ქიმიური ელემენტების ტრანსფორმაციები ბუნებრივი რადიოაქტიური დაშლის დროს. ატომის ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნები გაკვეთილის გეგმა ფიზიკაში (მე-9 კლასი) თემაზე

ექსპოზიციის დოზა
აბსორბირებული დოზა
ექვივალენტური დოზა
ეფექტური ექვივალენტური დოზა

რადიოაქტიურობა

ეს არის სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების ატომების ბირთვების განადგურების უნარი, მოდიფიცირებული მაღალი ენერგიის ატომური და სუბატომური ნაწილაკების გამოსხივებით. რადიოაქტიური გარდაქმნების დროს, უმეტეს შემთხვევაში, ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის ატომის ბირთვები (და, შესაბამისად, თავად ატომები) გარდაიქმნება სხვა ქიმიური ელემენტების ატომურ ბირთვებად (ატომებად), ან ქიმიური ელემენტის ერთი იზოტოპი გარდაიქმნება მეორეში. იგივე ელემენტის იზოტოპი.

ატომებს, რომელთა ბირთვები ექვემდებარება რადიოაქტიურ დაშლას ან სხვა რადიოაქტიურ ტრანსფორმაციას, ეწოდება რადიოაქტიური.

იზოტოპები

(ბერძნული სიტყვებიდანisos – „თანაბარი, იდენტური“ დატოპოსი - "ადგილი")

ეს არის ერთი ქიმიური ელემენტის ნუკლიდები, ე.ი. კონკრეტული ელემენტის ატომების ჯიშები, რომლებსაც აქვთ იგივე ატომური რიცხვი, მაგრამ განსხვავებული მასის რიცხვები.

იზოტოპებს აქვთ ბირთვები პროტონების ერთნაირი რაოდენობით და ნეიტრონების სხვადასხვა რაოდენობით და იკავებს ერთსა და იმავე ადგილს ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში. არსებობს სტაბილური იზოტოპები, რომლებიც უცვლელი რჩება განუსაზღვრელი ვადით და არასტაბილური (რადიოიზოტოპები), რომლებიც დროთა განმავლობაში იშლება.

ცნობილიდაახლოებით 280 სტაბილური და2000-ზე მეტი რადიოაქტიური იზოტოპები116 ბუნებრივი და ხელოვნურად მიღებული ელემენტი .

ნუკლიდი (ლათინურიდანბირთვი - "ბირთვი") არის ატომების ერთობლიობა ბირთვული მუხტისა და მასის რაოდენობის გარკვეული მნიშვნელობებით.

ნუკლიდის სიმბოლოები:, სადX – ელემენტის ასოს აღნიშვნა,ზ – პროტონების რაოდენობა (ატომური ნომერი ), ა – პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობის ჯამი (მასობრივი რიცხვი ).

პერიოდული სისტემის პირველი და ყველაზე მსუბუქი ატომიც კი, წყალბადს, რომელსაც აქვს მხოლოდ ერთი პროტონი ბირთვში (და ერთი ელექტრონი ტრიალებს მის გარშემო), აქვს სამი იზოტოპი.

რადიოაქტიური გარდაქმნები

ისინი შეიძლება იყოს ბუნებრივი, სპონტანური (სპონტანური) და ხელოვნური. სპონტანური რადიოაქტიური გარდაქმნები შემთხვევითი, სტატისტიკური პროცესია.

ყველა რადიოაქტიურ ტრანსფორმაციას, როგორც წესი, თან ახლავს ატომის ბირთვიდან ჭარბი ენერგიის გამოყოფა. ელექტრომაგნიტური რადიაცია.

გამა გამოსხივება არის გამა კვანტების ნაკადი მაღალი ენერგიით და შეღწევის უნარით.

რენტგენის სხივები ასევე არის ფოტონების ნაკადი - ჩვეულებრივ დაბალი ენერგიით. მხოლოდ რენტგენის გამოსხივების "დაბადების ადგილი" არის არა ბირთვი, არამედ ელექტრონული გარსები. რენტგენის გამოსხივების ძირითადი ნაკადი ხდება ნივთიერებაში, როდესაც მასში გადის "რადიოაქტიური ნაწილაკები" ("რადიოაქტიური გამოსხივება" ან "მაიონებელი გამოსხივება".

რადიოაქტიური გარდაქმნების ძირითადი ტიპები:

რადიოაქტიური დაშლა;
ატომის ბირთვების დაშლა.

ეს არის ემისია, უზარმაზარი სიჩქარით გამოდევნა ატომების ბირთვებიდან "ელემენტარული" (ატომური, სუბატომური) ნაწილაკების, რომლებსაც ჩვეულებრივ ე.წ. რადიოაქტიური (მაიონებელი) გამოსხივება.

როდესაც მოცემული ქიმიური ელემენტის ერთი იზოტოპი იშლება, ის იქცევა იმავე ელემენტის სხვა იზოტოპად.

ბუნებრივისთვისრადიონუკლიდების (ბუნებრივი) რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი ტიპებია ალფა და ბეტა მინუს დაშლა.

სათაურები " ალფა"და" ბეტა” მისცა ერნესტ რეზერფორდმა 1900 წელს რადიოაქტიური გამოსხივების შესწავლისას.

ხელოვნურად(ადამიანის მიერ შექმნილ) რადიონუკლიდებს, გარდა ამისა, ახასიათებთ აგრეთვე ნეიტრონი, პროტონი, პოზიტრონი (ბეტა-პლუს) და დაშლის და ბირთვული გარდაქმნების უფრო იშვიათი ტიპები (მეზონი, K-დაჭერა, იზომერული გადასვლა და სხვ.).

ალფა დაშლა

ეს არის ალფა ნაწილაკის ემისია ატომის ბირთვიდან, რომელიც შედგება 2 პროტონისა და 2 ნეიტრონისგან.

ალფა ნაწილაკს აქვს მასა 4 ერთეული, მუხტი +2 და არის ჰელიუმის ატომის ბირთვი (4He).

ალფა ნაწილაკის ემისიის შედეგად წარმოიქმნება ახალი ელემენტი, რომელიც მდებარეობს პერიოდულ სისტემაში. 2 უჯრედი მარცხნივ, ვინაიდან ბირთვში პროტონების რაოდენობა და, შესაბამისად, ბირთვის მუხტი და ელემენტის რიცხვი, ორი ერთეულით ნაკლები გახდა. და მიღებული იზოტოპის მასა აღმოჩნდება 4 ერთეულით ნაკლები.

ა ალფა – გაფუჭება- ეს არის რადიოაქტიური დაშლის დამახასიათებელი ტიპი D.I ცხრილის მეექვსე და მეშვიდე პერიოდის ბუნებრივი რადიოაქტიური ელემენტებისთვის. მენდელეევი (ურანი, თორიუმი და მათი დაშლის პროდუქტები ბისმუთამდე და მათ შორის) და განსაკუთრებით ხელოვნური - ტრანსურანი - ელემენტები.

ანუ, ყველა მძიმე ელემენტის ინდივიდუალური იზოტოპები, დაწყებული ბისმუტით, მგრძნობიარეა ამ ტიპის დაშლის მიმართ.

ასე, მაგალითად, ურანის ალფა დაშლა ყოველთვის წარმოქმნის თორიუმს, თორიუმის ალფა დაშლა ყოველთვის წარმოქმნის რადიუმს, რადიუმის დაშლა ყოველთვის წარმოქმნის რადონს, შემდეგ პოლონიუმს და ბოლოს ტყვიას. ამ შემთხვევაში ურანი-238-ის სპეციფიკური იზოტოპიდან წარმოიქმნება თორიუმი-234, შემდეგ რადიუმი-230, რადონი-226 და ა.შ.

ბირთვიდან გამოსვლისას ალფა ნაწილაკის სიჩქარე 12-დან 20 ათას კმ/წმ-მდეა.

ბეტა დაშლა

ბეტა დაშლა- რადიოაქტიური დაშლის (და ზოგადად რადიოაქტიური გარდაქმნების) ყველაზე გავრცელებული ტიპი, განსაკუთრებით ხელოვნურ რადიონუკლიდებს შორის.

თითოეული ქიმიური ელემენტი არსებობს მინიმუმ ერთი ბეტა-აქტიური იზოტოპი, ანუ ექვემდებარება ბეტა დაშლას.

ბუნებრივი ბეტა-აქტიური რადიონუკლიდის მაგალითია კალიუმი-40 (T1/2=1,3×109 წელი), კალიუმის იზოტოპების ბუნებრივი ნარევი შეიცავს მხოლოდ 0,0119%-ს.

K-40-ის გარდა, მნიშვნელოვანი ბუნებრივი ბეტა-აქტიური რადიონუკლიდები ასევე ურანის და თორიუმის დაშლის პროდუქტებია, ე.ი. ყველა ელემენტი ტალიუმიდან ურანამდე.

ბეტა დაშლა მოიცავს რადიოაქტიური გარდაქმნების ისეთი ტიპები, როგორიცაა:

– ბეტა მინუს დაშლა;

- ბეტა პლუს დაშლა;

– K-capture (ელექტრონული დაჭერა).

ბეტა მინუს დაშლა- ეს არის ბირთვიდან ბეტა მინუს ნაწილაკის ემისია - ელექტრონი , რომელიც წარმოიქმნა ერთ-ერთი ნეიტრონის პროტონად და ელექტრონად სპონტანური გარდაქმნის შედეგად.

ამავე დროს, ბეტა ნაწილაკი 270 ათას კმ/წმ-მდე სიჩქარით(9/10 სინათლის სიჩქარე) გაფრინდება ბირთვიდან. და რადგან ბირთვში კიდევ ერთი პროტონია, ამ ელემენტის ბირთვი იქცევა მარჯვნივ მეზობელი ელემენტის ბირთვად - უფრო მეტი რიცხვით.

ბეტა-მინუს დაშლის დროს რადიოაქტიური კალიუმი-40 გარდაიქმნება სტაბილურ კალციუმ-40-ად (მარჯვნივ შემდეგ უჯრედში). ხოლო რადიოაქტიური კალციუმი-47 მისგან მარჯვნივ იქცევა სკანდიუმ-47-ად (ასევე რადიოაქტიურად), რომელიც, თავის მხრივ, ასევე გადაიქცევა სტაბილურ ტიტან-47-ად ბეტა-მინუს დაშლის გზით.

ბეტა პლუს დაშლა- ბეტა-პლუს ნაწილაკების ემისია ბირთვიდან - პოზიტრონი (დადებითად დამუხტული „ელექტრონი“), რომელიც წარმოიქმნა ერთ-ერთი პროტონის ნეიტრონად და პოზიტრონად სპონტანური გარდაქმნის შედეგად.

ამის შედეგად (რადგან ნაკლები პროტონებია), ეს ელემენტი გადაიქცევა მის გვერდით მარცხნივ პერიოდულ სისტემაში.

მაგალითად, ბეტა-პლუს დაშლის დროს, მაგნიუმის რადიოაქტიური იზოტოპი, მაგნიუმი-23, იქცევა ნატრიუმის სტაბილურ იზოტოპად (მარცხნივ) - ნატრიუმ-23, ხოლო ევროპიუმის რადიოაქტიური იზოტოპი - ევროპიუმი-150 გადაიქცევა სტაბილურად. სამარიუმის იზოტოპი - samarium-150.

- ნეიტრონის ემისია ატომის ბირთვიდან. ხელოვნური წარმოშობის ნუკლიდების დამახასიათებელი.

როდესაც ნეიტრონი გამოიყოფა, მოცემული ქიმიური ელემენტის ერთი იზოტოპი გარდაიქმნება მეორეში, ნაკლები წონით. მაგალითად, ნეიტრონის დაშლის დროს, ლითიუმის რადიოაქტიური იზოტოპი, ლითიუმ-9, გადაიქცევა ლითიუმ-8-ად, რადიოაქტიური ჰელიუმ-5-ად სტაბილურ ჰელიუმ-4-ად.

თუ იოდის სტაბილური იზოტოპი - იოდი-127 - დასხივდება გამა სხივებით, მაშინ ის ხდება რადიოაქტიური, გამოყოფს ნეიტრონს და გადაიქცევა სხვა, ასევე რადიოაქტიურ იზოტოპად - იოდ-126. ეგ არის მაგალითი ხელოვნური ნეიტრონული დაშლა .

რადიოაქტიური გარდაქმნების შედეგად ისინი შეიძლება ჩამოყალიბდნენ სხვა ქიმიური ელემენტების ან იგივე ელემენტის იზოტოპები, რომელიც შეიძლება თავად იყოს რადიოაქტიურიელემენტები.

იმათ. გარკვეული საწყისი რადიოაქტიური იზოტოპის დაშლამ შეიძლება გამოიწვიოს სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების სხვადასხვა იზოტოპების თანმიმდევრული რადიოაქტიური გარდაქმნების გარკვეული რაოდენობა, რაც ქმნის ე.წ. "დაშლის ჯაჭვები".

მაგალითად, თორიუმი-234, რომელიც წარმოიქმნება ურანი-238-ის ალფა დაშლის დროს, გადაიქცევა პროტაქტინიუმ-234-ად, რომელიც თავის მხრივ გადაიქცევა ურანად, მაგრამ განსხვავებულ იზოტოპად - ურანი-234.

ყველა ეს ალფა და ბეტა მინუს გადასვლა მთავრდება სტაბილური ტყვიის-206-ის წარმოქმნით. და ურანი-234 განიცდის ალფა დაშლას - ისევ თორიუმში (თორიუმ-230). გარდა ამისა, თორიუმი-230 ალფა დაშლით - რადიუმ-226-ში, რადიუმი - რადონად.

ატომის ბირთვების დაშლა

არის სპონტანური, თუ ნეიტრონების გავლენის ქვეშ, ბირთვის გაყოფაატომი 2 დაახლოებით თანაბარ ნაწილად, ორ "ნატეხად".

გაყოფისას ისინი გაფრინდებიან 2-3 დამატებითი ნეიტრონიდა ჭარბი ენერგია გამოიყოფა გამა კვანტების სახით, გაცილებით მეტი ვიდრე რადიოაქტიური დაშლის დროს.

თუ რადიოაქტიური დაშლის ერთი აქტისთვის ჩვეულებრივ არის ერთი გამა სხივი, მაშინ დაშლის 1 აქტისთვის არის 8 -10 გამა კვანტა!

გარდა ამისა, მფრინავ ფრაგმენტებს აქვთ მაღალი კინეტიკური ენერგია (სიჩქარე), რომელიც გადაიქცევა თერმულ ენერგიად.

წავიდა ნეიტრონებს შეუძლიათ გამოიწვიონ დაშლაორი ან სამი მსგავსი ბირთვი, თუ ისინი ახლოს არიან და ნეიტრონები მოხვდნენ მათ.

ამრიგად, შესაძლებელი ხდება განშტოების განხორციელება, აჩქარება დაშლის ჯაჭვური რეაქციაატომის ბირთვები ათავისუფლებს უზარმაზარ ენერგიას.

გაყოფის ჯაჭვური რეაქცია

თუ ჯაჭვური რეაქცია ნებადართულია განვითარდეს უკონტროლოდ, მოხდება ატომური (ბირთვული) აფეთქება.

თუ ჯაჭვური რეაქცია კონტროლდება, მისი განვითარება კონტროლდება, არ აძლევენ აჩქარებას და მუდმივად გაყვანა გამოთავისუფლებული ენერგია(სითბო), შემდეგ ეს ენერგია (“ ატომური ენერგია") შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. ეს კეთდება ატომურ რეაქტორებსა და ატომურ ელექტროსადგურებში.

რადიოაქტიური გარდაქმნების მახასიათებლები

Ნახევარი ცხოვრება (თ1/2 ) – დრო, რომლის დროსაც იშლება რადიოაქტიური ატომების ნახევარი და მათი რაოდენობა მცირდება 2-ჯერ.

ყველა რადიონუკლიდის ნახევარგამოყოფის პერიოდი განსხვავებულია - წამის წილადებიდან (მოკლევადიანი რადიონუკლიდები) მილიარდობით წლამდე (ხანგრძლივი).

აქტივობა- ეს არის დაშლის მოვლენების რაოდენობა (ზოგადად, რადიოაქტიური, ბირთვული გარდაქმნების აქტები) დროის ერთეულზე (ჩვეულებრივ წამში). აქტივობის ერთეულებია ბეკერელი და კური.

ბეკერელი (Bq)– ეს არის ერთი დაშლის მოვლენა წამში (1 დაშლა/წმ).

კიური (Ci)– 3,7×1010 Bq (დისპ./წმ).

ერთეული წარმოიშვა ისტორიულად: 1 გრამი რადიუმი-226 წონასწორობაშია მისი შვილობილი დაშლის პროდუქტებთან, აქვს ასეთი აქტივობა. სწორედ რადიუმ-226-თან მუშაობდნენ ნობელის პრემიის ლაურეატები, ფრანგი მეცნიერი მეუღლეები პიერ კიური და მარი სკლოდოვსკა-კიური მრავალი წლის განმავლობაში.

რადიოაქტიური დაშლის კანონი

ნუკლიდის აქტივობის ცვლილება წყაროში დროთა განმავლობაში დამოკიდებულია მოცემული ნუკლიდის ნახევარგამოყოფის პერიოდზე ექსპონენციალური კანონის მიხედვით:

ადა(t) = ადა (0) × ექსპ(-0.693 ტ/ტ1/2 ),

სად ადა(0) – ნუკლიდის საწყისი აქტივობა;
ადა(t) – აქტივობა t დროის შემდეგ;

თ1/2 – ნუკლიდის ნახევარგამოყოფის პერიოდი.

ურთიერთობა მასას შორის რადიონუკლიდი(არააქტიური იზოტოპის მასის გათვალისწინების გარეშე) და მისი საქმიანობაგამოიხატება შემდეგი ურთიერთობით:

სად მდა– რადიონუკლიდური მასა, გ;

თ1/2 – რადიონუკლიდის ნახევარგამოყოფის პერიოდი, s;

ადა– რადიონუკლიდური აქტივობა, Bq;

ა- რადიონუკლიდის ატომური მასა.

რადიოაქტიური გამოსხივების შეღწევადი ძალა.

ალფა ნაწილაკების დიაპაზონიდამოკიდებულია საწყის ენერგიაზე და ჩვეულებრივ მერყეობს 3-დან 7-მდე (იშვიათად 13) სმ-მდე ჰაერში, ხოლო მკვრივ გარემოში მმ-ის მეასედია (მინაში - 0,04 მმ).

ალფა გამოსხივება არ აღწევს ქაღალდის ფურცელში ან ადამიანის კანში. მათი მასის და მუხტის გამო, ალფა ნაწილაკებს აქვთ უდიდესი მაიონებელი უნარი, ისინი ანადგურებენ ყველაფერს გზაზე, ამიტომ ალფა-აქტიური რადიონუკლიდები ყველაზე საშიშია ადამიანებისა და ცხოველებისთვის, როდესაც ისინი შეჭამენ.

ბეტა ნაწილაკების დიაპაზონინივთიერებაში მისი დაბალი მასის გამო (~ 7000-ჯერ

ალფა ნაწილაკების მასაზე ნაკლები), მუხტი და ზომა გაცილებით დიდია. ამ შემთხვევაში ბეტა ნაწილაკების გზა მატერიაში არ არის წრფივი. შეღწევა ასევე დამოკიდებულია ენერგიაზე.

რადიოაქტიური დაშლის დროს წარმოქმნილი ბეტა ნაწილაკების შეღწევადობის უნარი არის ჰაერში აღწევს 2÷3 მ, წყალში და სხვა სითხეებში ის იზომება სანტიმეტრებში, მყარებში - სმ-ის ფრაქციებში.

ბეტა გამოსხივება აღწევს სხეულის ქსოვილში 1÷2 სმ სიღრმეზე.

n- და გამა გამოსხივების შესუსტების ფაქტორი.

გამოსხივების ყველაზე გამჭოლი სახეობებია ნეიტრონული და გამა გამოსხივება. მათი დიაპაზონი ჰაერში შეიძლება მიაღწიოს ათობით და ასეულობით მეტრი(ასევე დამოკიდებულია ენერგიაზე), მაგრამ ნაკლები მაიონებელი სიმძლავრით.

n- და გამა გამოსხივებისგან დაცვად გამოიყენება ბეტონის, ტყვიის, ფოლადის და ა.შ სქელი ფენები და საუბარია შესუსტების ფაქტორზე.

კობალტ-60 იზოტოპთან მიმართებაში (E = 1.17 და 1.33 მევ), გამა გამოსხივების 10-ჯერ შესუსტებისთვის საჭიროა დაცვა:

ტყვია დაახლოებით 5 სმ სისქის;
ბეტონი დაახლოებით 33 სმ;
წყალი - 70 სმ.

გამა გამოსხივების 100-ჯერ შესუსტებისთვის საჭიროა 9,5 სმ სისქის ტყვიის ფარი; ბეტონი – 55 სმ; წყალი - 115 სმ.

საზომი ერთეულები დოზიმეტრიაში

დოზა (ბერძნულიდან - "გაზიარება, ნაწილი") დასხივება.

ექსპოზიციის დოზა(რენტგენისა და გამა გამოსხივებისთვის) – განისაზღვრება ჰაერის იონიზაცია.

SI საზომი ერთეული - „კულონი კგ-ზე“ (C/კგ)- ეს არის რენტგენის ან გამა გამოსხივების ექსპოზიციის დოზა, როდესაც იქმნება 1 კგმშრალი ჰაერი, წარმოიქმნება იმავე ნიშნის იონების მუხტი, ტოლი 1 კლ.

საზომი არასისტემური ერთეულია "რენტგენი".

1 R = 2.58× 10 -4 კლ/კგ.

ა-პრიორიტეტი 1 რენტგენი (1P)- ეს არის ექსპოზიციის დოზა, რომლის შეწოვისას 1 სმ3 იქმნება მშრალი ჰაერი 2,08 × 10 9 იონური წყვილი.

ამ ორ ერთეულს შორის ურთიერთობა ასეთია:

1 ც/კგ = 3.68 ·103 რ.

ექსპოზიციის დოზა 1Рშეესაბამება ჰაერში შეწოვილ დოზას 0.88 რად.

დოზა

აბსორბირებული დოზა- მაიონებელი გამოსხივების ენერგია, რომელიც შეიწოვება მატერიის ერთეული მასით.

ნივთიერებაზე გადაცემული რადიაციული ენერგია გაგებულია, როგორც განსხვავება ყველა ნაწილაკისა და ფოტონების მთლიან კინეტიკურ ენერგიას შორის, რომლებიც შედიან განსახილველ მატერიის მოცულობაში და ყველა ნაწილაკებისა და ფოტონების მთლიან კინეტიკურ ენერგიას შორის, რომლებიც ტოვებენ ამ მოცულობას. ამიტომ, აბსორბირებული დოზა ითვალისწინებს ამ მოცულობის ფარგლებში დარჩენილი მაიონებელი გამოსხივების მთელ ენერგიას, მიუხედავად იმისა, თუ როგორ იხარჯება ეს ენერგია.

აბსორბირებული დოზის ერთეულები:

რუხი (გრ)– აბსორბირებული დოზის ერთეული ერთეულების SI სისტემაში. შეესაბამება 1 ჯ რადიაციული ენერგიის შთანთქმას 1 კგ ნივთიერებით.

მიხარია– აბსორბირებული დოზის ექსტრასისტემური ერთეული. შეესაბამება 100 ერგ გამოსხივების ენერგიას, რომელიც შეიწოვება 1 გრამიანი ნივთიერებით.

1 რად = 100 ერგ/გ = 0,01 ჯ/კგ = 0,01 გ.

ბიოლოგიური ეფექტი ერთი და იგივე აბსორბირებული დოზით განსხვავებულია სხვადასხვა ტიპის რადიაციისთვის.

მაგალითად, იგივე აბსორბირებული დოზით ალფა გამოსხივებააღმოჩნდა ბევრად უფრო საშიში ვიდრე ფოტონი ან ბეტა გამოსხივება. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ალფა ნაწილაკები ქმნიან უფრო მჭიდრო იონიზაციას თავიანთ გზაზე ბიოლოგიურ ქსოვილში, რითაც კონცენტრირებენ მავნე ზემოქმედებას სხეულზე კონკრეტულ ორგანოში. ამ შემთხვევაში, მთელი სხეული განიცდის რადიაციის ბევრად უფრო დიდ ინჰიბიტორულ ეფექტს.

შესაბამისად, მძიმე დამუხტული ნაწილაკებით დასხივებისას იგივე ბიოლოგიური ეფექტის შესაქმნელად საჭიროა უფრო დაბალი აბსორბირებული დოზა, ვიდრე სინათლის ნაწილაკებით ან ფოტონებით დასხივებისას.

ექვივალენტური დოზა– აბსორბირებული დოზის და გამოსხივების ხარისხის ფაქტორის პროდუქტი.

ექვივალენტური დოზის ერთეულები:

სივერტი(Sv)არის დოზის ეკვივალენტის საზომი ერთეული, ნებისმიერი ტიპის გამოსხივება, რომელიც აწარმოებს იგივე ბიოლოგიურ ეფექტს, როგორც აბსორბირებული დოზა 1 Gy

აქედან გამომდინარე, 1 სვ = 1 ჯ/კგ.

შიშველი(არასისტემური ერთეული) არის შთანთქმული მაიონებელი გამოსხივების ენერგიის რაოდენობა 1 კგბიოლოგიური ქსოვილი, რომელშიც შეინიშნება იგივე ბიოლოგიური ეფექტი, რაც აბსორბირებული დოზით 1 რადირენტგენის ან გამა გამოსხივება.

1 რემ = 0,01 სვ = 100 ერგ/გ.

სახელწოდება "rem" წარმოიქმნება ფრაზის "რენტგენის ბიოლოგიური ექვივალენტი" პირველი ასოებიდან.

ბოლო დრომდე, ექვივალენტური დოზის გაანგარიშებისას, ” რადიაციის ხარისხის ფაქტორები » (K) – კორექტირების ფაქტორები, რომლებიც ითვალისწინებენ სხვადასხვა ზემოქმედებას ბიოლოგიურ ობიექტებზე (სხეულის ქსოვილების დაზიანების განსხვავებულ უნარზე) სხვადასხვა გამოსხივების ერთსა და იმავე აბსორბირებულ დოზაზე.

ახლა ამ კოეფიციენტებს რადიაციული უსაფრთხოების სტანდარტებში (NRB-99) ეწოდება "აწონის კოეფიციენტები გამოსხივების ცალკეული ტიპებისთვის ექვივალენტური დოზის (WR) გაანგარიშებისას."

მათი ღირებულებები შესაბამისად:

რენტგენი, გამა, ბეტა გამოსხივება, ელექტრონები და პოზიტრონები - 1 ;
პროტონები E-ით 2 მევ-ზე მეტი - 5 ;
ნეიტრონები E-ით 10 კევ-ზე ნაკლები) – 5 ;
ნეიტრონები E-ით 10 კევ-დან 100 კევ-მდე – 10 ;
ალფა ნაწილაკები, დაშლის ფრაგმენტები, მძიმე ბირთვები - 20 და ა.შ.

ეფექტური ექვივალენტური დოზა- ექვივალენტური დოზა, გამოითვლება სხეულის სხვადასხვა ქსოვილების განსხვავებული მგრძნობელობის გათვალისწინებით რადიაციის მიმართ; ტოლია ექვივალენტური დოზაკონკრეტული ორგანოს, ქსოვილის მიერ მიღებული (მათი წონის გათვალისწინებით), გამრავლებულიშესაბამისი " რადიაციული რისკის კოეფიციენტი ».

ეს კოეფიციენტები გამოიყენება რადიაციული დაცვაში, რათა გაითვალისწინოს სხვადასხვა ორგანოებისა და ქსოვილების განსხვავებული მგრძნობელობა რადიაციის ზემოქმედებისგან სტოქასტური ეფექტების წარმოქმნისას.

NRB-99-ში მათ უწოდებენ "ქსოვილებისა და ორგანოების აწონვის კოეფიციენტებს ეფექტური დოზის გაანგარიშებისას".

სხეულისთვის მთლიანადეს კოეფიციენტი აღებულია ტოლი 1 და ზოგიერთი ორგანოსთვის მას აქვს შემდეგი მნიშვნელობა:

ძვლის ტვინი (წითელი) – 0,12; სასქესო ჯირკვლები (საკვერცხეები, სათესლეები) – 0,20;
ფარისებრი ჯირკვალი – 0,05; ტყავი – 0,01 და ა.შ.
ფილტვები, კუჭი, მსხვილი ნაწლავი – 0,12.

სრული შესაფასებლად ეფექტურიპირის მიერ მიღებული ეკვივალენტური დოზა, ყველა ორგანოსთვის მითითებული დოზები გამოითვლება და ჯამდება.

ექვივალენტური და ეფექტური ექვივალენტური დოზების გასაზომად, SI სისტემა იყენებს იმავე ერთეულს - სივერტი(სვ).

1 სვტოლია იმ ექვივალენტური დოზის, რომელშიც შეწოვილი დოზის პროდუქტი შედის გრ eyah (ბიოლოგიურ ქსოვილში) წონით კოეფიციენტებით იქნება ტოლი 1 ჯ/კგ.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის აბსორბირებული დოზა, რომლის დროსაც 1 კგნივთიერებები ათავისუფლებენ ენერგიას 1 ჯ.

არასისტემური ერთეული არის rem.

კავშირი საზომ ერთეულებს შორის:

1 Sv = 1 Gy * K = 1 J / კგ * K = 100 rad * K = 100 rem

ზე K=1(რენტგენის, გამა, ბეტა გამოსხივებისთვის, ელექტრონები და პოზიტრონები) 1 სვშეესაბამება შთანთქმის დოზას 1 Gy:

1 Sv = 1 Gy = 1 J/Kg = 100 rad = 100 rem.

ჯერ კიდევ 50-იან წლებში დადგინდა, რომ 1 რენტგენის ექსპოზიციის დოზით ჰაერი დაახლოებით იგივე რაოდენობის ენერგიას შთანთქავს, რაც ბიოლოგიურ ქსოვილს.

აქედან გამომდინარე, გამოდის, რომ დოზების შეფასებისას შეიძლება ვივარაუდოთ (მინიმალური შეცდომით). ექსპოზიციის დოზა 1 რენტგენიბიოლოგიური ქსოვილისთვის შეესაბამება(ექვივალენტი) აბსორბირებული დოზა 1 რადდა ექვივალენტური დოზა 1 რემ(K=1-ზე), ანუ უხეშად რომ ვთქვათ, 1 R, 1 Rad და 1 Rem იგივეა.

ექსპოზიციის დოზით 12 μR/სთ წელიწადში, ჩვენ ვიღებთ დოზას 1 mSv.

გარდა ამისა, ხელოვნური ინტელექტის გავლენის შესაფასებლად გამოიყენება შემდეგი ცნებები:

დოზის მაჩვენებელი– მიღებული დოზა დროის ერთეულზე (მეორე, საათი).

ფონი- მაიონებელი გამოსხივების ექსპოზიციის დოზის სიჩქარე მოცემულ ადგილას.

ბუნებრივი ფონი- გამოსხივების ყველა ბუნებრივი წყაროს მიერ შექმნილი მაიონებელი გამოსხივების ექსპოზიციის დოზის სიჩქარე.

გარემოში შემავალი რადიონუკლიდების წყაროები

1. ბუნებრივი რადიონუკლიდები, რომლებიც ჩვენს დრომდე შემორჩნენ მათი ჩამოყალიბების მომენტიდან (შესაძლოა მზის სისტემის ან სამყაროს ჩამოყალიბების დროიდან), ვინაიდან მათ აქვთ ხანგრძლივი ნახევარგამოყოფის პერიოდი, რაც ნიშნავს ხანგრძლივ სიცოცხლეს.

2.ფრაგმენტული წარმოშობის რადიონუკლიდები, რომლებიც წარმოიქმნება ატომის ბირთვების დაშლის შედეგად. ისინი წარმოიქმნება ბირთვულ რეაქტორებში, რომლებშიც ხდება კონტროლირებადი ჯაჭვური რეაქცია, ასევე ბირთვული იარაღის ტესტირებისას (უკონტროლო ჯაჭვური რეაქცია).

3. აქტივაციის წარმოშობის რადიონუკლიდებიწარმოიქმნება ჩვეულებრივი სტაბილური იზოტოპებისგან აქტივაციის შედეგად, ანუ როდესაც სუბატომური ნაწილაკი (ჩვეულებრივ ნეიტრონი) შედის სტაბილური ატომის ბირთვში, რის შედეგადაც სტაბილური ატომი ხდება რადიოაქტიური. ისინი მიიღება სტაბილური იზოტოპების გააქტიურებით რეაქტორის ბირთვში მოთავსებით, ან ნაწილაკების ამაჩქარებლებში სტაბილური იზოტოპის დაბომბვით პროტონებით, ელექტრონებით და ა.შ.

რადიონუკლიდური წყაროების გამოყენების სფეროები

AI წყაროები პოულობენ აპლიკაციებს ინდუსტრიაში, სოფლის მეურნეობაში, სამეცნიერო კვლევებსა და მედიცინაში. მხოლოდ მედიცინაში დაახლოებით ასი იზოტოპი გამოიყენება სხვადასხვა სამედიცინო კვლევის, დიაგნოსტიკის, სტერილიზაციისა და რადიოთერაპიისთვის.

მთელ მსოფლიოში მრავალი ლაბორატორია იყენებს რადიოაქტიურ მასალებს სამეცნიერო კვლევებისთვის. რადიოიზოტოპებზე დაფუძნებული თერმოელექტრული გენერატორები გამოიყენება ელექტროენერგიის წარმოებისთვის სხვადასხვა აღჭურვილობის ავტონომიური ელექტრომომარაგებისთვის შორეულ და ძნელად მისადგომ ადგილებში (რადიო და მსუბუქი შუქურები, ამინდის სადგურები).

ინდუსტრიაში ყველგან, რადიოაქტიური წყაროების შემცველი ინსტრუმენტები გამოიყენება ტექნოლოგიური პროცესების მონიტორინგისთვის (სიმკვრივის, დონის და სისქის საზომი), არადესტრუქციული ტესტირების ინსტრუმენტები (გამა ხარვეზის დეტექტორები) და ინსტრუმენტები ნივთიერების შემადგენლობის გასაანალიზებლად. რადიაცია გამოიყენება მოსავლის ზომისა და ხარისხის გასაზრდელად.

რადიაციის გავლენა ადამიანის სხეულზე. რადიაციის ეფექტი

რადიოაქტიური ნაწილაკებიუზარმაზარ ენერგიასა და სიჩქარეს ფლობენ, რომელიმე ნივთიერების გავლისას ისინი ეჯახებიან ამ ნივთიერების ატომებსა და მოლეკულებს და გაძღოლამათი განადგურება იონიზაცია, "ცხელი" იონების და თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნამდე.

ვინაიდან ბიოლოგიური ადამიანის ქსოვილი 70% წყალია, შემდეგ დიდწილად ეს არის წყალი, რომელიც განიცდის იონიზაციას. იონები და თავისუფალი რადიკალები ქმნიან ორგანიზმისთვის საზიანო ნაერთებს, რომლებიც იწვევს თანმიმდევრული ბიოქიმიური რეაქციების მთელ ჯაჭვს და თანდათანობით იწვევს უჯრედის მემბრანების (უჯრედის კედლები და სხვა სტრუქტურების) განადგურებას.

რადიაცია ადამიანებზე განსხვავებულად მოქმედებს სქესისა და ასაკის, სხეულის მდგომარეობის, მისი იმუნური სისტემის და ა.შ., მაგრამ განსაკუთრებით ძლიერად ჩვილებზე, ბავშვებსა და მოზარდებზე. რადიაციის ზემოქმედებისას ფარული (ინკუბაციური, ლატენტური) პერიოდიანუ, ხილული ეფექტის დაწყებამდე დაგვიანების დრო შეიძლება გაგრძელდეს წლების ან თუნდაც ათწლეულების განმავლობაში.

რადიაციის გავლენა ადამიანის სხეულზე და ბიოლოგიურ ობიექტებზე იწვევს სამ განსხვავებულ უარყოფით ეფექტს:

გენეტიკური ეფექტისხეულის მემკვიდრეობითი (სქესობრივი) უჯრედებისთვის. მას შეუძლია და იჩენს თავს მხოლოდ შთამომავლობაში;
გენეტიკური-სტოქასტური ეფექტი, გამოიხატება სომატური უჯრედების მემკვიდრეობითი აპარატისთვის - სხეულის უჯრედებისთვის. იგი ვლინდება კონკრეტული ადამიანის სიცოცხლის განმავლობაში სხვადასხვა მუტაციებისა და დაავადებების (მათ შორის კიბოს) სახით;
სომატური ეფექტიუფრო სწორად, იმუნური. ეს არის სხეულის დაცვისა და იმუნური სისტემის შესუსტება უჯრედის მემბრანების და სხვა სტრუქტურების განადგურების გამო.

დაკავშირებული მასალები

რადიოაქტიური გარდაქმნები

1903 წელს პიერ კიურიმ აღმოაჩინა, რომ ურანის მარილები განუწყვეტლივ და დროთა განმავლობაში ხილული შემცირების გარეშე ათავისუფლებს თერმულ ენერგიას, რომელიც, ერთეულ მასაზე, უზარმაზარი ჩანდა ყველაზე ენერგიული ქიმიური რეაქციების ენერგიასთან შედარებით. რადიუმი კიდევ უფრო მეტ სითბოს გამოყოფს - დაახლოებით 107 ჯ საათში 1 გრ სუფთა ნივთიერზე. აღმოჩნდა, რომ გლობუსის სიღრმეში არსებული რადიოაქტიური ელემენტები საკმარისი იყო (სითბოს მოცილების შეზღუდული პირობებში) მაგმის დნობისთვის.

სად არის ამ ერთი შეხედვით ამოუწურავი ენერგიის წყარო? მარი კიური წამოაყენა მე-19 საუკუნის ბოლოს. ორი ჰიპოთეზა. ერთ-ერთი მათგანი (გაზიარებული ლორდ კელვინის მიერ ) იყო ის, რომ რადიოაქტიური ნივთიერებები იჭერს რაიმე სახის კოსმოსურ გამოსხივებას, ინახავს საჭირო ენერგიას. მეორე ჰიპოთეზის შესაბამისად, გამოსხივებას თან ახლავს გარკვეული ცვლილებები თავად ატომებში, რომლებიც ამავდროულად კარგავენ ენერგიას, რომელიც გამოიყოფა. ორივე ჰიპოთეზა ერთნაირად წარმოუდგენელი ჩანდა, მაგრამ თანდათან უფრო და უფრო მეტი მტკიცებულება გროვდებოდა მეორეს სასარგებლოდ.

ერნესტ რეზერფორდმა დიდი წვლილი შეიტანა იმის გაგებაში, თუ რა ხდება რადიოაქტიურ ნივთიერებებთან. ჯერ კიდევ 1895 წელს ინგლისელმა ქიმიკოსმა უილიამ რამზეიმ, რომელიც ცნობილი გახდა ჰაერში არგონის აღმოჩენით, აღმოაჩინა კიდევ ერთი კეთილშობილი გაზი მინერალურ კლევეიტში - ჰელიუმი. შემდგომში ჰელიუმის მნიშვნელოვანი რაოდენობა აღმოაჩინეს სხვა მინერალებში - მაგრამ მხოლოდ მათში, რომლებიც შეიცავდნენ ურანს და თორიუმს. გასაკვირი და უცნაური ჩანდა - საიდან შეიძლება აღმოჩნდეს იშვიათი გაზი მინერალებში? როდესაც რეზერფორდმა დაიწყო ალფა ნაწილაკების ბუნების გამოკვლევა, რომლებიც გამოიყოფა რადიოაქტიური მინერალებით, ცხადი გახდა, რომ ჰელიუმი არის რადიოაქტიური დაშლის პროდუქტი. სმ.რადიოაქტიურობა). ეს ნიშნავს, რომ ზოგიერთ ქიმიურ ელემენტს შეუძლია სხვების "წარმოქმნა" - ეს ეწინააღმდეგებოდა ქიმიკოსთა რამდენიმე თაობის მიერ დაგროვილ მთელ გამოცდილებას.

თუმცა, ურანისა და თორიუმის „ტრანსფორმაცია“ ჰელიუმად არ შემოიფარგლებოდა. 1899 წელს რეზერფორდის ლაბორატორიაში კიდევ ერთი უცნაური ფენომენი დაფიქსირდა (იმ დროს ის მუშაობდა მონრეალში): თორიუმის ელემენტის პრეპარატები დახურულ ამპულაში ინარჩუნებდნენ მუდმივ აქტივობას, მაგრამ ღია ცის ქვეშ მათი აქტივობა იყო დამოკიდებული. ნახაზები. რეზერფორდმა სწრაფად გააცნობიერა, რომ თორიუმი ასხივებს რადიოაქტიურ გაზს (მას ეწოდა თორიუმის ემანაცია - ლათინური emanatio - გადინება, ან თორონი), ამ გაზის აქტივობა ძალიან სწრაფად შემცირდა: დაახლოებით ერთ წუთში ნახევარით (თანამედროვე მონაცემებით - 55,6 წმ. ). მსგავსი აირისებრი „ემანაცია“ აღმოაჩინეს რადიუმშიც (მისი აქტივობა გაცილებით ნელა იკლო) - მას რადიუმის ემანაცია, ანუ რადონი ეწოდა. ასევე აღმოჩნდა, რომ აქტინიუმს აქვს საკუთარი „ემანაცია“, რომელიც სულ რამდენიმე წამში ქრება; მას ეწოდებოდა აქტინიუმის ემანაცია ან აქტინონი. შემდგომში გაირკვა, რომ ყველა ეს „ემანაცია“ არის იგივე ქიმიური ელემენტის - რადონის იზოტოპები ( სმ.ქიმიური ელემენტები).

სერიის თითოეული წევრის მინიჭების შემდეგ ცნობილი ქიმიური ელემენტების ერთ-ერთ იზოტოპზე, ცხადი გახდა, რომ ურანის სერია იწყება ურანი-238-ით ( თ 1/2 = 4,47 მილიარდი წელი) და მთავრდება სტაბილური ტყვიით-206; ვინაიდან ამ სერიის ერთ-ერთი წევრი არის ძალიან მნიშვნელოვანი ელემენტი რადიუმი), ამ სერიას ასევე უწოდებენ ურანი-რადიუმის სერიას. აქტინიუმის სერია (მისი სხვა სახელია აქტინურანიუმის სერია) ასევე წარმოიშვა ბუნებრივი ურანისაგან, მაგრამ მისი სხვა იზოტოპიდან - 235 U ( თ 1/2 = 794 მილიონი წელი). თორიუმის სერია იწყება ნუკლიდით 232 Th ( თ 1/2 = 14 მილიარდი წელი). დაბოლოს, ნეპტუნიუმის სერია, რომელიც ბუნებაში არ არის, იწყება ხელოვნურად მიღებული ნეპტუნიუმის ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპით: 237 Np  233 Pa  233 U  229 Th  225 Ra  225 Ac  2  221. Bi  213 Po  2 09 Pb  209 Bi. ამ სერიაში არის "ჩანგალიც": 213 Bi 2% ალბათობით შეიძლება გადაიქცეს 209 Tl, რომელიც უკვე იქცევა 209 Pb. ნეპტუნიუმის სერიის უფრო საინტერესო მახასიათებელია აირისებური „გამოსხივების“ არარსებობა, ხოლო სერიის ბოლო წევრი ტყვიის ნაცვლად ბისმუტია. ამ ხელოვნური სერიის წინაპრის ნახევარგამოყოფის პერიოდი "მხოლოდ" 2,14 მილიონი წელია, ამიტომ ნეპტუნიუმი, მზის სისტემის ჩამოყალიბების დროსაც რომ ყოფილიყო, დღემდე ვერ "გადარჩებოდა", რადგანაც. დედამიწის ასაკი შეფასებულია 4,6 მილიარდი წლის განმავლობაში და ამ დროის განმავლობაში (2000-ზე მეტი ნახევარგამოყოფის პერიოდი) ნეპტუნიუმის არც ერთი ატომი არ დარჩებოდა.

მაგალითად, რეზერფორდმა აღმოაჩინა მოვლენების რთული კომპლექსი რადიუმის ტრანსფორმაციის ჯაჭვში (რადიუმი-226 არის ურანი-238-ის რადიოაქტიური სერიის მეექვსე წევრი). დიაგრამაზე ნაჩვენებია როგორც რეზერფორდის დროის, ასევე ნუკლიდების თანამედროვე სიმბოლოები, ასევე დაშლის ტიპი და თანამედროვე მონაცემები ნახევარგამოყოფის შესახებ; ზემოხსენებულ სერიაში ასევე არის პატარა „ჩანგალი“: RaC 0.04% ალბათობით შეიძლება გარდაიქმნას RaC““(210 Tl), რომელიც შემდეგ გადაიქცევა იმავე RaD-ად ( თ 1/2 = 1,3 წთ). ამ რადიოაქტიურ ტყვიას აქვს საკმაოდ გრძელი ნახევარგამოყოფის პერიოდი, ამიტომ ექსპერიმენტის დროს ხშირად შეიძლება მისი შემდგომი გარდაქმნების იგნორირება.

ამ სერიის ბოლო წევრი, ტყვი-206 (RaG), სტაბილურია; ბუნებრივ ტყვიაში არის 24,1%. თორიუმის სერია მივყავართ მდგრად ტყვიამდე-208 (მისი შემცველობა „ჩვეულებრივ“ ტყვიაში 52,4%), აქტინიუმის სერია მივყავართ ტყვია-207-მდე (მისი შემცველობა ტყვიაში 22,1%). ამ ტყვიის იზოტოპების თანაფარდობა თანამედროვე დედამიწის ქერქში, რა თქმა უნდა, დაკავშირებულია როგორც ძირითადი ნუკლიდების ნახევარგამოყოფის პერიოდთან, ასევე მათ საწყის თანაფარდობასთან მასალაში, საიდანაც დედამიწა შეიქმნა. ხოლო „ჩვეულებრივი“, არარადიოგენური ტყვია დედამიწის ქერქში მხოლოდ 1,4%-ია. ასე რომ, დედამიწაზე თავდაპირველად რომ არ ყოფილიყო ურანი და თორიუმი, მასში ტყვია არ იქნებოდა 1.6 × 10-3% (დაახლოებით იგივე კობალტი), მაგრამ 70-ჯერ ნაკლები (მაგალითად, ისეთი იშვიათი ლითონები, როგორიცაა ინდიუმი და თულიუმი!). მეორეს მხრივ, წარმოსახვითი ქიმიკოსი, რომელიც ჩვენს პლანეტაზე რამდენიმე მილიარდი წლის წინ გაფრინდა, მასში გაცილებით ნაკლებ ტყვიას და ბევრად მეტ ურანს და თორიუმს აღმოაჩენდა...

როდესაც ფ. სოდიმ 1915 წელს გამოყო ცეილონის მინერალური თორიტიდან თორიუმის დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ტყვია (ThSiO 4), მისი ატომური მასა ტოლი აღმოჩნდა 207,77, ანუ უფრო მეტი ვიდრე „ჩვეულებრივი“ ტყვიის (207.2). ეს განსხვავება "თეორიულიდან" (208) აიხსნება იმით, რომ თორიტი შეიცავდა გარკვეულ ურანს, რომელიც აწარმოებს ტყვია-206-ს. როდესაც ამერიკელმა ქიმიკოსმა თეოდორ უილიამ რიჩარდსმა, ავტორიტეტმა ატომური მასების გაზომვის სფეროში, გამოყო ტყვია ურანის ზოგიერთი მინერალიდან, რომელიც არ შეიცავდა თორიუმს, მისი ატომური მასა თითქმის ზუსტად 206 აღმოჩნდა. ამ ტყვიის სიმკვრივე ოდნავ ნაკლები იყო. და იგი შეესაბამებოდა გამოთვლილს: ( Pb)  206/207.2 = 0.994(Pb), სადაც (Pb) = 11.34 გ/სმ 3. ეს შედეგები ნათლად აჩვენებს, თუ რატომ არ აქვს აზრი ტყვიას, ისევე როგორც სხვა რიგ ელემენტებს, ატომური მასის ძალიან მაღალი სიზუსტით გაზომვას: სხვადასხვა ადგილას აღებული ნიმუშები ოდნავ განსხვავებულ შედეგებს იძლევა ( სმ.ნახშირბადის ერთეული).

ბუნებაში, დიაგრამებში ნაჩვენები გარდაქმნების ჯაჭვები მუდმივად ხდება. შედეგად, ზოგიერთი ქიმიური ელემენტი (რადიოაქტიური) გარდაიქმნება სხვებად და ასეთი გარდაქმნები ხდებოდა დედამიწის არსებობის მთელი პერიოდის განმავლობაში. რადიოაქტიური სერიის საწყისი წევრები (მათ დედას უწოდებენ) ყველაზე ხანგრძლივნი არიან: ურანი-238-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 4,47 მილიარდი წელია, თორიუმ-232 არის 14,05 მილიარდი წელი, ურანი-235 (ასევე ცნობილია როგორც „აქტინურანიუმი“ აქტინიუმის სერიის წინაპარი) – 703,8 მილიონი წელი. ამ გრძელი ჯაჭვის ყველა შემდგომი („ქალიშვილი“) წევრი მნიშვნელოვნად ხანმოკლე ცხოვრებით ცხოვრობს. ამ შემთხვევაში, ჩნდება მდგომარეობა, რომელსაც რადიოქიმიკოსები უწოდებენ "რადიოაქტიურ წონასწორობას": შუალედური რადიონუკლიდის წარმოქმნის სიჩქარე საწყისი ურანი, თორიუმი ან აქტინიუმი (ეს მაჩვენებელი ძალიან დაბალია) უდრის ამ ნუკლიდის დაშლის სიჩქარეს. ამ მაჩვენებლების თანასწორობის შედეგად მოცემული რადიონუკლიდის შემცველობა მუდმივია და დამოკიდებულია მხოლოდ მის ნახევარგამოყოფის პერიოდზე: რადიოაქტიური სერიის ხანმოკლე წევრების კონცენტრაცია მცირეა, ხოლო გრძელვადიანი წევრების კონცენტრაცია არის. უფრო დიდი. შუალედური დაშლის პროდუქტების შემცველობის ეს მდგრადობა შენარჩუნებულია ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში (ეს დრო განისაზღვრება ძირითადი ნუკლიდის ნახევარგამოყოფის პერიოდით, რომელიც ძალიან გრძელია). მარტივი მათემატიკური გარდაქმნები მივყავართ შემდეგ დასკვნამდე: თანაფარდობა დედათა რიცხვის ( ნ 0) და ბავშვები ( ნ 1, ნ 2, ნ 3...) ატომები პირდაპირპროპორციულია მათი ნახევარგამოყოფის პერიოდის: ნ 0:ნ 1:ნ 2:ნ 3... = თ 0:თ 1:თ 2:თ 3... ამრიგად, ურანი-238-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდია 4,47 10 9 წელი, რადიუმი 226 არის 1600 წელი, ამიტომ ურანის მადნებში ურანის-238 და რადიუმ-226 ატომების რაოდენობის თანაფარდობა არის 4,47 10 9: 1600 წ., საიდანაც ადვილია გამოვთვალოთ (ამ ელემენტების ატომური მასების გათვალისწინებით), რომ 1 ტონა ურანზე, როდესაც რადიოაქტიური წონასწორობა მიიღწევა, არის მხოლოდ 0,34 გ რადიუმი.

და პირიქით, მადნებში ურანისა და რადიუმის თანაფარდობის და ასევე რადიუმის ნახევარგამოყოფის ცოდნით, შესაძლებელია ურანის ნახევარგამოყოფის პერიოდის დადგენა და რადიუმის ნახევარგამოყოფის პერიოდის დადგენა არ გჭირდებათ. დაელოდეთ ათას წელზე მეტს - საკმარისია გავზომოთ (მისი რადიოაქტიურობით) დაშლის სიჩქარე (ე.ი. d მნიშვნელობა). ნ/დ ტ) ამ ელემენტის მცირე ცნობილი რაოდენობა (ატომების ცნობილი რაოდენობა ნ) და შემდეგ დ ფორმულის მიხედვით ნ/დ ტ = –ნგანსაზღვრეთ მნიშვნელობა  = ln2/ თ 1/2.

გადაადგილების კანონი.თუ რომელიმე რადიოაქტიური სერიის წევრები თანმიმდევრულად არის გამოსახული ელემენტების პერიოდულ სისტემაზე, გამოდის, რომ ამ სერიის რადიონუკლიდები შეუფერხებლად არ გადადიან ძირითადი ელემენტიდან (ურანი, თორიუმი ან ნეპტუნიუმი) ტყვიაზე ან ბისმუტში, არამედ "ხტუნდებიან". მარჯვნივ და შემდეგ მარცხნივ. ამრიგად, ურანის სერიაში ტყვიის ორი არასტაბილური იზოტოპი (ელემენტი No. 82) გარდაიქმნება ბისმუტის იზოტოპებად (ელემენტი No. 83), შემდეგ პოლონიუმის იზოტოპებად (ელემენტი No. 84) და შემდეგ კვლავ ტყვიის იზოტოპებად. . შედეგად, რადიოაქტიური ელემენტი ხშირად ბრუნდება ელემენტების ცხრილის იმავე უჯრედში, მაგრამ წარმოიქმნება იზოტოპი განსხვავებული მასით. აღმოჩნდა, რომ ამ „ნახტომებში“ არის გარკვეული ნიმუში, რომელიც ფ.სოდიმ შენიშნა 1911 წელს.

ახლა ცნობილია, რომ  დაშლის დროს  ნაწილაკი (ჰელიუმის ატომის ბირთვი) გამოიყოფა ბირთვიდან, შესაბამისად, ბირთვის მუხტი მცირდება 2-ით (პერიოდიური ცხრილის ცვლა ორი უჯრედით მარცხნივ) და მასობრივი რიცხვი მცირდება 4-ით, რაც საშუალებას გვაძლევს ვიწინასწარმეტყველოთ ახალი ელემენტის რა იზოტოპი წარმოიქმნება. ილუსტრაცია შეიძლება იყოს -რადონის დაშლა:  + .  დაშლის დროს, პირიქით, ბირთვში პროტონების რაოდენობა იზრდება ერთით, მაგრამ ბირთვის მასა არ იცვლება ( სმ.რადიოაქტიურობა), ე.ი. არის ელემენტების ცხრილის ცვლა ერთი უჯრედით მარჯვნივ. მაგალითია რადონისგან წარმოქმნილი პოლონიუმის ორი თანმიმდევრული ტრანსფორმაცია:   . ამრიგად, შესაძლებელია გამოვთვალოთ რამდენი ალფა და ბეტა ნაწილაკი გამოიყოფა, მაგალითად, რადიუმ-226-ის დაშლის შედეგად (იხ. ურანის სერია), თუ არ ჩავთვლით „ჩანგალებს“. საწყისი ნუკლიდი, საბოლოო ნუკლიდი - . მასის შემცირება (უფრო სწორად, მასის რიცხვი, ანუ ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა) უდრის 226 – 206 = 20, შესაბამისად, 20/4 = 5 ალფა ნაწილაკი გამოიცა. ამ ნაწილაკებმა გაიტაცეს 10 პროტონი და რომ არ ყოფილიყო  დაშლა, საბოლოო დაშლის პროდუქტის ბირთვული მუხტი ტოლი იქნებოდა 88 – 10 = 78. ფაქტობრივად, საბოლოო პროდუქტში 82 პროტონია, შესაბამისად, გარდაქმნების დროს. , 4 ნეიტრონი გადაიქცა პროტონებად და გამოიცა 4  ნაწილაკი.

ძალიან ხშირად, -დაშლას მოჰყვება ორი -დაშლა და ამგვარად მიღებული ელემენტი ბრუნდება ელემენტების ცხრილის თავდაპირველ უჯრედში - საწყისი ელემენტის მსუბუქი იზოტოპის სახით. ამ ფაქტების წყალობით, აშკარა გახდა, რომ D.I. მენდელეევის პერიოდული კანონი ასახავს ურთიერთობას ელემენტების თვისებებსა და მათი ბირთვის მუხტს შორის და არა მათ მასას (როგორც თავდაპირველად ჩამოყალიბებული იყო, როდესაც ატომის სტრუქტურა არ იყო ცნობილი).

რადიოაქტიური გადაადგილების კანონი საბოლოოდ ჩამოყალიბდა 1913 წელს მრავალი მეცნიერის მტკივნეული კვლევის შედეგად. მათ შორის აღსანიშნავია სოდის ასისტენტი ალექსანდრე ფლეკი, სოდის სტაჟიორი ა. 1887–1975 წწ.). ამ კანონს ხშირად უწოდებენ სოდი-ფაიანსის კანონს.

ელემენტების ხელოვნური ტრანსფორმაცია და ხელოვნური რადიოაქტიურობა.ბეკერელის დროიდან შენიშნა, რომ ყველაზე ჩვეულებრივი ნივთიერებები, რომლებიც რადიოაქტიურ ნაერთებთან ახლოს იყვნენ, მეტ-ნაკლებად რადიოაქტიური ხდება. რეზერფორდმა მას "აღელვებული აქტივობა" უწოდა, კურიელები "გამოწვეულ აქტივობას", მაგრამ დიდი ხნის განმავლობაში ვერავინ ახსნიდა ფენომენის არსს.

1919 წელს რეზერფორდმა შეისწავლა ალფა ნაწილაკების გავლა სხვადასხვა ნივთიერებით. აღმოჩნდა, რომ როდესაც სწრაფად მფრინავი  ნაწილაკები ხვდებიან მსუბუქი ელემენტების ბირთვებს, მაგალითად, აზოტი, სწრაფად მფრინავი პროტონები (წყალბადის ბირთვები) შეიძლება დროდადრო ამოვარდეს მათგან, ხოლო თავად  ნაწილაკი ხდება ბირთვის ნაწილი. , რაც მის მუხტს ერთით ზრდის. ამრიგად, +  + რეაქციის შედეგად აზოტისგან წარმოიქმნება კიდევ ერთი ქიმიური ელემენტი - ჟანგბადი (მისი მძიმე იზოტოპი). ეს იყო პირველი ხელოვნურად განხორციელებული რეაქცია ერთი ელემენტის მეორეში გადაქცევის დროს. ამ, ისევე როგორც ყველა სხვა ბირთვულ პროცესში, შენარჩუნებულია როგორც მთლიანი მუხტი (ქვესკრიპტები) ასევე მასობრივი რიცხვი, ე.ი. პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა (ზედამწერები).

ალქიმიკოსების უძველესი ოცნება ახდა: ადამიანმა ისწავლა ზოგიერთი ელემენტის სხვებად გარდაქმნა, თუმცა რეზერფორდის დროს ამ უნარისგან პრაქტიკულ შედეგს არავინ ელოდა. მართლაც, α-ნაწილაკების მისაღებად საჭირო იყო მათი წყარო, მაგალითად, რადიუმის პრეპარატი. უარესი, აზოტზე გამოთავისუფლებული ყოველი მილიონი α-ნაწილაკი, საშუალოდ მხოლოდ 20 ჟანგბადის ატომი იყო მიღებული.

დროთა განმავლობაში განხორციელდა სხვა ბირთვული რეაქციები და ბევრმა მათგანმა იპოვა პრაქტიკული გამოყენება. 1932 წლის აპრილში, ინგლისის მეცნიერებათა აკადემიის (სამეფო საზოგადოების) შეხვედრაზე რეზერფორდმა გამოაცხადა, რომ მისმა ლაბორატორიამ წარმატებით ჩაატარა პროტონებთან მსუბუქი ელემენტების (მაგალითად, ლითიუმის) გაყოფის რეაქციები. ამისათვის წყალბადისგან მიღებული პროტონები აჩქარდნენ მაღალი ძაბვის გამოყენებით, რომელიც ტოლია ათობით ან თუნდაც ასობით ათასი ვოლტის. პროტონები, რომლებსაც ალფა ნაწილაკებზე ნაკლები მუხტი და მასა აქვთ, უფრო ადვილად აღწევენ ბირთვში. ლითიუმ-7-ის ბირთვში შეყვანისას პროტონი მას გარდაქმნის ბერილიუმ-8-ის ბირთვად, რომელიც თითქმის მყისიერად „ჩაყრის“ ზედმეტ ენერგიას და იშლება ორ -ნაწილაკად: +  ()  2. თუ ავიღებთ მსუბუქ იზოტოპს. ლითიუმის (ბუნებრივ ლითიუმში არის 7,5%), შემდეგ წარმოიქმნება ჰელიუმის ორი იზოტოპის ბირთვები: +  ()  + . ჟანგბადის პროტონებით დაბომბვისას მიიღეს ფტორი: +  + ; ალუმინის – მაგნიუმის დაბომბვისას: + + .

მრავალი განსხვავებული ტრანსფორმაცია განხორციელდა დეიტრონებით, მძიმე წყალბადის იზოტოპის დეიტერიუმის ბირთვებით, რომლებიც აჩქარდნენ მაღალ სიჩქარეზე. ამრიგად, +  + რეაქციის დროს პირველად წარმოიქმნა ზემძიმე წყალბადი - ტრიტიუმი. ორი დეიტრონის შეჯახება შეიძლება განსხვავებულად მიმდინარეობდეს: +  + , ეს პროცესები მნიშვნელოვანია კონტროლირებადი თერმობირთვული რეაქციის შესაძლებლობის შესასწავლად. რეაქცია +  ()  2 მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, რადგან ის უკვე ხდება დეიტრონების შედარებით დაბალ ენერგიაზე (0,16 მევ) და თან ახლავს კოლოსალური ენერგიის გამოყოფა - 22,7 მევ (შეგახსენებთ, რომ 1 მევ = 10 6 ევ. და 1 eV = 96,5 კჯ/მოლი).

რეაქციამ, რომელიც ხდება -ნაწილაკებით ბერილიუმის დაბომბვისას, მიიღო დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა: +  ()  + , მან გამოიწვია 1932 წელს ნეიტრალური ნეიტრონული ნაწილაკის აღმოჩენა და რადიუმ-ბერილიუმის ნეიტრონული წყაროები აღმოჩნდა ძალიან მოსახერხებელი. სამეცნიერო კვლევისთვის. +  + რეაქციის შედეგად შეიძლება მივიღოთ აგრეთვე სხვადასხვა ენერგიის მქონე ნეიტრონები; +  + ; +  + . ნეიტრონები, რომლებსაც მუხტი არ აქვთ, განსაკუთრებით ადვილად შეაღწევენ ატომის ბირთვებში და იწვევენ მრავალფეროვან პროცესებს, რომლებიც დამოკიდებულია როგორც ნასროლ ნუკლიდზე, ასევე ნეიტრონების სიჩქარეზე (ენერგიაზე). ამრიგად, ნელი ნეიტრონი შეიძლება უბრალოდ დაიჭიროს ბირთვს და ბირთვი გამოიყოფა გარკვეული ჭარბი ენერგიისგან გამა კვანტის გამოსხივებით, მაგალითად: +  + . ეს რეაქცია ფართოდ გამოიყენება ატომურ რეაქტორებში ურანის დაშლის რეაქციის გასაკონტროლებლად: კადმიუმის ღეროები ან ფირფიტები ჩადის ბირთვულ ქვაბში რეაქციის შესანელებლად.

1934 წელს ქმრებმა ირინე და ფრედერიკ ჟოლიო-კიურიმ მნიშვნელოვანი აღმოჩენა გააკეთეს. დაბომბეს ზოგიერთი მსუბუქი ელემენტი ალფა ნაწილაკებით (პოლონიუმმა გამოუშვა ისინი), ისინი ელოდნენ რეაქციას, რომელიც უკვე ცნობილია ბერილიუმისთვის, ე.ი. ნეიტრონების დარტყმა, მაგალითად:

თუ მატერია შემოიფარგლებოდა ამ გარდაქმნებით, მაშინ -გამოსხივების შეჩერების შემდეგ ნეიტრონის ნაკადი დაუყოვნებლივ უნდა გამშრალიყო, ამიტომ პოლონიუმის წყაროს ამოღების შემდეგ ისინი ელოდნენ ყველა აქტივობის შეწყვეტას, მაგრამ აღმოაჩინეს, რომ ნაწილაკების მრიცხველი განაგრძობდა დაარეგისტრირეთ იმპულსები, რომლებიც თანდათან ქრებოდა - ექსპონენციალური კანონის ზუსტი შესაბამისად. ამის ინტერპრეტაცია შეიძლება მხოლოდ ერთი გზით: ალფა დასხივების შედეგად, ადრე უცნობი რადიოაქტიური ელემენტები გამოჩნდა დამახასიათებელი ნახევარგამოყოფის პერიოდით 10 წუთი აზოტი-13-ისთვის და 2,5 წუთი ფოსფორ-30-ისთვის. აღმოჩნდა, რომ ეს ელემენტები განიცდიან პოზიტრონის დაშლას:  + e + ,  + e + . საინტერესო შედეგები მიიღეს მაგნიუმთან, რომელიც წარმოდგენილია სამი სტაბილური ბუნებრივი იზოტოპით და აღმოჩნდა, რომ -დასხივებისას ისინი ყველა აწარმოებენ სილიციუმის ან ალუმინის რადიოაქტიურ ნუკლიდებს, რომლებიც განიცდიან 227- ან პოზიტრონის დაშლას:

ხელოვნური რადიოაქტიური ელემენტების წარმოებას დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს, რადგან ის იძლევა რადიონუკლიდების სინთეზს კონკრეტული მიზნისთვის ხელსაყრელი ნახევარგამოყოფის პერიოდით და გარკვეული სიმძლავრის სასურველი ტიპის გამოსხივებით. განსაკუთრებით მოსახერხებელია ნეიტრონების გამოყენება როგორც "ჭურვები". ნეიტრონის დაჭერა ბირთვის მიერ ხშირად ხდის მას იმდენად არასტაბილურს, რომ ახალი ბირთვი ხდება რადიოაქტიური. ის შეიძლება გახდეს სტაბილური "ზედმეტი" ნეიტრონის პროტონად გადაქცევის გამო, ანუ 227 გამოსხივების გამო; ცნობილია უამრავი ასეთი რეაქცია, მაგალითად: +   + ე. ატმოსფეროს ზედა ფენებში წარმოქმნილი რადიოკარბონის წარმოქმნის რეაქცია ძალიან მნიშვნელოვანია: +  + ( სმ.რადიოკარბონის ანალიზის მეთოდი). ტრიტიუმი სინთეზირდება ლითიუმ-6 ბირთვების მიერ ნელი ნეიტრონების შეწოვით. მრავალი ბირთვული ტრანსფორმაციის მიღწევა შესაძლებელია სწრაფი ნეიტრონების გავლენით, მაგალითად: +  + ; +  + ; +  + . ამგვარად, ჩვეულებრივი კობალტის ნეიტრონებით დასხივებით მიიღება რადიოაქტიური კობალტი-60, რომელიც გამა გამოსხივების მძლავრი წყაროა (იგი გამოიყოფა 60 Co-აღგზნებული ბირთვის დაშლის პროდუქტით). ზოგიერთი ტრანსურანის ელემენტი წარმოიქმნება ნეიტრონებით დასხივებით. მაგალითად, ბუნებრივი ურანი-238-დან პირველად წარმოიქმნება არასტაბილური ურანი-239, რომელიც  დაშლის დროს ( თ 1/2 = 23,5 წთ) იქცევა პირველ ტრანსურანულ ელემენტად ნეპტუნი-239 და ის, თავის მხრივ, ასევე -დაშლის გზით ( თ 1/2 = 2,3 დღე) იქცევა ძალიან მნიშვნელოვან ე.წ. იარაღის კლასის პლუტონიუმ-239-ად.

შესაძლებელია თუ არა ხელოვნურად ოქროს მოპოვება აუცილებელი ბირთვული რეაქციის განხორციელებით და ამით იმის მიღწევა, რაც ალქიმიკოსებმა ვერ გააკეთეს? თეორიულად, ამას არანაირი დაბრკოლება არ აქვს. მეტიც, ასეთი სინთეზი უკვე განხორციელდა, მაგრამ მას სიმდიდრე არ მოუტანია. ოქროს ხელოვნურად წარმოების უმარტივესი გზა იქნება ვერცხლისწყლის დასხივება, ელემენტი, რომელიც ოქროს შემდეგ პერიოდულ სისტემაშია, ნეიტრონების ნაკადით. შემდეგ, +  + რეაქციის შედეგად, ნეიტრონი ვერცხლისწყლის ატომიდან პროტონს ამოაგდებს და ოქროს ატომად აქცევს. ეს რეაქცია არ მიუთითებს კონკრეტულ მასის რიცხვებზე ( ა) ვერცხლისწყლისა და ოქროს ნუკლიდები. ბუნებაში ოქრო ერთადერთი სტაბილური ნუკლიდია, ბუნებრივი ვერცხლისწყალი კი იზოტოპების რთული ნაზავია ა= 196 (0.15%), 198 (9.97%), 199 (1.87%), 200 (23.10%), 201 (13.18%), 202 (29.86%) და 204 (6.87%). შესაბამისად, ზემოაღნიშნული სქემის მიხედვით, შესაძლებელია მხოლოდ არასტაბილური რადიოაქტიური ოქროს მიღება. იგი მიიღეს ამერიკელმა ქიმიკოსებმა ჰარვარდის უნივერსიტეტიდან 1941 წლის დასაწყისში, ვერცხლისწყლის დასხივება სწრაფი ნეიტრონების ნაკადით. რამდენიმე დღის შემდეგ, ოქროს ყველა რადიოაქტიური იზოტოპი, ბეტა დაშლის გზით, კვლავ გადაიქცა ვერცხლისწყლის ორიგინალურ იზოტოპებად...

მაგრამ არსებობს სხვა გზა: თუ ვერცხლისწყლის-196 ატომები დასხივდება ნელი ნეიტრონებით, ისინი გადაიქცევიან ვერცხლისწყლის-197 ატომებად: +  + . ეს ატომები, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 2,7 დღე, განიცდიან ელექტრონის დაჭერას და საბოლოოდ გარდაიქმნებიან ოქროს სტაბილურ ატომებად: + e  . ეს ტრანსფორმაცია 1947 წელს განხორციელდა ჩიკაგოს ეროვნული ლაბორატორიის თანამშრომლების მიერ. 100 მგ ვერცხლისწყლის ნელი ნეიტრონებით დასხივებით მათ მიიღეს 0,035 მგ 197Au. ყველა ვერცხლისწყალთან მიმართებაში მოსავლიანობა ძალიან მცირეა - მხოლოდ 0,035%, მაგრამ 196Hg-სთან შედარებით ის 24%-ს აღწევს! თუმცა, იზოტოპი 196 Hg ბუნებრივ ვერცხლისწყალში არის სულ მცირე, გარდა ამისა, თავად დასხივების პროცესი და მისი ხანგრძლივობა (დასხივებას დასჭირდება რამდენიმე წელი), ხოლო რთული ნარევიდან სტაბილური „სინთეზური ოქროს“ გამოყოფა განუზომლად ძვირი დაჯდება. ოქროს იზოლაცია ყველაზე ღარიბი საბადოდან ( იხილეთ ასევეოქრო). ასე რომ, ოქროს ხელოვნური წარმოება მხოლოდ წმინდა თეორიულ ინტერესს წარმოადგენს.

რადიოაქტიური გარდაქმნების რაოდენობრივი ნიმუშები.თუ შესაძლებელი იქნებოდა კონკრეტული არასტაბილური ბირთვის თვალყურის დევნება, შეუძლებელი იქნებოდა იმის პროგნოზირება, თუ როდის დაიშლება იგი. ეს არის შემთხვევითი პროცესი და მხოლოდ გარკვეულ შემთხვევებში შეიძლება შეფასდეს გაფუჭების ალბათობა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. ამასთან, მიკროსკოპის ქვეშ თითქმის უხილავი მტვრის ნაწილაკიც კი შეიცავს ატომების დიდ რაოდენობას და თუ ეს ატომები რადიოაქტიურია, მაშინ მათი დაშლა ემორჩილება მკაცრ მათემატიკურ კანონებს: ძალაში შედის ძალიან დიდი რაოდენობის ობიექტებისთვის დამახასიათებელი სტატისტიკური კანონები. . და შემდეგ თითოეულ რადიონუკლიდს შეიძლება ახასიათებდეს ძალიან სპეციფიკური მნიშვნელობა - ნახევარგამოყოფის პერიოდი ( თ 1/2) არის დრო, რომლის დროსაც იშლება ბირთვების არსებული რაოდენობის ნახევარი. თუ საწყის მომენტში იყო ნ 0 ბირთვი, შემდეგ ცოტა ხნის შემდეგ ტ = თდარჩება მათი 1/2 ნ 0/2, ზე ტ = 2თ 1/2 დარჩება ნ 0/4 = ნ 0/2 2, ზე ტ = 3თ 1/2 – ნ 0/8 = ნ 0/2 3 და ა.შ. ზოგადად, როცა ტ = nT 1/2 დარჩება ნ 0/2 ნბირთვები, სადაც ნ = ტ/თ 1/2 არის ნახევარგამოყოფის რიცხვი (ეს არ უნდა იყოს მთელი რიცხვი). ადვილია იმის ჩვენება, რომ ფორმულა ნ = ნ 0/2 ტ / თ 1/2 უდრის ფორმულას ნ = ნ 0e –   ტ, სადაც  არის ე.წ. დაშლის მუდმივი. ფორმალურად, იგი განისაზღვრება, როგორც პროპორციულობის კოეფიციენტი დაშლის სიჩქარეს შორის d ნ/დ ტდა ბირთვების ხელმისაწვდომი რაოდენობა: დ ნ/დ ტ = –ნ(მინუს ნიშანი მიუთითებს ამაზე ნდროთა განმავლობაში მცირდება). ამ დიფერენციალური განტოლების ინტეგრირება იძლევა ბირთვების რაოდენობის ექსპონენციალურ დამოკიდებულებას დროზე. ჩანაცვლება ამ ფორმულაში ნ = ნ 0/2 ზე ტ = თ 1/2, მივიღებთ, რომ დაშლის მუდმივი უკუპროპორციულია ნახევარგამოყოფის პერიოდის:  = ln2/ თ 1/2 = 0,693/თ 1/2. მნიშვნელობა  = 1/ ეწოდება ბირთვის საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობას. მაგალითად, 226 Ra-სთვის თ 1/2 = 1600 წელი,  = 1109 წელი.

მოცემული ფორმულების მიხედვით მნიშვნელობის ცოდნა თ 1/2 (ან ), ადვილია გამოთვალოთ რადიონუკლიდის რაოდენობა დროის ნებისმიერი პერიოდის შემდეგ და მათგან შეგიძლიათ გამოთვალოთ ნახევარგამოყოფის პერიოდი, თუ რადიონუკლიდის რაოდენობა ცნობილია დროის სხვადასხვა მომენტში. ბირთვების რაოდენობის ნაცვლად, შეგიძლიათ ჩაანაცვლოთ რადიაციული აქტივობა ფორმულაში, რომელიც პირდაპირპროპორციულია ბირთვების ხელმისაწვდომი რაოდენობისა. ნ. აქტივობა ჩვეულებრივ ხასიათდება არა ნიმუშში დაშლის მთლიანი რაოდენობით, არამედ მის პროპორციული იმპულსების რაოდენობით, რომლებიც აღირიცხება მოწყობილობის საზომი აქტივობით. თუ არსებობს, მაგალითად, 1 გ რადიოაქტიური ნივთიერება, მაშინ რაც უფრო მოკლეა მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი, მით უფრო აქტიური იქნება ნივთიერება.

სხვა მათემატიკური კანონები აღწერს რადიონუკლიდების მცირე რაოდენობის ქცევას. აქ მხოლოდ კონკრეტული მოვლენის ალბათობაზე შეგვიძლია ვისაუბროთ. მოდით, მაგალითად, იყოს რადიონუკლიდის ერთი ატომი (უფრო ზუსტად, ერთი ბირთვი). თ 1/2 = 1 წთ. ალბათობა იმისა, რომ ეს ატომმა იცოცხლოს 1 წუთი არის 1/2 (50%), 2 წუთი - 1/4 (25%), 3 წუთი - 1/8 (12.5%), 10 წუთი - (1/2 ) 10 = 1/10 24 (0.1%), 20 წთ – (1/2) 20 = 1/1048576 (0.00001%). ერთი ატომისთვის შანსი უმნიშვნელოა, მაგრამ როცა ბევრი ატომია, მაგალითად, რამდენიმე მილიარდი, მაშინ ბევრი მათგანი, უეჭველია, იცოცხლებს 20 ნახევარგამოყოფის ან ბევრად მეტს. ატომის დაშლის ალბათობა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში მიიღება მიღებული მნიშვნელობების 100-ს გამოკლებით. ასე რომ, თუ ატომის გადარჩენის ალბათობა 2 წუთში არის 25%, მაშინ იგივე ატომის დაშლის ალბათობა ამ დროს. დრო არის 100 - 25 = 75%, დაშლის ალბათობა 3 წუთში - 87,5%, 10 წუთის განმავლობაში - 99,9% და ა.შ.

ფორმულა უფრო რთული ხდება, თუ რამდენიმე არასტაბილური ატომია. ამ შემთხვევაში მოვლენის სტატისტიკური ალბათობა აღწერილია ფორმულით ბინომიალური კოეფიციენტებით. Თუ იქ ნატომები და დროთა განმავლობაში ერთ-ერთი მათგანის დაშლის ალბათობა ტტოლია გვ, მაშინ ალბათობა იმისა, რომ დროის განმავლობაში ტსაწყისი ნატომები დაიშლება ნ(და შესაბამისად დარჩება ნ – ნ), უდრის პ = ნ!გვ ნ (1–გვ) ნ – ნ /(ნ–ნ)!ნ! მსგავსი ფორმულები უნდა იქნას გამოყენებული ახალი არასტაბილური ელემენტების სინთეზში, რომელთა ატომები მიიღება ფაქტიურად ინდივიდუალურად (მაგალითად, როდესაც ამერიკელი მეცნიერების ჯგუფმა აღმოაჩინეს ახალი ელემენტი მენდელევიუმი 1955 წელს, მათ მიიღეს იგი მხოლოდ 17 ატომის ოდენობით. ).

ეს იყო ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპი თანამედროვე ფიზიკური ცოდნის განვითარებაში. მეცნიერები მაშინვე არ მივიდნენ სწორ დასკვნამდე უმცირესი ნაწილაკების სტრუქტურასთან დაკავშირებით. და ბევრად მოგვიანებით, აღმოაჩინეს სხვა კანონები - მაგალითად, მიკრონაწილაკების მოძრაობის კანონები, ასევე ატომური ბირთვების ტრანსფორმაციის მახასიათებლები, რომლებიც ხდება რადიოაქტიური დაშლის დროს.

რეზერფორდის ექსპერიმენტები

ატომის ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნები პირველად ინგლისელმა მკვლევარმა რეზერფორდმა შეისწავლა. მაშინაც კი ცხადი იყო, რომ ატომის მასის უმეტესი ნაწილი მის ბირთვშია, რადგან ელექტრონები ასობით ჯერ მსუბუქია, ვიდრე ნუკლეონები. ბირთვის შიგნით დადებითი მუხტის შესასწავლად, 1906 წელს რეზერფორდმა შესთავაზა ატომის გამოკვლევა ალფა ნაწილაკებით. ასეთი ნაწილაკები წარმოიქმნა რადიუმის, ისევე როგორც ზოგიერთი სხვა ნივთიერების დაშლის დროს. ექსპერიმენტების დროს რეზერფორდმა გაიგო ატომის სტრუქტურის შესახებ, რომელსაც ეწოდა "პლანეტარული მოდელი".

რადიოაქტიურობის პირველი დაკვირვებები

ჯერ კიდევ 1985 წელს ინგლისელმა მკვლევარმა W. Ramsay-მა, რომელიც ცნობილია არგონის გაზის აღმოჩენით, საინტერესო აღმოჩენა გააკეთა. მან აღმოაჩინა ჰელიუმის გაზი მინერალში, რომელსაც კლევეიტი ჰქვია. შემდგომში დიდი რაოდენობით ჰელიუმი აღმოაჩინეს სხვა მინერალებშიც, მაგრამ მხოლოდ თორიუმისა და ურანის შემცველებში.

ეს ძალიან უცნაურად მოეჩვენა მკვლევარს: საიდან შეიძლება მოდიოდეს გაზი მინერალებში? მაგრამ როდესაც რეზერფორდმა რადიოაქტიურობის ბუნების შესწავლა დაიწყო, აღმოჩნდა, რომ ჰელიუმი რადიოაქტიური დაშლის პროდუქტი იყო. ზოგიერთი ქიმიური ელემენტი "შობს" სხვებს, სრულიად ახალი თვისებებით. და ეს ფაქტი ეწინააღმდეგებოდა იმდროინდელი ქიმიკოსების მთელ წინა გამოცდილებას.

ფრედერიკ სოდის დაკვირვება

რეზერფორდთან ერთად კვლევაში უშუალოდ მონაწილეობდა მეცნიერი ფრედერიკ სოდი. ის იყო ქიმიკოსი და, შესაბამისად, მთელი მისი სამუშაო განხორციელდა ქიმიური ელემენტების იდენტიფიცირებასთან დაკავშირებით მათი თვისებების მიხედვით. სინამდვილეში, ატომის ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნები პირველად შენიშნა სოდიმ. მან მოახერხა გაერკვია, თუ რა არის ალფა ნაწილაკები, რომლებიც რეზერფორდმა გამოიყენა თავის ექსპერიმენტებში. გაზომვების შემდეგ მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ერთი ალფა ნაწილაკის მასა 4 ატომური მასის ერთეულია. ასეთი ალფა ნაწილაკების გარკვეული რაოდენობის დაგროვების შემდეგ, მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ ისინი გადაიქცნენ ახალ ნივთიერებად - ჰელიუმად. ამ გაზის თვისებები კარგად იცოდა სოდისთვის. ამიტომ, ის ამტკიცებდა, რომ ალფა ნაწილაკებს შეეძლოთ ელექტრონების გარედან დაჭერა და ჰელიუმის ნეიტრალურ ატომებად გადაქცევა.

ცვლილებები ატომის ბირთვში

შემდგომი კვლევები მიზნად ისახავდა ატომური ბირთვის მახასიათებლების იდენტიფიცირებას. მეცნიერებმა გააცნობიერეს, რომ ყველა ტრანსფორმაცია ხდება არა ელექტრონებით ან ელექტრონული გარსით, არამედ უშუალოდ თავად ბირთვებით. ეს იყო ატომური ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნები, რამაც ხელი შეუწყო ზოგიერთი ნივთიერების სხვებად გადაქცევას. იმ დროს ამ გარდაქმნების თავისებურებები ჯერ კიდევ უცნობი იყო მეცნიერებისთვის. მაგრამ ერთი რამ ცხადი იყო: შედეგად, რაღაცნაირად ახალი ქიმიური ელემენტები გამოჩნდა.

პირველად მეცნიერებმა შეძლეს მეტამორფოზების ასეთი ჯაჭვის მიკვლევა რადიუმის რადონად გადაქცევის პროცესში. რეაქციებს, რომლებსაც ასეთი გარდაქმნები მოჰყვა, რომელსაც თან ახლავს სპეციალური გამოსხივება, მკვლევარებმა ბირთვული უწოდეს. დარწმუნდნენ, რომ ყველა ეს პროცესი ხდება ზუსტად ატომის ბირთვში, მეცნიერებმა დაიწყეს სხვა ნივთიერებების შესწავლა და არა მხოლოდ რადიუმი.

გამოსხივების ღია ტიპები

ძირითადი დისციპლინა, რომელიც შეიძლება მოითხოვდეს პასუხებს ასეთ კითხვებზე, არის ფიზიკა (მე-9 კლასი). მის კურსში შედის ატომური ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნები. ურანის რადიაციის შეღწევადობის ძალაზე ექსპერიმენტების ჩატარებისას, რეზერფორდმა აღმოაჩინა რადიაციის ორი ტიპი, ანუ რადიოაქტიური გარდაქმნები. ნაკლებად შეღწევადობის ტიპს ეწოდა ალფა გამოსხივება. მოგვიანებით ბეტა გამოსხივებაც შეისწავლეს. გამა გამოსხივება პირველად შეისწავლა პოლ ვილარდმა 1900 წელს. მეცნიერებმა აჩვენეს, რომ რადიოაქტიურობის ფენომენი დაკავშირებულია ატომის ბირთვების დაშლასთან. ამრიგად, გამანადგურებელი დარტყმა მიაყენა ადრე გაბატონებულ იდეებს ატომის, როგორც განუყოფელი ნაწილაკების შესახებ.

ატომური ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნები: ძირითადი ტიპები

ამჟამად ითვლება, რომ რადიოაქტიური დაშლის დროს ხდება სამი სახის ტრანსფორმაცია: ალფა დაშლა, ბეტა დაშლა და ელექტრონის დაჭერა, სხვაგვარად K-დაჭერას. ალფა დაშლის დროს ბირთვიდან გამოიყოფა ალფა ნაწილაკი, რომელიც არის ჰელიუმის ატომის ბირთვი. თავად რადიოაქტიური ბირთვი გარდაიქმნება ბირთვად, რომელსაც აქვს უფრო დაბალი ელექტრული მუხტი. ალფა დაშლა დამახასიათებელია ნივთიერებებისთვის, რომლებიც პერიოდულ სისტემაში ბოლო ადგილებს იკავებენ. ბეტა დაშლა ასევე შედის ატომის ბირთვების რადიოაქტიურ გარდაქმნებში. იცვლება ამ ტიპის ატომის ბირთვის შემადგენლობაც: ის კარგავს ნეიტრინოებს ან ანტინეიტრინოებს, ასევე ელექტრონებსა და პოზიტრონებს.

ამ ტიპის დაშლას თან ახლავს მოკლე ტალღის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება. ელექტრონის დაჭერისას ატომის ბირთვი შთანთქავს ერთ-ერთ ახლომდებარე ელექტრონს. ამ შემთხვევაში, ბერილიუმის ბირთვი შეიძლება გადაიქცეს ლითიუმის ბირთვად. ეს ტიპი 1938 წელს აღმოაჩინა ამერიკელმა ფიზიკოსმა, სახელად ალვარესმა, რომელმაც ასევე შეისწავლა ატომის ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნები. ფოტოები, რომლებშიც მკვლევარები ცდილობდნენ გადაეღოთ ასეთი პროცესები, შესწავლილი ნაწილაკების მცირე ზომის გამო ბუნდოვანი ღრუბლის მსგავს სურათებს შეიცავს.

1900 წელს რეზერფორდმა უამბო ინგლისელ რადიოქიმიკოს ფრედერიკ სოდის იდუმალი თორონის შესახებ. სოდიმ დაამტკიცა, რომ თორონი არგონის მსგავსი ინერტული გაზი იყო, რომელიც რამდენიმე წლით ადრე აღმოაჩინეს ჰაერში; ეს იყო რადონის ერთ-ერთი იზოტოპი, 220 Rn. რადიუმის ემანაცია, როგორც მოგვიანებით გაირკვა, რადონის კიდევ ერთი იზოტოპი აღმოჩნდა - 222 Rn (ნახევარგამოყოფის პერიოდი თ 1/2 = 3,825 დღე), ხოლო აქტინიუმის ემანაცია არის იგივე ელემენტის ხანმოკლე იზოტოპი: 219 Rn ( თ 1/2 = 4 წმ). უფრო მეტიც, რეზერფორდმა და სოდიმ თორიუმის ტრანსფორმაციის პროდუქტებიდან გამოავლინეს ახალი არასტაბილური ელემენტი, თორიუმისგან განსხვავებული თვისებებით. მას ეწოდა თორიუმი X (მოგვიანებით დადგინდა, რომ ეს იყო 224 Rac რადიუმის იზოტოპი. თ 1/2 = 3,66 დღე). როგორც გაირკვა, „თორიუმის ემანაცია“ გამოიყოფა ზუსტად თორიუმ X-დან და არა ორიგინალური თორიუმიდან. მსგავსი მაგალითები გამრავლდა: თავდაპირველად ქიმიურად საფუძვლიანად გაწმენდილ ურანში ან თორიუმში, დროთა განმავლობაში გაჩნდა რადიოაქტიური ელემენტების შერევა, საიდანაც, თავის მხრივ, მიიღეს ახალი რადიოაქტიური ელემენტები, მათ შორის აირისებრი. ამრიგად, მრავალი რადიოაქტიური წამლისგან გამოთავისუფლებული a-ნაწილაკები გადაიქცა ჰელიუმის იდენტურ გაზად, რომელიც აღმოაჩინეს 1860-იანი წლების ბოლოს მზეზე (სპექტრული მეთოდი), ხოლო 1882 წელს აღმოაჩინეს ზოგიერთ კლდეში.

მათი ერთობლივი მუშაობის შედეგები გამოქვეყნდა რეზერფორდმა და სოდიმ 1902–1903 წლებში ფილოსოფიურ ჟურნალში რიგ სტატიებში. ამ სტატიებში, მიღებული შედეგების გაანალიზების შემდეგ, ავტორები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ შესაძლებელია ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის სხვებად გარდაქმნა. ისინი წერდნენ: „რადიოაქტიურობა არის ატომური ფენომენი, რომელსაც თან ახლავს ქიმიური ცვლილებები, რომელშიც იბადება ახალი ტიპის მატერია... რადიოაქტიურობა უნდა ჩაითვალოს ატომშიდა ქიმიური პროცესის გამოვლინებად... გამოსხივება თან ახლავს ატომების გარდაქმნას.. ატომური ტრანსფორმაციის შედეგად წარმოიქმნება სრულიად ახალი ტიპის ნივთიერება, რომელიც თავისი ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით სრულიად განსხვავდება საწყისი ნივთიერებისგან.

იმ დროს ეს დასკვნები ძალიან თამამი იყო; სხვა გამოჩენილი მეცნიერები, მათ შორის კიურიები, თუმცა მსგავს ფენომენებს აკვირდებოდნენ, ისინი თავიდანვე ხსნიდნენ თავდაპირველ ნივთიერებაში „ახალი“ ელემენტების არსებობით (მაგალითად, კურიმ გამოყო ურანის მადნიდან მასში შემავალი პოლონიუმი და რადიუმი). მიუხედავად ამისა, რეზერფორდი და სოდი მართლები აღმოჩნდნენ: რადიოაქტიურობას თან ახლავს ზოგიერთი ელემენტის სხვად გადაქცევა.

ჩანდა, რომ ურყევი იშლებოდა: ატომების უცვლელობა და განუყოფლობა, რადგან ბოილისა და ლავუაზიეს დროიდან ქიმიკოსები მივიდნენ დასკვნამდე ქიმიური ელემენტების განუყოფელობის შესახებ (როგორც მაშინ ამბობდნენ, „მარტივი სხეულები“, სამშენებლო ბლოკები. სამყაროს), მათი ერთმანეთში გარდაქმნის შეუძლებლობის შესახებ. რა ხდებოდა იმდროინდელი მეცნიერების გონებაში, ნათლად მოწმობს დ.ი. მენდელეევის განცხადებები, რომელიც, ალბათ, ფიქრობდა, რომ ელემენტების „ტრანსმუტაციის“ შესაძლებლობა, რაზეც ალქიმიკოსები საუკუნეების განმავლობაში საუბრობდნენ, გაანადგურებდა ჰარმონიულ სისტემას. ქიმიკატები, რომლებიც მან შექმნა და მთელ მსოფლიოში იყო აღიარებული. ელემენტები. 1906 წელს გამოცემულ სახელმძღვანელოში ქიმიის საფუძვლებიის წერდა: „... მე საერთოდ არ ვარ მიდრეკილი (ინდუქციური ცოდნის მკაცრი, მაგრამ ნაყოფიერი დისციპლინის საფუძველზე) ამოვიცნო ზოგიერთი ელემენტის ერთმანეთში ჰიპოთეტური კონვერტაცია და ვერ ვხედავ წარმოშობის შესაძლებლობას. არგონი ან რადიოაქტიური ნივთიერებები ურანისაგან ან პირიქით“.

დრომ აჩვენა მენდელეევის შეხედულებების სიცრუე ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის სხვად გადაქცევის შეუძლებლობასთან დაკავშირებით; ამასთანავე, დაადასტურა მისი მთავარი აღმოჩენის - პერიოდული კანონის ხელშეუხებლობა. ფიზიკოსებისა და ქიმიკოსების შემდგომმა მუშაობამ აჩვენა, თუ რომელ შემთხვევებში შეიძლება ზოგიერთი ელემენტი გარდაიქმნას სხვებად და ბუნების რომელი კანონები მართავენ ამ გარდაქმნებს.

ელემენტების გარდაქმნები. რადიოაქტიური სერია.

XX საუკუნის პირველი ორი ათწლეულის განმავლობაში. მრავალი ფიზიკოსისა და რადიოქიმიკოსის მუშაობის შედეგად აღმოაჩინეს მრავალი რადიოაქტიური ელემენტი. თანდათან გაირკვა, რომ მათი ტრანსფორმაციის პროდუქტები ხშირად თავად რადიოაქტიურია და განიცდის შემდგომ გარდაქმნებს, ზოგჯერ საკმაოდ რთულ. ერთი რადიონუკლიდის მეორეში გარდაქმნის თანმიმდევრობის ცოდნამ შესაძლებელი გახადა ეგრეთ წოდებული ბუნებრივი რადიოაქტიური სერიის (ან რადიოაქტიური ოჯახების) აგება. სამი მათგანი იყო და მათ უწოდებდნენ ურანის მწკრივს, აქტინიუმის და თორიუმის რიგს. ეს სამი სერია წარმოიშვა მძიმე ბუნებრივი ელემენტებისაგან - ურანი, რომელიც ცნობილია მე-18 საუკუნიდან და თორიუმი, რომელიც აღმოჩენილია 1828 წელს (არასტაბილური აქტინიუმი არ არის წინაპარი, არამედ აქტინიუმის სერიის შუალედური წევრი). მოგვიანებით მათ დაემატა ნეპტუნიუმის სერია, დაწყებული 1940 წელს ხელოვნურად მიღებული პირველი ტრანსურანის ელემენტით No93 ნეპტუნიუმით. მათი ტრანსფორმაციის ბევრ პროდუქტს ასევე დაერქვა ორიგინალური ელემენტების სახელი და დაწერა შემდეგი სქემები:

ურანის სერია: UI ® UХ1 ® UХ2 ® UII ® Io (ion) ® Ra ® ... ® RaG.

ზღვის ანემონების სერია: AcU ® UY ® Pa ® Ac ® AcK ® AcX ® An ® AcA ® AcB ® AcC ® AcC "" ® AcD.

თორიუმის სერია: Th ® MsTh1 ® MsTh2 ® RdTh ® ThХ ® ThEm ® ThA ® ThB ® ThC ® ThC" ® ThD.

როგორც გაირკვა, ეს რიგები ყოველთვის არ არის "სწორი" ჯაჭვები: დროდადრო ისინი განშტოდებიან. ასე რომ, UX2 0.15% ალბათობით შეიძლება გადაიქცეს UZ-ში, შემდეგ გადადის UII-ში. ანალოგიურად, ThC შეიძლება დაიშალოს ორი გზით: ThC ® ThC"-ის ტრანსფორმაცია ხდება 66.3% -ით და ამავე დროს, 33.7% ალბათობით, ხდება ThC ® ThC"" ® ThD პროცესი. ეს არის ასე. სახელწოდებით "ჩანგალები", ერთი რადიონუკლიდის პარალელურად გარდაქმნა სხვადასხვა პროდუქტად. ამ სერიის რადიოაქტიური გარდაქმნების სწორი თანმიმდევრობის დადგენის სირთულე ასევე დაკავშირებული იყო მისი მრავალი წევრის, განსაკუთრებით ბეტა-აქტიურების ძალიან ხანმოკლე სიცოცხლესთან.

ოდესღაც რადიოაქტიური სერიის ყოველი ახალი წევრი განიხილებოდა ახალ რადიოაქტიურ ელემენტად და ფიზიკოსებმა და რადიოქიმიკოსებმა შემოიღეს მისი საკუთარი აღნიშვნები: ionium Io, mesothorium-1 MsTh1, actinouranium AcU, თორიუმის ემანაცია ThEm და ა.შ. და ასე შემდეგ. ეს აღნიშვნები შრომატევადი და მოუხერხებელია; მათ არ აქვთ მკაფიო სისტემა. თუმცა, ზოგიერთი მათგანი ჯერ კიდევ ზოგჯერ ტრადიციულად გამოიყენება სპეციალიზებულ ლიტერატურაში. დროთა განმავლობაში გაირკვა, რომ ყველა ეს სიმბოლო ეხება ჩვეულებრივი ქიმიური ელემენტების - რადიონუკლიდების ატომების (უფრო ზუსტად, ბირთვების) არასტაბილურ ჯიშებს. ქიმიურად განუყოფელი ელემენტების განსხვავების მიზნით, რომლებიც განსხვავდებიან ნახევარგამოყოფის (და ხშირად დაშლის ტიპის მიხედვით) ელემენტების მიხედვით, ფ. სოდიმ 1913 წელს შესთავაზა მათ იზოტოპების დარქმევა.

სერიის თითოეული წევრის მინიჭების შემდეგ ცნობილი ქიმიური ელემენტების ერთ-ერთ იზოტოპზე, ცხადი გახდა, რომ ურანის სერია იწყება ურანი-238-ით ( თ 1/2 = 4,47 მილიარდი წელი) და მთავრდება სტაბილური ტყვიით-206; ვინაიდან ამ სერიის ერთ-ერთი წევრი არის ძალიან მნიშვნელოვანი ელემენტი რადიუმი), ამ სერიას ასევე უწოდებენ ურანი-რადიუმის სერიას. აქტინიუმის სერია (მისი სხვა სახელია აქტინურანიუმის სერია) ასევე წარმოიშვა ბუნებრივი ურანისაგან, მაგრამ მისი სხვა იზოტოპიდან - 235 U ( თ 1/2 = 794 მილიონი წელი). თორიუმის სერია იწყება ნუკლიდით 232 Th ( თ 1/2 = 14 მილიარდი წელი). და ბოლოს, ნეპტუნიუმის სერია, რომელიც ბუნებაში არ არის, იწყება ხელოვნურად მიღებული ნეპტუნიუმის ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპით: 237 Np ® 233 Pa ® 233 U ® 229 Th ® 225 Ra ® 225 Ac ® 221 Fr ® 2213 At ® Bi ® 213 Po ® 209 Pb ® 209 Bi. ამ სერიაში არის "ჩანგალიც": 213 Bi 2% ალბათობით შეიძლება გადაიქცეს 209 Tl, რომელიც უკვე იქცევა 209 Pb. ნეპტუნიუმის სერიის უფრო საინტერესო მახასიათებელია აირისებური „ემანაციების“ არარსებობა, ასევე სერიის ბოლო წევრი - ტყვიის ნაცვლად ბისმუტი. ამ ხელოვნური სერიის წინაპრის ნახევარგამოყოფის პერიოდი "მხოლოდ" 2,14 მილიონი წელია, ამიტომ ნეპტუნიუმი, მზის სისტემის ჩამოყალიბების დროსაც რომ ყოფილიყო, დღემდე ვერ "გადარჩებოდა", რადგანაც. დედამიწის ასაკი შეფასებულია 4,6 მილიარდი წლის განმავლობაში და ამ დროის განმავლობაში (2000-ზე მეტი ნახევარგამოყოფის პერიოდი) ნეპტუნიუმის არც ერთი ატომი არ დარჩებოდა.

როდესაც ფ. სოდიმ 1915 წელს გამოყო ცეილონის მინერალური თორიტიდან თორიუმის დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ტყვია (ThSiO 4), მისი ატომური მასა ტოლი აღმოჩნდა 207,77, ანუ უფრო მეტი ვიდრე „ჩვეულებრივი“ ტყვიის (207.2). ეს განსხვავება "თეორიულიდან" (208) აიხსნება იმით, რომ თორიტი შეიცავდა გარკვეულ ურანს, რომელიც აწარმოებს ტყვია-206-ს. როდესაც ამერიკელმა ქიმიკოსმა თეოდორ უილიამ რიჩარდსმა, ავტორიტეტმა ატომური მასების გაზომვის სფეროში, გამოყო ტყვია ურანის ზოგიერთი მინერალიდან, რომელიც არ შეიცავდა თორიუმს, მისი ატომური მასა თითქმის ზუსტად 206 აღმოჩნდა. ამ ტყვიის სიმკვრივე ოდნავ ნაკლები იყო. და იგი შეესაბამებოდა გამოთვლილს: r (Pb) ґ 206/207.2 = 0.994r (Pb), სადაც r (Pb) = 11.34 გ/სმ3. ეს შედეგები ნათლად აჩვენებს, თუ რატომ არ აქვს აზრი ტყვიას, ისევე როგორც სხვა რიგ ელემენტებს, ატომური მასის ძალიან მაღალი სიზუსტით გაზომვას: სხვადასხვა ადგილას აღებული ნიმუშები ოდნავ განსხვავებულ შედეგებს იძლევა ( სმ.ნახშირბადის ერთეული).

და პირიქით, მადნებში ურანისა და რადიუმის თანაფარდობის და ასევე რადიუმის ნახევარგამოყოფის ცოდნით, შესაძლებელია ურანის ნახევარგამოყოფის პერიოდის დადგენა და რადიუმის ნახევარგამოყოფის პერიოდის დადგენა არ გჭირდებათ. დაელოდეთ ათას წელზე მეტს - საკმარისია გავზომოთ (მისი რადიოაქტიურობით) დაშლის სიჩქარე (ე.ი. d მნიშვნელობა). ნ/დ ტ) ამ ელემენტის მცირე ცნობილი რაოდენობა (ატომების ცნობილი რაოდენობა ნ) და შემდეგ დ ფორმულის მიხედვით ნ/დ ტ= –ლ ნგანსაზღვრეთ მნიშვნელობა l = ln2/ თ 1/2.

გადაადგილების კანონი.

თუ რომელიმე რადიოაქტიური სერიის წევრები თანმიმდევრულად არის გამოსახული ელემენტების პერიოდულ სისტემაზე, გამოდის, რომ ამ სერიის რადიონუკლიდები შეუფერხებლად არ გადადიან ძირითადი ელემენტიდან (ურანი, თორიუმი ან ნეპტუნიუმი) ტყვიაზე ან ბისმუტში, არამედ "ხტუნდებიან". მარჯვნივ და შემდეგ მარცხნივ. ამრიგად, ურანის სერიაში ტყვიის ორი არასტაბილური იზოტოპი (ელემენტი No. 82) გარდაიქმნება ბისმუტის იზოტოპებად (ელემენტი No. 83), შემდეგ პოლონიუმის იზოტოპებად (ელემენტი No. 84) და შემდეგ კვლავ ტყვიის იზოტოპებად. . შედეგად, რადიოაქტიური ელემენტი ხშირად ბრუნდება ელემენტების ცხრილის იმავე უჯრედში, მაგრამ წარმოიქმნება იზოტოპი განსხვავებული მასით. აღმოჩნდა, რომ ამ „ნახტომებში“ არის გარკვეული ნიმუში, რომელიც ფ.სოდიმ შენიშნა 1911 წელს.

ახლა ცნობილია, რომ დაშლის დროს ბირთვიდან გამოიყოფა ნაწილაკი (ჰელიუმის ატომის ბირთვი), შესაბამისად, ბირთვის მუხტი მცირდება 2-ით (პერიოდიური ცხრილის ორი უჯრედით გადანაცვლება). მარცხნივ), ხოლო მასის რიცხვი მცირდება 4-ით, რაც საშუალებას გვაძლევს ვიწინასწარმეტყველოთ ახალი ელემენტის რა იზოტოპი წარმოიქმნება. ილუსტრაცია არის რადონის დაშლა: ® + . b-დაშლით, პირიქით, ბირთვში პროტონების რაოდენობა იზრდება ერთით, მაგრამ ბირთვის მასა არ იცვლება ( სმ.რადიოაქტიურობა), ე.ი. არის ელემენტების ცხრილის ცვლა ერთი უჯრედით მარჯვნივ. მაგალითია რადონისგან წარმოქმნილი პოლონიუმის ორი თანმიმდევრული ტრანსფორმაცია: ® . ამრიგად, შესაძლებელია გამოვთვალოთ რამდენი ალფა და ბეტა ნაწილაკი გამოიყოფა, მაგალითად, რადიუმ-226-ის დაშლის შედეგად (იხ. ურანის სერია), თუ არ ჩავთვლით „ჩანგალებს“. საწყისი ნუკლიდი, საბოლოო ნუკლიდი - . მასის შემცირება (უფრო სწორად, მასის რიცხვი, ანუ ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა) უდრის 226 – 206 = 20, შესაბამისად, 20/4 = 5 ალფა ნაწილაკი გამოიცა. ამ ნაწილაკებმა გაიტაცეს 10 პროტონი და რომ არ ყოფილიყო b-დაშლა, საბოლოო დაშლის პროდუქტის ბირთვული მუხტი იქნება 88 - 10 = 78. ფაქტობრივად, საბოლოო პროდუქტში 82 პროტონია, შესაბამისად, გარდაქმნები, 4 ნეიტრონი გადაიქცა პროტონებად და 4 b ნაწილაკი გამოიცა.

ძალიან ხშირად, a-დაშლას მოჰყვება ორი b-დაშლა და ამგვარად მიღებული ელემენტი უბრუნდება ელემენტების ცხრილის თავდაპირველ უჯრედს - ორიგინალური ელემენტის მსუბუქი იზოტოპის სახით. ამ ფაქტების წყალობით, აშკარა გახდა, რომ D.I. მენდელეევის პერიოდული კანონი ასახავს ურთიერთობას ელემენტების თვისებებსა და მათი ბირთვის მუხტს შორის და არა მათ მასას (როგორც თავდაპირველად ჩამოყალიბებული იყო, როდესაც ატომის სტრუქტურა არ იყო ცნობილი).

ელემენტების ხელოვნური ტრანსფორმაცია და ხელოვნური რადიოაქტიურობა.

მრავალი განსხვავებული ტრანსფორმაცია განხორციელდა დეიტრონებით, მძიმე წყალბადის იზოტოპის დეიტერიუმის ბირთვებით, რომლებიც აჩქარდნენ მაღალ სიჩქარეზე. ამრიგად, + ® + რეაქციის დროს პირველად წარმოიქმნა ზემძიმე წყალბადი - ტრიტიუმი. ორი დეიტერონის შეჯახება შეიძლება განსხვავებულად მიმდინარეობდეს: + ® + , ეს პროცესები მნიშვნელოვანია კონტროლირებადი თერმობირთვული რეაქციის შესაძლებლობის შესასწავლად. რეაქცია + ® () ® 2 მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, რადგან ის უკვე ხდება დეიტრონების შედარებით დაბალ ენერგიაზე (0,16 მევ) და თან ახლავს კოლოსალური ენერგიის გამოყოფა - 22,7 მევ (შეგახსენებთ, რომ 1 მევ = 10 6 ევ. და 1 eV = 96,5 კჯ/მოლი).

რეაქციამ, რომელიც წარმოიქმნება ბერილიუმის a-ნაწილაკებით დაბომბვისას, მიიღო დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა: + ® () ® + , მან გამოიწვია 1932 წელს ნეიტრალური ნეიტრონული ნაწილაკის აღმოჩენა, ხოლო რადიუმ-ბერილიუმის ნეიტრონული წყაროები აღმოჩნდა ძალიან მოსახერხებელი. სამეცნიერო კვლევისთვის. სხვადასხვა ენერგიის მქონე ნეიტრონების მიღება შესაძლებელია აგრეთვე რეაქციების შედეგად + ® + ; + ® + ; + ® + . ნეიტრონები, რომლებსაც მუხტი არ აქვთ, განსაკუთრებით ადვილად შეაღწევენ ატომის ბირთვებში და იწვევენ მრავალფეროვან პროცესებს, რომლებიც დამოკიდებულია როგორც ნასროლ ნუკლიდზე, ასევე ნეიტრონების სიჩქარეზე (ენერგიაზე). ამრიგად, ნელი ნეიტრონი შეიძლება უბრალოდ დაიჭიროს ბირთვს და ბირთვი გამოიყოფა გარკვეული ჭარბი ენერგიისგან გამა კვანტის გამოსხივებით, მაგალითად: + ® + გ. ეს რეაქცია ფართოდ გამოიყენება ატომურ რეაქტორებში ურანის დაშლის რეაქციის გასაკონტროლებლად: კადმიუმის ღეროები ან ფირფიტები ჩადის ბირთვულ ქვაბში რეაქციის შესანელებლად.

თუ მატერია შემოიფარგლებოდა ამ გარდაქმნებით, მაშინ ა-დასხივების შეწყვეტის შემდეგ ნეიტრონის ნაკადი დაუყოვნებლივ უნდა გამშრალიყო, ამიტომ, პოლონიუმის წყაროს ამოღების შემდეგ, ისინი ელოდნენ ყველა აქტივობის შეწყვეტას, მაგრამ აღმოაჩინეს, რომ ნაწილაკების მრიცხველი აგრძელებდა დაარეგისტრირეთ იმპულსები, რომლებიც თანდათან კვდება - ექსპონენციალური კანონის ზუსტი შესაბამისად. ამის ინტერპრეტაცია შეიძლება მხოლოდ ერთი გზით: ალფა დასხივების შედეგად, ადრე უცნობი რადიოაქტიური ელემენტები გამოჩნდა დამახასიათებელი ნახევარგამოყოფის პერიოდით 10 წუთი აზოტი-13-ისთვის და 2,5 წუთი ფოსფორ-30-ისთვის. აღმოჩნდა, რომ ეს ელემენტები განიცდიან პოზიტრონის დაშლას: ® + e + , ® + e + . საინტერესო შედეგები მიიღეს მაგნიუმთან, რომელიც წარმოდგენილია სამი სტაბილური ბუნებრივი იზოტოპით, და აღმოჩნდა, რომ ა-დასხივებისას ისინი წარმოქმნიან სილიციუმის ან ალუმინის რადიოაქტიურ ნუკლიდებს, რომლებიც განიცდიან 227- ან პოზიტრონის დაშლას:

ხელოვნური რადიოაქტიური ელემენტების წარმოებას დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს, რადგან ის იძლევა რადიონუკლიდების სინთეზს კონკრეტული მიზნისთვის ხელსაყრელი ნახევარგამოყოფის პერიოდით და გარკვეული სიმძლავრის სასურველი ტიპის გამოსხივებით. განსაკუთრებით მოსახერხებელია ნეიტრონების გამოყენება როგორც "ჭურვები". ნეიტრონის დაჭერა ბირთვის მიერ ხშირად ხდის მას იმდენად არასტაბილურს, რომ ახალი ბირთვი ხდება რადიოაქტიური. ის შეიძლება გახდეს სტაბილური "ზედმეტი" ნეიტრონის პროტონად გადაქცევის გამო, ანუ 227 გამოსხივების გამო; ცნობილია უამრავი ასეთი რეაქცია, მაგალითად: + ® ® + ე. ატმოსფეროს ზედა ფენებში წარმოქმნილი რადიოკარბონის წარმოქმნის რეაქცია ძალიან მნიშვნელოვანია: + ® + ( სმ.რადიოკარბონის ანალიზის მეთოდი). ტრიტიუმი სინთეზირდება ლითიუმ-6 ბირთვების მიერ ნელი ნეიტრონების შეწოვით. მრავალი ბირთვული ტრანსფორმაციის მიღწევა შესაძლებელია სწრაფი ნეიტრონების გავლენით, მაგალითად: + ® + ; + ® + ; + ® + . ამგვარად, ჩვეულებრივი კობალტის ნეიტრონებით დასხივებით მიიღება რადიოაქტიური კობალტი-60, რომელიც გამა გამოსხივების მძლავრი წყაროა (იგი გამოიყოფა 60 Co-აღგზნებული ბირთვის დაშლის პროდუქტით). ზოგიერთი ტრანსურანის ელემენტი წარმოიქმნება ნეიტრონებით დასხივებით. მაგალითად, ბუნებრივი ურანი-238-დან პირველად წარმოიქმნება არასტაბილური ურანი-239, რომელიც b-დაშლის დროს ( თ 1/2 = 23,5 წთ) იქცევა პირველ ტრანსურანულ ელემენტად ნეპტუნი-239 და ის, თავის მხრივ, ასევე b-დაშლის გზით ( თ 1/2 = 2,3 დღე) იქცევა ძალიან მნიშვნელოვან ე.წ. იარაღის კლასის პლუტონიუმ-239-ად.

შესაძლებელია თუ არა ხელოვნურად ოქროს მოპოვება აუცილებელი ბირთვული რეაქციის განხორციელებით და ამით იმის მიღწევა, რაც ალქიმიკოსებმა ვერ გააკეთეს? თეორიულად, ამას არანაირი დაბრკოლება არ აქვს. მეტიც, ასეთი სინთეზი უკვე განხორციელდა, მაგრამ მას სიმდიდრე არ მოუტანია. ოქროს ხელოვნურად წარმოების უმარტივესი გზა იქნება პერიოდულ სისტემაში ოქროს გვერდით არსებული ელემენტის ნეიტრონების ნაკადით დასხივება. შემდეგ, + ® + რეაქციის შედეგად, ნეიტრონი ამოაგდებს პროტონს ვერცხლისწყლის ატომიდან და აქცევს მას ოქროს ატომად. ეს რეაქცია არ მიუთითებს კონკრეტულ მასის რიცხვებზე ( ა) ვერცხლისწყლისა და ოქროს ნუკლიდები. ბუნებაში ოქრო ერთადერთი სტაბილური ნუკლიდია, ბუნებრივი ვერცხლისწყალი კი იზოტოპების რთული ნაზავია ა= 196 (0.15%), 198 (9.97%), 199 (1.87%), 200 (23.10%), 201 (13.18%), 202 (29.86%) და 204 (6.87%). შესაბამისად, ზემოაღნიშნული სქემის მიხედვით, შესაძლებელია მხოლოდ არასტაბილური რადიოაქტიური ოქროს მიღება. იგი მიიღეს ამერიკელმა ქიმიკოსებმა ჰარვარდის უნივერსიტეტიდან 1941 წლის დასაწყისში, ვერცხლისწყლის დასხივება სწრაფი ნეიტრონების ნაკადით. რამდენიმე დღის შემდეგ, ოქროს ყველა რადიოაქტიური იზოტოპი, ბეტა დაშლის გზით, კვლავ გადაიქცა ვერცხლისწყლის ორიგინალურ იზოტოპებად...

მაგრამ არსებობს სხვა გზა: თუ ვერცხლისწყლის-196 ატომები დასხივდება ნელი ნეიტრონებით, ისინი გადაიქცევიან ვერცხლისწყლის-197 ატომებად: + ® + გ. ეს ატომები, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 2,7 დღე, განიცდიან ელექტრონის დაჭერას და საბოლოოდ გარდაიქმნება ოქროს სტაბილურ ატომებად: + e ® . ეს ტრანსფორმაცია 1947 წელს განხორციელდა ჩიკაგოს ეროვნული ლაბორატორიის თანამშრომლების მიერ. 100 მგ ვერცხლისწყლის ნელი ნეიტრონებით დასხივებით მათ მიიღეს 0,035 მგ 197Au. ყველა ვერცხლისწყალთან მიმართებაში მოსავლიანობა ძალიან მცირეა - მხოლოდ 0,035%, მაგრამ 196Hg-სთან შედარებით ის 24%-ს აღწევს! თუმცა, იზოტოპი 196 Hg ბუნებრივ ვერცხლისწყალში არის სულ მცირე, გარდა ამისა, თავად დასხივების პროცესი და მისი ხანგრძლივობა (დასხივებას დასჭირდება რამდენიმე წელი), ხოლო რთული ნარევიდან სტაბილური „სინთეზური ოქროს“ გამოყოფა განუზომლად ძვირი დაჯდება. ოქროს იზოლაცია ყველაზე ღარიბი საბადოდან(). ასე რომ, ოქროს ხელოვნური წარმოება მხოლოდ წმინდა თეორიულ ინტერესს წარმოადგენს.

რადიოაქტიური გარდაქმნების რაოდენობრივი ნიმუშები.

თუ შესაძლებელი იქნებოდა კონკრეტული არასტაბილური ბირთვის თვალყურის დევნება, შეუძლებელი იქნებოდა იმის პროგნოზირება, თუ როდის დაიშლება იგი. ეს არის შემთხვევითი პროცესი და მხოლოდ გარკვეულ შემთხვევებში შეიძლება შეფასდეს გაფუჭების ალბათობა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. ამასთან, მიკროსკოპის ქვეშ თითქმის უხილავი მტვრის ნაწილაკიც კი შეიცავს ატომების დიდ რაოდენობას და თუ ეს ატომები რადიოაქტიურია, მაშინ მათი დაშლა ემორჩილება მკაცრ მათემატიკურ კანონებს: ძალაში შედის ძალიან დიდი რაოდენობის ობიექტებისთვის დამახასიათებელი სტატისტიკური კანონები. . და შემდეგ თითოეულ რადიონუკლიდს შეიძლება ახასიათებდეს ძალიან სპეციფიკური მნიშვნელობა - ნახევარგამოყოფის პერიოდი ( თ 1/2) არის დრო, რომლის დროსაც იშლება ბირთვების არსებული რაოდენობის ნახევარი. თუ საწყის მომენტში იყო ნ 0 ბირთვი, შემდეგ ცოტა ხნის შემდეგ ტ = თდარჩება მათი 1/2 ნ 0/2, ზე ტ = 2თ 1/2 დარჩება ნ 0/4 = ნ 0/2 2, ზე ტ = 3თ 1/2 – ნ 0/8 = ნ 0/2 3 და ა.შ. ზოგადად, როცა ტ = nT 1/2 დარჩება ნ 0/2 ნბირთვები, სადაც ნ = ტ/თ 1/2 არის ნახევარგამოყოფის რიცხვი (ეს არ უნდა იყოს მთელი რიცხვი). ადვილია იმის ჩვენება, რომ ფორმულა ნ = ნ 0/2 ტ/თ 1/2 უდრის ფორმულას ნ = ნ 0e - ლ ტ, სადაც l არის ეგრეთ წოდებული დაშლის მუდმივი. ფორმალურად, იგი განისაზღვრება, როგორც პროპორციულობის კოეფიციენტი დაშლის სიჩქარეს შორის d ნ/დ ტდა ბირთვების ხელმისაწვდომი რაოდენობა: დ ნ/დ ტ= – ლ ნ(მინუს ნიშანი მიუთითებს ამაზე ნდროთა განმავლობაში მცირდება). ამ დიფერენციალური განტოლების ინტეგრირება იძლევა ბირთვების რაოდენობის ექსპონენციალურ დამოკიდებულებას დროზე. ჩანაცვლება ამ ფორმულაში ნ = ნ 0/2 ზე ტ = თ 1/2, მივიღებთ, რომ დაშლის მუდმივი უკუპროპორციულია ნახევარგამოყოფის პერიოდის: l = ln2/ თ 1/2 = 0,693/თ 1/2. მნიშვნელობა t = 1/ l ეწოდება ბირთვის საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობას. მაგალითად, 226 Ra-სთვის თ 1/2 = 1600 წელი, t = 1109 წელი.

მოცემული ფორმულების მიხედვით მნიშვნელობის ცოდნა თ 1/2 (ან ლ), ადვილია გამოთვალოთ რადიონუკლიდის ოდენობა ნებისმიერი პერიოდის შემდეგ და მათგან შეგიძლიათ გამოთვალოთ ნახევარგამოყოფის პერიოდი, თუ რადიონუკლიდის რაოდენობა ცნობილია დროის სხვადასხვა მომენტში. ბირთვების რაოდენობის ნაცვლად, შეგიძლიათ ჩაანაცვლოთ რადიაციული აქტივობა ფორმულაში, რომელიც პირდაპირპროპორციულია ბირთვების ხელმისაწვდომი რაოდენობისა. ნ. აქტივობა ჩვეულებრივ ხასიათდება არა ნიმუშში დაშლის მთლიანი რაოდენობით, არამედ მის პროპორციული იმპულსების რაოდენობით, რომლებიც აღირიცხება მოწყობილობის საზომი აქტივობით. თუ არსებობს, მაგალითად, 1 გ რადიოაქტიური ნივთიერება, მაშინ რაც უფრო მოკლეა მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი, მით უფრო აქტიური იქნება ნივთიერება.

ფორმულა უფრო რთული ხდება, თუ რამდენიმე არასტაბილური ატომია. ამ შემთხვევაში მოვლენის სტატისტიკური ალბათობა აღწერილია ფორმულით ბინომიალური კოეფიციენტებით. Თუ იქ ნატომები და დროთა განმავლობაში ერთ-ერთი მათგანის დაშლის ალბათობა ტტოლია გვ, მაშინ ალბათობა იმისა, რომ დროის განმავლობაში ტსაწყისი ნატომები დაიშლება ნ(და შესაბამისად დარჩება ნ – ნ), უდრის პ = ნ!p n(1–გვ) ნ–ნ /(ნ–ნ)!ნ! მსგავსი ფორმულები უნდა იქნას გამოყენებული ახალი არასტაბილური ელემენტების სინთეზში, რომელთა ატომები მიიღება ფაქტიურად ინდივიდუალურად (მაგალითად, როდესაც ამერიკელი მეცნიერების ჯგუფმა აღმოაჩინეს ახალი ელემენტი მენდელევიუმი 1955 წელს, მათ მიიღეს იგი მხოლოდ 17 ატომის ოდენობით. ).

ამ ფორმულის გამოყენება შეიძლება ილუსტრირებული იყოს კონკრეტულ შემთხვევაში. მაგალითად, იყოს ნ= 16 ატომი ნახევარგამოყოფის პერიოდით 1 საათი. თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ გარკვეული რაოდენობის ატომების დაშლის ალბათობა, მაგალითად დროში ტ= 4 საათი. ერთი ატომის გადარჩენის ალბათობა ამ 4 საათში არის 1/2 4 = 1/16, შესაბამისად, ამ დროის განმავლობაში მისი დაშლის ალბათობა. რ= 1 – 1/16 = 15/16. ამ საწყისი მონაცემების ფორმულაში ჩანაცვლება იძლევა: რ = 16!(15/16) ნ (1/16) 16–ნ /(16–ნ)!ნ! = 16!15 ნ /2 64 (16–ნ)!ნ! ზოგიერთი გამოთვლების შედეგები ნაჩვენებია ცხრილში:

ცხრილი 1.
დარჩენილი ატომები (16– ნ)	16	10	8	6	4	3	2	1	0
ატომები დაიშალა ნ	0	6	8	10	12	13	14	15	16
ალბათობა რ, %	5·10 –18	5·10 –7	1,8·10 –4	0,026	1,3	5,9	19,2	38,4	35,2

ამრიგად, 16 ატომიდან 4 საათის შემდეგ (4 ნახევარგამოყოფის პერიოდი) არცერთი არ დარჩება, როგორც შეიძლება ვივარაუდოთ: ამ მოვლენის ალბათობა მხოლოდ 38,4% -ია, თუმცა ის მეტია ნებისმიერი სხვა შედეგის ალბათობაზე. როგორც ცხრილიდან ჩანს, ალბათობა იმისა, რომ 16-ვე ატომი (35,2%) ან მათგან მხოლოდ 14 დაიშლება, ასევე ძალიან დიდია. მაგრამ ალბათობა იმისა, რომ 4 ნახევარგამოყოფის შემდეგ ყველა ატომი დარჩება "ცოცხალი" (არც ერთი არ დაშლილი) უმნიშვნელოა. გასაგებია, რომ თუ არ არის 16 ატომი, მაგრამ, ვთქვათ, 10 20, მაშინ თითქმის 100% დარწმუნებით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ 1 საათის შემდეგ მათი რიცხვის ნახევარი დარჩება, 2 საათის შემდეგ – მეოთხედი და ა.შ. ანუ რაც უფრო მეტი ატომია, მით უფრო ზუსტად შეესაბამება მათი დაშლა ექსპონენციურ კანონს.

ბეკერელის დროიდან ჩატარებულმა მრავალმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ რადიოაქტიური დაშლის სიჩქარეზე პრაქტიკულად არ მოქმედებს ტემპერატურა, წნევა ან ატომის ქიმიური მდგომარეობა. გამონაკლისები ძალიან იშვიათია; ამრიგად, ელექტრონის დაჭერის შემთხვევაში, მნიშვნელობა თ 1/2 ოდნავ იცვლება ელემენტის ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებისას. მაგალითად, 7 BeF 2-ის დაშლა ხდება დაახლოებით 0.1%-ით ნელა, ვიდრე 7 BeO ან მეტალის 7 Be.

ცნობილი არასტაბილური ბირთვების - რადიონუკლიდების საერთო რაოდენობა ორ ათასს უახლოვდება, მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა ძალიან ფართო საზღვრებში მერყეობს. ცნობილია როგორც გრძელვადიანი რადიონუკლიდები, რომელთა ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეადგენს მილიონობით და მილიარდობით წელსაც კი, ასევე ხანმოკლე რადიონუკლიდები, რომლებიც მთლიანად იშლება წამის მცირე ნაწილებში. ზოგიერთი რადიონუკლიდის ნახევარგამოყოფის პერიოდი მოცემულია ცხრილში.

ზოგიერთი რადიონუკლიდის თვისებები (Tc, Pm, Po და ყველა შემდგომი ელემენტისთვის, რომლებსაც არ აქვთ სტაბილური იზოტოპები, მოცემულია მონაცემები მათი ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპების შესახებ).

ცხრილი 2.
Სერიული ნომერი	სიმბოლო	მასობრივი ნომერი	Ნახევარი ცხოვრება
1	თ	3	12,323 წელი
6	თან	14	5730 წელი
15	რ	32	14.3 დღე
19	TO	40	1.28 10 9 წელი
27	Co	60	5272 წელი
38	უფროსი	90	28,5 წელი
43	ც	98	4.2 10 6 წელი
53	მე	131	8.02 დღე
61	პმ	145	17,7 წელი
84	რო	209	102 წლის
85	ზე	210	8.1 სთ
86	Rn	222	3.825 დღე
87	ფ	223	21.8 წთ
88	რა	226	1600 წელი
89	აკ	227	21,77 წელი
90	თ	232	1.405 10 9 წელი
91	რა	231	32760 წელი
92	უ	238	4.468 10 9 წელი
93	Np	237	2.14 10 6 წელი
94	პუ	244	8.26 10 7 წელი
95	Ვარ	243	7370 წელი
96	Სმ	247	1.56 10 7
97	ბკ	247	1380 წელი
98	შდრ	251	898 წელი
99	ეს	252	471.7 დღე
100	Fm	257	100.5 დღე
101	MD	260	27.8 დღე
102	არა	259	58 წთ
103	უმცროსი	262	3.6 სთ
104	რფ	261	78 წ
105	დბ	262	34 წ
106	სგ	266	21 წ
107	ბჰ	264	0.44 წმ
108	ჰს	269	9 ს
109	მთ	268	70 ms
110	დს	271	56 ms
111	–	272	1,5 ms
112	–	277	0.24 ms

ცნობილი ყველაზე ხანმოკლე ნუკლიდი არის 5 Li: მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობაა 4,4·10 –22 წმ. ამ დროის განმავლობაში სინათლეც კი გაივლის მხოლოდ 10–11 სმ, ე.ი. მანძილი მხოლოდ რამდენიმე ათჯერ აღემატება ბირთვის დიამეტრს და მნიშვნელოვნად მცირეა ნებისმიერი ატომის ზომაზე. ყველაზე დიდხანს ცოცხლობს 128 Te (შეიცავს ბუნებრივ ტელურიუმს 31,7% ოდენობით), ნახევარგამოყოფის პერიოდი რვა სეპტილიონი (8·10 24) წელია - მას რადიოაქტიურიც კი არ შეიძლება ეწოდოს; შედარებისთვის, ჩვენი სამყარო "მხოლოდ" 10 10 წლისაა.

ნუკლიდის რადიოაქტიურობის ერთეულია ბეკერელი: 1 Bq (Bq) შეესაბამება ერთ დაშლას წამში. ხშირად გამოიყენება სისტემური ერთეულის კური: 1 Ci (Ci) უდრის 37 მილიარდ დაშლას წამში ან 3.7. . 10 10 Bq (1 გ 226 Ra-ს აქვს დაახლოებით ეს აქტივობა). ერთ დროს შემოთავაზებული იყო რუტერფორდის სისტემის გარეთ ერთეული: 1 Рд (Rd) = 10 6 Bq, მაგრამ ეს არ იყო ფართოდ გავრცელებული.

ლიტერატურა:

სოდი ფ. ატომური ენერგიის ისტორია. მ., ატომიზდატი, 1979 წ
Choppin G. და სხვ. ბირთვული ქიმია. მ., ენერგოატომიზდატი, 1984 წ
ჰოფმან კ. შესაძლებელია თუ არა ოქროს დამზადება? ლ., ქიმია, 1984 წ
კადმენსკი ს.გ. ატომური ბირთვების რადიოაქტიურობა: ისტორია, შედეგები, უახლესი მიღწევები. „სოროსის საგანმანათლებლო ჟურნალი“, 1999, No11

გარდაქმნებს, რომლებშიც ერთი ქიმიური ელემენტის ბირთვი გადაიქცევა სხვა ატომური ნომრის სხვა ელემენტის ბირთვად, ეწოდება რადიოაქტიური დაშლა. ბუნებრივ პირობებში წარმოქმნილ და არსებულ რადიოაქტიურ იზოტოპებს ბუნებრივად რადიოაქტიურს უწოდებენ; ბირთვული რეაქციების შედეგად ხელოვნურად მიღებული იგივე იზოტოპები ხელოვნურად რადიოაქტიურია. არ არსებობს ფუნდამენტური განსხვავება ბუნებრივად და ხელოვნურად რადიოაქტიურ იზოტოპებს შორის, რადგან ატომური ბირთვების და თავად ატომების თვისებები განისაზღვრება მხოლოდ ბირთვის შემადგენლობითა და სტრუქტურით და არ არის დამოკიდებული მათი ფორმირების მეთოდზე.

რადიოაქტიურობა აღმოაჩინა 1896 წელს A.N. Becquerel-ის მიერ, რომელმაც აღმოაჩინა ურანის გამოსხივება, რომელსაც შეეძლო ფოტოგრაფიული ემულსიის გაშავება და ჰაერის იონიზაცია. კიური-სკლოდოვსკამ პირველმა გაზომა ურანის რადიაციის ინტენსივობა და გერმანელ მეცნიერ გ. იზოტოპების თვისებას, სპონტანურად ასხივონ უხილავი გამოსხივება, კურიელებმა რადიოაქტიურობა უწოდეს. 1898 წლის ივლისში მათ განაცხადეს, რომ ურანის ფისოვანი საბადოში აღმოაჩინეს ახალი რადიოაქტიური ელემენტი, პოლონიუმი. 1898 წლის დეკემბერში გ.ბემონტთან ერთად აღმოაჩინეს რადიუმი.

რადიოაქტიური ელემენტების აღმოჩენის შემდეგ, არაერთმა ავტორმა (ბეკერელი, კიური, რეზერფორდი და სხვ.) დაადგინა, რომ ამ ელემენტებს შეუძლიათ ასხივონ სამი სახის სხივები, რომლებიც განსხვავებულად იქცევიან მაგნიტურ ველში. რეზერფორდის წინადადებით (E. Rutherford, 1902) ამ სხივებს ეწოდა ალფა, ბეტა და გამა სხივები. ალფა სხივები შედგება დადებითად დამუხტული ალფა ნაწილაკებისგან (ორმაგად იონიზებული ჰელიუმის ატომები He4); ბეტა სხივები - დაბალი მასის უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებიდან - ელექტრონები; გამა სხივები ბუნებით რენტგენის მსგავსია და წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტს.

1902 წელს რეზერფორდმა და ფ. სოდიმ რადიოაქტიურობის ფენომენი ახსნეს ერთი ელემენტის ატომების სპონტანური გარდაქმნით მეორე ელემენტის ატომებად, რაც ხდება შემთხვევითობის კანონების მიხედვით და თან ახლავს ენერგიის გამოყოფას ალფა, ბეტა და სახით. გამა სხივები.

1910 წელს მ.კიური-სკლოდოვსკამ ა.დებიერნთან ერთად მიიღო სუფთა მეტალის რადიუმი და შეისწავლა მისი რადიოაქტიური თვისებები, კერძოდ, მან გაზომა რადიუმის დაშლის მუდმივი. რამდენიმე სხვა რადიოაქტიური ელემენტი მალევე აღმოაჩინეს. Debierne და F. Giesel აღმოაჩინეს ზღვის anemone. ჰანმა (O. Halm) აღმოაჩინა რადიოტორიუმი და მეზოთორიუმი, ბოლტვუდმა (V.V. Boltwood) აღმოაჩინა იონიუმი, ჰანმა და მეიტნერმა (L. Meitner) აღმოაჩინეს პროტაქტინიუმი. ამ ელემენტების ყველა იზოტოპი რადიოაქტიურია. 1903 წელს პიერ კიურიმ და ლაბორდმა აჩვენეს, რომ რადიუმის პრეპარატს ყოველთვის აქვს მომატებული ტემპერატურა და რომ 1 გ რადიუმი თავისი დაშლის პროდუქტებით გამოყოფს დაახლოებით 140 კკალს 1 საათში. იმავე წელს ვ. რამსიმ და სოდიმ აღმოაჩინეს, რომ დალუქული რადიუმის ამპულა შეიცავდა ჰელიუმის გაზს. რეზერფორდის, ფ. დორნის, დებიერნისა და გიზელის ნაშრომებმა აჩვენა, რომ ურანისა და თორიუმის დაშლის პროდუქტებს შორის არის სწრაფად დაშლილი რადიოაქტიური აირები, რომელსაც ეწოდება რადიუმის, თორიუმის და აქტინის გამოსხივება (რადონი, თორონი, აქტინონი). ამრიგად, დადასტურდა, რომ დაშლის დროს, რადიუმის ატომები გადაიქცევა ჰელიუმის და რადონის ატომებად. ალფა და ბეტა დაშლის დროს ზოგიერთი ელემენტის რადიოაქტიური გარდაქმნის კანონები (გადაადგილების კანონები) პირველად ჩამოაყალიბეს სოდიმ, კ. ფაიანსმა და ვ.ჯ. რასელმა.

ეს კანონები შემდეგია. ალფა დაშლის დროს, ორიგინალური ელემენტი ყოველთვის აწარმოებს სხვა ელემენტს, რომელიც მდებარეობს პერიოდულ სისტემაში D.I. მენდელეევი ორი უჯრედი საწყისი ელემენტის მარცხნივ (რიგი ან ატომური რიცხვი 2-ით ნაკლებია ორიგინალზე); ბეტა დაშლის დროს, თავდაპირველი ელემენტი ყოველთვის აწარმოებს სხვა ელემენტს, რომელიც მდებარეობს პერიოდულ სისტემაში ერთი უჯრედი საწყისი ელემენტის მარჯვნივ (ატომური რიცხვი ერთით მეტია თავდაპირველ ელემენტზე).

რადიოაქტიური ელემენტების გარდაქმნების შესწავლამ გამოიწვია იზოტოპების აღმოჩენა, ანუ ატომები, რომლებსაც აქვთ იგივე ქიმიური თვისებები და ატომური რიცხვები, მაგრამ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან მასით და ფიზიკური თვისებებით, კერძოდ, რადიოაქტიური თვისებებით (გამოსხივების ტიპი, დაშლის სიჩქარე). ). აღმოჩენილი რადიოაქტიური ნივთიერებების დიდი რაოდენობით მხოლოდ რადიუმი (Ra), რადონი (Rn), პოლონიუმი (Po) და პროტაქტინიუმი (Pa) აღმოჩნდა ახალი ელემენტები, დანარჩენი კი ადრე ცნობილი ურანის (U), თორიუმის იზოტოპები. (Th), ტყვია (Pb), ტალიუმი (Tl) და ბისმუტი (Bi).

მას შემდეგ რაც რეზერფორდმა აღმოაჩინა ატომების ბირთვული სტრუქტურა და დაამტკიცა, რომ ეს არის ბირთვი, რომელიც განსაზღვრავს ატომის ყველა თვისებას, კერძოდ, მისი ელექტრონული გარსების სტრუქტურას და მის ქიმიურ თვისებებს (იხ. ატომი, ატომური ბირთვი), ცხადი გახდა, რომ რადიოაქტიური გარდაქმნები დაკავშირებულია ატომის ბირთვების ტრანსფორმაციასთან. ატომური ბირთვების სტრუქტურის შემდგომმა შესწავლამ შესაძლებელი გახადა რადიოაქტიური გარდაქმნების მექანიზმის სრულად გაშიფვრა.

ბირთვების პირველი ხელოვნური ტრანსფორმაცია - ბირთვული რეაქცია - განხორციელდა რეზერფორდმა 1919 წელს აზოტის ატომების ბირთვების დაბომბვით პოლონიუმის ალფა ნაწილაკებით. ამავე დროს, აზოტის ბირთვები გამოყოფდნენ პროტონებს (იხ.) და გადაიქცნენ O17 ჟანგბადის ბირთვებად. 1934 წელს F. Joliot-Curie და I. Joliot-Curie პირველებმა მიიღეს ხელოვნურად ფოსფორის რადიოაქტიური იზოტოპი ალფა ნაწილაკებით Al ატომების დაბომბვით. P30 ბირთვები, ბუნებრივად რადიოაქტიური იზოტოპების ბირთვებისგან განსხვავებით, დაშლის დროს ასხივებდნენ არა ელექტრონებს, არამედ პოზიტრონებს და გადაიქცნენ სტაბილურ სილიკონის ბირთვებად Si30. ამრიგად, 1934 წელს ერთდროულად აღმოაჩინეს ხელოვნური რადიოაქტიურობა და რადიოაქტიური დაშლის ახალი ტიპი - პოზიტრონის დაშლა, ანუ b+ დაშლა. Joliot-Curies-მა გამოთქვა აზრი, რომ ყველა სწრაფი ნაწილაკი (პროტონები, დეიტრონები, ნეიტრონები) იწვევს ბირთვულ რეაქციებს და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბუნებრივად რადიოაქტიური იზოტოპების მისაღებად. ფერმიმ (E. Fermi) დაბომბა სხვადასხვა ელემენტები ნეიტრონებით და მიიღო თითქმის ყველა ქიმიური ელემენტის რადიოაქტიური იზოტოპები. ამჟამად, აჩქარებული დამუხტული ნაწილაკების და ნეიტრონების დახმარებით განხორციელდა ბირთვული რეაქციების მრავალფეროვნება, რის შედეგადაც შესაძლებელი გახდა ნებისმიერი რადიოაქტიური იზოტოპის მიღება.

1937 წელს ლ.ალვარესმა აღმოაჩინა რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის ახალი ტიპი – ელექტრონის დაჭერა. ელექტრონის დაჭერისას ატომის ბირთვი იჭერს ელექტრონს ატომის გარსიდან და გადაიქცევა სხვა ელემენტის ბირთვად. 1939 წელს ჰანმა და ფ. სტრასმანმა აღმოაჩინეს ურანის ბირთვის დაყოფა უფრო მსუბუქ ბირთვებად (დაყოფის ფრაგმენტები), როდესაც დაბომბეს ნეიტრონებით. იმავე წელს ფლეროვმა და პიეტრზაკმა აჩვენეს, რომ ურანის ბირთვების დაშლის პროცესი სპონტანურად მიმდინარეობს გარე გავლენის გარეშე. ამრიგად, მათ აღმოაჩინეს რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის ახალი ტიპი - მძიმე ბირთვების სპონტანური გაყოფა.

ამჟამად ცნობილია რადიოაქტიური გარდაქმნების შემდეგი ტიპები, რომლებიც ხდება გარე გავლენის გარეშე, სპონტანურად, მხოლოდ ატომის ბირთვების სტრუქტურით განსაზღვრული შინაგანი მიზეზების გამო.

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: