Atom çekirdeğinin radyoaktif dönüşümleri nelerdir? Çekirdeklerin radyoaktif dönüşümleri

bazı atomların çekirdeklerinin diğer atomların çekirdeklerine doğal veya yapay dönüşümleri.

Yeni simya mı? 1903'te Pierre Curie, uranyum tuzlarının sürekli olarak ve zamanla görünür bir azalma olmaksızın, birim kütle başına en enerjik olanların enerjisine kıyasla çok büyük görünen termal enerjiyi serbest bıraktığını keşfetti. kimyasal reaksiyonlar. Radyum tarafından 1 g saf madde başına saatte yaklaşık 107 J daha fazla ısı yayılır. Dünyanın derinliklerinde bulunan radyoaktif elementlerin magmayı eritmek için (sınırlı ısı giderme koşulları altında) yeterli olduğu ortaya çıktı.

Tükenmez gibi görünen bu enerjinin kaynağı nerede? Marie Curie, 19. yüzyılın sonunda ortaya atıldı. iki hipotez. Bunlardan biri (Lord Kelvin tarafından paylaşıldı) ) radyoaktif maddelerin bir tür kozmik radyasyonu yakalayarak gerekli enerjiyi depolamasıydı. İkinci hipoteze göre, radyasyona, bu durumda yayılan enerjiyi kaybeden atomların kendilerinde bazı değişiklikler eşlik eder. Her iki hipotez de eşit derecede olasılık dışı görünüyordu, ancak ikincisi lehine giderek daha fazla veri birikti.

Radyoaktif maddelere ne olduğunun anlaşılmasına büyük katkı Ernest Rutherford. 1895 yılında, havadaki argonun keşfiyle ünlenen İngiliz kimyager William Ramsay, kleveit mineralinde bir başka asil gaz olan helyumu keşfetti. Daha sonra, diğer minerallerde önemli miktarlarda helyum bulundu, ancak yalnızca uranyum ve toryum içerenlerde bulundu. Minerallerde nadir bulunan bir gazın nereden gelebileceği şaşırtıcı ve garip görünüyordu. Rutherford, radyoaktif mineraller tarafından yayılan alfa parçacıklarının doğasını araştırmaya başladığında, helyumun radyoaktif bozunmanın bir ürünü olduğu anlaşıldı ( santimetre. RADYOAKTİVİTE). Bu, bazı kimyasal elementlerin diğerlerini "üretebildiği" anlamına gelir - bu, birkaç nesil kimyager tarafından biriktirilen tüm deneyimlerle çelişiyordu.

Bununla birlikte, uranyum ve toryumun helyuma "dönüşümü" sınırlı değildi. 1899'da Rutherford laboratuvarında (o sırada Montreal'de çalışıyordu), başka bir garip fenomen gözlemlendi: toryum elementinin kapalı bir ampul içindeki hazırlıkları sabit bir aktiviteyi korurken, açık havada aktiviteleri buna bağlıydı. Skvoznyakov. Rutherford, toryumun radyoaktif bir gaz yaydığını hemen fark etti (buna toryumun Latince emanatio çıkışından yayılması veya thoron deniyordu), bu gazın aktivitesi çok hızlı bir şekilde azaldı: yaklaşık bir dakikada yarı yarıya (modern verilere göre 55.6 s) ). Radyumda da benzer bir gaz "yayımı" keşfedildi (aktivitesi çok daha yavaş azaldı), buna radyum veya radon yayılımı adı verildi. Aktinyumda sadece birkaç saniye içinde kaybolan kendi "yayımı" da bulundu, buna aktinyumun yayılması veya aktinon deniyordu. Daha sonra, tüm bu "yayılmaların" aynı kimyasal element radonun izotopları olduğu ortaya çıktı ( santimetre. KİMYASAL ELEMENTLER).

Serinin her üyesini bilinen kimyasal elementlerin izotoplarından birine atadıktan sonra, uranyum serisinin uranyum-238 ile başladığı anlaşıldı ( T 1/2 = 4,47 milyar yıl) ve kararlı kurşun-206 ile biter; Bu serinin üyelerinden biri çok önemli element radyum olduğu için), bu seri aynı zamanda uranyum radyum serisi olarak da adlandırılır. Aktinyum serisi (diğer adı aktinouranyum serisidir) ayrıca doğal uranyumdan, ancak diğer izotopu 235 U'dan ( T 1/2 = 794 milyon yıl). Toryum serisi 232 Th çekirdeği ile başlar ( T 1/2 = 14 milyar yıl). Son olarak, doğada temsil edilmeyen neptunium serisi, yapay olarak elde edilen en uzun ömürlü neptunium izotopuyla başlar: 237 Np

® 233 Pa ® 233 U ® 229 Th ® 225 Ra ® 225 Ac ® 221 Fr ® 217 At ® 213 Bi ® 213 Po ® 209 Pb ® 209 Bi. Bu dizide bir de “çatal” var: 213 Bi, %2 olasılıkla 209 Tl'ye dönüşebilir ve şimdiden 209 Pb'ye dönüşüyor. Daha ilginç özellik neptunium serisinin gaz "yayılmalarının" olmaması ve serinin son üyesi kurşun yerine bizmuttur. Bu yapay dizinin atasının yarı ömrü "sadece" 2,14 milyon yıldır, yani oluşum sırasında mevcut olsa bile neptünyum Güneş Sistemi, bugüne kadar "hayatta kalamadı", tk. Dünyanın yaşının 4,6 milyar yıl olduğu tahmin ediliyor ve bu süre zarfında (2000'den fazla yarı ömür) neptünyumdan tek bir atom bile kalmayacaktı.

Örnek olarak, Rutherford tarafından radyumun dönüşüm zincirinde (radyum-226 - radyoaktif uranyum-238 serisinin altıncı üyesi) çözdüğü karmaşık olaylar yumağı verilebilir. Diyagram, hem Rutherford'un zamanının sembollerini hem de nüklidlerin modern tanımlarını ve ayrıca bozunma türünü ve yarı ömürlerle ilgili modern verileri gösterir; verilen seride ayrıca küçük bir "çatal" vardır: %0,04 olasılıkla RaC RaC'ye gidebilir""(210 Tl), bu daha sonra aynı RaD'ye dönüşür ( T 1/2 = 1,3 dakika). Bu radyoaktif kurşun oldukça uzun bir yarı ömre sahiptir, bu nedenle deney sırasında sonraki dönüşümlerini genellikle göz ardı edebilirsiniz.

Bu serinin son üyesi olan lead-206 (RaG) stabildir; doğal kurşunda %24,1'dir. Toryum serisi kararlı kurşun-208'e yol açar ("sıradan" kurşundaki içeriği %52,4'tür), aktinyum serisi kurşun-207'ye yol açar ("kurşundaki içeriği %22,1'dir). Modern kurşun izotoplarının oranı yerkabuğu, elbette, hem ana nüklidlerin yarı ömrüyle hem de Dünya'nın oluştuğu maddedeki başlangıç ​​oranlarıyla bağlantılıdır. Ve yer kabuğundaki "sıradan", radyojenik olmayan kurşun sadece% 1,4'tür. Dolayısıyla, başlangıçta Dünya'da uranyum ve toryum olmasaydı, kurşun% 1.6 10 3 (kobalt ile yaklaşık aynı) değil, 70 kat daha az olurdu (örneğin, indiyum ve tülyum gibi nadir metaller gibi!) . Öte yandan, birkaç milyar yıl önce gezegenimize uçan hayali bir kimyager, içinde çok daha az kurşun ve çok daha fazla uranyum ve toryum bulacaktır...

1915'te F. Soddy, Seylan mineral toritinden (ThSiO 4) toryumun bozunması sırasında oluşan kurşunu izole ettiğinde, atom kütlesinin 207.77 olduğu, yani "sıradan" kurşundan (207.2) daha fazla olduğu ortaya çıktı. “teorik” (208) ile arasındaki fark, kurşun-206'yı veren toritte az miktarda uranyum bulunmasıyla açıklanmaktadır. Amerikalı kimyager Theodore William Richards, ölçüm konusunda bir otorite olduğunda atomik kütleler, toryum içermeyen bazı uranyum minerallerinden izole edilmiş kurşun, atom kütlesinin neredeyse tam olarak 206 olduğu ortaya çıktı. Bu kurşunun yoğunluğu biraz daha azdı ve hesaplanana karşılık geldi:

 r (Pb) ґ 206/207.2 = 0.994 r (Pb), burada r (Pb) \u003d 11,34 g / cm3. Bu sonuçlar, diğer bazı elementlerin yanı sıra kurşun için de atom kütlesini çok yüksek bir doğrulukla ölçmenin neden anlamsız olduğunu açıkça gösteriyor: numuneler farklı yerler, biraz farklı sonuçlar verecektir ( santimetre. KARBON ÜNİTESİ).

Doğada, şemalarda gösterilen dönüşüm zincirleri sürekli olarak gerçekleşir. Sonuç olarak, bazı kimyasal elementler (radyoaktif) diğerlerine dönüştürülür ve bu tür dönüşümler, Dünya'nın tüm varoluş süresi boyunca meydana gelmiştir. Radyoaktif serinin ilk üyeleri (ebeveyn olarak adlandırılırlar) en uzun ömürlü olanlardır: uranyum-238'in yarı ömrü 4,47 milyar yıl, toryum-232 14,05 milyar yıl, uranyum-235 ("aktinouran" olarak da bilinir) actinium serisi) 703.8 Ma. Bu uzun zincirin sonraki ("kız") üyeleri çok daha az yaşar. Bu durumda, radyokimyacıların "radyoaktif denge" dedikleri bir durum meydana gelir: ana uranyum, toryum veya aktinyumdan bir ara radyonüklidin oluşum hızı (bu oran çok düşüktür), bu çekirdeğin bozunma hızına eşittir. Bu oranların eşitliğinin bir sonucu olarak, belirli bir radyonüklidin içeriği sabittir ve yalnızca yarı ömrüne bağlıdır: radyoaktif serinin kısa ömürlü üyelerinin konsantrasyonu düşükken, uzun ömürlü üyelerin konsantrasyonu düşüktür. daha büyük. Ara bozunma ürünlerinin içeriğindeki bu sabitlik çok uzun bir süre korunur (bu süre ana nüklidin yarı ömrü tarafından belirlenir ve çok uzundur). Basit matematiksel dönüşümler yol açar sonraki sonuç: anne sayısının oranı ( N 0) ve çocuklar ( N 1 , N 2 , N 3 ...) atomlar yarı ömürleriyle doğru orantılıdır: N 0:N 1:N 2:N 3 ... = T 0:T 1:T 2:T 3 ... Yani, uranyum-238'in yarı ömrü 4,47 10 9 yıl, radyum-226 1600 yıldır, yani uranyum cevherlerindeki uranyum-238 ve radyum-226 atomlarının sayı oranı 4,47 10 9'dur: 1600 , radyoaktif dengeye ulaşıldığında 1 ton uranyum için yalnızca 0,34 g radyum olduğunu hesaplamak kolaydır (bu elementlerin atomik kütlelerini hesaba katarak).

Ve tam tersi, cevherlerdeki uranyum ve radyum oranını ve radyumun yarı ömrünü bilmek, uranyumun yarı ömrünü belirlemek mümkündür, radyumun yarı ömrünü belirlemek için ise ihtiyacınız yoktur. bin yıldan fazla beklemek, (radyoaktivitesi ile) bozunma oranını (yani d değeri) ölçmek için yeterlidir. N/D T) o elementin bilinen az bir miktarı (bilinen sayıda atom ile) N) ve sonra d formülüne göre N/D T = –

 ben N büyüklüğü belirlemek l = ln2/ T 1/2 . yer değiştirme yasası Bir radyoaktif serinin üyeleri elementlerin periyodik tablosuna ardışık olarak uygulanırsa, bu serideki radyonüklidlerin ana elementten (uranyum, toryum veya neptunyum) kurşuna veya bizmuta yumuşak bir şekilde hareket etmediği, ancak "sıçradığı" ortaya çıkar. şimdi sağa, sonra sola. Böylece, uranyum serisinde, kararsız iki kurşun izotopu (element No. 82), bizmut izotoplarına (element No. 83), ardından polonyum izotoplarına (eleman No. 84) ve bunlar da tekrar kurşun izotoplarına dönüştürülür. Sonuç olarak, radyoaktif element genellikle elementler tablosundaki aynı hücreye geri döner, ancak bu, farklı bir kütleye sahip bir izotop üretir. Bu "sıçramalarda", 1911'de F. Soddy tarafından fark edilen belirli bir model olduğu ortaya çıktı.

Artık biliniyor ki,

 A -Çürüme çekirdekten uçar A -parçacık (bir helyum atomunun çekirdeği,), bu nedenle, nükleer yük 2 azalır (periyodik tabloda iki hücre sola kayma) ve kütle sayısı 4 azalır, bu da yeni elementin hangi izotopunun oluştuğunu tahmin etmeyi mümkün kılar. Bir illüstrasyon hizmet edebilir a - radon bozunması: ® + . b için -çürüme, aksine, çekirdekteki proton sayısı bir artar ve çekirdeğin kütlesi değişmez ( santimetre. RADYOAKTİVİTE), yani elementler tablosunda bir hücre sağa kayma var. Bir örnek, radondan oluşan polonyumun birbirini izleyen iki dönüşümüdür:® ® . Böylece, "çatallar" dikkate alınmazsa, örneğin radyum-226'nın bozunmasının bir sonucu olarak (uranyum serisine bakın) kaç tane alfa ve beta parçacığı yayıldığını hesaplamak mümkündür. ana çekirdek, son . Kütledeki azalma (veya daha doğrusu kütle numarası, yani çekirdekteki toplam proton ve nötron sayısı) 226 206 = 20, dolayısıyla 20/4 = 5 alfa parçacığı yayıldı. Bu parçacıklar yanlarında 10 proton taşıdılar ve eğer olmasaydı B -çürümelerde, nihai bozunma ürününün nükleer yükü 88 10 = 78'e eşit olacaktır. Gerçekte son üründe 82 proton vardır, bu nedenle dönüşümler sırasında 4 nötron protona dönüşür ve 4 nötron B -parçacıklar.

sonra çok sık

 A -çürüme ardından iki B -çürüme ve böylece ortaya çıkan eleman, orijinal elementin daha hafif bir izotopu şeklinde elementler tablosunun orijinal hücresine geri döner. Bu gerçekler şunu açıkça ortaya koydu: periyodik yasa DI Mendeleev, elementlerin özellikleri ile çekirdeklerinin yükü arasındaki ilişkiyi yansıtır, kütlelerini değil (başlangıçta atomun yapısı bilinmediğinde formüle edildiği gibi).

Radyoaktif yer değiştirme yasası nihayet 1913'te birçok bilim adamının özenli araştırmaları sonucunda formüle edildi. Bunlar arasında Soddy'nin asistanı Alexander Fleck, Soddy'nin stajyeri A.S. (1887-1975). Bu yasa genellikle Soddy Faience yasası olarak anılır.

Elementlerin yapay dönüşümü ve yapay radyoaktivite. Becquerel'in zamanından beri, radyoaktif bileşiklerin yanında bulunan en sıradan maddelerin kendilerinin az ya da çok radyoaktif hale geldiği fark edildi. Rutherford buna "heyecanlı aktivite" adını verdi, Curies buna "uyarılmış aktivite" adını verdi, ancak fenomenin özünü uzun süre kimse açıklayamadı.

1919'da Rutherford pasajı inceledi.

 A -çeşitli maddeler yoluyla parçacıklar. Hızlı uçan tarafından vurulduğunda ortaya çıktı A -hafif elementlerin çekirdekleriyle ilgili parçacıklar, örneğin nitrojen, hızlı uçan protonlar (hidrojen çekirdekleri) ara sıra onlardan dışarı atılabilirken, kendisi A -parçacık, yükünü bir artıran çekirdeğin bileşimine girer. Böylece reaksiyon sonucunda+ ® + diğeri nitrojenden oluşur kimyasal element oksijen (ağır izotopu). Bir elementin diğerine dönüşümünün yapay olarak gerçekleştirilen ilk reaksiyonuydu. Bunda, diğer tüm nükleer süreçlerde olduğu gibi, hem toplam yük (indisler) hem de kütle numarası korunur, yani. toplam proton ve nötron sayısı (üst simgeler).

Simyacıların asırlık rüyası gerçek oldu: insan bazı elementleri diğer elementlere dönüştürmeyi öğrendi. pratik çıktı Rutherford'un zamanında kimse bu beceriyi beklemiyordu. Gerçekten de, almak

 A -parçacıklar, kaynaklarına, örneğin bir radyum müstahzarına sahip olmak gerekliydi. Daha da kötüsü, "nitrojen tarafından salınan" milyon başına A -partiküller, ortalama olarak sadece 20 oksijen atomu elde edildi.

Zamanla başka nükleer reaksiyonlar da gerçekleştirilmiş ve birçoğu pratik uygulamalar almıştır. Nisan 1932'de İngiliz Bilimler Akademisi'nin (Royal Society) bir toplantısında Rutherford, laboratuvarının hafif elementlerin (örneğin lityum) protonlar tarafından bölünmesi reaksiyonlarını başarıyla gerçekleştirdiğini duyurdu. Bunu yapmak için hidrojenden elde edilen protonlar, onlarca hatta yüzbinlerce volta eşit yüksek voltaj kullanılarak dağıtıldı. Protonlar, daha az sahip

 A -parçacıklar, yük ve kütle, çekirdeğe daha kolay nüfuz eder. Lityum-7 çekirdeğine nüfuz eden proton, onu berilyum-8 çekirdeğine dönüştürür ve neredeyse anında fazla enerjiyi ikiye bölerek "boşaltır". a parçacıkları: + ® () ® 2 . Hafif bir lityum izotopu alırsak (doğal lityumda bu% 7,5'tir), o zaman iki helyum izotopunun çekirdeği oluşur:+ ® () ® + . Oksijen protonları ile bombardıman edildiğinde, flor elde edildi: + ® + ; alüminyum magnezyum bombardımanı yaparken:+ ® + .

Ağır hidrojen izotop döteryumun çekirdeği olan döteronlarla yüksek hızlara hızlandırılan birçok farklı dönüşüm gerçekleştirildi. Yani reaksiyon sırasında

 + ® + ilk kez süper ağır hidrojen trityum elde edildi. İki döteronun çarpışması farklı olabilir: + ® + , bu işlemler, kontrollü bir termonükleer reaksiyon olasılığını incelemek için önemlidir. Tepki önemliydi+ ® () ® 2 , zaten nispeten düşük bir döteron enerjisinde (0.16 MeV) meydana geldiğinden ve buna 22.7 MeV'lik muazzam bir enerji salınımı eşlik ettiğinden (1 MeV = 10 6 eV ve 1 eV = 96.5 kJ / mol olduğunu hatırlayın).

Berilyumun bombardımanı sırasında meydana gelen reaksiyon, büyük pratik öneme sahipti.

 a - parçacıklar: + ® () ® + , 1932'de nötronun nötr parçacığının keşfine yol açtı ve radyum-berilyum nötron kaynaklarının çok uygun olduğu ortaya çıktı. bilimsel araştırma. Farklı enerjilere sahip nötronlar da reaksiyonlar sonucunda elde edilebilir. + ® + ; + ® + ; + ® + . Yüksüz nötronlar atom çekirdeğine özellikle kolayca nüfuz eder ve hem kabuklu nüklide hem de nötronların hızına (enerjisine) bağlı çeşitli işlemlere neden olur. Böylece, yavaş bir nötron basitçe çekirdek tarafından yakalanabilir ve çekirdek, bir gama kuantumu yayarak fazla enerjinin bir kısmından kurtulur, örneğin:+ ® + g . Bu reaksiyon, yaygın olarak kullanılan nükleer reaktörler uranyum fisyon reaksiyonunu düzenlemek için: reaksiyonu yavaşlatmak için nükleer kazana kadmiyum çubuklar veya plakalar yerleştirilir.

1934 yılında, eşler Irene ve Frederic Joliot-Curieönemli bir keşif yaptı. bombalanmış

 A- bazı hafif elementlerin parçacıkları (polonyum tarafından yayıldılar), zaten berilyum için bilinene benzer bir reaksiyon bekliyorlardı, yani. nötronları yok etmek, örneğin:Mesele bu dönüşümlerle sınırlı olsaydı, o zaman kesintiden sonra A - ışınlama, nötron akışının hemen kurumuş olması gerekirdi, bu nedenle polonyum kaynağını çıkardıktan sonra, tüm aktivitenin durmasını beklediler, ancak parçacık sayacının, tam olarak üstel yasaya uygun olarak kademeli olarak bozulan darbeleri kaydetmeye devam ettiğini gördüler. Bu tek bir şekilde yorumlanabilir: alfa ışınımının bir sonucu olarak, nitrojen-13 için 10 dakikalık ve fosfor-30 için 2,5 dakikalık karakteristik bir yarılanma ömrü ile önceden bilinmeyen radyoaktif elementler ortaya çıktı. Bu elementlerin pozitron bozunmasına maruz kaldığı ortaya çıktı:® + e + , ® + e + . Üç kararlı doğal izotopla temsil edilen magnezyum ile ilginç sonuçlar elde edildi ve ortaya çıktı ki, ne zaman A - ışınlama, hepsi maruz kalan silikon veya alüminyumun radyoaktif nüklidlerini verir. 227- veya pozitron bozunması:

Yapay radyoaktif elementlerin üretimi, belirli bir amaca uygun yarılanma ömrüne sahip radyonüklidlerin ve belirli bir güçle istenen radyasyon türünün sentezine olanak sağladığı için pratik açıdan büyük önem taşımaktadır. Nötronları "mermi" olarak kullanmak özellikle uygundur. Bir nötronun bir çekirdek tarafından yakalanması onu o kadar kararsız hale getirir ki, yeni çekirdek radyoaktif hale gelir. "Ekstra" bir nötronun bir protona dönüşmesi nedeniyle kararlı hale gelebilir, yani

 227- radyasyon; Bu tür pek çok tepki var, örneğin: + ® ® + e. Üst atmosferde gerçekleşen radyokarbon oluşum reaksiyonu çok önemlidir: + ® + (santimetre. RADYOKARBON ANALİZ YÖNTEMİ). Yavaş nötronları lityum-6 çekirdeği tarafından emerek trityum sentezlenir. Hızlı nötronların etkisi altında birçok nükleer dönüşüm elde edilebilir, örneğin: + ® + ; + ® + ; + ® + . Böylece, sıradan kobaltı nötronlarla ışınlayarak, güçlü bir gama radyasyonu kaynağı olan radyoaktif kobalt-60 elde edilir (uyarılmış çekirdekler tarafından 60 Co'nun bozunma ürünü tarafından salınır.). Nötronlarla ışınlanarak bazı transuranyum elementleri elde edilir. Örneğin, doğal uranyum-238'den ilk önce kararsız uranyum-239 oluşur; B -çürümek ( T 1/2 = 23.5 dk) ilk transuraya dönüşür yeni eleman neptunium-239 ve o da sırayla B -çürümek ( T 1/2 = 2,3 gün) çok önemli bir sözde silah sınıfı plütonyum-239'a dönüşür.

Gerekli nükleer reaksiyonu gerçekleştirerek yapay olarak altın elde etmek ve böylece simyacıların başaramadığı şeyi başarmak mümkün müdür? Teorik olarak bunun için herhangi bir engel yoktur. Üstelik böyle bir sentez zaten yapılmış ama zenginlik getirmemiş. En kolay yol, periyodik tabloda altından sonra bir sonraki element olan cıvayı bir nötron akışıyla ışınlayarak yapay olarak altın elde etmek olacaktır. Daha sonra reaksiyon sonucunda

 + ® + Bir nötron, bir cıva atomundan bir protonu çıkarır ve onu bir altın atomuna dönüştürür. Bu reaksiyon belirli kütle numaralarını belirtmez ( A) cıva ve altın nüklidleri. Altın, doğadaki tek kararlı çekirdektir.ve doğal cıva, izotopların karmaşık bir karışımıdır. A= 196 (%0,15), 198 (%9,97), 199 (%1,87), 200 (%23,10), 201 (%13,18), 202 (%29,86) ve 204 (%6,87). Sonuç olarak, yukarıdaki şemaya göre sadece kararsız radyoaktif altın elde edilebilir. 1941'in başında Harvard Üniversitesi'nden bir grup Amerikalı kimyager tarafından cıvayı hızlı bir nötron akışıyla ışınlayarak elde edildi. Birkaç gün sonra, beta bozunmasıyla elde edilen altının tüm radyoaktif izotopları tekrar orijinal cıva izotoplarına dönüştü ...

Ama başka bir yol daha var: eğer cıva-196 atomları yavaş nötronlarla ışınlanırsa, cıva-197 atomlarına dönüşürler:

+ ® + g . 2,7 günlük yarı ömre sahip bu atomlar elektron yakalama işlemine tabi tutulur ve sonunda kararlı altın atomlarına dönüşürler:+e® . Böyle bir dönüşüm 1947'de Chicago'daki Ulusal Laboratuvar çalışanları tarafından gerçekleştirildi. 100 mg cıvayı yavaş nötronlarla ışınlayarak 0.035 mg 197Au elde ettiler. Tüm cıvaya göre verim çok küçüktür, sadece %0,035'tir, ancak 196Hg'ye göre %24'e ulaşır! Bununla birlikte, doğal cıvadaki 196 Hg izotop sadece en küçüğüdür, ayrıca ışınlama işleminin kendisi ve süresi (ışınlama birkaç yıl alacaktır) ve karmaşık bir karışımdan kararlı "sentetik altın" izolasyonu ölçülemeyecek kadar maliyetli olacaktır. altının en fakir cevherinden çıkarılmasından daha fazla ( Ayrıca bakınız ALTIN). Bu nedenle, altının yapay üretimi yalnızca tamamen teorik olarak ilgi çekicidir.Radyoaktif dönüşümlerin nicel düzenlilikleri. Belirli bir kararsız çekirdeğin izini sürmek mümkün olsaydı, ne zaman bozunacağını tahmin etmek mümkün olmazdı. Bu rastgele bir işlemdir ve yalnızca bireysel vakalar belirli bir süre içinde bozulma olasılığını tahmin etmek mümkündür. Bununla birlikte, mikroskop altında neredeyse görünmeyen en küçük toz zerresi bile çok sayıda atom içerir ve eğer bu atomlar radyoaktif ise, o zaman bozunmaları katı matematiksel yasalara uyar: çok karakteristik olan istatistiksel yasalar Büyük bir sayı nesneler. Ve sonra her bir radyonüklid, iyi tanımlanmış bir yarı ömür değeri ile karakterize edilebilir ( T 1/2), mevcut çekirdek sayısının yarısının bozunduğu süredir. İlk anda olsaydı N 0 çekirdek, ardından bir süre sonra T = T 1/2 kalacak N 0 /2, -de T = 2T 1/2 kalacak N 0 /4 = N 0 /2 2 , -de T = 3T 1/2 N 0 /8 = N 0 /2 3 vb. Genel olarak, ne zaman T = nt 1/2 kalacak N 0 /2 Nçekirdekler, nerede N = T/T 1/2 yarı ömür sayısı (tamsayı olması gerekmez). Formülü göstermek kolaydır N = N 0 /2 T/T 1/2 formüle eşdeğerdir N = N 0 e ben t , nerede ben sözde bozunma sabiti. Resmi olarak, bozulma oranı d arasındaki orantılılık katsayısı olarak tanımlanır. N/D T ve kullanılabilir çekirdek sayısı: d N/D T = – ben N (eksi işareti şunu gösterir: N zamanla azalır). Bu diferansiyel denklemin entegrasyonu, çekirdek sayısının üstel zamana bağımlılığını verir. Bu formülde yerine koyma N = N 0 /2 -de T = T 1/2 , bozunma sabitinin yarı ömür ile ters orantılı olduğunu elde edin: ben = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2. Değer t = 1/l çekirdeğin ortalama ömrü denir. Örneğin, 226 Ra için T 1/2 = 1600 yıl, T = 1109 yıl.

Yukarıdaki formüllere göre, değeri bilmek T 1/2 (veya

 ben ), herhangi bir süre sonra radyonüklid miktarını hesaplamak kolaydır ve farklı zaman noktalarında radyonüklid miktarı biliniyorsa, bunlardan yarı ömrü hesaplamak da mümkündür. Çekirdek sayısı yerine radyasyon aktivitesi, mevcut çekirdek sayısıyla doğru orantılı olan formülde ikame edilebilir. N. Aktivite genellikle numunedeki toplam bozunma sayısıyla değil, aktiviteyi ölçen cihaz tarafından kaydedilen buna orantılı darbelerin sayısıyla karakterize edilir. Örneğin 1 g radyoaktif madde varsa, yarı ömrü ne kadar kısaysa, madde o kadar aktif olacaktır.

Diğer matematiksel modeller, az sayıda radyonüklidin davranışını tanımlar. Burada sadece bir olayın olasılığından bahsedebiliriz. Örneğin, bir radyonüklidin bir atomu (daha doğrusu bir çekirdeği) olsun. T 1/2 = 1 dak. Bu atomun 1 dakika yaşama olasılığı 1/2 (%50), 2 dakika 1/4 (%25), 3 dakika 1/8 (%12,5), 10 dakika (1/2 ) 10 = 1/10 24 (%0,1), 20 dakika (1/2) 20 = 1/1048576 (%0,00001). Tek bir atom için şans önemsizdir, ancak çok sayıda atom olduğunda, örneğin birkaç milyar, o zaman birçoğu şüphesiz 20 yarı ömür ve çok daha fazlasını yaşayacaktır. Elde edilen değerlerin 100'den çıkarılmasıyla bir atomun belirli bir süre içinde bozunma olasılığı elde edilir. Yani bir atomun 2 dakika yaşama olasılığı %25 ise o zaman bozunma olasılığı %25'tir. bu süre zarfında aynı atom 100 25 = %75, 3 dakika içinde bozulma olasılığı %87,5, 10 dakika içinde %99,9 vb.

Birkaç kararsız atom varsa, formül daha karmaşık hale gelir. Bu durumda, bir olayın istatistiksel olasılığı, binom katsayılı bir formülle tanımlanır. eğer varsa N atomlar ve bunlardan birinin bir süre içinde bozunma olasılığı T eşittir P, o zaman zaman içinde olma olasılığı T itibaren N atomlar çürüyecek N(ve buna göre kalacak N – N), eşittir P = N!p n(1 P) N– N/(N– N)!N! Atomları kelimenin tam anlamıyla parça tarafından elde edilen yeni kararsız elementlerin sentezinde benzer formüller kullanılmalıdır (örneğin, bir grup Amerikalı bilim adamı 1955'te yeni Mendelevium elementini keşfettiklerinde, onu sadece miktarında elde ettiler. 17 atom).

Belirli bir durum için bu formülün uygulanmasını göstermek mümkündür. Örneğin, orada olsun N= 1 saatlik yarı ömre sahip 16 atom. Belirli sayıda atomun bozunma olasılığını, örneğin bir süre içinde hesaplayabilirsiniz. T= 4 saat. Bir atomun bu 4 saati yaşama olasılığı sırasıyla 1/2 4 \u003d 1/16'dır, bu süre zarfında bozunma olasılığı R= 1 1/16 = 15/16. Bu ilk verilerin formülde ikame edilmesi şunu verir: R = 16!(15/16) N(1/16) 16 N/(16 N)!N! = 16!15 N/2 64 (16 N)!N! Bazı hesaplamaların sonucu tabloda gösterilmiştir:
Tablo 1.
Kalan atomlar (16– N) 16 10 8 6 4 3 2 1 0
çürümüş atomlar N 0 6 8 10 12 13 14 15 16
olasılık R, % 5 10 -18 5 10-7 1,8 10 -4 0,026 1,3 5,9 19,2 38,4 35,2
Böylece, 4 saat sonra (4 yarı ömür) 16 atomdan hiç biri olmayacak, tahmin edilebileceği gibi: bu olayın olasılığı, başka herhangi bir sonucun olasılığından daha fazla olmasına rağmen, yalnızca %38,4'tür. Tablodan da görülebileceği gibi, 16 atomun hepsinin (%35,2) veya sadece 14'ünün bozunma olasılığı da çok yüksektir. Ancak 4 yarı ömür boyunca tüm atomların "canlı" kalma (hiçbiri bozulmamış) olasılığı ihmal edilebilir düzeydedir. Açıktır ki, 16 atom yoksa, ama diyelim ki, 10 20 , o zaman neredeyse% 100 kesinlikle söyleyebiliriz ki 1 saat sonra sayılarının yarısının, 2 saat sonra çeyrek kalacağı vb. Yani, ne kadar çok atom varsa, bozunumları üstel yasaya o kadar doğru karşılık gelir.

Becquerel'in zamanından beri yapılan çok sayıda deney, ne sıcaklığın, ne basıncın, ne de atomun kimyasal durumunun pratik olarak radyoaktif bozunma hızını etkilemediğini göstermiştir. İstisnalar çok nadirdir; Böylece, elektron yakalama durumunda, miktar T 1/2, elementin oksidasyon durumu değiştikçe biraz değişir. Örneğin, 7 BeF 2'nin bozunması, 7 BeO veya metalik 7 Be'den yaklaşık %0,1 daha yavaştır.

Bilinen kararsız radyonüklid çekirdeklerinin toplam sayısı iki bine yaklaşır ve ömürleri çok geniş bir aralıkta değişir. Uzun ömürlü radyonüklitler olarak bilinen, yarı ömürleri milyonlarca hatta milyarlarca yıl olan ve kısa ömürlü olan, saniyenin çok küçük bir bölümünde tamamen bozunan. Bazı radyonüklidlerin yarı ömürleri tabloda verilmiştir.

Bazı radyonüklidlerin özellikleri (Tc, Pm, Po ve kararlı izotopları olmayan sonraki tüm elementler için, en uzun ömürlü izotopları için veriler verilmiştir).
Tablo 2.
Seri numarası Sembol Kütle Numarası Yarı ömür
1 T 3 12.323 yıl
6 İLE 14 5730 yıl
15 R 32 14.3 gün
19 İLE 40 1,28 10 9 yıl
27 Bu yüzden 60 5.272 yıl
38 Kıdemli 90 28.5 yıl
43 Ts 98 4.2 10 6 yıl
53 BEN 131 8.02 gün
61 Öğleden sonra 145 17.7 yıl
84 Ro 209 102 yaşında
85 -de 210 8,1 saat
86 Rn 222 3.825 gün
87 cum 223 21.8 dakika
88 Ra 226 1600 yıl
89 AC 227 21.77 yaşında
90 inci 232 1.405 10 9 yıl
91 Ra 231 32.760 yıl
92 sen 238 4.468 10 9 yıl
93 Np 237 2,14 10 6 yıl
94 Pu 244 8,26 10 7 yıl
95 ben 243 7370 yıl
96 santimetre 247 1,56 10 7
97 bk 247 1380 yıl
98 bkz. 251 898 yıl
99 Es 252 471,7 gün
100 FM 257 100.5 gün
101 md 260 27.8 gün
102 HAYIR 259 58 dakika
103 lr 262 3,6 saat
104 RF 261 78 saniye
105 Db 262 34 sn
106 Çavuş 266 21 saniye
107 bh 264 0,44 sn
108 hs 269 9 saniye
109 dağ 268 70ms
110 Ds 271 56 ms
111 – 272 1,5 ms
112 – 277 0,24ms
Bilinen en kısa ömürlü çekirdek 5 Li : ömrü 4,4 10 22 sn'dir). Bu süre zarfında ışık bile sadece 10 11 cm geçecektir, yani. çekirdeğin çapından yalnızca birkaç on kat daha büyük ve herhangi bir atomun boyutundan çok daha küçük bir mesafe. En uzun yaşayan 128 Te (doğal tellürde %31,7 oranında bulunur ve sekiz septilyon (8 10 24) yıllık yarılanma ömrü ile radyoaktif bile denilemez; karşılaştırma için evrenimizin "sadece" 10 10 yaşında olduğu tahmin ediliyor.

Bir çekirdeğin radyoaktivite birimi becquerel'dir: 1 Bq (Bq), saniyede bir bozunmaya karşılık gelir. Sistem dışı bir curie birimi sıklıkla kullanılır: 1 Ki (Ci), saniyede 37 milyar parçalanmaya veya 3,7'ye eşittir . 10 10 Bq (1 g 226 Ra yaklaşık olarak aynı aktiviteye sahiptir). Bir zamanlar sistem dışı bir rutherford birimi önerildi: 1 Rd (Rd) \u003d 10 6 Bq, ancak yaygınlaşmadı.

EDEBİYAT Soddy F. Atom enerjisinin tarihi. M., Atomizdat, 1979
Choppin G. ve ark. nükleer kimya. M., Energoatomizdat, 1984
Hoffman K. altın yapmak mümkün mü? L., Kimya, 1984
Kadmensky S.G. Atom çekirdeğinin radyoaktivitesi: tarihçe, sonuçlar, en son başarılar. Soros Eğitim Dergisi, 1999, Sayı 11

Bir atomun temel özelliği 2 numara:

1. kütle numarası (A) - çekirdeğin proton ve nötronlarının toplamına eşittir

2. Mendeleev'in periyodik element sistemindeki atom numarası (Z) - çekirdekteki proton sayısına eşittir, yani. çekirdeğin yüküne karşılık gelir.

Radyoaktif dönüşümün türü belirlenir Çürüme sırasında yayılan parçacıkların türü. Radyoaktif bozunma süreci her zaman ekzotermiktir, yani enerjinin salınmasıyla ilerler. İlk çekirdeğe ana çekirdek denir (aşağıdaki şemalarda X sembolü ile gösterilir) ve bozunmadan sonra ortaya çıkan çekirdeğe çocuk çekirdek denir (şemalarda Y sembolü).

Kararsız çekirdekler 4 ana tip radyoaktif dönüşüme uğrar:

A) alfa bozunması- ağır bir çekirdeğin kendiliğinden bir alfa parçacığı yaymasından oluşur, yani bu tamamen nükleer bir fenomendir. 200'den fazla alfa aktif çekirdek bilinmektedir, neredeyse hepsinin seri numarası 83'ten büyüktür (Am-241; Ra-226; Rn-222; U-238 ve 235; Th-232; Pu-239 ve 240) . Ağır çekirdeklerin alfa parçacıklarının enerjisi çoğunlukla 4 ila 9 MeV aralığındadır.

alfa bozunmasına örnekler:

B) beta dönüşümü bir intranükleon sürecidir; çekirdekte tek bir nükleon bozunurken, çekirdeğin dahili bir yeniden düzenlenmesi meydana gelir ve çekirdekten yayılan b-parçacıkları (elektron, pozitron, nötrino, antinötrino) ortaya çıkar. Beta dönüşümüne uğrayan radyonüklid örnekleri: trityum (H-3); C-14; sodyum radyonüklidleri (Na-22, Na-24); fosforlu radyonüklidler (P-30, P-32); kükürt radyonüklidleri (S-35, S-37); potasyum radyonüklidleri (K-40, K-44, K-45); Rb-87; stronsiyum radyonüklidleri (Sr-89, Sr-90); iyot radyonüklidleri (1-125, 1-129, 1-131, 1-134); sezyum radyonüklidleri (Cs-134, Cs-137).

Beta parçacıklarının enerjisi geniş bir aralıkta değişir: 0'dan Emax'a (bozulma sırasında salınan toplam enerji) ve keV, MeV cinsinden ölçülür. Özdeş çekirdekler için, yayılan elektronların enerji dağılımı düzenlidir ve buna denir. elektron spektrumuB-çürüme veya beta spektrumu; beta parçacıklarının enerji spektrumu, çürüyen elementi tanımlamak için kullanılabilir.

Tek bir nükleonun beta dönüşümüne bir örnek, Serbest bir nötronun bozunması(yarı ömür 11,7 dakika):

Çekirdeklerin beta dönüşüm türleri:

1) elektronik bozunma: .

Elektronik bozunma örnekleri:,

2) pozitron bozunması:

Pozitron bozunmasına örnekler:,

3) Elektronik yakalama(K-yakalama, çünkü çekirdek atomik kabuğun elektronlarından birini genellikle K-kabuğundan emer):

Elektronik yakalama örnekleri: ,

İÇİNDE) Gama dönüşümü (izomer geçişi)- uyarma enerjisi nedeniyle çekirdeğin bir gama kuantumu yaydığı ve daha kararlı bir duruma geçtiği bir intranükleer fenomen; kütle numarası ve atom numarası değişmezken. Gama radyasyonunun spektrumu her zaman ayrıktır. Çekirdekler tarafından yayılan gama ışınları genellikle onlarca keV ila birkaç MeV arasında değişen enerjilere sahiptir. Gama dönüşümüne uğrayan radyonüklid örnekleri: Rb-81m; CS-134m; Cs-135m; 113m'de; Y-90m.

, burada "m" indeksi, çekirdeğin yarı kararlı durumu anlamına gelir.

Bir gama dönüşümü örneği:

G) Kendiliğinden nükleer fisyon- kütle numarası 232 ile başlayan çekirdekler için mümkündür. Çekirdek, kütle bakımından karşılaştırılabilir 2 parçaya bölünmüştür. Yeni transuranyum elementleri elde etme olasılığını sınırlayan, çekirdeklerin kendiliğinden parçalanmasıdır. Nükleer enerjide, ağır çekirdeklerin nötronları yakaladıklarında fisyon işlemi kullanılır:

Bölünmenin bir sonucu olarak, fazla sayıda nötron içeren parçalar oluşur ve bunlar daha sonra birkaç ardışık dönüşüme uğrar (daha sıklıkla beta bozunması).

Bir kimyasal elementin çekirdeğinin, farklı atom numarasına sahip başka bir elementin çekirdeğine dönüştüğü dönüşümlere radyoaktif bozunma denir. Oluşan ve var olan radyoaktif izotoplar doğal şartlar, doğal olarak radyoaktif olarak adlandırılır; yapay olarak nükleer reaksiyonlar yoluyla elde edilen aynı izotoplar yapay olarak radyoaktiftir. Doğal ve yapay radyoaktif izotoplar arasında temel bir fark yoktur, çünkü atomların çekirdeklerinin ve atomların kendilerinin özellikleri yalnızca çekirdeğin bileşimi ve yapısı tarafından belirlenir ve bunların oluşum yöntemine bağlı değildir.

Radyoaktivite, 1896'da fotoğrafik emülsiyonları karartabilen ve havayı iyonlaştırabilen uranyum radyasyonunu keşfeden A.N. Becquerel tarafından keşfedildi. Curie-Sklodowska (M. Curie-Sklodowska) uranyumun radyasyon yoğunluğunu ilk ölçen kişiydi ve Alman bilim adamı Schmidt (G.S. Schmidt) ile eş zamanlı olarak toryumdaki radyoaktiviteyi keşfetti. İzotopların kendiliğinden görünmez radyasyon yayma özelliği, Curies tarafından radyoaktivite olarak adlandırıldı. Temmuz 1898'de, katran uranyum cevherinde yeni bir radyoaktif element olan polonyum keşfettiklerini duyurdular. Aralık 1898'de G. Bemont ile birlikte radyumu keşfettiler.

Radyoaktif elementlerin keşfinden sonra, bazı yazarlar (Becquerel, Curies, Rutherford ve diğerleri), bu elementlerin manyetik alanda farklı davranan üç tür ışın yayabildiğini keşfetti. Rutherford'un (E. Rutherford, 1902) önerisiyle bu ışınlara alfa, beta ve gama ışınları adı verildi. Alfa ışınları, pozitif yüklü alfa parçacıklarından (iki kez iyonize helyum atomları He4) oluşur; beta ışınları - negatif yüklü küçük kütleli parçacıklardan - elektronlar; Gama ışınları, doğası gereği X ışınlarına benzer ve elektromanyetik radyasyonun kuantumlarıdır.

1902'de Rutherford ve F. Soddy, radyoaktivite olgusunu, bir elementin atomlarının kendiliğinden başka bir elementin atomlarına dönüşmesiyle, şans yasalarına göre meydana gelen ve alfa, beta ve enerji formundaki enerjinin serbest bırakılmasıyla açıkladı. Gama ışınları.

1910'da M. Curie-Sklodowska, A. Debierne ile birlikte saf metalik radyum elde etti ve radyoaktif özelliklerini araştırdı, özellikle radyumun bozunma sabitini ölçtü. Yakında bir dizi başka radyoaktif element keşfedildi. Debjorn ve F. Giesel deniz şakayıklarını keşfetti. Gan (O. Halm) radyotoryum ve mezotoryumu keşfetti, Boltwood (VV Boltwood) iyonyumu keşfetti, Gan ve L. Meitner protaktinyumu keşfetti. Bu elementlerin tüm izotopları radyoaktiftir. 1903'te Pierre Curie ve C.A. Laborde, bir radyum müstahzarının her zaman yüksek bir sıcaklığa sahip olduğunu ve bozunma ürünleriyle birlikte 1 g radyumun 1 saatte yaklaşık 140 kcal saldığını gösterdi. Aynı yıl, W. Ramsay ve Soddy kapalı bir radyum ampulünün gaz halinde helyum içerdiğini buldular. Rutherford, F. Dorn, Debierne ve Gisel'in çalışmaları, uranyum ve toryumun bozunma ürünleri arasında, radyum, toryum ve aktinyum (radon, toron, aktinon) yayılımları olarak adlandırılan, hızla bozunan radyoaktif gazların bulunduğunu gösterdi. Böylece bozunma sırasında radyum atomlarının helyum ve radon atomlarına dönüştüğü kanıtlanmış oldu. Alfa ve beta bozunmaları sırasında bazı elementlerin diğerlerine radyoaktif dönüşüm yasaları (yer değiştirme yasaları) ilk olarak Soddy, Fajans (K. Fajans) ve Russell (W.J. Russell) tarafından formüle edildi.

Bu yasalar aşağıdaki gibidir. Alfa bozunmasında, D.I.'de bulunan orijinal öğeden her zaman başka bir öğe elde edilir. Mendeleev, orijinal elementin solundaki iki hücredir (seri veya atom numarası orijinalinden 2 daha azdır); beta bozunmasında, periyodik sistemde orijinal elementin bir hücre sağında bulunan orijinal elementten her zaman başka bir element elde edilir (atom numarası orijinal elementinkinden bir fazladır).

Radyoaktif elementlerin dönüşümlerinin incelenmesi, izotopların, yani aynı kimyasal özelliklere ve atom numaralarına sahip olan ancak kütle ve kütle bakımından birbirinden farklı atomların keşfedilmesine yol açtı. fiziki ozellikleri, özellikle radyoaktif özellikler açısından (radyasyonun türü, bozunma oranı). Keşfedilen çok sayıda radyoaktif maddeden yalnızca radyum (Ra), radon (Rn), polonyum (Po) ve protaktinyum (Ra) yeni elementler oldu ve geri kalanı daha önce bilinen uranyum (U), toryumun izotoplarıydı. (Th), kurşun (Pb), talyum (Tl) ve bizmut (Bi).

Rutherford'un atomların nükleer yapısını keşfetmesinden ve atomun tüm özelliklerini, özellikle elektron kabuklarının yapısını ve kimyasal özelliklerini (bkz. Atom, atom çekirdeği) belirleyenin çekirdek olduğunun kanıtlanmasından sonra, Radyoaktif dönüşümlerin atom çekirdeğinin dönüşümü ile ilişkili olduğu açıktır. Atom çekirdeğinin yapısının daha fazla incelenmesi, radyoaktif dönüşümlerin mekanizmasının tamamen deşifre edilmesini mümkün kıldı.

Çekirdeklerin ilk yapay dönüşümü - bir nükleer reaksiyon - 1919'da Rutherford tarafından nitrojen atomlarının çekirdeklerini polonyum alfa parçacıklarıyla bombalayarak gerçekleştirildi. Aynı zamanda nitrojen çekirdekleri proton yayarak (bkz.) ve O17 oksijen çekirdeğine dönüştü. 1934'te F. Joliot-Curie ve I. Joliot-Curie (F. Joliot-Curie, I. Joliot-Curie), Al atomlarını alfa parçacıklarıyla bombardıman ederek yapay olarak radyoaktif bir fosfor izotopu elde eden ilk kişilerdi. P30 çekirdekleri, doğal olarak radyoaktif izotopların çekirdeklerinin aksine, bozunma sırasında elektronları değil, pozitronları yayar ve kararlı Si30 silikon çekirdeklerine dönüşür. Böylece 1934 yılında yapay radyoaktivite ve yeni tür radyoaktif bozunma - pozitron bozunması veya + bozunma. Joliot-Curies, tüm hızlı parçacıklar(protonlar, döteronlar, nötronlar) nükleer reaksiyonlara neden olur ve doğal olarak radyoaktif izotoplar üretmek için kullanılabilir. Çeşitli elementleri nötronlarla bombalayan Fermi (E. Fermi), hemen hemen tüm kimyasal elementlerin radyoaktif izotoplarını aldı. Şu anda, hızlandırılmış yüklü parçacıklar ve nötronların yardımıyla çok çeşitli nükleer reaksiyonlar gerçekleştirilmiş ve bunun sonucunda herhangi bir radyoaktif izotop elde etmek mümkün olmuştur.

1937'de Alvarez (L. Alvarez) yeni bir radyoaktif dönüşüm türü keşfetti - elektronik yakalama. Elektron yakalamada, bir atomun çekirdeği, atomun kabuğundan bir elektronu yakalar ve başka bir elementin çekirdeğine dönüşür. 1939'da Hahn ve F. Strassmann, nötron bombardımanına tutulduğunda uranyum çekirdeğinin daha hafif çekirdeklere (fisyon parçaları) bölünmesini keşfettiler. Aynı yıl, Flerov ve Petrzhak, uranyum çekirdeklerinin parçalanma sürecinin dış etki olmaksızın kendiliğinden gerçekleştiğini gösterdi. Böylece, yeni bir tür radyoaktif dönüşüm keşfettiler - ağır çekirdeklerin kendiliğinden parçalanması.

Şu anda, atom çekirdeğinin yapısından kaynaklanan yalnızca iç nedenlerden dolayı, kendiliğinden, dış etkiler olmaksızın meydana gelen aşağıdaki radyoaktif dönüşüm türleri bilinmektedir.

Radyasyona maruz kaldığında maddeye ne olur? Bu soruyu 20. yüzyılın başında cevaplayın. çok kolay değildi. Zaten radyoaktivite araştırmalarının en başında, birçok garip ve olağandışı şey keşfedildi.

Birincisi, radyoaktif elementler olan uranyum, toryum ve radyumun radyasyon yaydığı inanılmaz sabitlik. Gün, aylar ve yıllar boyunca radyasyon yoğunluğu belirgin bir şekilde değişmedi. Isıtma veya artan basınç gibi olağan etkilerden etkilenmedi.

Radyoaktif maddelerin girdiği kimyasal reaksiyonlar da radyasyon şiddetini etkilememiştir.

İkincisi, radyoaktivitenin keşfinden hemen sonra, radyoaktiviteye enerji salınımının eşlik ettiği anlaşıldı. Pierre Curie, kalorimetreye bir ampul radyum klorür yerleştirdi. α-, β- ve γ-ışınlarını emdi ve enerjileri nedeniyle kalorimetre ısıtıldı. Curie, 1 g radyumun 1 saatte 582 J enerji açığa çıkardığını belirledi. Ve bu enerji birkaç yıl boyunca sürekli olarak salınır.

Serbest bırakılması bilinen tüm etkilerden etkilenmeyen enerji nereden geliyor? Görünüşe göre, radyoaktivite sırasında madde, sıradan kimyasal dönüşümlerden tamamen farklı, bazı derin değişikliklere uğruyor. Varsayım yapıldı Atomların kendileri dönüşüme uğrar!

Şimdi, bu fikir pek şaşırtıcı olamaz, çünkü bir çocuk daha okumayı öğrenmeden önce bunu duyabilir. Ancak XX yüzyılın başında. fantastik görünüyordu ve bunu ifade etmeye cesaret etmek büyük cesaret gerektiriyordu. O zamanlar atomların varlığına dair tartışılmaz deliller yeni elde edilmişti. Demokritos'un maddenin atom yapısı hakkındaki asırlık fikri nihayet galip geldi. Ve bundan hemen sonra, atomların değişmezliği sorgulanır.

Sonunda, radyoaktif bozunma sırasında atomların birbirini izleyen bir dönüşüm zincirinin meydana geldiğine dair tam bir güvene yol açan deneyler hakkında ayrıntılara girmeyeceğiz. Sadece Rutherford tarafından başlatılan ve onun tarafından İngiliz kimyager F. Soddy (1877-1956) ile birlikte sürdürülen ilk deneyler üzerinde duralım.

Rutherford bunu keşfetti birim zamandaki bozunma sayısı olarak tanımlanan toryum aktivitesi, kapalı bir ampulde değişmeden kalır. Müstahzar çok zayıf hava akımlarında bile üflenirse, toryumun aktivitesi büyük ölçüde azalır. Rutherford, toryumun a-parçacıklarıyla aynı anda radyoaktif olan bir tür gaz yaydığını öne sürdü. Bu gazı aradı yayılma. Toryum içeren bir ampulden hava emen Rutherford, radyoaktif gazı izole etti ve iyonlaştırma yeteneğini araştırdı. Bu gazın aktivitesinin zamanla hızla azaldığı ortaya çıktı. Her dakika aktivite yarı yarıya azalır ve on dakika sonra neredeyse sıfıra eşittir. Soddy bu gazın kimyasal özelliklerini araştırmış ve herhangi bir reaksiyona girmediğini yani inert bir gaz olduğunu bulmuştur. Daha sonra gaza radon adı verildi ve periyodik tabloya 86 seri numarasıyla yerleştirildi. Diğer radyoaktif elementler de dönüşümler yaşadı: uranyum, aktinyum, radyum. Bilim adamlarının ulaştığı genel sonuç, Rutherford tarafından tam olarak formüle edildi: “Radyoaktif madde atomları, kendiliğinden değişikliklere tabidir. Her an küçük bir parça toplam sayısı atomlar kararsız hale gelir ve patlayarak parçalanır. Vakaların büyük çoğunluğunda, bir atom parçası, bir a-parçacığı büyük bir hızla fırlatılır. Diğer bazı durumlarda, patlamaya hızlı bir elektronun fırlatılması ve X-ışınları gibi büyük bir nüfuz etme gücüne sahip olan ve γ-radyasyonu adı verilen ışınların ortaya çıkması eşlik eder. Atomik dönüşümün bir sonucu olarak, tamamen yeni bir tür maddenin oluştuğu, fiziksel ve fiziksel olarak tamamen farklı olduğu bulundu. kimyasal özellikler orijinal maddeden. Bununla birlikte, bu yeni maddenin kendisi de kararsızdır ve karakteristik radyoaktif radyasyonun emisyonu ile dönüşüme uğrar.

Bu nedenle, belirli elementlerin atomlarının, sıradan moleküler modifikasyonlar sırasında salınan enerjiye kıyasla çok büyük miktarlarda enerji emisyonunun eşlik ettiği kendiliğinden bozunmaya tabi olduğu iyi bir şekilde kanıtlanmıştır.

Atom çekirdeği keşfedildikten sonra, radyoaktif dönüşümler sırasında değişime uğrayan kişinin kendisi olduğu hemen anlaşıldı. Sonuçta, elektron kabuğunda hiç os parçacığı yoktur ve kabuk elektronlarının sayısındaki bir azalma, atomu yeni bir kimyasal elemente değil, bir iyona dönüştürür. Çekirdekten bir elektronun fırlatılması, çekirdeğin yükünü bir değiştirir (arttırır). Çekirdeğin yükü, elementin periyodik tablodaki seri numarasını ve tüm kimyasal özelliklerini belirler.

Not

Edebiyat

Myakishev G.Ya. Fizik: Optik. Kuantum fiziği. 11. Sınıf: Proc. derinlemesine bir fizik çalışması için. - M.: Toy, 2002. - S. 351-353.

 

Şunları okumak faydalı olabilir: