Atom yadrolarining radioaktiv o'zgarishlari nima. Yadrolarning radioaktiv transformatsiyalari
Yangi alkimyomi? 1903 yilda Per Kyuri uran tuzlari doimiy ravishda va vaqt o'tishi bilan ko'rinmas darajada kamaymasdan issiqlik energiyasini chiqarishini aniqladi, bu esa massa birligiga nisbatan eng baquvvat tuzlarning energiyasiga nisbatan juda katta tuyulardi. kimyoviy reaksiyalar. Bundan ham ko'proq issiqlik radiy tomonidan 1 g toza modda uchun soatiga taxminan 107 J chiqariladi. Ma'lum bo'lishicha, yer sharining tubida mavjud bo'lgan radioaktiv elementlar magmani eritish uchun etarli (cheklangan issiqlik olib tashlash sharoitida)
Bu tuganmasdek tuyuladigan energiya manbai qayerda? Mari Kyuri 19-asrning oxirida ilgari surgan. ikkita gipoteza. Ulardan biri (Lord Kelvin tomonidan baham ko'rilgan ) radioaktiv moddalar kosmik nurlanishning bir turini ushlab, kerakli energiyani saqlaydi. Ikkinchi gipotezaga ko'ra, nurlanish atomlarning o'zida ba'zi o'zgarishlar bilan birga keladi, bu holda ular chiqariladigan energiyani yo'qotadi. Ikkala faraz ham bir xil darajada imkonsiz bo'lib tuyuldi, ammo asta-sekin ikkinchisining foydasiga ko'proq ma'lumotlar to'planib bordi.
Radioaktiv moddalar bilan nima sodir bo'lishini tushunishga katta hissa qo'shgan Ernest Ruterford. 1895 yilda havoda argon kashfiyoti bilan mashhur bo'lgan ingliz kimyogari Uilyam Ramsay kleveit mineralida yana bir olijanob gaz - geliyni topdi. Keyinchalik, boshqa minerallarda sezilarli miqdorda geliy topildi, lekin faqat uran va toriy bo'lganlar. Ajablanarli va g'alati tuyuldi, minerallarda noyob gaz qaerdan paydo bo'lishi mumkin? Ruterford radioaktiv minerallar chiqaradigan alfa zarrachalarining tabiatini o'rganishni boshlaganida, geliy radioaktiv parchalanish mahsuloti ekanligi ma'lum bo'ldi ( sm. RADIOFAOLLIK). Bu shuni anglatadiki, ba'zi kimyoviy elementlar boshqalarni "hosil qilish" ga qodir - bu kimyogarlarning bir necha avlodlari tomonidan to'plangan barcha tajribaga zid edi.
Biroq uran va toriyning geliyga “aylanishi” cheklanmagan. 1899 yilda Ruterford laboratoriyasida (o'sha paytda u Monrealda ishlagan) yana bir g'alati hodisa kuzatildi: yopiq ampuladagi toriy elementining preparatlari doimiy faollikni saqlab qoldi, ochiq havoda esa ularning faolligi bog'liq edi. Skvoznyakov. Ruterford toriy radioaktiv gaz chiqarishini tezda angladi (u lotincha emanatio chiqishidan toriyning chiqishi yoki toron deb ataladi), bu gazning faolligi juda tez pasaydi: taxminan bir daqiqada (zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra, 55,6 soniyada) ikki baravar kamaydi. ). Xuddi shunday gazsimon "emanatsiya" radiyda ham topilgan (uning faolligi ancha sekin pasaygan) radiy yoki radonning chiqishi deb nomlangan. Bir necha soniya ichida yo'qolib ketadigan o'ziga xos "emanatsiya" aktiniyda ham topilgan, uni aktiniy yoki aktinonning chiqishi deb atashgan. Keyinchalik, bu barcha "emanatsiyalar" bir xil kimyoviy element radonning izotoplari ekanligi ma'lum bo'ldi ( sm. KIMYOVIY Elementlar).
Seriyaning har bir a'zosi ma'lum kimyoviy elementlarning izotoplaridan biriga tayinlangandan so'ng, uran seriyasi uran-238 dan boshlanishi aniq bo'ldi ( T 1/2 = 4,47 milliard yil) va barqaror qo'rg'oshin-206 bilan tugaydi; bu qator a'zolaridan biri juda muhim element radiy bo'lgani uchun, bu qator uran radiy qatori ham deyiladi. Aktiniy seriyasi (boshqa nomi - aktinoranium seriyasi) ham tabiiy urandan, lekin uning boshqa izotopidan 235 U ( T 1/2 = 794 million yil). Toriy seriyasi 232 Th nukliddan boshlanadi ( T 1/2 = 14 milliard yil). Va nihoyat, tabiatda namoyon bo'lmagan neptunium seriyasi sun'iy ravishda olingan eng uzoq umr ko'radigan neptuniy izotopidan boshlanadi: 237 Np.
® 233 Pa ® 233 U ® 229 Th ® 225 Ra ® 225 Ac ® 221 Fr ® 217 At ® 213 Bi ® 213 Po ® 209 Pb ® 209 Bi. Ushbu seriyada "vilka" ham mavjud: 213 Bi 2% ehtimollik bilan 209 Tl ga aylanishi mumkin va u allaqachon 209 Pb ga aylanadi. Ko'proq qiziqarli xususiyat neptunium seriyasining gazsimon "emanatsiyalari" ning yo'qligi, shuningdek, qo'rg'oshin o'rniga vismut seriyasining yakuniy a'zosi. Ushbu sun'iy seriyaning ajdodining yarim umri "atigi" 2,14 million yilni tashkil etadi, shuning uchun neptuniy, hatto u shakllanish paytida mavjud bo'lsa ham quyosh sistemasi, shu kungacha "omon qololmadi", tk. Yerning yoshi 4,6 milliard yil deb baholanadi va bu vaqt ichida (2000 dan ortiq yarim umr) neptuniydan birorta ham atom qolmaydi.Misol tariqasida, radiyning aylanish zanjirida Ruterford tomonidan ochilgan voqealarning murakkab chigalini keltirish mumkin (radiy-226 - radioaktiv uran-238 seriyasining oltinchi a'zosi). Diagrammada Ruterford davrining belgilari va nuklidlarning zamonaviy belgilari, shuningdek, parchalanish turi va yarim umr bo'yicha zamonaviy ma'lumotlar ko'rsatilgan; Ushbu seriyada kichik "vilka" ham mavjud: 0,04% ehtimollik bilan RaC RaC"" (210 Tl) ga kirishi mumkin, keyin u bir xil RaD ga aylanadi ( T 1/2 = 1,3 min). Ushbu radioaktiv qo'rg'oshinning yarimparchalanish davri ancha uzoq, shuning uchun tajriba davomida siz ko'pincha uning keyingi o'zgarishlariga e'tibor bermasligingiz mumkin.
Ushbu seriyaning oxirgi a'zosi, qo'rg'oshin-206 (RaG) barqaror; tabiiy qo'rg'oshinda u 24,1% ni tashkil qiladi. Toriy seriyasi barqaror qo'rg'oshin-208 ga olib keladi (uning "oddiy" qo'rg'oshin tarkibidagi miqdori 52,4% ni tashkil qiladi), aktiniy seriyasi qo'rg'oshin-207 ga olib keladi (qo'rg'oshin tarkibidagi miqdori 22,1%). Zamonaviy bu qo'rg'oshin izotoplari nisbati er qobig'i, albatta, asosiy nuklidlarning yarimparchalanish davri bilan ham, ularning Yer hosil bo'lgan moddadagi boshlang'ich nisbati bilan ham bog'liq. Er qobig'idagi "oddiy", radioogen bo'lmagan qo'rg'oshin esa atigi 1,4% ni tashkil qiladi. Demak, agar dastlab Yerda uran va toriy bo'lmaganida, qo'rg'oshin 1,6 10 3% (taxminan kobalt bilan bir xil) emas, balki 70 baravar kam (masalan, indiy va tuliy kabi noyob metallar kabi!) . Boshqa tomondan, bir necha milliard yil oldin sayyoramizga uchib kelgan xayoliy kimyogar unda kamroq qo'rg'oshin va ko'proq uran va toriy topadi ...1915 yilda F.Soddi toriyning Seylon mineral toritidan (ThSiO 4) parchalanishi natijasida hosil boʻlgan qoʻrgʻoshinni ajratib olganida, uning atom massasi 207,77 ga, yaʼni “oddiy” qoʻrgʻoshinnikidan (207.2) koʻp boʻlgan. "nazariy" dan (208) farqi toritda ozgina uran bo'lganligi bilan izohlanadi, bu esa qo'rg'oshin-206 ni beradi. Qachon amerikalik kimyogar Teodor Uilyam Richards, o'lchov bo'yicha vakolatli atom massalari, tarkibida toriy boʻlmagan baʼzi uran minerallaridan qoʻrgʻoshin ajratilgan boʻlsa, uning atom massasi deyarli 206 ga teng boʻlib chiqdi. Bu qoʻrgʻoshinning zichligi biroz kamroq edi va u hisoblanganiga toʻgʻri keldi:
r (Pb) g 206/207,2 = 0,994 r (Pb), bu erda r (Pb) \u003d 11,34 g / sm 3. Bu natijalar nega qo'rg'oshin uchun, shuningdek, bir qator boshqa elementlar uchun atom massasini juda yuqori aniqlik bilan o'lchash mantiqiy emasligini aniq ko'rsatib turibdi: olingan namunalar turli joylar, biroz boshqacha natijalar beradi ( sm. UGLAROD BIRLIGI).Tabiatda diagrammalarda ko'rsatilgan o'zgarishlar zanjirlari doimiy ravishda sodir bo'ladi. Natijada, ba'zi kimyoviy elementlar (radioaktiv) boshqalarga aylanadi va bunday o'zgarishlar Yerning butun mavjudligi davrida sodir bo'lgan. Radioaktiv qatorning dastlabki a'zolari (ular ota-ona deb ataladi) eng uzoq umr ko'rishadi: uran-238 ning yarimparchalanish davri 4,47 milliard yil, toriy-232 14,05 milliard yil, uran-235 (aka "aktinouran" ajdodi). aktiniy seriyasi) 703,8 mln. Ushbu uzun zanjirning barcha keyingi ("qizi") a'zolari kamroq yashaydi. Bunday holda, radiokimyogarlar "radioaktiv muvozanat" deb ataydigan holat yuzaga keladi: asosiy uran, toriy yoki aktiniydan oraliq radionuklidning hosil bo'lish tezligi (bu ko'rsatkich juda past) ushbu nuklidning parchalanish tezligiga teng. Ushbu tezliklarning tengligi natijasida berilgan radionuklidning tarkibi doimiy bo'lib, faqat uning yarimparchalanish davriga bog'liq: radioaktiv qatorning qisqa muddatli a'zolarining kontsentratsiyasi past, uzoq muddatli a'zolarning kontsentratsiyasi. kattaroq. Oraliq parchalanish mahsulotlari tarkibining bunday doimiyligi juda uzoq vaqt saqlanadi (bu vaqt asosiy nuklidning yarimparchalanish davri bilan belgilanadi va u juda uzoq). Oddiy matematik o'zgarishlarga olib keladi keyingi xulosa: onalar sonining nisbati ( N 0) va bolalar ( N 1 , N 2 , N 3 ...) atomlar ularning yarim yemirilish davriga to‘g‘ridan-to‘g‘ri proportsionaldir: N 0:N 1:N 2:N 3 ... = T 0:T 1:T 2:T 3 ... Demak, uran-238 ning yarim yemirilish davri 4,47 10 9 yil, radiy-226 1600 yil, demak uran rudalaridagi uran-238 va radiy-226 atomlari sonining nisbati 4,47 10 9 ga teng: 1600 , shuning uchun hisoblash oson (bu elementlarning atom massalarini hisobga olgan holda) 1 tonna uran uchun radioaktiv muvozanatga erishilganda atigi 0,34 g radiy bor.
Va aksincha, rudalardagi uran va radiy nisbatini, shuningdek radiyning yarimparchalanish davrini bilib, uranning yarim yemirilish davrini aniqlash mumkin, radiyning yarimparchalanish davrini aniqlash uchun sizga kerak emas. ming yildan ortiq kuting, uning radioaktivligi bo'yicha parchalanish tezligini (ya'ni .qiymati d) o'lchash kifoya. N/d t) bu elementning kichik ma'lum miqdori (ma'lum miqdordagi atomlar bilan N) va keyin d formula bo'yicha N/d t =
l N kattalikni aniqlang l = ln2/ T 1/2 . siljish qonuni. Agar radioaktiv qator a'zolari elementlarning davriy tizimiga ketma-ket qo'llanilsa, bu qatordagi radionuklidlar asosiy elementdan (uran, toriy yoki neptuniy) qo'rg'oshin yoki vismutga silliq o'tmaydi, balki "sakrab" ketadi. endi o'ngga, keyin chapga. Shunday qilib, uran seriyasida ikkita beqaror qo'rg'oshin izotoplari (element No 82) vismut izotoplariga (element No 83), keyin poloniy izotoplariga (element No 84) va yana qo'rg'oshin izotoplariga aylanadi. Natijada, radioaktiv element ko'pincha elementlar jadvalidagi bir xil hujayraga qaytadi, ammo bu boshqa massaga ega bo'lgan izotop hosil qiladi. Ma’lum bo‘lishicha, bu “sakrashlar”da 1911 yilda F.Soddi payqagan ma’lum bir qonuniyat bor.Hozir ma'lumki, da
a -parchalanish yadrodan uchib chiqadi a -zarracha (geliy atomining yadrosi,), shuning uchun yadro zaryadi 2 ga kamayadi (davriy jadvalda ikki hujayra chapga siljishi) va massa soni 4 ga kamayadi, bu yangi elementning qaysi izotopi hosil bo'lishini taxmin qilish imkonini beradi. Ilova xizmat qilishi mumkin a - radon parchalanishi: ® + . b uchun -emirilish, aksincha, yadrodagi protonlar soni bittaga ko'payadi va yadro massasi o'zgarmaydi ( sm. RADIOFAOLLIK), ya'ni. elementlar jadvalining o'ngga bir katakka siljishi mavjud. Masalan, radondan hosil bo'lgan poloniyning ikkita ketma-ket o'zgarishi:® ® . Shunday qilib, agar "vilkalar" hisobga olinmasa, masalan, radiy-226 ning parchalanishi natijasida (uran seriyasiga qarang) qancha alfa va beta zarralari chiqarilishini hisoblash mumkin. ota-ona nuklidi, final . Massaning kamayishi (aniqrog'i, massa soni, ya'ni yadrodagi proton va neytronlarning umumiy soni) 226 206 = 20 ni tashkil qiladi, shuning uchun 20/4 = 5 alfa zarralari chiqarilgan. Bu zarralar o'zlari bilan 10 ta protonni olib ketishdi va agar bo'lmasa b -emirilishlar, yakuniy parchalanish mahsulotining yadro zaryadi 88 10 = 78 ga teng bo'ladi. Haqiqatda yakuniy mahsulotda 82 proton mavjud, shuning uchun transformatsiyalar paytida 4 ta neytron protonga va 4 ta neytron bo'ladi. b -zarralar.keyin juda tez-tez
a -parchalanish, keyin ikkita b -parchalanadi va shu tariqa hosil bo‘lgan element elementlar jadvalining asl yacheykasiga dastlabki elementning engilroq izotopi ko‘rinishida qaytadi. Bu faktlar buni aniq ko'rsatdi davriy qonun D.I.Mendeleev elementlarning massasi emas, balki ularning xossalari va yadro zaryadi o'rtasidagi munosabatni aks ettiradi (dastlab atomning tuzilishi noma'lum bo'lganida shakllantirilgan).Radioaktiv siljish qonuni nihoyat 1913 yilda ko'plab olimlarning mashaqqatli izlanishlari natijasida shakllantirildi. Ular orasida Soddining yordamchisi Aleksandr Flek, Soddining stajyori A.S.Rassell, 1911-1913 yillarda Manchester universitetida Rezerfordda ishlagan venger fizik-kimyogari va radiokimyogari Dyordji Xevsi va nemis (keyinchalik amerikalik) fizik kimyogari Kasimirni alohida ta’kidlash lozim. (1887-1975). Ushbu qonun ko'pincha Soddy Faience qonuni deb ataladi.
Elementlarning sun'iy o'zgarishi va sun'iy radioaktivlik. Bekkerel davridan beri radioaktiv birikmalar yonida bo'lgan eng oddiy moddalarning o'zlari ozmi-ko'pmi radioaktiv bo'lib qolishlari kuzatilgan. Rezerford buni "hayajonli faoliyat" deb atagan, Kyurilar buni "induktsiyalangan faollik" deb atashgan, ammo bu hodisaning mohiyatini uzoq vaqt davomida hech kim tushuntirib bera olmadi.1919 yilda Ruterford parchani o'rganib chiqdi
a -zarralar turli moddalar orqali. Ma'lum bo'lishicha, u tez uchib ketgan a -engil elementlarning yadrolari haqidagi zarralar, masalan, azot, tez uchuvchi protonlar (vodorod yadrolari) vaqti-vaqti bilan ulardan chiqib ketishi mumkin, o'zi esa. a -zarra yadro tarkibiga kiradi, bu uning zaryadini bir marta oshiradi. Shunday qilib, reaktsiya natijasida+ ® + ikkinchisi azotdan hosil bo'ladi kimyoviy element kislorod (uning og'ir izotopi). Bu bir elementning boshqa elementga aylanishining sun'iy ravishda amalga oshirilgan birinchi reaktsiyasi edi. Bunda, shuningdek, boshqa barcha yadro jarayonlarida ham umumiy zaryad (pastki yozuvlar) ham, massa soni ham saqlanib qoladi, ya'ni. proton va neytronlarning umumiy soni (yuqori yozuv).Alkimyogarlarning azaliy orzusi ro'yobga chiqdi: inson ba'zi elementlarni boshqalarga aylantirishni o'rgandi, ammo amaliy chiqish Ruterford davrida bu mahoratni hech kim kutmagan edi. Darhaqiqat, olish uchun
a -zarralar, ularning manbai bo'lishi kerak edi, masalan, radiy preparati. Bundan ham yomoni, millionga "azot tomonidan chiqarilgan" a -zarralar, o'rtacha, faqat 20 kislorod atomi olingan.Vaqt o'tishi bilan boshqa yadroviy reaktsiyalar amalga oshirildi va ularning ko'pchiligi amaliy qo'llanmalarga ega bo'ldi. 1932 yil aprel oyida Angliya Fanlar Akademiyasi (Qirollik jamiyati) yig'ilishida Ruterford o'z laboratoriyasida yorug'lik elementlarining (masalan, litiy) protonlar tomonidan bo'linish reaktsiyalarini muvaffaqiyatli amalga oshirganligini e'lon qildi. Buning uchun vodoroddan olingan protonlar o'nlab yoki hatto yuz minglab voltsga teng yuqori kuchlanish yordamida tarqaldi. dan kam bo'lgan protonlar
a -zarralar, zaryad va massa yadroga osonroq kirib boradi. Litiy-7 yadrosiga kirib, proton uni berilyum-8 yadrosiga aylantiradi, u deyarli bir zumda ortiqcha energiyani ikkiga bo'lib "zaryad qiladi". a-zarralar: + ® () ® 2 . Agar litiyning engil izotopini oladigan bo'lsak (tabiiy litiyda u 7,5%), u holda ikkita geliy izotopining yadrolari hosil bo'ladi:+ ® () ® + . Kislorod protonlari bilan bombardimon qilinganda ftor olinadi: + ® + ; alyuminiy magniyni o'qqa tutishda:+ ® + .Ko'p turli transformatsiyalar deyteronlar, ya'ni og'ir vodorod izotopi deyteriy yadrolari bilan amalga oshirildi, ular yuqori tezlikda tezlashdi. Shunday qilib, reaktsiya paytida
+ ® + birinchi marta o'ta og'ir vodorod tritiy olindi. Ikki deytronning to'qnashuvi boshqacha bo'lishi mumkin: + ® + , bu jarayonlar boshqariladigan termoyadro reaktsiyasi imkoniyatini o'rganish uchun muhimdir. Reaktsiya muhim edi+ ® () ® 2 , chunki u allaqachon nisbatan past deytron energiyasida (0,16 MeV) yuzaga keladi va 22,7 MeV ulkan energiya chiqishi bilan birga keladi (esda tutingki, 1 MeV = 10 6 eV va 1 eV = 96,5 kJ / mol) .Katta amaliy ahamiyatga ega bo'lgan reaktsiya berilliyni qobiqdan tozalash paytida sodir bo'lgan
a - zarralar: + ® () ® + , u 1932 yilda neytronning neytral zarrasini kashf etishga olib keldi va radiy-berilliy neytron manbalari uchun juda qulay bo'lib chiqdi. ilmiy tadqiqot. Reaksiyalar natijasida turli energiyaga ega neytronlarni ham olish mumkin + ® + ; + ® + ; + ® + . Zaryadsiz neytronlar atom yadrolariga ayniqsa oson kirib boradi va qobiqli nuklidga ham, neytronlarning tezligiga (energiyasi) ham bog'liq bo'lgan turli xil jarayonlarni keltirib chiqaradi. Shunday qilib, sekin neytron yadro tomonidan oddiygina tutilishi mumkin va yadro gamma kvantini chiqarish orqali ortiqcha energiyadan chiqariladi, masalan:+ ® + g . Bu reaktsiya keng qo'llaniladi yadro reaktorlari uranning bo'linish reaktsiyasini tartibga solish uchun: reaktsiyani sekinlashtirish uchun yadro qozoniga kadmiy tayoqchalari yoki plitalari kiritiladi.1934 yilda turmush o'rtoqlar Irene va Frederik Joliot-Kyuri muhim kashfiyot qildi. bombardimon qilingan
a- ba'zi engil elementlarning zarralari (ular poloniy tomonidan chiqarilgan), ular berilliy uchun allaqachon ma'lum bo'lgan reaktsiyaga o'xshash reaktsiyani kutishgan, ya'ni. neytronlarni nokaut qilish, masalan:
Agar masala ushbu o'zgarishlar bilan cheklangan bo'lsa, u holda to'xtatilgandan keyin a -nurlanish, neytron oqimi darhol qurib ketishi kerak edi, shuning uchun poloniy manbasini olib tashlagach, ular barcha faollik to'xtashini kutishgan, ammo zarrachalar hisoblagichi aniq eksponensial qonunga muvofiq asta-sekin parchalanadigan impulslarni qayd etishda davom etishini aniqladilar. Buni faqat bitta usulda talqin qilish mumkin edi: alfa nurlanishi natijasida azot-13 uchun 10 daqiqa va fosfor-30 uchun 2,5 daqiqa xarakterli yarimparchalanish davri bilan ilgari noma'lum bo'lgan radioaktiv elementlar paydo bo'ldi. Ma'lum bo'lishicha, bu elementlar pozitron parchalanishiga uchraydi:® + e + , ® + e + . Uchta barqaror tabiiy izotoplar bilan ifodalangan magniy bilan qiziqarli natijalarga erishildi va ma'lum bo'lishicha, qachon a - nurlanish, ularning barchasi kremniy yoki alyuminiyning radioaktiv nuklidlarini beradi, ular duchor bo'ladi 227-
yoki pozitron parchalanishi:
Sun'iy radioaktiv elementlarni ishlab chiqarish katta amaliy ahamiyatga ega, chunki u ma'lum bir maqsad uchun qulay bo'lgan yarimparchalanish davri va ma'lum quvvatga ega bo'lgan nurlanishning istalgan turini radionuklidlarni sintez qilish imkonini beradi. Ayniqsa, neytronlarni «snaryadlar» sifatida ishlatish qulay. Neytronning yadro tomonidan tutilishi ko'pincha uni shu qadar beqaror qiladiki, yangi yadro radioaktiv bo'ladi. U "qo'shimcha" neytronning protonga aylanishi tufayli barqaror bo'lishi mumkin, ya'ni
227- radiatsiya; Bunday reaktsiyalar juda ko'p, masalan: + ® ® + e. Atmosferaning yuqori qismida sodir bo'ladigan radiokarbon hosil bo'lish reaktsiyasi juda muhim: + ® + (sm. RADIOKARBONLARNI TAHLIL USULI). Sekin neytronlarni litiy-6 yadrolari tomonidan yutib, tritiy sintezlanadi. Tez neytronlar ta'sirida ko'plab yadroviy o'zgarishlarni olish mumkin, masalan: + ® + ; + ® + ; + ® + . Shunday qilib, oddiy kobaltni neytronlar bilan nurlantirish orqali gamma nurlanishining kuchli manbai bo'lgan radioaktiv kobalt-60 olinadi (u qo'zg'atilgan yadrolar tomonidan 60 Co parchalanish mahsuloti bilan ajralib chiqadi).). Neytronlar bilan nurlanish orqali ba'zi transuran elementlari olinadi. Masalan, tabiiy uran-238 dan birinchi bo'lib beqaror uran-239 hosil bo'ladi. b - parchalanish ( T 1/2 = 23,5 min) birinchi transuraga aylanadi yangi element neptunium-239, va u, o'z navbatida, ham orqali b - parchalanish ( T 1/2 = 2,3 kun) juda muhim deb ataladigan qurol darajasidagi plutoniy-239 ga aylanadi.Kerakli yadro reaksiyasini o'tkazish orqali sun'iy yo'l bilan oltin olish va shu tariqa alkimyogarlar qila olmagan ishni bajarish mumkinmi? Nazariy jihatdan, buning uchun hech qanday to'siq yo'q. Bundan tashqari, bunday sintez allaqachon amalga oshirilgan, ammo boylik keltirmagan. Eng oson yo'li, davriy jadvalda oltindan keyin keyingi element bo'lgan simobni neytron oqimi bilan nurlantirish orqali sun'iy ravishda oltin olishdir. Keyin reaksiya natijasida
+ ® + Neytron simob atomidan protonni chiqarib yuboradi va uni oltin atomiga aylantiradi. Bu reaktsiya aniq massa raqamlarini aniqlamaydi ( A) simob va oltin nuklidlari. Oltin tabiatdagi yagona barqaror nukliddir., tabiiy simob esa izotoplarning murakkab aralashmasidir A= 196 (0,15%), 198 (9,97%), 199 (1,87%), 200 (23,10%), 201 (13,18%), 202 (29,86%) va 204 (6,87%). Binobarin, yuqoridagi sxema bo'yicha faqat beqaror radioaktiv oltinni olish mumkin. U 1941 yil boshida Garvard universitetining bir guruh amerikalik kimyogarlari tomonidan simobni tez neytronlar oqimi bilan nurlantirish orqali olingan. Bir necha kundan so'ng, beta-parchalanish natijasida olingan oltinning barcha radioaktiv izotoplari yana simobning asl izotoplariga aylandi ...Ammo boshqa yo'l bor: agar simob-196 atomlari sekin neytronlar bilan nurlantirilsa, ular simob-197 atomlariga aylanadi:
+ ® + g . Yarim yemirilish davri 2,7 kun bo‘lgan bu atomlar elektron tutib olinadi va nihoyat barqaror oltin atomlariga aylanadi:+e® . Bunday transformatsiya 1947 yilda Chikagodagi Milliy laboratoriya xodimlari tomonidan amalga oshirilgan. 100 mg simobni sekin neytronlar bilan nurlantirib, ular 0,035 mg 197Au oldi. Barcha simobga nisbatan rentabellik juda kichik, atigi 0,035%, lekin 196Hg ga nisbatan u 24% ga etadi! Biroq, tabiiy simobdagi 196 Hg izotopi eng kichikdir, bundan tashqari, nurlanish jarayonining o'zi va uning davomiyligi (nurlanish uchun bir necha yil kerak bo'ladi) va barqaror "sintetik oltin" ni murakkab aralashmadan ajratish juda qimmatga tushadi. eng kambag'al rudadan oltin qazib olishdan ko'ra ko'proq ( Shuningdek qarang OLTIN). Shunday qilib, oltinni sun'iy ishlab chiqarish faqat nazariy qiziqish uyg'otadi.Radioaktiv o'zgarishlarning miqdoriy qonuniyatlari. Agar ma'lum bir beqaror yadroni kuzatish mumkin bo'lsa, unda uning qachon parchalanishini oldindan aytib bo'lmaydi. Bu tasodifiy jarayon va faqat individual holatlar ma'lum vaqt ichida parchalanish ehtimolini taxmin qilish mumkin. Biroq, mikroskop ostida deyarli ko'rinmaydigan eng kichik chang zarrasi ham juda ko'p atomlarni o'z ichiga oladi va agar bu atomlar radioaktiv bo'lsa, ularning parchalanishi qat'iy matematik qonunlarga bo'ysunadi: statistik qonunlar juda ko'p odamlarga xosdir. katta raqam ob'ektlar. Va keyin har bir radionuklidni aniq belgilangan yarimparchalanish davri bilan tavsiflash mumkin ( T 1/2) - mavjud yadro sonining yarmi parchalanadigan vaqt. Agar dastlabki daqiqada shunday bo'lsa N 0 yadrosi, keyin bir muncha vaqt o'tgach t = T 1/2 qismi qoladi N 0 /2, da t = 2T 1/2 qismi qoladi N 0 /4 = N 0 /2 2 , da t = 3T 1/2 N 0 /8 = N 0/2 3 va boshqalar. Umuman olganda, qachon t = nt 1/2 qismi qoladi N 0 /2 n yadrolari, qaerda n = t/T Yarim yemirilish davrining 1/2 soni (butun son bo'lishi shart emas). Formulani ko'rsatish oson N = N 0 /2 t/T 1/2 formulaga teng N = N 0 e l t , bu erda l yemirilish doimiysi deb ataladi. Rasmiy ravishda, u emirilish tezligi o'rtasidagi proportsionallik koeffitsienti sifatida aniqlanadi d N/d t va mavjud yadrolar soni: d N/d t = l N (minus belgisi shuni bildiradi N vaqt o'tishi bilan kamayadi). Bu differensial tenglamaning integratsiyasi yadrolar sonining eksponensial vaqtga bog'liqligini beradi. Ushbu formulani almashtirish N = N 0/2 da t = T 1/2 bo'lsa, parchalanish doimiysi yarim yemirilish davriga teskari proportsional ekanligini aniqlang: l = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2. Qiymat t = 1/l yadroning o'rtacha umri deb ataladi. Masalan, 226 Ra uchun T 1/2 = 1600 yil, t = 1109 yil.Yuqoridagi formulalarga ko'ra, qiymatni bilish T 1/2 (yoki
l ), radionuklid miqdorini istalgan vaqt oralig'idan keyin hisoblash oson, shuningdek, radionuklid miqdori vaqtning turli nuqtalarida ma'lum bo'lsa, ulardan yarimparchalanish davrini hisoblash mumkin. Yadrolar soni o'rniga radiatsiya faolligi yadrolarning hozirgi soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan formulaga almashtirilishi mumkin. N. Faollik odatda namunadagi parchalanishlarning umumiy soni bilan emas, balki faollikni o'lchaydigan qurilma tomonidan qayd etilgan unga mutanosib bo'lgan impulslar soni bilan tavsiflanadi. Agar, masalan, 1 g radioaktiv modda bo'lsa, uning yarimparchalanish davri qanchalik qisqa bo'lsa, modda shunchalik faol bo'ladi.Boshqa matematik naqshlar oz sonli radionuklidlarning harakatini tasvirlaydi. Bu erda biz faqat voqea ehtimoli haqida gapirishimiz mumkin. Masalan, radionuklidning bitta atomi (aniqrog'i, bitta yadro) bo'lsin. T 1/2 = 1 min. Bu atomning 1 daqiqa yashashi ehtimoli 1/2 (50%), 2 daqiqa 1/4 (25%), 3 daqiqa 1/8 (12,5%), 10 daqiqa (1/2 ) 10 = 1/10 24 (0,1%), 20 min (1/2) 20 = 1/1048576 (0,00001%). Bitta atom uchun imkoniyat ahamiyatsiz, ammo atomlar ko'p bo'lganda, masalan, bir necha milliard, keyin ularning ko'plari, shubhasiz, 20 yarim umr va yana ko'p narsalarni yashaydi. Atomning ma'lum vaqt oralig'ida parchalanish ehtimoli olingan qiymatlarni 100 dan ayirish yo'li bilan olinadi. Demak, agar atomning 2 daqiqa yashashi ehtimoli 25% bo'lsa, u holda atomning parchalanish ehtimoli Bu vaqt ichida bir xil atom 100 25 = 75%, 3 daqiqa ichida parchalanish ehtimoli 87,5%, 10 daqiqa ichida 99,9% va hokazo.
Agar bir nechta beqaror atomlar mavjud bo'lsa, formula yanada murakkablashadi. Bunda hodisaning statistik ehtimoli binomial koeffitsientli formula bilan tavsiflanadi. Agar bo'lsa N atomlar va ulardan birining vaqt ichida parchalanish ehtimoli t ga teng p, keyin vaqt ichida bo'lish ehtimoli t dan N atomlar parchalanadi n(va shunga qarab qoladi N n), ga teng P = N!p n(1 p) N n/(N n)!n! Atomlari tom ma'noda bo'lak orqali olinadigan yangi beqaror elementlarni sintez qilishda shunga o'xshash formulalardan foydalanish kerak (masalan, 1955 yilda bir guruh amerikalik olimlar Mendelev yangi elementini kashf qilganlarida, ular uni faqat 17 atom).
Muayyan holat uchun ushbu formulaning qo'llanilishini tasvirlash mumkin. Masalan, u erda bo'lsin N= 16 atomning yarim yemirilish davri 1 soat. Siz ma'lum miqdordagi atomlarning, masalan, bir vaqtning o'zida parchalanish ehtimolini hisoblashingiz mumkin t= 4 soat. Bitta atomning ushbu 4 soat ichida yashashi ehtimoli mos ravishda 1/2 4 \u003d 1/16, shu vaqt ichida uning parchalanish ehtimoli. R= 1 1/16 = 15/16. Ushbu dastlabki ma'lumotlarni formulada almashtirish quyidagilarni beradi: R = 16!(15/16) n(1/16) 16 n/(16 n)!n! = 16!15 n/2 64 (16 n)!n! Ba'zi hisob-kitoblarning natijasi jadvalda ko'rsatilgan:
| 1-jadval. | |||||||||
| Qolgan atomlar (16- n) | 16 | 10 | 8 | 6 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| Parchalangan atomlar n | 0 | 6 | 8 | 10 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| Ehtimollik R, % | 5 10 -18 | 5 10 -7 | 1,8 10 -4 | 0,026 | 1,3 | 5,9 | 19,2 | 38,4 | 35,2 |
Bekkerel davridan beri o'tkazilgan ko'plab tajribalar shuni ko'rsatdiki, harorat ham, bosim ham, atomning kimyoviy holati ham radioaktiv parchalanish tezligiga amalda ta'sir qilmaydi. Istisnolar juda kam uchraydi; Shunday qilib, elektronni ushlab turish holatida miqdor T 1/2 elementning oksidlanish darajasi o'zgarganda biroz o'zgaradi. Masalan, 7 BeF 2 ning parchalanishi 7 BeO yoki metall 7 Be dan taxminan 0,1% sekinroq.
Radionuklidlarning ma'lum bo'lgan beqaror yadrolarining umumiy soni ikki mingga yaqinlashadi va ularning umri juda keng diapazonda o'zgarib turadi. Uzoq muddatli radionuklidlar sifatida tanilgan, ularning yarim umri millionlab va hatto milliardlab yillarni tashkil etadi va qisqa muddatli, soniyaning kichik bir qismida butunlay parchalanadi. Ba'zi radionuklidlarning yarimparchalanish davri jadvalda keltirilgan.
Ba'zi radionuklidlarning xossalari (Tc, Pm, Po va barqaror izotoplarga ega bo'lmagan barcha keyingi elementlar uchun ularning eng uzoq umr ko'radigan izotoplari uchun ma'lumotlar keltirilgan).
| 2-jadval. | |||
| Tartib raqam | Belgi | Massa raqami | Yarim hayot |
| 1 | T | 3 | 12,323 yil |
| 6 | BILAN | 14 | 5730 yil |
| 15 | R | 32 | 14,3 kun |
| 19 | TO | 40 | 1,28 10 9 yil |
| 27 | Shunday qilib | 60 | 5,272 yil |
| 38 | Sr | 90 | 28,5 yil |
| 43 | Ts | 98 | 4.2 10 6 yil |
| 53 | I | 131 | 8,02 kun |
| 61 | Pm | 145 | 17,7 yil |
| 84 | Ro | 209 | 102 yoshda |
| 85 | Da | 210 | 8,1 soat |
| 86 | Rn | 222 | 3825 kun |
| 87 | Fr | 223 | 21,8 min |
| 88 | Ra | 226 | 1600 yil |
| 89 | AC | 227 | 21.77 yosh |
| 90 | Th | 232 | 1.405 10 9 yil |
| 91 | Ra | 231 | 32760 yil |
| 92 | U | 238 | 4 468 10 9 yil |
| 93 | Np | 237 | 2.14 10 6 yil |
| 94 | Pu | 244 | 8.26 10 7 yil |
| 95 | Am | 243 | 7370 yil |
| 96 | sm | 247 | 1,56 10 7 |
| 97 | bk | 247 | 1380 yil |
| 98 | qarang | 251 | 898 yil |
| 99 | Es | 252 | 471,7 kun |
| 100 | fm | 257 | 100,5 kun |
| 101 | md | 260 | 27,8 kun |
| 102 | yo'q | 259 | 58 min |
| 103 | lr | 262 | 3,6 soat |
| 104 | RF | 261 | 78 s |
| 105 | Db | 262 | 34 s |
| 106 | Sg | 266 | 21 s |
| 107 | bh | 264 | 0,44 s |
| 108 | hs | 269 | 9 s |
| 109 | Mt | 268 | 70 ms |
| 110 | Ds | 271 | 56 ms |
| 111 | – | 272 | 1,5 ms |
| 112 | – | 277 | 0,24 ms |
Nuklidning radioaktivlik birligi bekkerel: 1 Bq (Bq) soniyada bir parchalanishga to'g'ri keladi. Kyurining tizimdan tashqari birligi tez-tez ishlatiladi: 1 Ki (Ci) soniyada 37 milliard parchalanish yoki 3,7 ga teng. . 10 10 Bq (1 g 226 Ra taxminan bir xil faollikka ega). Bir vaqtlar tizimdan tashqari Ruterford birligi taklif qilingan: 1 Rd (Rd) \u003d 10 6 Bq, ammo u keng tarqalmagan.
ADABIYOT Soddy F. Atom energiyasi tarixi. M., Atomizdat, 1979 yilChoppin G. va boshqalar. yadroviy kimyo. M., Energoatomizdat, 1984 yil
Xoffman K. Oltin qilish mumkinmi? L., Kimyo, 1984 yil
Kadmenskiy S.G. Atom yadrolarining radioaktivligi: tarixi, natijalari, so'nggi yutuqlari. Soros ta'lim jurnali, 1999 yil, 11-son
Atomning asosiy xususiyati 2 ta raqam:
1. massa soni (A) - yadro protonlari va neytronlari yig'indisiga teng
2. Mendeleyev davriy elementlar sistemasidagi atom raqami (Z) - yadrodagi protonlar soniga teng, ya'ni yadro zaryadiga to'g'ri keladi.
Radioaktiv transformatsiyaning turi aniqlanadi Parchalanish vaqtida chiqadigan zarrachalar turi. Radioaktiv parchalanish jarayoni har doim ekzotermik, ya'ni energiya chiqishi bilan davom etadi. Boshlang'ich yadro ona yadro deb ataladi (quyidagi diagrammalarda u X belgisi bilan belgilanadi), parchalanishdan keyin hosil bo'lgan yadro esa bola yadro deb ataladi (diagrammalarda Y belgisi).
Beqaror yadrolar 4 ta asosiy turdagi radioaktiv o'zgarishlarga uchraydi:
A) Alfa parchalanishi- og'ir yadro o'z-o'zidan alfa zarrachasini chiqarishidan iborat, ya'ni bu sof yadroviy hodisa. 200 dan ortiq alfa-faol yadrolar ma'lum, ularning deyarli barchasi 83 dan ortiq seriya raqamiga ega (Am-241; Ra-226; Rn-222; U-238 va 235; Th-232; Pu-239 va 240). . Og'ir yadrolarning alfa zarralarining energiyasi ko'pincha 4 dan 9 MeV gacha.
Alfa parchalanishiga misollar:
B) Beta transformatsiyasi intranuklonli jarayondir; yadroda bitta nuklon parchalanadi, shu bilan birga yadroning ichki qayta tuzilishi sodir bo'ladi va yadrodan chiqarilgan b-zarralar (elektron, pozitron, neytrino, antineytrino) paydo bo'ladi. Beta transformatsiyasiga uchragan radionuklidlarga misollar: tritiy (H-3); C-14; natriy radionuklidlari (Na-22, Na-24); fosfor radionuklidlari (P-30, P-32); oltingugurt radionuklidlari (S-35, S-37); kaliy radionuklidlari (K-40, K-44, K-45); Rb-87; stronsiy radionuklidlari (Sr-89, Sr-90); yod radionuklidlari (I-125, I-129, I-131, I-134); seziy radionuklidlari (Cs-134, Cs-137).
Beta-zarralarning energiyasi keng diapazonda o'zgarib turadi: 0 dan Emaksgacha (emirilish vaqtida ajralib chiqadigan umumiy energiya) va keV, MeV bilan o'lchanadi. Bir xil yadrolar uchun chiqarilgan elektronlarning energiya taqsimoti muntazamdir va deyiladi Elektronlar spektriB-parchalanish yoki beta-spektr; beta zarralarining energiya spektri parchalanuvchi elementni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.
Bitta nuklonning beta-transformatsiyasiga misol Erkin neytronning parchalanishi(yarimparchalanish davri 11,7 min):
Yadrolarning beta transformatsiyasi turlari:
1) elektron parchalanish: 
.
Elektron parchalanish misollari:,
2) Pozitron parchalanishi:
Pozitron parchalanishiga misollar:, 
3) Elektron suratga olish(K-qo'lga olish, chunki yadro atom qobig'ining elektronlaridan birini, odatda K-qobig'idan oladi): 
Elektron tasvirga misollar: 
, 
IN) Gamma transformatsiyasi (izomerga o'tish)- yadro ichidagi hodisa, bunda qo'zg'alish energiyasi tufayli yadro barqarorroq holatga o'tib, gamma kvantni chiqaradi; massa soni va atom raqami o'zgarmaydi. Gamma nurlanish spektri har doim diskretdir. Yadrolar chiqaradigan gamma nurlari odatda o'nlab keV dan bir necha MeV gacha energiyaga ega. Gamma transformatsiyasiga uchragan radionuklidlarga misollar: Rb-81m; Cs-134m; Cs-135m; -113 m; Y-90 m.
, bu erda "m" indeksi yadroning metastabil holatini bildiradi.
Gamma transformatsiyasiga misol: 
G) Yadroning o'z-o'zidan bo'linishi- massa soni 232 dan boshlanadigan yadrolar uchun mumkin. Yadro massasi bilan taqqoslanadigan 2 ta bo'lakka bo'linadi. Bu yangi transuran elementlarini olish imkoniyatini cheklaydigan yadrolarning o'z-o'zidan bo'linishi. Yadro energiyasida og'ir yadrolarning bo'linish jarayoni ular neytronlarni tutganda qo'llaniladi:
Bo'linish natijasida ortiqcha miqdordagi neytronlarga ega bo'laklar hosil bo'ladi, ular keyinchalik bir necha ketma-ket o'zgarishlarga uchraydi (ko'pincha beta parchalanishi).
Bir kimyoviy elementning yadrosi boshqa atom raqamiga ega bo'lgan boshqa elementning yadrosiga aylanadigan transformatsiyalar radioaktiv parchalanish deyiladi. Radioaktiv izotoplar hosil bo'lgan va mavjud tabiiy sharoitlar, tabiiy ravishda radioaktiv deb ataladi; yadro reaksiyalari orqali sun'iy ravishda olingan bir xil izotoplar sun'iy ravishda radioaktivdir. Tabiiy va sun'iy radioaktiv izotoplar o'rtasida tub farq yo'q, chunki atomlar yadrolari va atomlarning o'zlari faqat yadroning tarkibi va tuzilishi bilan belgilanadi va ularning hosil bo'lish usuliga bog'liq emas.
Radioaktivlikni 1896-yilda A.N.Bekkerel kashf etgan, u foto emulsiyalarni qoralash va havoni ionlashtirishga qodir uran nurlanishini kashf etgan. Kyuri-Sklodovska (M.Kyuri-Sklodovska) birinchi boʻlib uranning nurlanish intensivligini oʻlchagan va nemis olimi Shmidt (G.S. Shmidt) bilan bir vaqtda toriyda radioaktivlikni kashf etgan. Izotoplarning o'z-o'zidan ko'rinmas nurlanish xususiyatini Kyurilar radioaktivlik deb atashgan. 1898 yil iyul oyida ular qatron uran rudasida yangi radioaktiv element - poloniy topilganliklarini e'lon qilishdi. 1898 yil dekabrda G.Bemont bilan birgalikda radiyni kashf etdilar.
Radioaktiv elementlar kashf etilgandan so'ng, bir qator mualliflar (Bekkerel, Kyuri, Rezerford va boshqalar) bu elementlar magnit maydonda o'zini boshqacha tutadigan uch turdagi nurlar chiqarishi mumkinligini aniqladilar. Rezerford (E. Ruterford, 1902) taklifi bilan bu nurlar alfa, beta va gamma nurlar deb ataldi. Alfa nurlari musbat zaryadlangan alfa zarrachalaridan iborat (ikki marta ionlangan geliy atomlari He4); beta nurlari - kichik massali manfiy zaryadlangan zarralardan - elektronlar; Gamma nurlari tabiatan rentgen nurlariga o'xshash va elektromagnit nurlanish kvantlaridir.
1902 yilda Rezerford va F.Soddi radioaktivlik hodisasini bir element atomlarining oʻz-oʻzidan boshqa element atomlariga aylanishi, tasodifiy qonunlar boʻyicha sodir boʻlishi va alfa, beta va energiya koʻrinishida ajralib chiqishi bilan izohladilar. gamma nurlari.
1910 yilda M.Kyuri-Sklodovska A.Debyer bilan birgalikda sof metall radiy oldi va uning radioaktiv xossalarini oʻrgandi, xususan, radiyning parchalanish konstantasini oʻlchadi. Tez orada yana bir qancha radioaktiv elementlar topildi. Debyorn va F. Gizel dengiz anemonlarini kashf etdilar. Gan (O. Xalm) radiotoriy va mezotoriyni, Boltvud (V. V. Boltvud) ionni, Gan va L. Meytner protaktiniyni kashf etdilar. Bu elementlarning barcha izotoplari radioaktivdir. 1903 yilda Per Kyuri va K.A. Laborde radiy preparati har doim yuqori haroratga ega ekanligini va 1 g radiy parchalanish mahsulotlari bilan 1 soatda taxminan 140 kkal ajratishini ko'rsatdi. Xuddi shu yili V. Ramsey va Soddi muhrlangan radiy ampulasida gazsimon geliy borligini aniqladilar. Rezerford, F. Dorn, Debyer va Jizellarning ishlari uran va toriyning parchalanish mahsulotlari orasida radiy, toriy va aktiniy (radon, toron, aktinon) emanatsiyasi deb ataladigan tez parchalanadigan radioaktiv gazlar borligini koʻrsatdi. Shunday qilib, yemirilish jarayonida radiy atomlari geliy va radon atomlariga aylanishi isbotlangan. Alfa va beta-parchalanish jarayonida ba'zi elementlarning boshqa elementlarga radioaktiv o'zgarishi qonunlari (o'zgarish qonunlari) birinchi marta Soddi, Fajans (K. Fajans) va Rassel (V.J. Rassel) tomonidan ishlab chiqilgan.
Bu qonunlar quyidagilardan iborat. Alfa yemirilishida har doim D.I.da joylashgan dastlabki elementdan boshqa element olinadi. Mendeleyev - asl elementning chap tomonidagi ikkita katak (seriya yoki atom raqami asl nusxadan 2 ta kam); beta-emirilishda davriy tizimda asl elementning o'ng tomonida bir katakda joylashgan asl elementdan har doim boshqa element olinadi (atom raqami asl elementning atom raqamidan bittaga ko'p).
Radioaktiv elementlarning o'zgarishini o'rganish izotoplarni, ya'ni kimyoviy xossalari va atom raqamlari bir xil bo'lgan, lekin bir-biridan massasi va hajmi bo'yicha farq qiladigan atomlarning kashf etilishiga olib keldi. jismoniy xususiyatlar, xususan, radioaktiv xossalari bo'yicha (radiatsiya turi, parchalanish tezligi). Ko'p miqdordagi topilgan radioaktiv moddalardan faqat radiy (Ra), radon (Rn), poloniy (Po) va protaktiniy (Ra) yangi elementlar bo'lib chiqdi, qolganlari esa ilgari ma'lum bo'lgan uran (U), toriy izotoplari edi. (Th), qo'rg'oshin (Pb ), talliy (Tl) va vismut (Bi).
Rezerford atomlarning yadro tuzilishini kashf etganidan va atomning barcha xossalarini, xususan, elektron qobiqlarining tuzilishini va kimyoviy xossalarini aniqlovchi yadro ekanligi isbotlanganidan keyin (qarang Atom, atom yadrosi) radioaktiv o'zgarishlar atom yadrolarining o'zgarishi bilan bog'liqligi aniq. Atom yadrolarining tuzilishini keyingi o'rganish radioaktiv o'zgarishlar mexanizmini to'liq ochish imkonini berdi.
Yadrolarning birinchi sun'iy o'zgarishi - yadro reaktsiyasi 1919 yilda azot atomlari yadrolarini poloniy alfa zarralari bilan bombardimon qilish orqali Rezerford tomonidan amalga oshirildi. Shu bilan birga, azot yadrolari protonlar chiqaradi (qarang) va O17 kislorod yadrolariga aylandi. 1934 yilda F. Jolio-Kyuri va I. Jolio-Kyuri (F. Jolio-Kyuri, I. Jolio-Kyuri) Al atomlarini alfa zarrachalari bilan bombardimon qilish orqali birinchi boʻlib fosforning radioaktiv izotopini sunʼiy yoʻl bilan olishdi. P30 yadrolari tabiiy radioaktiv izotoplar yadrolaridan farqli o'laroq, parchalanish jarayonida elektronlar emas, balki pozitronlar chiqaradi va barqaror Si30 kremniy yadrolariga aylandi. Shunday qilib, 1934 yilda sun'iy radioaktivlik va yangi tur radioaktiv parchalanish - pozitron parchalanishi yoki +-emirilish. Joliot-Kyuri barcha degan fikrni bildirgan tez zarralar(protonlar, deytronlar, neytronlar) yadro reaktsiyalarini keltirib chiqaradi va tabiiy radioaktiv izotoplarni olish uchun ishlatilishi mumkin. Fermi (E. Fermi) turli elementlarni neytronlar bilan bombardimon qilib, deyarli barcha kimyoviy elementlarning radioaktiv izotoplarini oldi. Hozirgi vaqtda tezlashtirilgan zaryadlangan zarralar va neytronlar yordamida turli xil yadroviy reaktsiyalar olib borildi, buning natijasida har qanday radioaktiv izotoplarni olish mumkin bo'ldi.
1937 yilda Alvares (L. Alvares) radioaktiv transformatsiyaning yangi turi - elektron tutqichni kashf etdi. Elektron tutib olishda atomning yadrosi atom qobig'idan elektronni ushlaydi va boshqa elementning yadrosiga aylanadi. 1939 yilda Xan va F. Strasman neytronlar bilan bombardimon qilinganda uran yadrosining engilroq yadrolarga (boʻlinish boʻlaklari) boʻlinishini aniqladilar. Xuddi shu yili Flerov va Petrjak uran yadrolarining bo'linish jarayoni tashqi ta'sirsiz o'z-o'zidan amalga oshirilishini ko'rsatdi. Shunday qilib, ular radioaktiv transformatsiyaning yangi turini - og'ir yadrolarning o'z-o'zidan bo'linishini kashf etdilar.
Hozirgi vaqtda tashqi ta'sirsiz, o'z-o'zidan, faqat atom yadrolarining tuzilishi tufayli ichki sabablar bilan sodir bo'ladigan radioaktiv o'zgarishlarning quyidagi turlari ma'lum.
Radiatsiya ta'sirida materiya bilan nima sodir bo'ladi? Bu savolga 20-asr boshlarida javob bering. bu juda oson emas edi. Radioaktivlik bo'yicha tadqiqotlarning boshida ko'plab g'alati va g'ayrioddiy narsalar kashf qilindi.
Birinchidan, uran, toriy va radiy radioaktiv elementlarning radiatsiya chiqaradigan ajoyib doimiyligi. Kun davomida, oylar va yillar davomida radiatsiya intensivligi sezilarli darajada o'zgarmadi. Bu isitish yoki bosimni oshirish kabi odatiy ta'sirlardan ta'sirlanmadi.
Radioaktiv moddalarning kimyoviy reaktsiyalari ham nurlanish intensivligiga ta'sir qilmadi.
Ikkinchidan, radioaktivlik kashf etilgandan so'ng juda tez orada radioaktivlik energiya ajralib chiqishi bilan birga ekanligi ma'lum bo'ldi. Per Kyuri kalorimetrga radiy xlorid ampulasini joylashtirdi. U a-, b- va g-nurlarni yutdi va ularning energiyasi tufayli kalorimetr qizdirildi. Kyuri 1 g radiy 1 soatda 582 J energiya ajratishini aniqladi. Va bu energiya bir necha yillar davomida doimiy ravishda chiqariladi.
Chiqarilishiga ma'lum bo'lgan barcha ta'sirlar ta'sir qilmaydigan energiya qayerdan keladi? Ko'rinib turibdiki, radioaktivlik paytida modda oddiy kimyoviy o'zgarishlardan butunlay farq qiladigan qandaydir chuqur o'zgarishlarga uchraydi. Bu taxmin qilingan edi Atomlarning o'zlari o'zgarishlarga uchraydi!
Endi bu fikr ko'p ajablantirmaydi, chunki bola o'qishni o'rganishdan oldin ham bu haqda eshitishi mumkin. Ammo XX asr boshlarida. Bu fantastik tuyuldi va uni ifoda etishga jur'at qilish uchun katta jasorat kerak edi. O'sha paytda atomlarning mavjudligiga shubhasiz dalillar endigina olingan edi. Demokritning materiyaning atomistik tuzilishi haqidagi ko'p asrlik g'oyasi nihoyat g'alaba qozondi. Va shundan so'ng deyarli darhol atomlarning o'zgarmasligi shubha ostiga olinadi.
Oxir-oqibat, radioaktiv parchalanish paytida atomlarning ketma-ket o'zgarishi zanjiri sodir bo'lishiga to'liq ishonch hosil qilgan tajribalar haqida batafsil to'xtalmaymiz. Keling, faqat Rezerford boshlagan va u ingliz kimyogari F. Soddi (1877-1956) bilan birga davom ettirgan birinchi tajribalarga to'xtalib o'tamiz.
Buni Ruterford kashf qildi Vaqt birligidagi parchalanish soni sifatida aniqlangan toriy faolligi yopiq ampulada o'zgarishsiz qoladi.. Agar preparat juda zaif havo oqimlari bilan ham puflansa, toriyning faolligi sezilarli darajada kamayadi. Ruterford a-zarralar bilan bir vaqtda toriy ham radioaktiv bo'lgan qandaydir gazni chiqaradi, deb taklif qildi. U bu gazni chaqirdi emanatsiya. Ruterford tarkibida toriy bo'lgan ampuladan havo so'rib, radioaktiv gazni ajratib oldi va uning ionlash qobiliyatini o'rgandi. Ma'lum bo'lishicha, bu gazning faolligi vaqt o'tishi bilan tez pasayadi. Har bir daqiqada faollik yarmiga kamayadi va o'n daqiqadan so'ng u amalda nolga teng bo'ladi. Soddi bu gazning kimyoviy xossalarini o'rganib chiqdi va u hech qanday reaksiyaga kirmasligini, ya'ni inert gaz ekanligini aniqladi. Keyinchalik, gaz radon deb nomlandi va davriy jadvalga 86 seriya raqami ostida joylashtirildi. Boshqa radioaktiv elementlar ham o'zgarishlarni boshidan kechirgan: uran, aktiniy, radiy. Olimlar erishgan umumiy xulosani Ruterford aniq ifodalagan: “Radioaktiv moddalar atomlari o'z-o'zidan o'zgarishlarga duchor bo'ladi. Har daqiqada kichik bir qism umumiy soni atomlar beqaror bo'lib, portlovchi parchalanadi. Aksariyat hollarda atomning bir bo'lagi, a-zarracha katta tezlikda chiqariladi. Ba'zi boshqa hollarda portlash tez elektronning chiqishi va rentgen nurlari kabi katta o'tish kuchiga ega bo'lgan va g-nurlanish deb ataladigan nurlarning paydo bo'lishi bilan birga keladi. Aniqlanishicha, atom almashinuvi natijasida fizikaviy va mutlaq farqli mutlaqo yangi turdagi modda hosil bo'ladi. kimyoviy xossalari asl moddadan. Biroq, bu yangi moddaning o'zi ham beqaror va xarakterli radioaktiv nurlanishning tarqalishi bilan o'zgaradi.
Shunday qilib, ma'lum elementlarning atomlari o'z-o'zidan parchalanishga duchor bo'lib, oddiy molekulyar modifikatsiyalar paytida chiqarilgan energiya bilan solishtirganda juda katta miqdorda energiya emissiyasi bilan birga keladi.
Atom yadrosi kashf etilgandan so'ng, radioaktiv o'zgarishlar paytida aynan shu o'zgarishlarga duchor bo'lganligi darhol ma'lum bo'ldi. Axir, elektron qobiqda os-zarrachalar umuman yo'q va qobiq elektronlari sonining bittaga kamayishi atomni yangi kimyoviy elementga emas, balki ionga aylantiradi. Elektronning yadrodan chiqarilishi yadro zaryadini bir marta o'zgartiradi (uni oshiradi). Yadro zaryadi davriy sistemadagi elementning seriya raqamini va uning barcha kimyoviy xossalarini aniqlaydi.
Eslatma
Adabiyot
Myakishev G.Ya. Fizika: optika. Kvant fizikasi. 11-sinf: Proc. fizikani chuqur o'rganish uchun. - M.: Bustard, 2002. - S. 351-353.
O'qish foydali bo'lishi mumkin:
- chet elda davolanish. Qo'rqmang. Chet elda davolanish - tibbiy turizmning asosiy yo'nalishlari Xorijda davolanish qayerda yaxshiroq;
- Menda savol bor: stressdan qanday qutulish kerak;
- Romina Power Albano Carrisi bolalar hayotidagi asosiy fojialar, ular nima qilishlari;
- Agar bola bolalar bog'chasida do'st bo'lishni istamasa, nima qilish kerak;
- Koriander - foydali xususiyatlari va qo'llanilishi Kosmetologiyada Coriander efir moyi;
- Tuzlangan karam bilan klassik vinaigrette - fotosurat bilan bosqichma-bosqich retsept;
- Sog'lom tanada sog'lom aql?;
- Pensionerni ishdan bo'shatish tartibi: mavjud asoslar va cheklovlar va o'z huquqlaringizni qanday himoya qilishingiz mumkin?;