kabi ta'sirlar (bizda mavjud bo'lgan chegaralar ichida) bilan o'zgartirib bo'lmaydi. Mustaqilligi. tashqi sharoitlardan yarim yemirilish davri bizni ajablantirmasligi kerak. Radioaktiv parchalanish atom yadrolariga xos xususiyat boʻlib, oddiy yer taʼsirining energiyasi atom yadrosini oʻzgartirish uchun yetarli emas (§208).

Qisqa muddatli yadrolarning yarimparchalanish davrini o'lchash radiatsiya intensivligi yarmiga tushadigan vaqt oralig'ini aniqlashga qisqartiriladi. Uzoq muddatli yadrolarning yarim yemirilish muddatini vaqt birligida parchalanadigan atomlar sonini oʻlchash (shu vaqt ichida chiqarilgan zarrachalar soniga teng) va namunadagi atomlarning umumiy sonini bilish orqali hisoblash mumkin. Darhaqiqat, ma'lum vaqt ichida parchalanadigan atomlar sonining nisbati yarimparchalanish davriga bog'liq. Yarimparchalanish davri qanchalik qisqa bo'lsa, parchalanish tezroq va bir vaqtning o'zida atomlarning ulushi shunchalik ko'p bo'ladi.

Bunday o'lchovlar radiyning yarim umrini 1600 yilga beradi. Tabiiyki, bir yil tartibidagi vaqt oralig'ida radiyning kamayishi shunchalik kichikki, uning faolligidagi o'zgarish deyarli sezilmaydi.

Geologiyadan ma'lumki, foydali qazilmalarning yoshi millionlab yillar bilan o'lchanadi. Geologik miqyosdagi vaqt oralig'ida radiyning parchalanishi uning butunlay yo'q bo'lib ketishiga olib kelishi kerak edi. Shubhasiz, tabiatda parchalanish bilan birga yangi radiy atomlari paydo bo'ladi. Radiy har doim uranda va faqat uran rudalarida bo'lishi yangi radiy atomlarining manbai uranning radioaktiv parchalanishidan dalolat beradi.

Uran radioaktiv moddadir, ya'ni zarrachalar chiqaradi. Uranning yarim yemirilish davri (aniqrog‘i, uranning atom massasi 238 bo‘lgan asosiy izotopi) faolligi bilan o‘lchanadigan bo‘lsa, 4,5 mlrd. Hatto geologik vaqt shkalasida ham uranning parchalanishi juda sekin.

yadroning parchalanishi, siljish qoidalariga ko'ra, zaryad va massa soniga ega bo'lgan yadro, ya'ni toriyning izotopi hosil bo'lishiga olib keladi. Toriyning bu izotopi, aks holda uran-x-bir deb nomlanuvchi, shuningdek, zarrachalarni chiqaradigan radioaktiv moddaga aylanadi. Parchalanish mahsuloti atom massasi 234 bo'lgan protaktiniy elementining izotopi bo'lib chiqadi, aks holda deyiladi. Bu izotop yana radioaktivdir va hokazo. Uranning radioaktiv oilasi deb ataladigan uranning ketma-ket parchalanish mahsulotlari zanjiri rasmda ko'rsatilgan. 389. Uran atomi 14 ta ketma-ket parchalanishdan keyingina radioaktiv bo'lmagan yoki ular aytganidek, qo'rg'oshinning barqaror izotopiga aylanadi.

Uranning parchalanishi oxir-oqibat qo'rg'oshinning to'planishiga olib keladi. Darhaqiqat, uran rudalarida doimo qo'rg'oshin mavjud. Albatta, uranning parchalanish zanjirining barcha oraliq mahsulotlari ham uran rudalarida to‘planadi. Radiy bu zanjirdagi beshinchi mahsulotdir. , yuqorida muhokama qilingan, radiyning parchalanish zanjiridagi ettinchi mahsulotdir. Radiyning birinchi avlodi radioaktiv inert gaz radondir (ba'zan radiyning chiqishi deb ataladi).

Radioaktiv transformatsiya mahsulotlarining to'planishi ularning parchalanishi bilan cheklanadi. Moddaning yarimparchalanish davri qanchalik qisqa bo'lsa, u shunchalik tez parchalanadi va uning asosiy moddadagi (uran yoki radiy) miqdori kamayadi.

Har qanday radioaktiv transformatsiya, biz bilganimizdek, zarracha yoki zarraning emissiyasi bilan bog'liq. Ba'zi transformatsiyalar parchalanish bilan ham birga keladi

Tabiatda uran oilasidan tashqari yana ikkita radioaktiv oila mavjud. Ulardan birining ajdodi toriy, ikkinchisining ajdodi uranning noyob izotopidir.

Yadro fizikasi fizikaning atom yadrolarining tuzilishi va xossalarini oʻrganuvchi boʻlimi. Yadro fizikasi ham radioaktiv parchalanish natijasida, ham turli yadro reaksiyalari natijasida sodir boʻladigan atom yadrolarining oʻzaro oʻzgarishlarini oʻrganish bilan ham shugʻullanadi. Uning asosiy vazifasi nuklonlar o'rtasida ta'sir qiluvchi yadro kuchlarining tabiatini va yadrolardagi nuklonlar harakatining o'ziga xos xususiyatlarini yoritish bilan bog'liq. Protonlar va neytronlar atom yadrosini tashkil etuvchi asosiy elementar zarralardir. Nuklon ikki xil zaryad holatiga ega bo'lgan zarracha: proton va neytron. Asosiy zaryad- yadrodagi protonlar soni, Mendeleyev davriy sistemasidagi elementning atom raqami bilan bir xil. izotoplar- bir xil zaryadga ega yadrolar, agar nuklonlarning massa soni har xil bo'lsa.

izobarlar- bular nuklonlari soni bir xil, zaryadlari turlicha bo'lgan yadrolar.

Nuklid qiymatlarga ega o'ziga xos yadrodir. Maxsus bog'lanish energiyasi- yadroning bir nukloniga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasi. U eksperimental tarzda aniqlanadi. Yadroning asosiy holati- bu bog'lanish energiyasiga teng bo'lgan eng kam energiyaga ega bo'lgan yadro holati. Yadroning qo'zg'aluvchan holati- bu energiya, katta bog'lanish energiyasiga ega bo'lgan yadroning holati. Korpuskulyar-to'lqinli dualizm. fotoelektrik effekt Yorug'lik qo'sh korpuskulyar-to'lqinli tabiatga ega, ya'ni korpuskulyar-to'lqinli dualizm: birinchidan: to'lqin xossalariga ega; ikkinchidan: u zarralar oqimi - fotonlar vazifasini bajaradi. Elektromagnit nurlanish nafaqat kvantlar tomonidan chiqariladi, balki tarqaladi va elektromagnit maydonning zarralari (korpuskulalari) - fotonlar shaklida so'riladi. Fotonlar aslida elektromagnit maydonning mavjud zarralaridir. Kvantlash atomning statsionar holatlariga mos keladigan elektron orbitalarini tanlash usulidir.

RADIOFAOLLIK

Radioaktivlik - atom yadrosining zarrachalar chiqishi bilan o'z-o'zidan parchalanish qobiliyati deb ataladi. Yadro izotoplarining tabiiy muhitda o'z-o'zidan parchalanishi deyiladi tabiiy radioaktivlik - bu tabiiy ravishda paydo bo'lgan beqaror izotoplarda kuzatilishi mumkin bo'lgan radioaktivlikdir. Va inson faoliyati natijasida laboratoriyalar sharoitida – sun'iy radioaktivlik - yadro reaksiyalari natijasida olingan izotoplarning radioaktivligi. Radioaktivlik hamroh bo'ladi

bir kimyoviy elementning boshqasiga aylanishi va har doim energiya chiqishi bilan birga keladi. Har bir radioaktiv element uchun miqdoriy hisoblar o'rnatilgan. Demak, bir atomning bir soniyada yemirilish ehtimoli bu elementning yemirilish konstantasi bilan tavsiflanadi va radioaktiv namunaning yarmi parchalanish vaqti yarim yemirilish davri deb ataladi.Bir vaqt ichida namunadagi radioaktiv parchalanishlar soni. ikkinchisi deyiladi radioaktiv preparatning faolligi. SI tizimidagi faollik birligi Bekkerel (Bq): 1 Bq = 1 yemirilish / 1 s.

radioaktiv parchalanish statik jarayon bo‘lib, radioaktiv element yadrolari bir-biridan mustaqil ravishda parchalanadi. RADIOAKTİV ERISH TURLARI

Radioaktiv parchalanishning asosiy turlari:

Alfa - parchalanish

Alfa zarralari faqat og'ir yadrolar tomonidan chiqariladi, ya'ni. ko'p sonli proton va neytronlarni o'z ichiga oladi. Og'ir yadrolarning kuchi past. Yadroni tark etish uchun nuklon yadro kuchlarini engib o'tishi kerak va buning uchun u etarli energiyaga ega bo'lishi kerak. Ikki proton va ikkita neytronni alfa zarrachaga birlashtirganda, bunday birikmadagi yadro kuchlari eng kuchli va boshqa nuklonlar bilan bog'lanish zaifroq bo'ladi, shuning uchun alfa zarrasi yadrodan "qochib qutula oladi". Chiqarilgan alfa zarrasi 2 birlik musbat zaryad va 4 birlik massani olib ketadi. Alfa-parchalanish natijasida radioaktiv element boshqa elementga aylanadi, uning seriya raqami 2 birlik, massa soni esa 4 birlik kam.Emiruvchi yadro ota-ona va hosil bo'lgan bola deb ataladi. Qiz yadrosi odatda radioaktiv bo'lib, bir muncha vaqt o'tgach parchalanadi. Radioaktiv parchalanish jarayoni barqaror yadro, ko'pincha qo'rg'oshin yoki vismut yadrosi paydo bo'lguncha davom etadi.

beta parchalanishi

Beta-parchalanish hodisasi shundaki, ba'zi elementlarning yadrolari o'z-o'zidan elektronlar va juda kichik massali elementar zarracha - antineytrino chiqaradi. Yadrolarda elektronlar boʻlmagani uchun atom yadrosidan beta-nurlarning paydo boʻlishini yadro neytronlarining proton, elektron va antineytrinoga parchalanish qobiliyati bilan izohlash mumkin. Yangi paydo bo'lgan proton yangi hosil bo'lgan yadroga o'tadi. Yadrodan chiqarilgan elektron beta nurlanish zarrasi hisoblanadi. Bu neytron parchalanish jarayoni neytronlari ko'p bo'lgan yadrolar uchun xosdir. Beta-parchalanish natijasida bir xil massa soniga ega, ammo zaryadi birlik bilan kattaroq bo'lgan yangi yadro hosil bo'ladi.

Gamma parchalanishi- mavjud emas. Radioaktiv emissiya jarayonida atomlarning yadrolari gamma kvantlarni chiqarishi mumkin. Gamma nurlarining emissiyasi atom yadrosining parchalanishi bilan birga kelmaydi. Gamma nurlanishi ko'pincha alfa yoki beta parchalanish hodisalariga hamroh bo'ladi. Alfa va beta parchalanish davrida yangi hosil bo'lgan yadro dastlab qo'zg'aluvchan holatda bo'ladi va u normal holatga kelganda gamma kvantlarni chiqaradi. Radioaktiv nurlanish alfa zarralari, beta zarralari va gamma kvantlardan iborat bo'lganligi sababli, radioaktivlik hodisasi yadro, atom va umuman materiyaning massasi va energiyasini yo'qotish bilan birga keladi.

g yemirilishi– atom yadrosi tomonidan g-kvantalarning chiqishi;

spontan bo'linish- atom yadrosining solishtirma massali ikki yoki uchta bo'laklarga parchalanishi.

16 Kimyo - bu bittasi tarmoqlar tabiatshunoslik, uning predmeti kimyoviy elementlar ( atomlar), ular tomonidan hosil qilingan oddiy va murakkab moddalar (molekulalar), ularning o'zgarishi va qonunlar bu o'zgarishlarga bog'liq.

Kimyo- kimyoviy elementlar, ularning birikmalari va kimyoviy reaksiyalar natijasida sodir bo'ladigan o'zgarishlar haqidagi fan. U yoki bu ob'ekt qanday moddalardan iboratligini o'rganadi; nima uchun va qanday zanglaydi temir, va nima uchun qalay zanglamaydi; tanadagi oziq-ovqat bilan nima sodir bo'ladi; nima uchun tuz eritmasi elektr tokini o'tkazadi, lekin shakar eritmasi o'tmaydi; nima uchun ba'zi kimyoviy o'zgarishlar tez, boshqalari esa sekin sodir bo'ladi.

Kimyo- yangi oddiy va murakkab moddalarning tarkibi, tuzilishi, o'zgarishi va o'zgarishi haqidagi fan. Kimyo, deydi Engels, miqdoriy tarkibning o'zgarishi ta'sirida jismlardagi sifat o'zgarishlari haqidagi fan deyish mumkin.

Kimyo.- yunoncha. moddalar, jismlarning parchalanishi va tarkibi, parchalanmaydigan elementlarni, asoslarni izlash haqidagi fan.

Kimyo o'zboshimchalik bilan bir nechta bo'limlarga bo'lingan, ularni kimyoning boshqa sohalaridan ham, boshqa fanlardan ham (fizika, geologiya, biologiya) aniq ajratib bo'lmaydi. Noorganik kimyo koʻpchilik uglerod birikmalaridan tashqari elementlar va ularning birikmalarining kimyoviy tabiatini oʻrganish bilan shugʻullanadi.

Organik kimyo asosan uglerod va vodoroddan tashkil topgan birikmalarni oʻrganadi. Uglerod atomlari bir-biri bilan qoʻshilib, chiziqli va shoxlangan halqalar va uzun zanjirlar hosil qilishi mumkinligi sababli, bunday birikmalar yuz minglab mavjud. Ko'mir va neft organik birikmalardan iborat bo'lib, ular tirik organizmlarning asosini tashkil qiladi. Organik kimyogarlar ko'mir, neft, o'simlik materiallaridan sintetik tolalar, pestitsidlar, bo'yoqlar, dori-darmonlar, plastmassalar va boshqa ko'plab foydali narsalarni olishni o'rgandilar.

Radiokimyo - bu yuqori energiyali nurlanishning moddalarga kimyoviy ta'siri haqidagi fan; radioaktiv izotoplarning harakatini ham o'rganadi Fizik kimyo kimyoviy tizimlarni o'rganish uchun fizik usullardan foydalanadi. Unda kimyoviy jarayonlarning energiyasi masalalari katta o'rin egallaydi; kimyoning tegishli bo'limi kimyoviy termodinamika deb ataladi. Eng muhim sohalarga kimyoviy kinetika va molekulalarning tuzilishi kiradi. Elektrokimyo - elektr toki ta'sirida sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlarni, shuningdek kimyoviy usullar bilan elektr energiyasini ishlab chiqarish usullarini o'rganadi. Boshqa sohalar qatorida kolloid kimyo (u dispers tizimlarning xatti-harakatlarini o'rganish bilan shug'ullanadi), sirt hodisalari kimyosi va statistik mexanikani ta'kidlash kerak.

Analitik kimyo - kimyoning eng qadimgi sohasi. U murakkab moddalarning oddiyroqlarga parchalanishi, moddalarning o'zi va ularning tarkibiy qismlarini tahlil qilish bilan shug'ullanadi. Bugungi kunda u muntazam jarayonlarni, ma'lumotlarni yig'ish va qayta ishlashni avtomatlashtirish uchun murakkab jismoniy uskunalar va kompyuterlardan keng foydalanmoqda.

Biokimyo tirik organizmlarda sodir bo'ladigan eng murakkab kimyoviy jarayonlarni o'rganadi. Biokimyogar organik kimyoni batafsil bilishi, tahlil qilishning ko'plab kimyoviy va fizik usullarini egallashi kerak. Biokimyo va molekulyar biologiya biokimyoga qo'shiladi.

Geokimyo yer qobig'ida sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlarni o'rganish bilan shug'ullanadi. U minerallarning hosil boʻlishini, togʻ jinslarining metamorfozini, neftning hosil boʻlishini oʻrganadi, organik kimyo va biokimyo, shuningdek fizika va fizik kimyo bilan kesishadi.

Kimyoviy element bir xil atomlardan tashkil topgan oddiy moddadir.

Turli xil kimyoviy elementlarning tabiati har xil, masalan, ko'pgina kimyoviy elementlar tabiatda sof holda uchraydi, kimyoviy elementlarning bir qismini parchalanish yo'li bilan murakkab moddadan ajratib olish yoki sun'iy yo'l bilan yangi kimyoviy elementni sintez qilish mumkin.

Kimyoviy elementlarning atomlari - bu bizning atrofimizdagi barcha jismlar qurilgan qurilish materialining bir turi.

Tabiatda yuzga yaqin turli xil kimyoviy elementlar mavjud. Va bizni o'rab turgan hamma narsaning asosi bo'lgan bu yuz element. Atomlar molekulalarga mutlaqo boshqa yo'llar bilan birlashtirilishi mumkin, ular raqamlanmagan.

Boshqa narsalar qatorida, har biri kimyoviy element o'z nomi bor. Oltingugurt, vodorod, simob, mishyak va boshqalar kabi nomlarni hamma eshitgan bo'lishi mumkin. Bu kimyoviy elementlarning nomlari. Ammo rus tilidagi nomlaridan tashqari, kimyoviy elementlar ham xalqaro standart belgilarga ega. Masalan, vodorod H, kislorod O va hokazo.

Ko'pincha moddalar tasniflash ikkita eng muhim ko'rsatkichga ko'ra - ularning tuzilishi va tarkibi.

molekulyar va molekulyar bo'lmagan . Molekulyar moddalar, ya'ni molekulalardan tashkil topgan moddalar katta ko'pchilikni tashkil qiladi. Molekulyar bo'lmagan moddalarda atomlar molekulalarga birlashmasdan darhol makroskopik jismlarni hosil qiladi.

Molekulyar bo'lmagan tuzilishga ega bo'lgan moddalar uchun faqat empirik formulalar xarakterlidir, ular takrorlanuvchi fragmentda qaysi atomlar va qancha miqdorda mavjudligini ko'rsatadi. Bizning misolimizda moddaning empirik formulasi SiO 2 va bu eng oddiy qumdan boshqa narsa emas.

organik va noorganik. So'z organik so'zidan kelib chiqqan organizm, ya'ni yashash, yashash. Darhaqiqat, Yerdagi barcha tirik moddalar juda ko'p turli xil organik moddalardan iborat. Bir necha asrlar oldin, organik moddalarni faqat o'simliklar va hayvonlarda topish mumkinligiga ishonishgan, ammo bugungi kunda biz ularni yovvoyi tabiatdan uzoqda uchratamiz: bular plastmassalar, plastmassalar, yopishtiruvchi moddalar, bo'yoqlar, sintetik matolar va boshqa ko'plab materiallar.

Organik moddalar o'zlarining mavjudligi uchun bitta element - uglerodga qarzdor. Boshqa elementlardan farqli o'laroq, bu ajoyib xususiyatga ega bo'lgan ugleroddir: uning atomlari bir-biri bilan to'g'ridan-to'g'ri birlasha oladi va barcha turdagi elementlarni hosil qiladi. zanjirlar va halqalar.

uglerod zanjiriuglerod halqasi

Uglerod zanjirlari va halqalariga asoslangan moddalar deyiladi organik. Masalan, yuqoridagi zanjir shunday organik molekulaning asosini tashkil qilishi mumkin

Boshqa barcha moddalar, ya'ni tarkibida uglerod zanjirlari va halqalari bo'lmaganlar deyiladi noorganik . Biroq, ular tirik organizmlarning bir qismi bo'la olmaydi, deb o'ylash noto'g'ri bo'lar edi. Demak, suv - busiz hayotni umuman tasavvur qilib bo'lmaydigan modda, shubhasiz, noorganikdir. Grafikda ( guruch. 2) ko'rinib turibdiki, noorganik moddalar organiklarga qaraganda ancha kam: ular boshqa barcha kimyoviy elementlarni tashkil etishiga qaramay, atigi 700 mingga yaqin. Noorganik moddalar, o'z navbatida, ikkita keng guruhni tashkil qiladi: oddiy va murakkab.

Oddiy faqat bitta elementning atomlaridan tashkil topgan moddalar deb ataladi, masalan, H 2, O 2, Fe, Au. Qoida tariqasida, element va u tomonidan hosil qilingan oddiy modda bir xil nomga ega: vodorod, kislorod, temir, oltin. Oddiy moddalar, shuningdek ularga mos keladigan kimyoviy elementlar ikki sinfga bo'linadi: metallar va metall bo'lmaganlar. Metallar metall bo'lmaganlardan yaxshi issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi, egiluvchanligi, xarakterli yorqinligi (3-rasm) va boshqa bir qator xususiyatlar bilan farqlanadi.

murakkab turli elementlarning atomlari tomonidan hosil qilingan noorganik moddalar deb ataladi. Murakkab moddalar yoki ular ham deyilganidek - kimyoviy birikmalar, - tuzilishi va xususiyatlari bo'yicha nihoyatda xilma-xil. Ular jonsiz tabiatning asosiy qismini tashkil qiladi (4-rasm), garchi biz allaqachon bilganimizdek, ularni tirik organizmlarda ham uchratish mumkin.

Ma'lum bo'lgan 2500 ta atom yadrolarining deyarli 90% barqaror emas. Beqaror yadro zarrachalar chiqishi bilan o'z-o'zidan boshqa yadrolarga aylanadi. Yadrolarning bu xossasi deyiladi radioaktivlik . Katta yadrolar uchun beqarorlik yadro kuchlari tomonidan nuklonlarni jalb qilish va protonlarning kulon itilishi o'rtasidagi raqobat tufayli yuzaga keladi. Zaryad raqami bilan barqaror yadrolar Z> 83 va massa raqami A> 209 mavjud emas. Ammo soni ancha past bo'lgan atomlarning yadrolari ham radioaktiv bo'lishi mumkin. Z va A. Agar yadroda neytronlarga qaraganda sezilarli darajada ko'p protonlar bo'lsa, unda beqarorlik Kulon o'zaro ta'sirining ortiqcha energiyasidan kelib chiqadi. Ortiqcha neytronlarni o'z ichiga olgan yadrolar neytron massasi proton massasidan ko'p bo'lganligi sababli beqarordir. Yadro massasining ortishi uning energiyasining oshishiga olib keladi.

Radioaktivlik hodisasi 1896-yilda fransuz fizigi A.Bekkerel tomonidan kashf etilgan boʻlib, uran tuzlari yorugʻlik uchun shaffof boʻlmagan toʻsiqlar orqali oʻtib, fotografik emulsiyaning qorayishiga olib keladigan nomaʼlum nurlanishlar chiqarishini aniqladi. Ikki yildan soʻng fransuz fiziklari M. va P. Kyurilar toriyning radioaktivligini aniqladilar va ikkita yangi radioaktiv element — poloniy va radiyni kashf etdilar.

Keyingi yillarda radioaktiv nurlanish tabiatini oʻrganish bilan koʻplab fiziklar, jumladan E.Rezerford va uning shogirdlari shugʻullandilar. Radioaktiv yadrolar uch xil: musbat va manfiy zaryadlangan va neytral zarrachalarni chiqarishi mumkinligi aniqlandi. Bu uch xil nurlanish a-, b- va g-nurlanishlar deb ataldi. Shaklda. 6.7.1 radioaktiv nurlanishning murakkab tarkibini aniqlash imkonini beradigan tajriba sxemasini ko'rsatadi. Magnit maydonda a- va b-nurlari qarama-qarshi yo'nalishda, b-nurlari esa ko'proq og'ishadi. magnit maydondagi g-nurlari umuman chetga chiqmaydi.

Ushbu uch turdagi radioaktiv nurlanish moddalar atomlarini ionlash qobiliyati va shunga mos ravishda kirib borish qobiliyati bilan bir-biridan juda farq qiladi. a-nurlanish eng kam kirish kuchiga ega. Havoda, normal sharoitda, a-nurlari bir necha santimetr masofani bosib o'tadi. b-nurlari materiya tomonidan ancha kam so'riladi. Ular bir necha millimetr qalinlikdagi alyuminiy qatlamidan o'tishga qodir. g-nurlari 5-10 sm qalinlikdagi qo'rg'oshin qatlamidan o'ta oladigan eng yuqori penetratsion kuchga ega.

20-asrning ikkinchi oʻn yilligida E.Rezerford atomlarning yadroviy tuzilishini kashf etgandan soʻng, radioaktivlik t. atom yadrolarining xossasi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, a-nurlar a-zarrachalar oqimini - geliy yadrolarini, b-nurlari elektronlar oqimini, g-nurlari juda qisqa to'lqin uzunligi l bo'lgan qisqa to'lqinli elektromagnit nurlanishni ifodalaydi.< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. является потоком частиц – γ-квантов.

Alfa parchalanishi . Alfa-parchalanish - bu atom yadrosining protonlar soni bilan o'z-o'zidan o'zgarishi. Z va neytronlar N protonlar sonini o'z ichiga olgan boshqa (qizi) yadroga Z– 2 va neytronlar N- 2. Bunda a-zarracha - geliy atomining yadrosi chiqariladi. Bunday jarayonga radiyning a-emirilishi misol bo'la oladi:

Radiy atomlari yadrolari tomonidan chiqariladigan alfa zarralari Rezerford tomonidan og'ir elementlarning yadrolari tomonidan tarqalish bo'yicha tajribalarda ishlatilgan. Radiy yadrolarining a-yemirilishi vaqtida chiqadigan a-zarrachalarning magnit maydonda traektoriyaning egri chizig'i bo'ylab o'lchanadigan tezligi taxminan 1,5 10 7 m/s ga teng, mos keladigan kinetik energiya esa taxminan 7,5 10 -13 ga teng. J (taxminan 4,8 MeV). Bu qiymatni ota-ona va qiz yadrolari va geliy yadrolari massalarining ma'lum qiymatlaridan osongina aniqlash mumkin. Chiqarilgan a-zarrachaning tezligi juda katta bo'lsa-da, u hali ham yorug'lik tezligining atigi 5% ni tashkil qiladi, shuning uchun hisoblashda kinetik energiya uchun relativistik bo'lmagan ifodadan foydalanish mumkin.

Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, radioaktiv modda bir nechta diskret energiya qiymatlariga ega bo'lgan a-zarrachalarni chiqarishi mumkin. Bu yadrolar atomlar kabi turli xil qo'zg'aluvchan holatda bo'lishi mumkinligi bilan izohlanadi. Qiz yadrosi a-emirilish vaqtida ushbu qo'zg'aluvchan holatlardan birida bo'lishi mumkin. Ushbu yadroning asosiy holatga keyingi o'tishida g-kvant chiqariladi. Kinetik energiyaning ikki qiymatiga ega bo'lgan a-zarrachalar emissiyasi bilan radiyning a-emirilish sxemasi shaklda ko'rsatilgan. 6.7.2.

Shunday qilib, yadrolarning a-yemirilishi ko'p hollarda g-nurlanish bilan birga kechadi.

a-emirilish nazariyasida yadrolar ichida ikkita proton va ikkita neytrondan tashkil topgan guruhlar, ya'ni a-zarrachalar hosil bo'lishi mumkin, deb taxmin qilinadi. Asosiy yadro a-zarralar uchun potentsial teshik , bu potentsial to'siq bilan cheklangan. Yadrodagi a-zarrachaning energiyasi bu to'siqni yengib o'tish uchun etarli emas (6.7.3-rasm). Yadrodan a-zarrachaning chiqishi faqat kvant-mexanik hodisa tufayli mumkin. tunnel effekti . Kvant mexanikasiga ko'ra, zarrachaning o'tishining nolga teng bo'lmagan ehtimoli mavjud ostida potentsial to'siq. Tunnellanish hodisasi ehtimollik xususiyatiga ega.

beta parchalanishi . Beta-emirilishda yadrodan elektron chiqariladi. Elektronlar yadrolar ichida bo'la olmaydi, ular neytronning protonga aylanishi natijasida b-emirilish paytida paydo bo'ladi. Bu jarayon nafaqat yadro ichida, balki erkin neytronlarda ham sodir bo'lishi mumkin. Erkin neytronning o'rtacha umri taxminan 15 minut. Neytron proton va elektronga aylanganda

O'lchovlar shuni ko'rsatdiki, bu jarayonda energiyaning saqlanish qonuni aniq buzilgan, chunki neytronning parchalanishidan kelib chiqadigan proton va elektronning umumiy energiyasi neytron energiyasidan kamroq. 1931 yilda Volfgang Pauli neytron parchalanganda massasi va zaryadi nolga teng bo'lgan boshqa zarracha ajralib chiqishini va u bilan birga energiyaning bir qismini olib ketishini taklif qildi. Yangi zarrachaga nom berilgan neytrino (kichik neytron). Neytrinoda zaryad va massa yo'qligi sababli, bu zarracha moddaning atomlari bilan juda zaif ta'sir qiladi, shuning uchun uni tajribada aniqlash juda qiyin. Neytrinolarning ionlash qobiliyati shunchalik kichikki, havodagi bir ionlanish harakati taxminan 500 km yo'lga to'g'ri keladi. Bu zarracha faqat 1953 yilda kashf etilgan.Hozirgi vaqtda neytrinolarning bir nechta navlari borligi ma'lum. Neytronning parchalanishi jarayonida zarracha hosil bo'ladi, bu deyiladi elektron antineytrino . Belgisi bilan belgilanadi Shuning uchun neytronlarning parchalanish reaktsiyasi quyidagicha yoziladi

Shunga o'xshash jarayon b-emirilish vaqtida yadrolar ichida ham sodir bo'ladi. Yadro neytronlaridan birining parchalanishi natijasida hosil bo'lgan elektron "ota-ona uyi" dan (yadro) darhol yorug'lik tezligidan faqat foizning bir qismi bilan farq qilishi mumkin bo'lgan ulkan tezlikda chiqariladi. Elektron, neytrino va yadro yadrosi o'rtasida b-emirilish paytida ajralib chiqadigan energiyaning taqsimlanishi tasodifiy bo'lganligi sababli, b-elektronlar keng qiymat oralig'ida turli tezliklarga ega bo'lishi mumkin.

b-emirilishda zaryad raqami Z birga ortadi va massa soni A o'zgarishsiz qoladi. Qizi yadro elementning izotoplaridan birining yadrosi bo'lib chiqadi, uning davriy jadvalidagi seriya raqami asl yadroning seriya raqamidan bitta kattaroqdir. b-emirilishning odatiy misoli - uranning a-emirilishidan kelib chiqadigan toriy izotonining palladiyga aylanishi.

Elektron b-emirilish bilan bir qatorda pozitron b + yemirilish deb ataladigan narsa topildi, bunda pozitron va neytrinolar. Pozitron elektronning qo'sh zarrasi bo'lib, undan faqat zaryad belgisi bilan farqlanadi. Pozitronning mavjudligini 1928-yilda atoqli fizik P.Dirak bashorat qilgan edi.Bir necha yil oʻtgach, pozitron kosmik nurlar tarkibida topildi. Pozitronlar quyidagi sxema bo'yicha protonning neytronga aylanishi reaktsiyasi natijasida paydo bo'ladi:

Gamma parchalanishi . Yadrolarning g-radioaktivligi a- va b-radioaktivlikdan farqli o'laroq, yadroning ichki tuzilishining o'zgarishi bilan bog'liq emas va zaryad yoki massa sonining o'zgarishi bilan birga kelmaydi. Ham a-, ham b-emirilishda qiz yadro qandaydir hayajonlangan holatda bo'lishi va ortiqcha energiyaga ega bo'lishi mumkin. Yadroning qo'zg'aluvchan holatdan asosiy holatga o'tishi bir yoki bir nechta g-kvantlarning emissiyasi bilan birga keladi, ularning energiyasi bir necha MeV ga etishi mumkin.

Radioaktiv parchalanish qonuni . Radioaktiv materialning har qanday namunasi juda ko'p radioaktiv atomlarni o'z ichiga oladi. Radioaktiv parchalanish tasodifiy bo'lib, tashqi sharoitga bog'liq bo'lmagani uchun miqdorning kamayish qonuni N (t) vaqt ichida buzilmagan t yadrolari radioaktiv parchalanish jarayonining muhim statistik xarakteristikasi bo'lib xizmat qilishi mumkin.

Kichik vaqt oralig'ida D bo'lsin t parchalanmagan yadrolar soni N (t) D ga o'zgartirildi N < 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N (t) va vaqt oralig'i D t:

Proportsionallik koeffitsienti l - vaqt ichida yadro parchalanishi ehtimoli. t= 1 s. Bu formula funktsiyaning o'zgarish tezligini bildiradi N (t) funksiyaning o‘ziga to‘g‘ri proportsionaldir.

Shunga o'xshash qaramlik ko'plab jismoniy muammolarda (masalan, rezistor orqali kondansatör zaryadsizlanganda) paydo bo'ladi. Ushbu tenglamani yechish eksponensial qonunga olib keladi:

qayerda N 0 - radioaktiv yadrolarning dastlabki soni t= 0. t = 1 / l vaqt ichida parchalanmagan yadrolar soni kamayadi. e≈ 2,7 marta. t qiymati deyiladi o'rtacha hayot vaqti radioaktiv yadro.

Amaliy foydalanish uchun radioaktiv parchalanish qonunini asos sifatida 2 raqamidan foydalanib, boshqa shaklda yozish qulay. e:

Qiymat T chaqirdi yarim hayot . davomida T radioaktiv yadrolarning dastlabki sonining yarmi parchalanadi. Miqdorlar T va t bilan bog'langan

Guruch. 6.7.4 radioaktiv parchalanish qonunini ko'rsatadi.

Yarim yemirilish davri jarayon tezligini tavsiflovchi asosiy miqdordir. Yarim yemirilish davri qanchalik qisqa bo'lsa, parchalanish shunchalik kuchli bo'ladi. Ha, uran uchun T≈ 4,5 milliard yil va radiy uchun T≈ 1600 yil. Shuning uchun radiyning faolligi urannikiga qaraganda ancha yuqori. Yarim yemirilish davri sekundning bir qismini tashkil etadigan radioaktiv elementlar mavjud.

a- va b-radioaktiv parchalanish davrida qiz yadro ham beqaror bo'lishi mumkin. Shu sababli, barqaror yadrolarning hosil bo'lishi bilan yakunlanadigan ketma-ket radioaktiv parchalanishlar seriyasi mumkin. Tabiatda bir nechta bunday seriyalar mavjud. Eng uzuni ketma-ket 14 ta yemirilishdan (8 ta a-yemirilish va 6 ta b-yemirilishdan) iborat qatordir. Bu seriya qo'rg'oshinning barqaror izotopi bilan tugaydi (6.7.5-rasm).

Tabiatda qatorga o'xshash yana bir nechta radioaktiv seriyalar mavjud. Tabiiy sharoitda topilmaydigan neptun bilan boshlanib, vismut bilan tugaydigan qator ham bor. Ushbu radioaktiv parchalanishlar seriyasi yadro reaktorlarida sodir bo'ladi.

Radioaktivlikning qiziqarli qo'llanilishi radioaktiv izotoplarning kontsentratsiyasi bo'yicha arxeologik va geologik topilmalarni aniqlash usulidir. Eng ko'p qo'llaniladigan usul - bu radiokarbonni aniqlash. Kosmik nurlar ta'sirida yuzaga keladigan yadroviy reaktsiyalar tufayli atmosferada beqaror uglerod izotopi paydo bo'ladi. Ushbu izotopning kichik bir qismi odatdagi barqaror izotop bilan birga havoda topiladi. O'simliklar va boshqa organizmlar havodagi uglerodni iste'mol qiladilar va ikkala izotop ham ularda havodagidek nisbatda to'planadi. O'simliklar nobud bo'lgandan so'ng, ular uglerodni iste'mol qilishni to'xtatadilar va beqaror izotop 5730 yil yarimparchalanish davri bilan b-parchalanish natijasida asta-sekin azotga aylanadi. Qadimgi organizmlar qoldiqlarida radioaktiv uglerodning nisbiy kontsentratsiyasini aniq o'lchash orqali ularning o'lish vaqtini aniqlash mumkin.

Barcha turdagi radioaktiv nurlanish (alfa, beta, gamma, neytronlar), shuningdek elektromagnit nurlanish (rentgen nurlanishi) tirik organizmlarga juda kuchli biologik ta'sir ko'rsatadi, bu atomlar va molekulalarning qo'zg'alish va ionlashuv jarayonlaridan iborat. tirik hujayralarni hosil qiladi. Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida murakkab molekulalar va hujayra tuzilmalari yo'q qilinadi, bu esa tanaga radiatsiyaviy zarar . Shuning uchun har qanday nurlanish manbai bilan ishlashda radiatsiya zonasiga tushishi mumkin bo'lgan odamlarni radiatsiyaviy himoya qilish uchun barcha choralarni ko'rish kerak.

Biroq, odam uy sharoitida ionlashtiruvchi nurlanishga duchor bo'lishi mumkin. Inert, rangsiz, radioaktiv gaz radon inson salomatligi uchun jiddiy xavf tug'dirishi mumkin. Rasmda ko'rsatilgan diagrammadan ko'rinib turibdiki. 6.7.5, radon radiyning a-emirilish mahsuloti va yarim yemirilish davriga ega. T= 3,82 kun. Radiy tuproqda, toshlarda va turli qurilish inshootlarida oz miqdorda uchraydi. Nisbatan qisqa umrga qaramay, radon kontsentratsiyasi radiy yadrolarining yangi parchalanishi tufayli doimiy ravishda to'ldiriladi, shuning uchun radon yopiq joylarda to'planishi mumkin. O'pkada bir marta radon a-zarrachalarni chiqaradi va kimyoviy jihatdan inert modda bo'lmagan poloniyga aylanadi. Undan keyin uran seriyasining radioaktiv transformatsiyalari zanjiri (6.7.5-rasm). Radiatsiya xavfsizligi va nazorati bo'yicha Amerika komissiyasining ma'lumotlariga ko'ra, o'rtacha odam radondan ionlashtiruvchi nurlanishning 55 foizini va tibbiy muolajalardan faqat 11 foizini oladi. Kosmik nurlarning hissasi taxminan 8% ni tashkil qiladi. Inson umri davomida oladigan nurlanishning umumiy dozasi bir necha baravar kam ruxsat etilgan maksimal doza (SDA), bu ionlashtiruvchi nurlanishning qo'shimcha ta'siriga duchor bo'lgan ma'lum kasb egalari uchun o'rnatiladi.

Atomlarning yadrolari barqaror, lekin proton va neytronlarning ma'lum nisbati buzilganda ularning holatini o'zgartiradi. Engil yadrolarda proton va neytronlar soni taxminan teng bo'lishi kerak. Agar yadroda proton yoki neytronlar juda ko'p bo'lsa, unda bunday yadrolar beqaror bo'lib, o'z-o'zidan radioaktiv o'zgarishlarga uchraydi, buning natijasida yadro tarkibi o'zgaradi va natijada bitta element atomining yadrosi yadroga aylanadi. boshqa element atomining. Bu jarayon davomida yadroviy nurlanish chiqariladi.

Yadro transformatsiyasining quyidagi asosiy turlari yoki radioaktiv parchalanish turlari mavjud: alfa-parchalanish va beta-emirilish (elektron, pozitron va K-tutish), ichki konversiya.

Alfa parchalanishi - yadrodan alfa zarrachalarining radioaktiv izotopini chiqarishdir. Alfa zarrasi bo'lgan ikkita proton va ikkita neytronning yo'qolishi tufayli parchalanadigan yadro boshqa yadroga aylanadi, unda protonlar soni (yadro zaryadi) 2 ga, zarrachalar soni (massa soni) 4 ga kamayadi. , ma'lum bir radioaktiv parchalanish uchun, Fayans va Soddy (1913) tomonidan ishlab chiqilgan joy almashish (siljish) qoidasiga muvofiq, hosil bo'lgan (qizi) element asl (ota-ona) ikkita hujayradan chapga chapga siljiydi. D. I. Mendeleyevning davriy tizimi. Alfa parchalanish jarayoni umumiy ma'noda quyidagicha yoziladi:

Bu erda X - boshlang'ich yadroning belgisi, Y - parchalanish mahsuloti yadrosining belgisi; 4 2 U alfa zarrasi, Q - ajratilgan ortiqcha energiya.

Masalan, radiy-226 yadrolarining parchalanishi alfa zarrachalarining emissiyasi bilan birga keladi, radiy-226 yadrolari esa radon-222 yadrolariga aylanadi:

Alfa-parchalanish jarayonida ajralib chiqadigan energiya alfa zarracha va yadro o'rtasida ularning massalariga teskari proportsional ravishda bo'linadi. Alfa zarrachalarining energiyasi ma'lum bir radionuklidning yarim yemirilish davriga to'liq bog'liq (Geiger-Nettol qonuni) . Bu shuni ko'rsatadiki, alfa zarralarining energiyasini bilib, yarimparchalanish davrini belgilash va radionuklidni yarimparchalanish davri bilan aniqlash mumkin. Masalan, poloniy-214 yadrosi alfa zarralarining energiya qiymatlari E = 7,687 MeV va T 1/2 = 4,510 -4 s, uran-238 yadrosi uchun E = 4,196 MeV va T 1 bilan tavsiflanadi. /2 = 4, 510 9 yil. Bundan tashqari, alfa-parchalanish energiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, u shunchalik tez davom etishi aniqlandi.

Alfa-parchalanish - bu og'ir yadrolarning (uran, toriy, poloniy, plutoniy va boshqalar bilan Z > 82) juda keng tarqalgan yadroviy o'zgarishi; Hozirgi vaqtda 160 dan ortiq alfa chiqaradigan yadrolar ma'lum.

Beta parchalanishi - elektronlar yoki pozitronlar va antineytrinolarning emissiyasi bilan birga yadro ichidagi neytronning protonga yoki protonning neytronga o'z-o'zidan o'zgarishi yoki neytrino e.

Agar yadroda neytronlar ko'p bo'lsa ("yadroning neytronli haddan tashqari yuklanishi"), u holda elektron beta parchalanishi sodir bo'ladi, bunda neytronlardan biri protonga aylanadi va elektron va antineytrino chiqaradi:

.

Bu yemirilish jarayonida yadro zaryadi va shunga mos ravishda qiz yadroning atom raqami 1 ga ortadi, lekin massa soni o'zgarmaydi, ya'ni D. I. Mendeleyev davriy sistemasida bola element bir hujayraga siljiydi. asl nusxaning huquqi. Beta-parchalanish jarayoni umumiy ma'noda quyidagicha yoziladi:

.

Shunday qilib, neytronlari ko'p bo'lgan yadrolar parchalanadi. Masalan, stronsiy-90 yadrolarining parchalanishi elektronlar emissiyasi va ularning itriy-90 ga aylanishi bilan birga keladi:

Ko'pincha beta-parchalanish jarayonida hosil bo'lgan elementlarning yadrolari ortiqcha energiyaga ega bo'lib, ular bir yoki bir nechta gamma nurlarining chiqishi bilan ajralib turadi. Masalan:

Elektron beta parchalanishi ko'plab tabiiy va sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan radioaktiv elementlarga xosdir.

Agar yadrodagi neytronlar va protonlarning noqulay nisbati protonlarning koʻp boʻlishi bilan bogʻliq boʻlsa, u holda pozitron beta yemirilishi sodir boʻladi, bunda yadro ichida protonning neytronga aylanishi natijasida yadro pozitron va neytrino chiqaradi. :

Yadroning zaryadi va shunga mos ravishda bola elementning atom raqami 1 ga kamayadi, massa soni o'zgarmaydi. Doimo element D.I.Mendeleyev davriy sistemasida ota-onaning chap tomonidagi bitta katakchada joy egallaydi:

Sun'iy ishlab chiqarilgan ba'zi izotoplarda pozitron parchalanishi kuzatiladi. Masalan, fosfor-30 izotopining kremniy-30 hosil bo'lishi bilan parchalanishi:

Pozitron yadrodan uchib chiqib, atom qobig'idan "qo'shimcha" elektronni (yadro bilan zaif bog'langan) yirtib tashlaydi yoki erkin elektron bilan o'zaro ta'sir qiladi va "pozitron-elektron" juftligini hosil qiladi. Zarracha va antizarracha energiya ajralib chiqishi bilan bir zumda yo'q bo'lib ketishi tufayli hosil bo'lgan juftlik zarrachalar massasiga (e + va e -) teng energiyaga ega bo'lgan ikkita gamma kvantga aylanadi. Bir juft «pozitron-elektron»ning ikkita gamma kvantga aylanishi jarayoni annigilyatsiya (annigilyatsiya), natijada paydo bo'lgan elektromagnit nurlanish esa annigilyatsiya deb ataladi. Bunda materiyaning bir shakli (modda zarralari) boshqasiga (nurlanish) aylanadi. Bu teskari reaktsiyaning mavjudligi bilan tasdiqlanadi - atomning kuchli elektr maydoni ta'sirida yadro yaqinidan o'tadigan etarlicha yuqori energiyali elektromagnit nurlanish elektron-pozitron juftligiga aylanadigan juft hosil bo'lish reaktsiyasi.

Shunday qilib, pozitron beta-parchalanish jarayonida, yakuniy natijada, asosiy yadrodan zarrachalar emas, balki zarrachalarning qolgan massasining energiya ekvivalentiga teng bo'lgan har biri 0,511 MeV energiyaga ega bo'lgan ikkita gamma kvant - pozitron va elektron chiqadi. E \u003d 2m e c 2 \u003d 1,022 MeV.

Yadroning o'zgarishi elektronni ushlab turish yo'li bilan amalga oshirilishi mumkin, agar yadro protonlaridan biri o'z-o'zidan atomning ichki qobiqlaridan biridan (K, L va boshqalar), ko'pincha K qobig'idan elektronni ushlaganida, va neytronga aylanadi. Bu jarayon K-qo'lga olish deb ham ataladi. Proton quyidagi reaksiya natijasida neytronga aylanadi:

Bunday holda, yadro zaryadi 1 ga kamayadi va massa soni o'zgarmaydi:

Masalan,

Bunda elektron bo'shagan joyni atomning tashqi qobiqlaridan elektron egallaydi. Elektron qobiqlarning qayta joylashishi natijasida rentgen kvanti chiqariladi. Atom hali ham elektr betarafligini saqlab qoladi, chunki elektronni ushlab turish paytida yadrodagi protonlar soni bittaga kamayadi. Shunday qilib, bu turdagi parchalanish pozitron beta parchalanishi bilan bir xil natijalarga olib keladi. Bu, qoida tariqasida, sun'iy radionuklidlar uchun xosdir.

Muayyan radionuklidning beta-parchalanishi paytida yadro tomonidan chiqariladigan energiya har doim doimiy bo'ladi, lekin bu turdagi parchalanish ikkita emas, balki uchta zarrachani hosil qiladi: orqaga qaytuvchi yadro (qizi), elektron (yoki pozitron) va. neytrino, har bir parchalanish aktida energiya har xil bo'ladi, u elektron (pozitron) va neytrino o'rtasida qayta taqsimlanadi, chunki qiz yadro har doim energiyaning bir xil qismini olib ketadi. Kengayish burchagiga qarab, neytrino ko'proq yoki kamroq energiyani olib ketishi mumkin, buning natijasida elektron har qanday energiyani noldan qandaydir maksimal qiymatgacha olishi mumkin. Binobarin, beta-parchalanish paytida bir xil radionuklidning beta zarralari turli xil energiyaga ega, ma'lum bir radionuklidning parchalanishiga xos bo'lgan noldan ba'zi maksimal qiymatgacha. Beta nurlanish energiyasiga ko'ra, radionuklidni aniqlash deyarli mumkin emas.

Ba'zi radionuklidlar bir vaqtning o'zida ikki yoki uchta yo'l bilan parchalanishi mumkin: alfa va beta parchalanish orqali va uch turdagi parchalanishning kombinatsiyasi K-tutish orqali. Bunday holda, transformatsiyalar qat'iy belgilangan nisbatda amalga oshiriladi. Masalan, tabiiy kaliy tarkibidagi 0,0119% bo'lgan uzoq umr ko'radigan tabiiy radioizotop kaliy-40 (T 1/2 \u003d 1,4910 9 yil) elektron beta-parchalanish va K-tutilishidan o'tadi:

(88% - elektron parchalanish),

(12% - K-qo'lga olish).

Yuqorida tavsiflangan parchalanish turlaridan xulosa qilish mumkinki, gamma-emirilish uning "sof shaklida" mavjud emas. Gamma nurlanishi faqat turli xil parchalanishlar bilan birga bo'lishi mumkin. Yadroda gamma nurlanish chiqarilganda massa soni ham, zaryadi ham o'zgarmaydi. Binobarin, radionuklidning tabiati o'zgarmaydi, faqat yadro tarkibidagi energiya o'zgaradi. Gamma-nurlanish yadrolarning qo'zg'aluvchan darajadan quyi darajalarga, shu jumladan er sathiga o'tishida chiqariladi. Masalan, seziy-137 ning parchalanishi vaqtida qo'zg'aluvchan bariy-137 yadrosi hosil bo'ladi. Qo'zg'aluvchan holatdan barqaror holatga o'tish gamma kvantlarning emissiyasi bilan birga keladi:

Yadrolarning qo'zg'aluvchan holatlardagi umri juda qisqa (odatda t10 -19 s) bo'lgani uchun alfa va beta parchalanish vaqtida gamma kvant zaryadlangan zarracha bilan deyarli bir vaqtda uchib chiqadi. Bundan kelib chiqqan holda, gamma-nurlanish jarayoni parchalanishning mustaqil turi sifatida ajratilmaydi. Gamma-nurlanish energiyasi, shuningdek alfa-nurlanish energiyasi bilan radionuklidni aniqlash mumkin..

ichki konvertatsiya. Atom yadrosining hayajonlangan (u yoki bu yadroviy transformatsiya natijasida) holati unda ortiqcha energiya mavjudligini ko'rsatadi. Qo'zg'algan yadro faqat gamma-kvant chiqarish yoki zarrachani chiqarish yo'li bilan emas, balki ichki konvertatsiya qilish yoki elektron-pozitron juftlarini hosil qilish bilan konvertatsiya qilish orqali ham kamroq energiya (normal holat) bo'lgan holatga o'tishi mumkin.

Ichki konversiya hodisasi shundan iboratki, yadro qo'zg'alish energiyasini ichki qatlamlarning elektronlaridan biriga (K-, L- yoki M-qatlam) o'tkazadi, natijada atomdan ajralib chiqadi. Bunday elektronlar konversion elektronlar deb ataladi. Binobarin, konversion elektronlarning emissiyasi yadroning qobiq elektronlari bilan bevosita elektromagnit o'zaro ta'siridan kelib chiqadi. Konversion elektronlar beta-emirilish elektronlaridan farqli o'laroq chiziqli energiya spektriga ega bo'lib, ular uzluksiz spektrni beradi.

Agar qo'zg'alish energiyasi 1,022 MeV dan oshsa, u holda yadroning normal holatga o'tishi elektron-pozitron juftining emissiyasi, so'ngra ularni yo'q qilish bilan birga bo'lishi mumkin. Ichki konversiya sodir bo'lgandan so'ng, atomning elektron qobig'ida chiqarilgan konversiya elektronining "bo'sh" joyi paydo bo'ladi. Uzoqroq qatlamlarning elektronlaridan biri (yuqori energiya sathidan) xarakterli rentgen nurlanishining emissiyasi bilan "bo'sh" joyga kvant o'tishni amalga oshiradi.