Tabiiy radioaktiv parchalanish paytida kimyoviy elementlarning o'zgarishi. Mavzu bo'yicha fizikadan (9-sinf) atom yadrolarining radioaktiv o'zgarishlari dars ishlanmasi

ta'sir qilish dozasi
so'rilgan doza
ekvivalent doza
samarali ekvivalent doza

Radioaktivlik

Bu turli xil kimyoviy elementlar atomlarining yadrolarini yo'q qilish, yuqori energiyali atom va subatomik zarrachalarni chiqarish bilan o'zgartirish qobiliyatidir. Radioaktiv transformatsiyalar paytida, aksariyat hollarda, ba'zi kimyoviy elementlarning atom yadrolari (shuning uchun atomlarning o'zlari) boshqa kimyoviy elementlarning atom yadrolariga (atomlariga) aylanadi yoki kimyoviy elementning bir izotopi boshqasiga aylanadi. bir xil elementning izotopi.

Yadrolari radioaktiv parchalanish yoki boshqa radioaktiv o'zgarishlarga duchor bo'lgan atomlar deyiladi radioaktiv.

Izotoplar

(yunoncha so'zlardanisos – “teng, bir xil” vatopos - "joy")

Bular bitta kimyoviy elementning nuklidlari, ya'ni. ega bo'lgan ma'lum bir element atomlarining navlari atom raqami bir xil, ammo massa raqamlari boshqacha.

Izotoplar bir xil miqdordagi proton va turli xil miqdordagi neytronlarga ega yadrolarga ega va kimyoviy elementlarning davriy tizimida bir xil o'rinni egallaydi. Turg'un izotoplar mavjud bo'lib, ular abadiy o'zgarmagan va vaqt o'tishi bilan parchalanadigan beqaror izotoplar (radioizotoplar) mavjud.

Ma'lumtaxminan 280 barqaror Va2000 dan ortiq radioaktiv izotoplar116 ta tabiiy va sun'iy yo'l bilan olingan elementlar .

Nuklid (lotin tilidanyadro - "yadro") yadro zaryadi va massa sonining ma'lum qiymatlariga ega bo'lgan atomlar to'plamidir.

Nuklid belgilari:, QayerdaX – elementning harf belgisi,Z – protonlar soni (atom raqami ), A – proton va neytronlar soni yig'indisi (massa raqami ).

Hatto davriy sistemadagi eng birinchi va eng yengil atom, yadrosida faqat bitta proton bo'lgan (va uning atrofida bitta elektron aylanadigan) vodorod uchta izotopga ega.

Radioaktiv transformatsiyalar

Ular tabiiy, o'z-o'zidan (spontan) va sun'iy bo'lishi mumkin. Spontan radioaktiv o'zgarishlar tasodifiy, statistik jarayondir.

Barcha radioaktiv o'zgarishlar odatda atom yadrosidan ortiqcha energiyaning ko'rinishida chiqishi bilan birga keladi. elektromagnit nurlanish.

Gamma-nurlanish - bu yuqori energiya va kirib borish kuchiga ega bo'lgan gamma kvantlar oqimi.

Rentgen nurlari ham fotonlar oqimidir - odatda kamroq energiyaga ega. Faqat rentgen nurlanishining "tug'ilgan joyi" yadro emas, balki elektron qobiqlardir. Rentgen nurlanishining asosiy oqimi moddadan "radioaktiv zarralar" ("radioaktiv nurlanish" yoki "ionlashtiruvchi nurlanish") o'tganda sodir bo'ladi.

Radioaktiv o'zgarishlarning asosiy turlari:

radioaktiv parchalanish;
atom yadrolarining bo'linishi.

Bu emissiya, "elementar" (atom, subatomik) zarrachalarning atom yadrolaridan juda katta tezlikda chiqarilishi, ular odatda deyiladi. radioaktiv (ionlashtiruvchi) nurlanish.

Berilgan kimyoviy elementning bir izotopi parchalanganda, u xuddi shu elementning boshqa izotopiga aylanadi.

Tabiiy uchun(tabiiy) radionuklidlar, radioaktiv parchalanishning asosiy turlari alfa va beta minus parchalanishdir.

Sarlavhalar " alfa"Va" beta” 1900 yilda Ernest Ruterford tomonidan radioaktiv nurlanishni o'rganayotganda berilgan.

Sun'iy uchun(texnogen) radionuklidlar, bundan tashqari, neytron, proton, pozitron (beta-plyus) va kam uchraydigan parchalanish turlari va yadroviy o'zgarishlar (mezonik, K-tutqich, izomer o'tish va boshqalar) bilan tavsiflanadi.

Alfa parchalanishi

Bu 2 proton va 2 neytrondan iborat atom yadrosidan alfa zarrachaning chiqishi.

Alfa zarrachaning massasi 4 birlik, zaryadi +2 va geliy atomining yadrosi (4He).

Alfa zarrachaning emissiyasi natijasida davriy jadvalda joylashgan yangi element hosil bo'ladi. Chapda 2 katak, chunki yadrodagi protonlar soni va shuning uchun yadro zaryadi va element soni ikki birlik kam bo'ldi. Va hosil bo'lgan izotopning massasi bo'lib chiqadi 4 birlik kamroq.

A alfa – parchalanish- bu D.I. jadvalining oltinchi va ettinchi davrlarining tabiiy radioaktiv elementlari uchun radioaktiv parchalanishning xarakterli turi. Mendeleyev (uran, toriy va ularning parchalanish mahsulotlari va vismutgacha) va ayniqsa sun'iy - transuran - elementlar uchun.

Ya'ni, vismutdan boshlab barcha og'ir elementlarning alohida izotoplari bu turdagi parchalanishga moyil.

Shunday qilib, masalan, uranning alfa-parchalanishi doimo toriy, toriyning alfa-parchalanishi doimo radiy, radiyning parchalanishi doimo radon, keyin poloniy va nihoyat qo'rg'oshin hosil qiladi. Bunda uran-238, toriy-234, keyin radiy-230, radon-226 va boshqalarning o'ziga xos izotopidan hosil bo'ladi.

Alfa zarrachaning yadrodan chiqish tezligi 12 dan 20 ming km/sekundgacha.

Beta parchalanishi

Beta parchalanishi- radioaktiv parchalanishning eng keng tarqalgan turi (va umuman radioaktiv o'zgarishlar), ayniqsa sun'iy radionuklidlar orasida.

Har bir kimyoviy element kamida bitta beta-faol izotop mavjud, ya'ni beta-parchalanishi mumkin.

Tabiiy beta-aktiv radionuklidga misol sifatida kaliy-40 (T1/2=1,3×109 yil), kaliy izotoplarining tabiiy aralashmasi faqat 0,0119% ni o'z ichiga oladi.

K-40 dan tashqari, muhim tabiiy beta-faol radionuklidlar ham uran va toriyning barcha parchalanish mahsulotlari, ya'ni. talliydan urangacha bo'lgan barcha elementlar.

Beta parchalanishi o'z ichiga oladi radioaktiv o'zgarishlarning quyidagi turlari:

- beta-minus parchalanish;

- beta plyus parchalanish;

– K-qo‘lga olish (elektron suratga olish).

Beta minus parchalanish- bu yadrodan beta minus zarrachaning chiqishi - elektron , bu neytronlardan birining proton va elektronga o'z-o'zidan aylanishi natijasida hosil bo'lgan.

Shu bilan birga, beta-zarracha sekundiga 270 ming km tezlikda(yorug'lik tezligi 9/10) yadrodan uchib chiqadi. Va yadroda yana bitta proton borligi sababli, bu elementning yadrosi o'ngdagi qo'shni elementning yadrosiga aylanadi - ko'proq raqam bilan.

Beta-minus parchalanish jarayonida radioaktiv kaliy-40 barqaror kaltsiy-40 ga aylanadi (o'ngdagi keyingi hujayrada). Va radioaktiv kaltsiy-47 uning o'ng tomonida skandiy-47 (shuningdek radioaktiv) ga aylanadi, bu esa o'z navbatida beta-minus parchalanish orqali barqaror titan-47 ga aylanadi.

Beta plus parchalanish- yadrodan beta-plyus zarrachalarning emissiyasi - pozitron (musbat zaryadlangan "elektron"), bu protonlardan birining neytron va pozitronga o'z-o'zidan aylanishi natijasida hosil bo'lgan.

Buning natijasida (protonlar kamroq bo'lgani uchun) bu element davriy jadvalda chap tomonda joylashgan elementga aylanadi.

Masalan, beta-plyus parchalanish jarayonida magniyning radioaktiv izotopi magniy-23 natriyning barqaror izotopi (chapda) natriy-23 va evropiyning radioaktiv izotopi - evropiy-150 barqaror izotopga aylanadi. samariumning izotopi - samarium-150.

- atom yadrosidan neytronning chiqishi. Sun'iy kelib chiqadigan nuklidlarning xarakteristikasi.

Neytron chiqarilganda, ma'lum bir kimyoviy elementning bir izotopi og'irligi kamroq bo'lgan boshqasiga aylanadi. Masalan, neytron parchalanishi jarayonida litiyning radioaktiv izotopi litiy-9 litiy-8 ga, radioaktiv geliy-5 barqaror geliy-4 ga aylanadi.

Agar yodning barqaror izotopi - yod-127 - gamma nurlari bilan nurlantirilsa, u radioaktiv bo'lib, neytron chiqaradi va boshqa, shuningdek, radioaktiv izotop - yod-126 ga aylanadi. Bu bir misol sun'iy neytronlarning parchalanishi .

Radioaktiv transformatsiyalar natijasida ular hosil bo'lishi mumkin boshqa kimyoviy elementlarning izotoplari yoki bir xil element, qaysi o'zlari radioaktiv bo'lishi mumkin elementlar.

Bular. ma'lum bir dastlabki radioaktiv izotopning parchalanishi turli xil kimyoviy elementlarning turli izotoplarining ma'lum bir qator ketma-ket radioaktiv o'zgarishlarga olib kelishi mumkin, bu esa shunday deb ataladi. "parchalanish zanjirlari".

Masalan, uran-238 ning alfa-parchalanishi paytida hosil bo'lgan toriy-234 protaktiniy-234 ga aylanadi, u o'z navbatida uranga aylanadi, ammo boshqa izotop - uran-234 ga aylanadi.

Bu alfa va beta minus o'tishlarning barchasi barqaror qo'rg'oshin-206 hosil bo'lishi bilan yakunlanadi. Va uran-234 alfa-parchalanadi - yana toriyga (toriy-230). Bundan tashqari, toriy-230 alfa parchalanishi bilan - radiy-226, radiy - radonga aylanadi.

Atom yadrolarining bo'linishi

Bu o'z-o'zidanmi yoki neytronlarning ta'siri ostidami? yadro bo'linishi atom taxminan 2 ta teng qismga bo'ling, ikkita "bo'lak" ga.

Bo'linganda ular uchib ketishadi 2-3 qo'shimcha neytron va ortiqcha energiya gamma kvant shaklida chiqariladi, bu radioaktiv parchalanish davridagiga qaraganda ancha katta.

Agar bitta radioaktiv parchalanish akti uchun odatda bitta gamma-nur bo'lsa, 1 bo'linish akti uchun 8 -10 gamma kvant bo'ladi!

Bundan tashqari, uchuvchi bo'laklar issiqlik energiyasiga aylanadigan yuqori kinetik energiyaga (tezlikka) ega.

Ketdi neytronlar parchalanishga olib kelishi mumkin ikki yoki uchta o'xshash yadrolar, agar ular yaqin bo'lsa va neytronlar ularga tegsa.

Shunday qilib, dallanish, tezlashtirishni amalga oshirish mumkin bo'ladi bo'linish zanjiri reaktsiyasi atom yadrolari juda katta energiya chiqaradi.

Bo'linish zanjiri reaktsiyasi

Agar zanjir reaktsiyasining nazoratsiz rivojlanishiga yo'l qo'yilsa, atom (yadro) portlashi sodir bo'ladi.

Agar zanjir reaktsiyasi nazorat ostida bo'lsa, uning rivojlanishi nazorat qilinadi, tezlashishiga yo'l qo'yilmaydi va doimiy ravishda chekinish chiqarilgan energiya(issiqlik), keyin bu energiya (" atom energiyasi") elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Bu yadro reaktorlari va atom elektr stantsiyalarida amalga oshiriladi.

Radioaktiv transformatsiyalarning xarakteristikalari

Yarim hayot (T1/2 ) – radioaktiv atomlarning yarmi parchalanadigan vaqt va ularning miqdori 2 barobar kamayadi.

Barcha radionuklidlarning yarimparchalanish davri har xil - soniyaning fraktsiyalaridan (qisqa muddatli radionuklidlar) milliardlab yillargacha (uzoq umr).

Faoliyat- bu vaqt birligida (odatda soniyada) parchalanish hodisalari (umuman, radioaktiv, yadroviy o'zgarishlar aktlari) soni. Faoliyat birliklari bekkerel va kyuri.

Bekkerel (Bq)– bu soniyada bitta yemirilish hodisasi (1 parchalanish/sek).

Kyuri (Ci)– 3,7×1010 Bq (disp./sek).

Birlik tarixan paydo bo'lgan: 1 gramm radiy-226 o'zining parchalanish mahsulotlari bilan muvozanatda shunday faollikka ega. Nobel mukofoti laureatlari, frantsuz ilmiy turmush o'rtoqlari Per Kyuri va Mari Sklodovska-Kyuri ko'p yillar davomida radium-226 bilan ishlagan.

Radioaktiv parchalanish qonuni

Vaqt o'tishi bilan manbadagi nuklid faolligining o'zgarishi eksponensial qonun bo'yicha berilgan nuklidning yarimparchalanish davriga bog'liq:

AVa(t) = AVa (0) × Exp(-0,693t/T1/2 ),

Qayerda AVa(0) – nuklidning dastlabki faolligi;
AVa(t) – t vaqtdan keyingi faoliyat;

T1/2 - nuklidning yarim yemirilish davri.

Massa o'rtasidagi bog'liqlik radionuklid(faol bo'lmagan izotopning massasini hisobga olmagan holda) va uning faoliyati quyidagi munosabat bilan ifodalanadi:

Qayerda mVa– radionuklidlar massasi, g;

T1/2 – radionuklidning yarim yemirilish davri, s;

AVa– radionuklid faolligi, Bq;

A- radionuklidning atom massasi.

Radioaktiv nurlanishning kirib borish kuchi.

Alfa zarrachalar diapazoni boshlang'ich energiyaga bog'liq va odatda havoda 3 dan 7 gacha (kamdan-kam hollarda 13 gacha) sm, zich muhitda esa mm ning yuzdan bir qismi (shishada - 0,04 mm).

Alfa nurlanish qog'oz varaqlariga yoki inson terisiga kirmaydi. Massasi va zaryadi tufayli alfa zarralari eng katta ionlashtiruvchi qobiliyatga ega, ular yo'lidagi hamma narsani yo'q qiladi, shuning uchun alfa-aktiv radionuklidlar yutilganda odamlar va hayvonlar uchun eng xavflidir.

Beta zarracha diapazoni past massasi tufayli moddada (~ 7000 marta

Alfa zarrachaning massasidan kamroq), zaryadi va hajmi ancha katta. Bunday holda, materiyadagi beta zarraning yo'li chiziqli emas. Penetratsiya ham energiyaga bog'liq.

Radioaktiv parchalanish paytida hosil bo'lgan beta zarralarining kirib borish qobiliyati havoda 2÷3 m ga etadi, suvda va boshqa suyuqliklarda u santimetrda, qattiq jismlarda - sm fraktsiyalarida o'lchanadi.

Beta nurlanish tana to'qimalariga 1÷2 sm chuqurlikda kiradi.

n- va gamma nurlanishining susaytiruvchi omili.

Nurlanishning eng keng tarqalgan turlari neytron va gamma nurlanishdir. Ularning havodagi diapazoni yetib borishi mumkin o'nlab va yuzlab metrlar(shuningdek, energiyaga bog'liq), lekin kamroq ionlashtiruvchi quvvatga ega.

N- va gamma nurlanishidan himoya sifatida beton, qo'rg'oshin, po'lat va boshqalarning qalin qatlamlari qo'llaniladi va biz susaytirish omili haqida gapiramiz.

Kobalt-60 izotopiga (E = 1,17 va 1,33 MeV) nisbatan gamma nurlanishining 10 marta zaiflashishi uchun quyidagilardan himoya qilish kerak:

taxminan 5 sm qalinlikdagi qo'rg'oshin;
beton taxminan 33 sm;
suv - 70 sm.

Gamma-nurlanishni 100 marta susaytirish uchun 9,5 sm qalinlikdagi qo'rg'oshindan himoya qilish kerak; beton - 55 sm; suv - 115 sm.

Dozimetriyada o'lchov birliklari

Doza (yunonchadan - "ulush, qism") nurlanish.

Ta'sir qilish dozasi(rentgen va gamma nurlanishi uchun) - havo ionlanishi bilan aniqlanadi.

SI o'lchov birligi - “Kulon boshiga kg” (C/kg)- bu rentgen yoki gamma nurlanishining ta'sir qilish dozasi, yaratilganda 1 kg quruq havo, bir xil belgidagi ionlarning zaryadi hosil bo'ladi, ga teng 1 Cl.

Tizimdan tashqari o'lchov birligi "rentgen".

1 R = 2,58× 10 -4 Kl/kg.

A-prior 1 rentgen (1P)- bu so'rilganda ta'sir qilish dozasi 1 sm3 quruq havo hosil bo'ladi 2,08 × 10 9 ion juftlari.

Ushbu ikki birlik o'rtasidagi munosabatlar quyidagicha:

1 C/kg = 3,68 ·103 R.

Ta'sir qilish dozasi 1R havodagi so'rilgan dozaga to'g'ri keladi 0,88 rad.

Doza

So'rilgan doza– moddaning birlik massasi tomonidan yutilgan ionlashtiruvchi nurlanish energiyasi.

Moddaga uzatiladigan nurlanish energiyasi deganda ko‘rib chiqilayotgan moddaning hajmiga kiruvchi barcha zarralar va fotonlarning umumiy kinetik energiyasi bilan bu hajmni tark etgan barcha zarralar va fotonlarning umumiy kinetik energiyasi o‘rtasidagi farq tushuniladi. Shuning uchun, so'rilgan doza, energiya qanday sarflanishidan qat'i nazar, ushbu hajm ichida qolgan barcha ionlashtiruvchi nurlanish energiyasini hisobga oladi.

So'rilgan doza birliklari:

Kulrang (Gr)– SI birliklar tizimidagi so‘rilgan doza birligi. 1 kg modda tomonidan yutilgan 1 J nurlanish energiyasiga to'g'ri keladi.

Xursand- so'rilgan dozaning tizimdan tashqari birligi. 1 gramm og'irlikdagi modda tomonidan so'rilgan 100 erg nurlanish energiyasiga to'g'ri keladi.

1 rad = 100 erg / g = 0,01 J / kg = 0,01 Gy.

Turli xil nurlanishlar uchun bir xil so'rilgan dozada biologik ta'sir har xil bo'ladi.

Masalan, bir xil so'rilgan doza bilan alfa nurlanishi aylanadi foton yoki beta nurlanishidan ancha xavfli. Buning sababi shundaki, alfa zarralari biologik to'qimalarda o'z yo'llari bo'ylab zichroq ionlanish hosil qiladi va shu bilan organizmga zararli ta'sirni ma'lum bir organda to'playdi. Shu bilan birga, butun tana radiatsiyaning ko'proq inhibitiv ta'sirini boshdan kechiradi.

Shuning uchun, og'ir zaryadlangan zarrachalar bilan nurlanganda bir xil biologik ta'sirni yaratish uchun yorug'lik zarralari yoki fotonlar bilan nurlangandan ko'ra kamroq so'rilgan doza talab qilinadi.

Ekvivalent doza– yutilgan doza va radiatsiya sifat koeffitsienti mahsuloti.

Ekvivalent doza birliklari:

sievert(Sv)- doza ekvivalenti uchun o'lchov birligi, so'rilgan doza bilan bir xil biologik ta'sir ko'rsatadigan nurlanishning har qanday turi. 1 Gy

Demak, 1 Sv = 1 J / kg.

Yalang'och(tizimsiz birlik) - yutilgan ionlashtiruvchi nurlanish energiyasining miqdori 1 kg biologik to'qima, unda so'rilgan doza bilan bir xil biologik ta'sir kuzatiladi 1 rad Rentgen yoki gamma nurlanishi.

1 rem = 0,01 Sv = 100 erg/g.

"Rem" nomi "rentgen nurining biologik ekvivalenti" iborasining birinchi harflaridan hosil bo'lgan.

Yaqin vaqtgacha ekvivalent dozani hisoblashda " radiatsiya sifati omillari » (K) - bir xil so'rilgan dozada turli xil nurlanishlarning biologik ob'ektlarga turli xil ta'sirini (tana to'qimalariga zarar etkazishning turli qobiliyatlari) hisobga oladigan tuzatish omillari.

Endi Radiatsiya xavfsizligi standartlaridagi (NRB-99) ushbu koeffitsientlar "ekvivalent dozani (WR) hisoblashda nurlanishning alohida turlari uchun tortish koeffitsientlari" deb nomlanadi.

Ularning qiymatlari mos ravishda:

Rentgen nurlari, gamma, beta nurlanish, elektronlar va pozitronlar - 1 ;
E 2 MeV dan yuqori bo'lgan protonlar - 5 ;
E 10 keV dan kam bo'lgan neytronlar) - 5 ;
10 kevdan 100 kevgacha bo'lgan E ga ega neytronlar - 10 ;
alfa zarralari, parchalanish qismlari, og'ir yadrolar - 20 va hokazo.

Samarali ekvivalent doza- turli tana to'qimalarining nurlanishga turli sezuvchanligini hisobga olgan holda hisoblangan ekvivalent doza; ga teng ekvivalent doza ma'lum bir organ, to'qima tomonidan olingan (ularning og'irligini hisobga olgan holda), ga ko'paytiriladi mos keladigan " radiatsiyaviy xavf koeffitsienti ».

Ushbu koeffitsientlar radiatsiya ta'siridan stoxastik ta'sirlarning paydo bo'lishida turli organlar va to'qimalarning turli sezuvchanligini hisobga olish uchun radiatsiyaviy himoyada qo'llaniladi.

NRB-99 da ular "samarali dozani hisoblashda to'qimalar va organlar uchun tortish koeffitsientlari" deb ataladi.

Umuman tana uchun bu koeffitsientga teng qabul qilinadi 1 , va ba'zi organlar uchun u quyidagi ma'nolarga ega:

suyak iligi (qizil) - 0,12; jinsiy bezlar (tuxumdonlar, moyaklar) - 0,20;
qalqonsimon bez - 0,05; teri - 0,01 va boshqalar.
o'pka, oshqozon, yo'g'on ichak - 0,12.

To'liq baholash uchun samarali inson tomonidan qabul qilingan ekvivalent doza, barcha organlar uchun ko'rsatilgan dozalar hisoblab chiqiladi va umumlashtiriladi.

Ekvivalent va samarali ekvivalent dozalarni o'lchash uchun SI tizimi bir xil birlikdan foydalanadi - sievert(Sv).

1 Sv so'rilgan dozaning mahsuloti bo'lgan ekvivalent dozaga teng Gr og'irlik koeffitsientlari bo'yicha eyah (biologik to'qimalarda) ga teng bo'ladi 1 J/kg.

Boshqacha qilib aytganda, bu so'rilgan dozadir 1 kg moddalar energiya chiqaradi 1 J.

Tizimsiz birlik rem hisoblanadi.

O'lchov birliklari o'rtasidagi bog'liqlik:

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

Da K=1(rentgen nurlari, gamma, beta nurlanish, elektronlar va pozitronlar uchun) 1 Sv so'rilgan dozaga to'g'ri keladi 1 Gy:

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

50-yillarda, 1 rentgen ta'sir qilish dozasi bilan havo biologik to'qimalar bilan bir xil miqdordagi energiyani o'zlashtirishi aniqlangan.

Shunday qilib, dozalarni hisoblashda biz (minimal xato bilan) taxmin qilishimiz mumkin 1 rentgenning ta'sir qilish dozasi biologik to'qimalar uchun mos keladi(ekvivalent) 1 rad so'rilgan doza Va 1 rem ekvivalent doza(K=1 da), ya'ni taxminan aytganda, 1 R, 1 rad va 1 rem bir xil narsadir.

Yiliga 12 mkR/soat ta'sir qilish dozasi bilan biz 1 mSv dozani olamiz.

Bundan tashqari, AI ta'sirini baholash uchun quyidagi tushunchalar qo'llaniladi:

Doza tezligi– vaqt birligi uchun qabul qilingan doza (sekund, soat).

Fon- ma'lum bir joyda ionlashtiruvchi nurlanishning ta'sir qilish dozasi.

Tabiiy fon- barcha tabiiy nurlanish manbalari tomonidan yaratilgan ionlashtiruvchi nurlanishning ta'sir qilish dozasi.

Atrof muhitga kiruvchi radionuklidlar manbalari

1. Tabiiy radionuklidlar, ular shakllangan paytdan boshlab (ehtimol quyosh tizimi yoki koinot paydo bo'lgan paytdan boshlab) bizning davrimizga qadar saqlanib qolgan, chunki ular uzoq yarim umrga ega, bu uzoq umr ko'rishni anglatadi.

2.Parchalanish kelib chiqishi radionuklidlari, ular atom yadrolarining bo'linishi natijasida hosil bo'ladi. Ular boshqariladigan zanjir reaktsiyasi sodir bo'lgan yadroviy reaktorlarda, shuningdek yadroviy qurollarni sinovdan o'tkazishda (nazorat qilinmagan zanjir reaktsiyasi) hosil bo'ladi.

3. Aktivatsiya kelib chiqishi radionuklidlari faollashishi natijasida oddiy barqaror izotoplardan hosil bo'ladi, ya'ni subatomik zarracha (odatda neytron) barqaror atom yadrosiga kirganda, buning natijasida barqaror atom radioaktiv bo'ladi. Ular barqaror izotoplarni reaktor yadrosiga joylashtirish orqali faollashtirish yoki zarracha tezlatgichlarida barqaror izotopni protonlar, elektronlar va boshqalar bilan bombardimon qilish orqali olinadi.

Radionuklid manbalarini qo'llash sohalari

AI manbalari sanoat, qishloq xo'jaligi, ilmiy tadqiqotlar va tibbiyotda qo'llanilishini topadi. Faqat tibbiyotda yuzga yaqin izotop turli tibbiy tadqiqotlar, diagnostika, sterilizatsiya va radiatsiya terapiyasi uchun ishlatiladi.

Dunyo bo'ylab ko'plab laboratoriyalar ilmiy tadqiqotlar uchun radioaktiv materiallardan foydalanadilar. Radioizotoplar asosidagi termoelektr generatorlari uzoq va borish qiyin bo'lgan hududlarda (radio va yorug'lik mayoqlari, meteorologiya stansiyalari) turli xil uskunalarni avtonom energiya bilan ta'minlash uchun elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Sanoatning hamma joyida texnologik jarayonlarni (zichlik, sath va qalinlik o'lchagichlari), buzilmaydigan sinov asboblari (gamma nuqsonlarni aniqlash asboblari) va moddalar tarkibini tahlil qilish uchun asboblarni kuzatish uchun radioaktiv manbalar bo'lgan asboblar qo'llaniladi. Radiatsiya ekinlarning hajmi va sifatini oshirish uchun ishlatiladi.

Radiatsiyaning inson tanasiga ta'siri. Radiatsiya ta'siri

Radioaktiv zarralar, ulkan energiya va tezlikka ega bo'lib, har qanday moddadan o'tayotganda ular ushbu moddaning atomlari va molekulalari bilan to'qnashadi va olib kelishi ularning yo'q qilinishi ionlanish, "issiq" ionlar va erkin radikallarning shakllanishiga.

Biologik beri Inson to'qimalari 70% suvdan iborat, keyin katta darajada Bu ionlanishga uchragan suv. Ionlar va erkin radikallar organizm uchun zararli birikmalar hosil qiladi, ular ketma-ket biokimyoviy reaktsiyalarning butun zanjirini qo'zg'atadi va asta-sekin hujayra membranalarini (hujayra devorlari va boshqa tuzilmalar) yo'q qilishga olib keladi.

Radiatsiya odamlarga jinsi va yoshi, tananing holati, uning immunitet tizimi va boshqalarga qarab har xil ta'sir qiladi, lekin ayniqsa chaqaloqlar, bolalar va o'smirlarga kuchli ta'sir qiladi. Radiatsiyaga duchor bo'lganda yashirin (inkubatsiya, yashirin) davr, ya'ni ko'rinadigan ta'sir boshlanishidan oldin kechikish vaqti yillar yoki hatto o'nlab yillar davom etishi mumkin.

Radiatsiyaning inson tanasiga va biologik ob'ektlarga ta'siri uch xil salbiy ta'sirga olib keladi:

genetik ta'sir tananing irsiy (jinsiy) hujayralari uchun. U faqat avlodlarda namoyon bo'lishi mumkin va namoyon bo'ladi;
genetik-stokastik ta'sir, somatik hujayralarning irsiy apparati - tana hujayralari uchun namoyon bo'ladi. U ma'lum bir shaxsning hayoti davomida turli xil mutatsiyalar va kasalliklar (shu jumladan saraton) shaklida o'zini namoyon qiladi;
somatik ta'sir, aniqrog'i, immunitetga ega. Bu hujayra membranalari va boshqa tuzilmalarni yo'q qilish tufayli tananing himoya va immunitet tizimining zaiflashishi.

Tegishli materiallar

Radioaktiv transformatsiyalar

1903 yilda Per Kyuri uran tuzlari doimiy ravishda va vaqt o'tishi bilan sezilarli darajada kamaymasdan issiqlik energiyasini chiqarishini aniqladi, bu esa massa birligiga nisbatan eng baquvvat kimyoviy reaktsiyalar energiyasiga nisbatan juda katta tuyulardi. Radiy undan ham ko'proq issiqlik chiqaradi - 1 g toza modda uchun soatiga taxminan 107 J. Ma'lum bo'lishicha, yer sharining tubida mavjud bo'lgan radioaktiv elementlar magmani eritish uchun etarli bo'lgan (cheklangan issiqlikni 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, ular bir vaqtning o'zida chiqariladigan energiyani yo'qotadi. Ikkala faraz ham bir xil darajada aql bovar qilmaydigan bo'lib tuyuldi, lekin asta-sekin ikkinchisining foydasiga ko'proq dalillar to'planib bordi.

Ernest Ruterford radioaktiv moddalar bilan nima sodir bo'lishini tushunishga katta hissa qo'shgan. 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 - faqat uran va toriy bo'lganlar. Bu ajablanarli va g'alati tuyuldi - noyob gaz minerallarda qaerdan paydo bo'lishi mumkin? Ruterford radioaktiv minerallar chiqaradigan alfa zarralarining 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" bu bilan cheklanmagan. 1899 yilda Ruterfordning laboratoriyasida (o'sha paytda u Monrealda ishlagan) yana bir g'alati hodisa kuzatildi: yopiq ampuladagi toriy elementining preparatlari doimiy faollikni saqlab turdi, ammo ochiq havoda ularning faolligi bog'liq edi. Qoralamalar. Ruterford toriy radioaktiv gaz chiqarishini tezda angladi (u toriy emanatsiyasi - lotincha emanatio - chiqish yoki toron deb ataldi), bu gazning faolligi juda tez pasaydi: taxminan bir daqiqada ikki baravarga (zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra - 55,6 soniyada) ). Xuddi shunday gazsimon "emanatsiya" radiyda ham topilgan (uning faolligi ancha sekin pasayib ketdi) - bu radium emanatsiyasi yoki radon deb ataldi. Aktiniyning o'ziga xos "emanatsiyasi" borligi aniqlandi, u bir necha soniya ichida yo'qoladi; Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, bu barcha "emanatsiyalar" bir xil kimyoviy element - radonning izotoplari ( 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 (uning boshqa nomi - aktinoranium seriyasi) ham tabiiy urandan kelib chiqadi, lekin uning boshqa izotopidan - 235 U ( T 1/2 = 794 million yil). Toriy seriyasi 232 Th nukliddan boshlanadi ( T 1/2 = 14 milliard yil). Nihoyat, tabiatda mavjud bo'lmagan neptuniy seriyasi neptuniyning sun'iy ravishda olingan eng uzoq umr ko'radigan izotopi bilan boshlanadi: 237 Np 233 Pa 233 U 229 Th 225 Ra 225 Ac 221 Fr 217 At 213 Bi 213 Po 02 . Ushbu seriyada "vilka" ham mavjud: 2% ehtimollik bilan 213 Bi 209 Tl ga aylanishi mumkin, bu allaqachon 209 Pb ga aylanadi. Neptunium seriyasining yanada qiziqarli xususiyati gazsimon "emanatsiyalar" ning yo'qligi va seriyaning oxirgi a'zosi qo'rg'oshin o'rniga vismutdir. Ushbu sun'iy seriyaning ajdodining yarim umri "atigi" 2,14 million yilni tashkil etadi, shuning uchun neptunium, hatto Quyosh tizimining shakllanishi paytida ham mavjud bo'lsa ham, bugungi kungacha "omon qololmaydi", chunki Yerning yoshi 4,6 milliard yil deb baholanadi va bu vaqt davomida (2000 dan ortiq yarim umr) neptuniydan birorta ham atom qolmaydi.

Misol tariqasida, Ruterford radiy o'zgarishi zanjiridagi hodisalarning murakkab chigalini ochdi (radiy-226 uran-238 radioaktiv 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; Yuqoridagi seriyada kichik "vilka" ham mavjud: 0,04% ehtimollik bilan RaC RaC"" (210 Tl) ga aylanishi mumkin, keyinchalik u bir xil RaD ga aylanadi ( T 1/2 = 1,3 min). Ushbu radioaktiv qo'rg'oshinning yarimparchalanish muddati ancha uzoq, shuning uchun tajriba davomida uning keyingi o'zgarishlariga e'tibor bermaslik 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%). Ushbu qo'rg'oshin izotoplarining zamonaviy er qobig'idagi nisbati, albatta, asosiy nuklidlarning yarimparchalanish davri bilan ham, ularning Yer hosil bo'lgan materialdagi dastlabki nisbati bilan ham bog'liq. Va "oddiy", radioogen bo'lmagan, er qobig'idagi qo'rg'oshin atigi 1,4% ni tashkil qiladi. Shunday qilib, agar dastlab Yerda uran va toriy bo'lmaganida, undagi qo'rg'oshin 1,6 × 10-3% (taxminan kobalt bilan bir xil) emas, balki 70 baravar kam (masalan, indiy va boshqa noyob metallar kabi) bo'lar edi. tuliy!). Boshqa tomondan, bir necha milliard yil oldin sayyoramizga uchib kelgan xayoliy kimyogar undan ancha kam qo'rg'oshin va ko'proq uran va toriy topgan bo'lar edi...

1915-yilda F.Soddi toriyning Seylon mineral toritidan (ThSiO 4) parchalanishidan hosil boʻlgan qoʻrgʻoshinni ajratib olganida, uning atom massasi 207,77 ga teng, yaʼni “oddiy” qoʻrgʻoshinnikidan (207.2) koʻp boʻlib chiqdi. Bu "nazariy" (208) dan farqi, torit tarkibida qo'rg'oshin-206 ni ishlab chiqaradigan bir oz uran bo'lganligi bilan izohlanadi. Amerikalik kimyogari Teodor Uilyam Richards atom massalarini o'lchash sohasidagi vakolatli shaxs, tarkibida toriy bo'lmagan ba'zi uran minerallaridan qo'rg'oshinni ajratib olganida, uning atom massasi deyarli 206 ga teng bo'lib chiqdi. Bu qo'rg'oshinning zichligi biroz kamroq edi. va u hisoblanganga to'g'ri keldi: ( Pb)  206/207,2 = 0,994(Pb), bunda (Pb) = 11,34 g/sm 3. Bu natijalar nega qo'rg'oshin uchun, boshqa bir qator elementlarda bo'lgani kabi, atom massasini juda yuqori aniqlik bilan o'lchashning ma'nosi yo'qligini aniq ko'rsatib turibdi: turli joylarda olingan namunalar biroz boshqacha natijalar beradi ( sm. uglerod 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 qatorlarning boshlang'ich a'zolari (ular ota-onalar deb ataladi) eng uzoq umr ko'rishadi: uran-238 ning yarimparchalanish davri 4,47 milliard yil, toriy-232 - 14,05 milliard yil, uran-235 ("aktinouran" deb ham ataladi). aktiniy turkumining ajdodi) – 703,8 million yil. Ushbu uzun zanjirning barcha keyingi ("qizi") a'zolari sezilarli darajada qisqaroq umr ko'rishadi. Bunday holda, radiokimyogarlar "radioaktiv muvozanat" deb ataydigan holat yuzaga keladi: asosiy uran, toriy yoki aktiniydan oraliq radionuklid hosil bo'lish tezligi (bu tezlik 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 kichik, uzoq umr ko'radigan 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'zgarishlar quyidagi xulosaga olib keladi: onalar sonining nisbati ( N 0) va bolalar ( N 1, N 2, N 3...) atomlar 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... Shunday qilib, uran-238 ning yarim yemirilish davri 4,47 10 9 yil, radiy 226 1600 yil, shuning uchun uran rudalaridagi uran-238 va radiy-226 atomlari sonining nisbati 4,47 10 9 ga teng: 1600 , undan hisoblash oson (bu elementlarning atom massalarini hisobga olgan holda) 1 tonna uranga 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 va radiyning yarimparchalanish davrini aniqlash uchun sizga kerak emas. ming yildan ortiq kuting - buning uchun (uning radioaktivligi bo'yicha) parchalanish tezligini (ya'ni .d qiymatini) o'lchash kifoya. N/d t) ushbu elementning kichik ma'lum miqdori (ma'lum miqdordagi atomlar bilan N) va keyin d formula bo'yicha N/d t = –N qiymatini aniqlang  = ln2/ T 1/2.

Siqilish qonuni. Agar biron-bir radioaktiv qatorning a'zolari elementlarning davriy tizimida ketma-ket chizilsa, bu qatordagi radionuklidlar asosiy elementdan (uran, toriy yoki neptuniy) qo'rg'oshin yoki vismutga silliq siljimaydi, balki "sakrab" ketadi. o'ngga va keyin chapga. Shunday qilib, uran seriyasida qo'rg'oshinning ikki beqaror izotopi (element No82) vismut izotoplariga (element No83), so'ngra poloniyning izotoplariga (element No84), so'ngra yana qo'rg'oshin izotoplariga aylanadi. Natijada, radioaktiv element ko'pincha elementlar jadvalining bir xil xujayrasiga qaytadi, ammo boshqa massaga ega bo'lgan izotop hosil bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, bu "sakrashlar"da F.Soddi 1911 yilda payqagan ma'lum bir naqsh bor.

Endi ma'lumki,  parchalanish paytida yadrodan  zarracha (geliy atomining yadrosi) chiqariladi, shuning uchun yadro zaryadi 2 ga kamayadi (davriy jadvalda chapga ikki hujayra siljishi) , va massa soni 4 ga kamayadi, bu bizga yangi elementning qanday izotopi hosil bo'lishini taxmin qilish imkonini beradi. Radonning -emirilishi misol bo'lishi mumkin:  + .  yemirilish vaqtida, aksincha, yadrodagi protonlar soni bittaga ko'payadi, lekin yadro massasi o'zgarmaydi ( sm. RADIOFAOLLIK), ya'ni. elementlar jadvalining o'ngga bir katakka siljishi mavjud. Radondan hosil bo'lgan poloniyning ikkita ketma-ket o'zgarishi bunga misol bo'ladi:   . Shunday qilib, agar biz "vilkalar" ni hisobga olmasak, masalan, radiy-226 ning parchalanishi natijasida (uran seriyasiga qarang) qancha alfa va beta zarralari chiqarilishini hisoblash mumkin. Dastlabki nuklid, yakuniy nuklid - . Massaning kamayishi (aniqrog'i, massa soni, ya'ni yadrodagi proton va neytronlarning umumiy soni) 226 - 206 = 20 ga teng, shuning uchun 20/4 = 5 alfa zarralari chiqarilgan. Bu zarralar 10 ta protonni olib ketdi va agar  parchalanish bo'lmasa, yakuniy parchalanish mahsulotining yadro zaryadi 88 - 10 = 78 ga teng bo'ladi. Aslida, yakuniy mahsulotda 82 proton bor, shuning uchun transformatsiyalar paytida. , 4 ta neytron protonga aylandi va 4  zarracha ajralib chiqdi.

Ko'pincha -emirilishdan keyin ikkita -emirilish sodir bo'ladi va shu bilan hosil bo'lgan element elementlar jadvalining dastlabki katakchasiga - dastlabki elementning engilroq izotopi shaklida qaytadi. Ushbu faktlar tufayli D.I.Mendeleevning davriy qonuni elementlarning massasi emas, balki ularning xossalari va yadrosining zaryadi o'rtasidagi munosabatni aks ettirganligi ma'lum bo'ldi (dastlab atomning tuzilishi noma'lum bo'lganida).

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 Ruterford bilan birga ishlagan vengriyalik fizik-kimyogari Dyordji Xevsi va nemis (keyinroq amerikalik) fizik kimyogari Kasimir bor edi. 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 yaqinida bo'lgan eng oddiy moddalarning o'zlari ozmi-ko'pmi radioaktiv bo'lib qolishlari aniqlangan. Ruterford buni "hayajonli faoliyat" deb atagan, Kyurilar buni "induktsiyalangan faoliyat" deb atashgan, ammo uzoq vaqt davomida hech kim bu hodisaning mohiyatini tushuntirib bera olmadi.

1919 yilda Rezerford alfa zarrachalarining turli moddalar orqali o'tishini o'rgandi. Ma'lum bo'lishicha, tez uchuvchi -zarralar yorug'lik elementlarining yadrolariga, masalan, azot, tez uchuvchi protonlar (vodorod yadrolari) yadrolariga urilganda, ulardan vaqti-vaqti bilan chiqib ketishi mumkin, -zarrachaning o'zi esa yadroning bir qismiga aylanadi. , bu uning zaryadini bir marta oshiradi. Shunday qilib, +  + reaksiyasi natijasida azotdan yana bir kimyoviy element - kislorod (uning og'ir izotopi) hosil bo'ladi. Bu bir elementni boshqasiga aylantirishning 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, garchi Ruterford davrida hech kim bu mahoratdan amaliy natija kutmagan edi. Darhaqiqat, a-zarralarni olish uchun ularning manbai, masalan, radiy preparati bo'lishi kerak edi. Eng yomoni, azotda chiqarilgan har million a-zarra uchun o'rtacha atigi 20 ta kislorod atomi olingan.

Vaqt o'tishi bilan boshqa yadroviy reaktsiyalar amalga oshirildi va ularning ko'pchiligi amaliy foydalanishni topdi. 1932 yil aprel oyida Angliya Fanlar Akademiyasi (Qirollik jamiyati) yig'ilishida Ruterford o'z laboratoriyasida yorug'lik elementlarini (masalan, litiy) protonlar bilan parchalash reaktsiyalarini muvaffaqiyatli amalga oshirganligini e'lon qildi. Buning uchun vodoroddan olingan protonlar o'nlab va hatto yuz minglab voltsga teng yuqori kuchlanish yordamida tezlashtirilgan. Alfa zarrachalariga qaraganda kichikroq zaryad va massaga ega bo'lgan protonlar yadroga osonroq kirib boradi. Proton o'zini litiy-7 yadrosiga kiritib, uni berilliy-8 yadrosiga aylantiradi, u deyarli bir zumda ortiqcha energiyani "tashlaydi", ikkita -zarrachaga bo'linadi: +  ()  2. Agar yorug'lik izotopini olsak. litiy (tabiiy litiyda 7,5% ni tashkil qiladi), keyin geliyning ikkita izotopining yadrolari hosil bo'ladi: +  ()  + . Kislorod protonlari bilan bombardimon qilinganda ftor olindi: +  + ; alyuminiy - magniyni o'qqa tutishda: + + .

Ko'p turli transformatsiyalar deyteronlar, ya'ni og'ir vodorod izotopi deyteriyning yadrolari, yuqori tezlikka tezlashtirilgan holda amalga oshirildi. Shunday qilib, +  + reaktsiyasi davomida birinchi marta o'ta og'ir vodorod - tritiy hosil bo'ldi. Ikki deytronning to'qnashuvi turlicha borishi mumkin: +  + , bu jarayonlar boshqariladigan termoyadro reaktsiyasi imkoniyatini o'rganish uchun muhimdir. +  ()  2 reaktsiyasi muhim bo'lib chiqdi, chunki u deytronlarning nisbatan past energiyasida (0,16 MeV) sodir bo'ladi va ulkan energiya - 22,7 MeV chiqishi bilan birga keladi (esda tutingki, 1 MeV = 10 6 eV). , va 1 eV = 96,5 kJ/mol).

Beriliyni -zarrachalar bilan bombardimon qilganda sodir bo'ladigan reaksiya katta amaliy ahamiyatga ega bo'ldi: +  ()  + , 1932 yilda neytral neytron zarrasining ochilishiga olib keldi va radiy-berilliy neytron manbalari juda qulay bo'lib chiqdi. ilmiy tadqiqotlar uchun. Har xil energiyaga ega neytronlarni +  + reaksiyalari natijasida ham olish mumkin; +  + ; +  + . Zaryadga ega bo'lmagan neytronlar atom yadrolariga ayniqsa oson kirib boradi va yonayotgan 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 kvantni chiqarish orqali ortiqcha energiyadan ajralib chiqadi, masalan: +  + . Bu reaksiya yadroviy reaktorlarda uranning boʻlinish reaksiyasini boshqarish uchun keng qoʻllaniladi: reaksiyani sekinlashtirish uchun kadmiy tayoqchalari yoki plitalari yadro qozoniga suriladi.

1934 yilda erlar Iren va Frederik Joliot-Kyuri muhim kashfiyot qilishdi. Ba'zi yorug'lik elementlarini alfa zarralari bilan bombardimon qilib (ularni poloniy chiqargan) ular berilliy uchun ma'lum bo'lgan reaktsiyaga o'xshash reaktsiyani kutishgan, ya'ni. neytronlarni nokaut qilish, masalan:

Agar masala shu o'zgarishlar bilan chegaralangan bo'lsa, u holda -nurlanishni to'xtatgandan so'ng, neytron oqimi darhol qurib ketishi kerak edi, shuning uchun poloniy manbasini olib tashlab, ular barcha faollik to'xtashini kutdilar, ammo zarrachalar hisoblagichi davom etishini aniqladilar. asta-sekin so'nadigan impulslarni ro'yxatdan o'tkazing - aniq eksponent qonunga muvofiq. Buni faqat bitta tarzda 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. Bu elementlar pozitron yemirilishiga uchraydi:  + e + ,  + e + . Uchta barqaror tabiiy izotoplar bilan ifodalangan magniy bilan qiziqarli natijalarga erishildi va ma'lum bo'ldiki, -nurlanishda ularning barchasi 227- yoki pozitronli parchalanishga uchragan kremniy yoki alyuminiyning radioaktiv nuklidlarini hosil qiladi:

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. Neytronlarni "snaryadlar" sifatida ishlatish ayniqsa qulay. Neytronning yadro tomonidan tutilishi ko'pincha uni shu qadar beqaror qiladiki, yangi yadro radioaktiv bo'ladi. U "qo'shimcha" neytronning protonga aylanishi, ya'ni 227 nurlanish tufayli barqaror bo'lishi mumkin; Bunday reaktsiyalar juda ko'p ma'lum, masalan: +   + e. Atmosferaning yuqori qatlamlarida sodir bo'ladigan radiokarbon hosil bo'lish reaktsiyasi juda muhim: +  + ( sm. RADIOKARBONLARNI TAHLIL Usuli). Tritiy litiy-6 yadrolari tomonidan sekin neytronlarning yutilishi natijasida sintezlanadi. Tez neytronlar ta'sirida ko'plab yadroviy transformatsiyalarga erishish mumkin, masalan: +  + ; +  + ; +  + . Shunday qilib, oddiy kobaltni neytronlar bilan nurlantirish orqali gamma nurlanishining kuchli manbai bo'lgan radioaktiv kobalt-60 olinadi (u 60 Co - qo'zg'aluvchan yadrolarning parchalanish mahsuloti tomonidan chiqariladi). Ba'zi transuran elementlari neytronlar bilan nurlanish natijasida hosil bo'ladi. Masalan, tabiiy uran-238 dan dastlab beqaror uran-239 hosil bo'ladi, u  parchalanish paytida ( T 1/2 = 23,5 min) birinchi transuran elementi neptuniy-239 ga aylanadi va u, o'z navbatida, -parchalanish orqali ( T 1/2 = 2,3 kun) juda muhim deb atalmish qurol darajasidagi plutoniy-239 ga aylanadi.

Zaruriy yadro reaksiyasini amalga oshirib, sun'iy ravishda oltin olish va shu tariqa alkimyogarlar qila olmagan narsaga erishish mumkinmi? Nazariy jihatdan, bunga hech qanday to'siq yo'q. Bundan tashqari, bunday sintez allaqachon amalga oshirilgan, ammo u boylik keltirmagan. Oltinni sun'iy ravishda ishlab chiqarishning eng oson yo'li - simobni, oltindan keyin davriy jadvalda keyingi elementni neytronlar oqimi bilan nurlantirishdir. Keyin +  + reaksiyasi natijasida neytron simob atomidan protonni chiqarib yuboradi va uni oltin atomiga aylantiradi. Bu reaktsiya aniq massa raqamlarini ko'rsatmaydi ( A) simob va oltin nuklidlari. Tabiatdagi oltin yagona barqaror nuklid, 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 keyin oltinning barcha radioaktiv izotoplari beta-parchalanish orqali yana simobning asl izotoplariga aylandi...

Ammo boshqa yo'l ham bor: agar simob-196 atomlari sekin neytronlar bilan nurlantirilsa, ular simob-197 atomlariga aylanadi: +  + . Yarim yemirilish davri 2,7 kun bo'lgan bu atomlar elektron tutib, nihoyat barqaror oltin atomlariga aylanadi: + e  . Ushbu transformatsiya 1947 yilda Chikagodagi Milliy laboratoriya xodimlari tomonidan amalga oshirilgan. 100 mg simobni sekin neytronlar bilan nurlantirish orqali ular 0,035 mg 197Au ni oldilar. Barcha simobga nisbatan rentabellik juda kichik - atigi 0,035%, lekin 196Hg ga nisbatan u 24% ga etadi! Shu bilan birga, tabiiy simobdagi 196 Hg izotopi eng kichikdir, bundan tashqari, nurlanish jarayonining o'zi va uning davomiyligi (nurlanish bir necha yil talab qiladi) va murakkab aralashmadan barqaror "sintetik oltin" ni ajratib olish juda qimmatga tushadi. oltinni eng kambag'al rudadan ajratib olish ( 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, uning qachon parchalanishini oldindan aytib bo'lmaydi. Bu tasodifiy jarayon va faqat ma'lum hollarda ma'lum vaqt oralig'ida parchalanish ehtimolini baholash 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: juda ko'p miqdordagi ob'ektlarga xos bo'lgan statistik qonunlar kuchga kiradi. . Va keyin har bir radionuklid juda o'ziga xos qiymat bilan tavsiflanishi mumkin - yarim umr ( T 1/2) - mavjud yadro sonining yarmi parchalanadigan vaqt. Agar dastlabki daqiqada mavjud bo'lsa N 0 yadrosi, keyin bir muncha vaqt o'tgach t = T Ularning 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 yadrolar, qaerda n = t/T 1/2 - yarim yemirilish davri soni (u butun son bo'lishi shart emas). Formulani ko'rsatish oson N = N 0/2 t / T 1/2 formulaga teng N = N 0e -   t, bu yerda  yemirilish doimiysi deb ataladi. Rasmiy ravishda, u emirilish tezligi o'rtasidagi mutanosiblik koeffitsienti sifatida aniqlanadi d N/d t va mavjud yadrolar soni: d N/d t = –N(minus belgisi buni bildiradi N vaqt o'tishi bilan kamayadi). Ushbu differensial tenglamani integrallash yadrolar sonining vaqtga eksponensial bog'liqligini beradi. Ushbu formulani almashtirish N = N 0/2 da t = T 1/2, yemirilish doimiysi yarim yemirilish davriga teskari proportsional ekanligini olamiz:  = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2.  = 1/ qiymati yadroning o'rtacha ishlash muddati deb ataladi. Masalan, 226 Ra uchun T 1/2 = 1600 yil,  = 1109 yil.

Berilgan formulalar bo'yicha, qiymatni bilish T 1/2 (yoki ), har qanday vaqt oralig'idan keyin radionuklid miqdorini hisoblash oson va ulardan siz radionuklid miqdori vaqtning turli nuqtalarida ma'lum bo'lsa, yarimparchalanish davrini hisoblashingiz mumkin. Yadrolar soni o'rniga siz mavjud yadrolar soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan formulaga radiatsiya faolligini almashtirishingiz mumkin. N. Faollik odatda namunadagi parchalanishlarning umumiy soni bilan emas, balki unga mutanosib bo'lgan impulslar soni bilan tavsiflanadi, ular faollikni o'lchash moslamasi tomonidan qayd etiladi. Agar, masalan, 1 g radioaktiv modda bo'lsa, uning yarimparchalanish davri qanchalik qisqa bo'lsa, modda shunchalik faol bo'ladi.

Boshqa matematik qonunlar oz sonli radionuklidlarning harakatini tasvirlaydi. Bu erda biz faqat ma'lum bir hodisaning 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 yoki undan ko'proq yashaydi. Atomning ma'lum vaqt oralig'ida parchalanish ehtimoli olingan qiymatlarni 100 dan ayirish yo'li bilan olinadi. Demak, agar atomning 2 daqiqada yashashi ehtimoli 25% bo'lsa, bu vaqt davomida xuddi shu atomning parchalanish ehtimoli. vaqt 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 o'tishi bilan 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 individual ravishda olinadigan yangi beqaror elementlarni sintez qilishda shunga o'xshash formulalardan foydalanish kerak (masalan, bir guruh amerikalik olimlar 1955 yilda Mendeleviy yangi elementini kashf etganlarida, ular uni atigi 17 atom miqdorida olishgan. ).

Bu zamonaviy jismoniy bilimlar rivojlanishining eng muhim bosqichlaridan biri edi. Olimlar eng kichik zarrachalarning tuzilishi bo'yicha darhol to'g'ri xulosaga kelishmadi. Va ancha keyinroq boshqa qonunlar kashf qilindi - masalan, mikrozarrachalarning harakat qonunlari, shuningdek, radioaktiv parchalanish paytida yuzaga keladigan atom yadrolarining o'zgarishi xususiyatlari.

Ruterford tajribalari

Atom yadrolarining radioaktiv o'zgarishlarini birinchi marta ingliz tadqiqotchisi Rezerford o'rgangan. O'shanda ham atom massasining asosiy qismi uning yadrosida ekanligi aniq edi, chunki elektronlar nuklonlarga qaraganda yuzlab marta engilroqdir. Yadro ichidagi musbat zaryadni o'rganish uchun 1906 yilda Ruterford atomni alfa zarralari bilan tekshirishni taklif qildi. Bunday zarralar radiyning, shuningdek, ba'zi boshqa moddalarning parchalanishi paytida paydo bo'lgan. O'z tajribalari davomida Ruterford atomning tuzilishi haqida tushunchaga ega bo'ldi, unga "sayyora modeli" nomi berildi.

Radioaktivlikning birinchi kuzatuvlari

1985 yilda ingliz tadqiqotchisi, argon gazini kashf qilish bilan mashhur V. Ramsey qiziqarli kashfiyot qildi. U kleveit deb ataladigan mineralda geliy gazini topdi. Keyinchalik ko'p miqdorda geliy boshqa minerallarda ham topilgan, ammo faqat toriy va uran bo'lganlarda.

Bu tadqiqotchiga juda g'alati tuyuldi: minerallarda gaz qaerdan paydo bo'lishi mumkin? Ammo Rezerford radioaktivlik tabiatini o'rganishni boshlaganida, geliy radioaktiv parchalanish mahsuloti ekanligi ma'lum bo'ldi. Ba'zi kimyoviy elementlar butunlay yangi xususiyatlarga ega bo'lgan boshqalarni "tug'adi". Va bu fakt o'sha davr kimyogarlarining oldingi tajribasiga zid edi.

Frederik Soddining kuzatishi

Ruterford bilan birga olim Frederik Soddi tadqiqotda bevosita ishtirok etgan. U kimyogar edi va shuning uchun uning barcha ishlari kimyoviy elementlarni xossalariga ko'ra aniqlash bilan bog'liq holda amalga oshirildi. Darhaqiqat, atom yadrolarining radioaktiv o'zgarishlarini birinchi marta Soddi payqadi. U Ruterford o'z tajribalarida ishlatgan alfa zarralari nima ekanligini aniqlashga muvaffaq bo'ldi. O'lchovlarni amalga oshirgandan so'ng, olimlar bir alfa zarrachaning massasi 4 atom massa birligi ekanligini aniqladilar. Bunday alfa zarralarining ma'lum sonini to'plagan holda, tadqiqotchilar ular yangi modda - geliyga aylanganini aniqladilar. Bu gazning xossalari Soddiga yaxshi ma'lum edi. Shuning uchun u alfa zarralari tashqaridan elektronlarni ushlab, neytral geliy atomlariga aylana olishini ta'kidladi.

Atom yadrosi ichidagi o'zgarishlar

Keyingi tadqiqotlar atom yadrosining xususiyatlarini aniqlashga qaratilgan edi. Olimlar barcha o'zgarishlar elektronlar yoki elektron qobiq bilan emas, balki bevosita yadrolarning o'zlari bilan sodir bo'lishini tushunishdi. Ayrim moddalarning boshqa moddalarga aylanishiga atom yadrolarining radioaktiv oʻzgarishlari sabab boʻldi. O'sha paytda bu o'zgarishlarning xususiyatlari hali ham olimlarga noma'lum edi. Ammo bir narsa aniq edi: natijada qandaydir tarzda yangi kimyoviy elementlar paydo bo'ldi.

Birinchi marta olimlar radiyni radonga aylantirish jarayonida bunday metamorfozalar zanjirini kuzatishga muvaffaq bo'lishdi. Maxsus radiatsiya bilan birga bo'lgan bunday o'zgarishlarga olib keladigan reaktsiyalar tadqiqotchilar tomonidan yadroviy deb atalgan. Bu jarayonlarning barchasi aynan atom yadrosi ichida sodir bo‘lishiga ishonch hosil qilgan olimlar nafaqat radiyni, balki boshqa moddalarni ham o‘rganishga kirishdilar.

Radiatsiyaning ochiq turlari

Bunday savollarga javob talab qilishi mumkin bo'lgan asosiy fan bu fizikadir (9-sinf). Uning kursiga atom yadrolarining radioaktiv transformatsiyalari kiradi. Uran nurlanishining kirib borish qobiliyati bo'yicha tajribalar o'tkazgan Ruterford ikki turdagi nurlanishni yoki radioaktiv o'zgarishlarni kashf etdi. Kamroq kirib boradigan turi alfa nurlanishi deb ataldi. Keyinchalik beta nurlanish ham o'rganildi. Gamma nurlanishini birinchi marta 1900 yilda Pol Villard o'rgangan. Olimlar radioaktivlik hodisasi atom yadrolarining parchalanishi bilan bog'liqligini ko'rsatdi. Shunday qilib, atomning bo'linmas zarrasi haqidagi ilgari hukmron bo'lgan g'oyalarga qattiq zarba berildi.

Atom yadrolarining radioaktiv transformatsiyalari: asosiy turlari

Hozirgi vaqtda radioaktiv parchalanish jarayonida uch turdagi transformatsiyalar sodir bo'ladi, deb ishoniladi: alfa-parchalanish, beta-emirilish va elektronni tutib olish, aks holda K-tutish deb ataladi. Alfa-parchalanish vaqtida geliy atomining yadrosi bo'lgan yadrodan alfa zarrasi chiqariladi. Radioaktiv yadroning o'zi kamroq elektr zaryadiga ega bo'lgan yadroga aylanadi. Alfa-parchalanish davriy tizimda oxirgi o'rinlarni egallagan moddalarga xosdir. Beta-parchalanish atom yadrolarining radioaktiv o'zgarishlariga ham kiradi. Ushbu turdagi atom yadrosining tarkibi ham o'zgaradi: u neytrinolar yoki antineytrinolarni, shuningdek elektron va pozitronlarni yo'qotadi.

Ushbu turdagi parchalanish qisqa to'lqinli elektromagnit nurlanish bilan birga keladi. Elektron tutib olishda atom yadrosi yaqin atrofdagi elektronlardan birini o'zlashtiradi. Bunday holda berilliy yadrosi litiy yadrosiga aylanishi mumkin. Bu turni 1938 yilda amerikalik fizik Alvares ismli olim kashf etgan va u atom yadrolarining radioaktiv oʻzgarishlarini ham oʻrgangan. Tadqiqotchilar bunday jarayonlarni suratga olishga uringan fotosuratlarda o'rganilayotgan zarrachalarning kichik o'lchamlari tufayli loyqa bulutga o'xshash tasvirlar mavjud.

1900 yilda Ruterford ingliz radiokimyogari Frederik Soddiga sirli toron haqida gapirib berdi. Soddi toron bir necha yil avval havoda topilgan argonga o'xshash inert gaz ekanligini isbotladi; u radonning izotoplaridan biri edi, 220 Rn. Radiyning chiqishi, keyinchalik ma'lum bo'lishicha, radonning yana bir izotopi bo'lib chiqdi - 222 Rn (yarimparchalanish davri) T 1/2 = 3,825 kun) va aktiniyning chiqishi bir xil elementning qisqa muddatli izotopidir: 219 Rn ( T 1/2 = 4 s). Bundan tashqari, Ruterford va Soddi toriyning transformatsiya mahsulotlaridan xossalari bo'yicha toriydan farq qiladigan yangi uchuvchan bo'lmagan elementni ajratib oldilar. U toriy X deb nomlangan (keyinchalik u radiy 224 Ra c izotopi ekanligi aniqlandi. T 1/2 = 3,66 kun). Ma'lum bo'lishicha, "toriy chiqishi" asl toriydan emas, balki X toriydan chiqariladi. Shunga o'xshash misollar ko'paydi: dastlab kimyoviy jihatdan yaxshilab tozalangan uran yoki toriyda vaqt o'tishi bilan radioaktiv elementlarning aralashmasi paydo bo'ldi, ulardan o'z navbatida yangi radioaktiv elementlar, shu jumladan gazsimon elementlar ham olingan. Shunday qilib, ko'plab radioaktiv preparatlardan ajralib chiqadigan a-zarralar geliyga o'xshash gazga aylandi, u 1860-yillarning oxirida Quyoshda (spektral usulda), 1882 yilda esa ba'zi jinslarda topilgan.

Ularning birgalikdagi faoliyati natijalari Ruterford va Soddi tomonidan 1902-1903 yillarda Falsafiy jurnalda bir qator maqolalarida nashr etilgan. Ushbu maqolalarda, olingan natijalarni tahlil qilib, mualliflar ba'zi kimyoviy elementlarni boshqalarga aylantirish mumkin degan xulosaga kelishdi. Ular shunday deb yozganlar: “Radioaktivlik – atom hodisasi boʻlib, unda kimyoviy oʻzgarishlar bilan birga yangi turdagi moddalar tugʻiladi... Radioaktivlikni atom ichidagi kimyoviy jarayonning koʻrinishi sifatida koʻrish kerak... Radiatsiya atomlarning oʻzgarishi bilan birga keladi.. Atom o'zgarishi natijasida fizik va kimyoviy xossalari bo'yicha asl moddadan butunlay farq qiladigan mutlaqo yangi turdagi modda hosil bo'ladi."

O'sha paytda bu xulosalar juda dadil edi; boshqa taniqli olimlar, shu jumladan Kyurilar, shunga o'xshash hodisalarni kuzatgan bo'lsalar ham, ularni boshidanoq asl moddada "yangi" elementlarning mavjudligi bilan izohlashgan (masalan, Kyuri uran rudasidan undagi poloniy va radiyni ajratib olgan). Shunga qaramay, Ruterford va Soddi to'g'ri chiqdi: radioaktivlik ba'zi elementlarning boshqalarga aylanishi bilan birga keladi.

Aftidan buzilmas narsa qulab tushayotganga o'xshardi: atomlarning o'zgarmasligi va bo'linmasligi, chunki Boyl va Lavuazye davridan beri kimyogarlar kimyoviy elementlarning (o'sha paytda aytganidek, "oddiy jismlar", qurilish bloklari) ajralmasligi to'g'risida xulosaga kelishgan. koinot), ularning bir-biriga aylanishining mumkin emasligi haqida. O'sha davr olimlarining ongida nima sodir bo'lganligi D.I.Mendeleevning so'zlari bilan yaqqol dalolat beradi, ehtimol u alkimyogarlar asrlar davomida gapirgan elementlarning "o'zgarishi" mumkin bo'lgan elementlarning uyg'un tizimini buzadi. u yaratgan va butun dunyoda tan olingan kimyoviy moddalar. 1906 yilda nashr etilgan darslikda Kimyo asoslari u shunday deb yozgan edi: «... Men (induktiv bilimning qattiq, ammo samarali intizomi asosida) ba'zi elementlarning bir-biriga gipotetik konvertatsiya qilinishini tan olishga umuman moyil emasman va men ularning kelib chiqishi ehtimolini ko'rmayapman. argon yoki urandan radioaktiv moddalar yoki aksincha.

Vaqt Mendeleevning ba'zi kimyoviy elementlarni boshqalarga aylantirish mumkin emasligi haqidagi qarashlarining noto'g'riligini ko'rsatdi; shu bilan birga, uning asosiy kashfiyoti - davriy qonunning daxlsizligini tasdiqladi. Fiziklar va kimyogarlarning keyingi ishlari qaysi hollarda ba'zi elementlar boshqasiga aylanishi mumkinligini va bu o'zgarishlarni qanday tabiat qonunlari boshqarishini ko'rsatdi.

Elementlarning transformatsiyalari. Radioaktiv qator.

20-asrning dastlabki yigirma yilligida. Ko'pgina fiziklar va radiokimyogarlarning mehnati tufayli ko'plab radioaktiv elementlar kashf qilindi. Asta-sekin ma'lum bo'ldiki, ularning o'zgarishi mahsulotlari ko'pincha o'zlari radioaktiv bo'lib, keyingi o'zgarishlarga uchraydi, ba'zan esa juda murakkab. Bir radionuklidning boshqasiga aylanish ketma-ketligini bilish tabiiy radioaktiv qatorlarni (yoki radioaktiv oilalar) yaratish imkonini berdi. Ularning uchtasi bor edi va ular uran qatori, aktiniy qatori va toriy qatori deb atalgan. Ushbu uchta qator og'ir tabiiy elementlardan - 18-asrdan beri ma'lum bo'lgan urandan va 1828 yilda topilgan toriydan (beqaror aktiniy ajdodi emas, balki aktiniy qatorining oraliq a'zosi) kelib chiqqan. Keyinchalik, 1940 yilda sun'iy ravishda olingan birinchi transuran elementi № 93, neptuniumdan boshlab, neptunium seriyasi ularga qo'shildi. Ularning o'zgarishining ko'plab mahsulotlari, shuningdek, quyidagi sxemalarni yozib, asl elementlar nomi bilan atalgan:

Uran seriyasi: UI ® UX1 ® UX2 ® UII ® Io (ion) ® Ra ® ... ® RaG.

Dengiz anemonlari seriyasi: AcU ® UY ® Pa ® Ac ® AcK ® AcX ® An ® AcA ® AcB ® AcC ® AcC"" ® AcD.

Toriy seriyasi: Th ® MsTh1 ® MsTh2 ® RdTh ® ThX ® Them ® ThA ® ThB ® ThC ® ThC" ® ThD.

Ma'lum bo'lishicha, bu qatorlar har doim ham "to'g'ri" zanjirlar emas: vaqti-vaqti bilan ular shoxlanadi. Shunday qilib, 0,15% ehtimollik bilan UX2 UZ ga aylanishi mumkin, keyin UII ga o'tadi. Xuddi shunday, ThC ikki yo'l bilan parchalanishi mumkin: ThC ® ThC" ning o'zgarishi 66,3% da sodir bo'ladi va shu bilan birga, 33,7% ehtimollik bilan ThC ® ThC"" ® ThD jarayoni sodir bo'ladi. Bular - "vilkalar" deb nomlangan, bitta radionuklidning turli xil mahsulotlarga parallel ravishda o'zgarishi, bu seriyadagi radioaktiv o'zgarishlarning to'g'ri ketma-ketligini aniqlashdagi qiyinchilik, shuningdek, uning ko'plab a'zolarining, ayniqsa beta-faollarning juda qisqa umri bilan bog'liq edi.

Bir vaqtlar radioaktiv seriyaning har bir yangi a'zosi yangi radioaktiv element sifatida ko'rib chiqildi va fiziklar va radiokimyogarlar uning uchun o'zlarining belgilarini kiritdilar: ion Io, mezotoriy-1 MsTh1, aktinoranium AcU, toriy emanatsiyasi TheEm va boshqalar. va h.k. Bu belgilashlar noqulay va ularda aniq tizim yo'q; Biroq, ularning ba'zilari hali ham ba'zan an'anaviy ravishda maxsus adabiyotlarda qo'llaniladi. Vaqt o'tishi bilan, bu belgilarning barchasi oddiy kimyoviy elementlarning - radionuklidlarning beqaror navlariga (aniqrog'i, yadrolarga) tegishli ekanligi ma'lum bo'ldi. Kimyoviy jihatdan ajralmas, lekin yarim yemirilish davri (koʻpincha parchalanish turi boʻyicha) elementlarni farqlash uchun F.Soddi 1913 yilda ularni izotoplar deb atashni taklif qildi.

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 (uning boshqa nomi - aktinoranium seriyasi) ham tabiiy urandan kelib chiqadi, lekin uning boshqa izotopidan - 235 U ( T 1/2 = 794 million yil). Toriy seriyasi 232 Th nukliddan boshlanadi ( T 1/2 = 14 milliard yil). Nihoyat, tabiatda mavjud bo'lmagan neptunium seriyasi neptuniumning sun'iy ravishda olingan eng uzoq umr ko'radigan izotopi bilan boshlanadi: 237 Np ® 233 Pa ® 233 U ® 229 Th ® 225 Ra ® 225 Ac ® 221 Fr ® 217 At Bi ® 213 Po ® 209 Pb ® 209 Bi. Ushbu seriyada "vilka" ham mavjud: 2% ehtimollik bilan 213 Bi 209 Tl ga aylanishi mumkin, bu allaqachon 209 Pb ga aylanadi. Neptunium seriyasining yanada qiziqarli xususiyati gazsimon "emanatsiyalar" ning yo'qligi, shuningdek, seriyaning oxirgi a'zosi - qo'rg'oshin o'rniga vismut. Ushbu sun'iy seriyaning ajdodining yarim umri "atigi" 2,14 million yilni tashkil etadi, shuning uchun neptunium, hatto Quyosh tizimining shakllanishi paytida ham mavjud bo'lsa ham, bugungi kungacha "omon qololmaydi", chunki Yerning yoshi 4,6 milliard yil deb baholanadi va bu vaqt davomida (2000 dan ortiq yarim umr) neptuniydan birorta ham atom qolmaydi.

1915-yilda F.Soddi toriyning Seylon mineral toritidan (ThSiO 4) parchalanishidan hosil boʻlgan qoʻrgʻoshinni ajratib olganida, uning atom massasi 207,77 ga teng, yaʼni “oddiy” qoʻrgʻoshinnikidan (207.2) koʻp boʻlib chiqdi. Bu "nazariy" (208) dan farqi, torit tarkibida qo'rg'oshin-206 ni ishlab chiqaradigan bir oz uran bo'lganligi bilan izohlanadi. Amerikalik kimyogar Teodor Uilyam Richards atom massalarini o'lchash sohasidagi vakolatli shaxs, tarkibida toriy bo'lmagan ba'zi uran minerallaridan qo'rg'oshinni ajratib olganida, uning atom massasi deyarli 206 ga teng bo'lib chiqdi. Bu qo'rg'oshinning zichligi ham biroz kamroq edi. , va u hisoblanganiga to'g'ri keldi: r ( Pb) g 206/207,2 = 0,994r (Pb), bu erda r (Pb) = 11,34 g / sm3. Bu natijalar nega qo'rg'oshin uchun, boshqa bir qator elementlarda bo'lgani kabi, atom massasini juda yuqori aniqlik bilan o'lchashning ma'nosi yo'qligini aniq ko'rsatib turibdi: turli joylarda olingan namunalar biroz boshqacha natijalar beradi ( sm. uglerod birligi).

Siqilish qonuni.

Agar biron-bir radioaktiv qatorning a'zolari elementlarning davriy tizimida ketma-ket chizilsa, bu qatordagi radionuklidlar asosiy elementdan (uran, toriy yoki neptuniy) qo'rg'oshin yoki vismutga silliq siljimaydi, balki "sakrab" ketadi. o'ngga va keyin chapga. Shunday qilib, uran seriyasida qo'rg'oshinning ikki beqaror izotopi (element No82) vismut izotoplariga (element No83), so'ngra poloniyning izotoplariga (element No84), so'ngra yana qo'rg'oshin izotoplariga aylanadi. Natijada, radioaktiv element ko'pincha elementlar jadvalining bir xil xujayrasiga qaytadi, ammo boshqa massaga ega bo'lgan izotop hosil bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, bu "sakrashlar"da F.Soddi 1911 yilda payqagan ma'lum bir naqsh bor.

Endi ma'lumki, -parchalanish paytida yadrodan a -zarracha (geliy atomining yadrosi) chiqariladi, shuning uchun yadro zaryadi 2 ga kamayadi (davriy jadvalda ikki hujayraning zarrachaga siljishi). chapda) va massa soni 4 ga kamayadi, bu bizga yangi elementning qanday izotopi hosil bo'lishini taxmin qilish imkonini beradi. Bunga radonning parchalanishi misol bo'la oladi: ® + . b-emirilish bilan, aksincha, yadrodagi protonlar soni bittaga ko'payadi, ammo yadro massasi o'zgarmaydi ( sm. RADIOFAOLLIK), ya'ni. elementlar jadvalining o'ngga bir katakka siljishi mavjud. Bunga misol sifatida radondan hosil bo'lgan poloniyning ikkita ketma-ket o'zgarishi: ® ® . Shunday qilib, agar biz "vilkalar" ni hisobga olmasak, masalan, radiy-226 ning parchalanishi natijasida (uran seriyasiga qarang) qancha alfa va beta zarralari chiqarilishini hisoblash mumkin. Dastlabki nuklid, yakuniy nuklid - . Massaning kamayishi (aniqrog'i, massa soni, ya'ni yadrodagi proton va neytronlarning umumiy soni) 226 - 206 = 20 ga teng, shuning uchun 20/4 = 5 alfa zarralari chiqarilgan. Bu zarralar 10 ta protonni olib ketdi va agar b-parchalanish bo'lmasa, yakuniy parchalanish mahsulotining yadro zaryadi 88 - 10 = 78 ga teng bo'ladi. Aslida, yakuniy mahsulotda 82 proton bor, shuning uchun transformatsiyalar natijasida 4 ta neytron protonga aylandi va 4 ta b zarracha ajralib chiqdi.

Ko'pincha a-emirilishdan keyin ikkita b-emirilish sodir bo'ladi va shu bilan hosil bo'lgan element elementlar jadvalining asl xujayrasiga - dastlabki elementning engilroq izotopi shaklida qaytadi. Ushbu faktlar tufayli D.I.Mendeleevning davriy qonuni elementlarning massasi emas, balki ularning xossalari va yadrosining zaryadi o'rtasidagi munosabatni aks ettirganligi ma'lum bo'ldi (dastlab atomning tuzilishi noma'lum bo'lganida).

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 Ruterford bilan birga ishlagan vengriyalik fizik-kimyogari Dyordji Xevsi va nemis (keyinroq amerikalik) fizik kimyogari Kasimir bor edi. 1887–1975). Ushbu qonun ko'pincha Soddy-Faience qonuni deb ataladi.

Elementlarning sun'iy o'zgarishi va sun'iy radioaktivlik.

Ko'p turli transformatsiyalar deyteronlar, ya'ni og'ir vodorod izotopi deyteriyning yadrolari, yuqori tezlikka tezlashtirilgan holda amalga oshirildi. Shunday qilib, + ® + reaktsiyasi paytida birinchi marta o'ta og'ir vodorod - tritiy hosil bo'ldi. Ikki deytronning to'qnashuvi turlicha davom etishi mumkin: + ® + , bu jarayonlar boshqariladigan termoyadro reaktsiyasi imkoniyatini o'rganish uchun muhimdir. + ® () ® 2 reaktsiyasi muhim bo'lib chiqdi, chunki u deytronlarning nisbatan past energiyasida (0,16 MeV) sodir bo'ladi va ulkan energiya - 22,7 MeV chiqishi bilan birga keladi (esda tutingki, 1 MeV = 10 6 eV). , va 1 eV = 96,5 kJ/mol).

Beriliyni a-zarrachalar bilan bombardimon qilganda sodir bo'ladigan reaksiya katta amaliy ahamiyatga ega bo'ldi: + ® () ® + , u 1932 yilda neytral neytron zarrasining ochilishiga olib keldi va radiy-berilliy neytron manbalari juda qulay bo'lib chiqdi. ilmiy tadqiqotlar uchun. Har xil energiyaga ega neytronlarni reaktsiyalar natijasida ham olish mumkin + ® + ; + ® + ; + ® + . Zaryadga ega bo'lmagan neytronlar atom yadrolariga ayniqsa oson kirib boradi va yonayotgan 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 reaksiya yadroviy reaktorlarda uranning boʻlinish reaksiyasini boshqarish uchun keng qoʻllaniladi: reaksiyani sekinlashtirish uchun kadmiy tayoqchalari yoki plitalari yadro qozoniga suriladi.

Agar masala ushbu o'zgarishlar bilan cheklangan bo'lsa, u holda a-nurlanishni to'xtatgandan so'ng, neytron oqimi darhol qurib ketishi kerak edi, shuning uchun poloniy manbasini olib tashlab, ular barcha faollik to'xtashini kutishgan, ammo zarrachalar hisoblagichi davom etishini aniqladilar. asta-sekin so'nadigan impulslarni ro'yxatdan o'tkazing - aniq eksponent qonunga muvofiq. Buni faqat bitta tarzda 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. Bu elementlar pozitronik yemirilishdan o'tishi ma'lum bo'ldi: ® + e + , ® + e + . Uchta barqaror tabiiy izotoplar bilan ifodalangan magniy bilan qiziqarli natijalarga erishildi va ma'lum bo'lishicha, a-nurlanishda ularning barchasi 227- yoki pozitronli parchalanishga uchragan kremniy yoki alyuminiyning radioaktiv nuklidlarini hosil qiladi:

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. Neytronlarni "snaryadlar" sifatida ishlatish ayniqsa qulay. Neytronning yadro tomonidan tutilishi ko'pincha uni shu qadar beqaror qiladiki, yangi yadro radioaktiv bo'ladi. U "qo'shimcha" neytronning protonga aylanishi, ya'ni 227 nurlanish tufayli barqaror bo'lishi mumkin; Bunday reaktsiyalar juda ko'p ma'lum, masalan: + ® ® + e. Atmosferaning yuqori qatlamlarida sodir bo'ladigan radiokarbon hosil bo'lish reaktsiyasi juda muhim: + ® + ( sm. RADIOKARBONLARNI TAHLIL Usuli). Tritiy litiy-6 yadrolari tomonidan sekin neytronlarning yutilishi natijasida sintezlanadi. Tez neytronlar ta'sirida ko'plab yadroviy transformatsiyalarga erishish mumkin, masalan: + ® + ; + ® + ; + ® + . Shunday qilib, oddiy kobaltni neytronlar bilan nurlantirish orqali gamma nurlanishining kuchli manbai bo'lgan radioaktiv kobalt-60 olinadi (u 60 Co - qo'zg'aluvchan yadrolarning parchalanish mahsuloti tomonidan chiqariladi). Ba'zi transuran elementlari neytronlar bilan nurlanish natijasida hosil bo'ladi. Masalan, tabiiy uran-238 dan dastlab beqaror uran-239 hosil bo'ladi, u b-parchalanish paytida ( T 1/2 = 23,5 min) birinchi transuran elementi neptunium-239 ga aylanadi va u o'z navbatida b-parchalanish orqali ( T 1/2 = 2,3 kun) juda muhim deb atalmish qurol darajasidagi plutoniy-239 ga aylanadi.

Zaruriy yadro reaksiyasini amalga oshirib, sun'iy ravishda oltin olish va shu tariqa alkimyogarlar qila olmagan narsaga erishish mumkinmi? Nazariy jihatdan, bunga hech qanday to'siq yo'q. Bundan tashqari, bunday sintez allaqachon amalga oshirilgan, ammo u boylik keltirmagan. Oltinni sun'iy ravishda ishlab chiqarishning eng oson yo'li davriy jadvalda oltindan keyin keyingi elementni neytronlar oqimi bilan nurlantirishdir. Keyin + ® + reaksiyasi natijasida neytron simob atomidan protonni chiqarib yuboradi va uni oltin atomiga aylantiradi. Bu reaktsiya aniq massa raqamlarini ko'rsatmaydi ( A) simob va oltin nuklidlari. Tabiatdagi oltin yagona barqaror nuklid, 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 keyin oltinning barcha radioaktiv izotoplari beta-parchalanish orqali yana simobning asl izotoplariga aylandi...

Ammo boshqa yo'l ham 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 ® . Ushbu transformatsiya 1947 yilda Chikagodagi Milliy laboratoriya xodimlari tomonidan amalga oshirilgan. 100 mg simobni sekin neytronlar bilan nurlantirish orqali ular 0,035 mg 197Au ni oldilar. Barcha simobga nisbatan rentabellik juda kichik - atigi 0,035%, lekin 196Hg ga nisbatan u 24% ga etadi! Shu bilan birga, tabiiy simobdagi 196 Hg izotopi eng kichikdir, bundan tashqari, nurlanish jarayonining o'zi va uning davomiyligi (nurlanish bir necha yil talab qiladi) va murakkab aralashmadan barqaror "sintetik oltin" ni ajratib olish juda qimmatga tushadi. oltinni eng kambag'al rudadan ajratish (). 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, uning qachon parchalanishini oldindan aytib bo'lmaydi. Bu tasodifiy jarayon va faqat ma'lum hollarda ma'lum vaqt oralig'ida parchalanish ehtimolini baholash 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: juda ko'p miqdordagi ob'ektlarga xos bo'lgan statistik qonunlar kuchga kiradi. . Va keyin har bir radionuklid juda o'ziga xos qiymat bilan tavsiflanishi mumkin - yarim umr ( T 1/2) - mavjud yadro sonining yarmi parchalanadigan vaqt. Agar dastlabki daqiqada mavjud bo'lsa N 0 yadrosi, keyin bir muncha vaqt o'tgach t = T Ularning 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 yadrolar, qaerda n = t/T 1/2 - yarim yemirilish davri soni (u butun son bo'lishi shart emas). Formulani ko'rsatish oson N = N 0/2 t/T 1/2 formulaga teng N = N 0e - l t, bu erda l - yemirilish doimiysi deb ataladi. Rasmiy ravishda, u emirilish tezligi o'rtasidagi mutanosiblik koeffitsienti sifatida aniqlanadi d N/d t va mavjud yadrolar soni: d N/d t= – l N(minus belgisi buni bildiradi N vaqt o'tishi bilan kamayadi). Ushbu differensial tenglamani integrallash yadrolar sonining vaqtga eksponensial bog'liqligini beradi. Ushbu formulani almashtirish N = N 0/2 da t = T 1/2, yemirilish doimiysi yarim yemirilish davriga teskari proportsional ekanligini olamiz: l = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2. t = 1/ l qiymati yadroning o'rtacha ishlash muddati deb ataladi. Masalan, 226 Ra uchun T 1/2 = 1600 yil, t = 1109 yil.

Berilgan formulalar bo'yicha, qiymatni bilish T 1/2 (yoki l), har qanday vaqt oralig'idan keyin radionuklid miqdorini hisoblash oson va ulardan siz radionuklid miqdori vaqtning turli nuqtalarida ma'lum bo'lsa, yarim umrni hisoblashingiz mumkin. Yadrolar soni o'rniga siz mavjud yadrolar soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan formulaga radiatsiya faolligini almashtirishingiz mumkin. N. Faollik odatda namunadagi parchalanishlarning umumiy soni bilan emas, balki unga mutanosib bo'lgan impulslar soni bilan tavsiflanadi, ular faollikni o'lchash moslamasi tomonidan qayd etiladi. Agar, masalan, 1 g radioaktiv modda bo'lsa, uning yarimparchalanish davri qanchalik qisqa bo'lsa, modda shunchalik faol bo'ladi.

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 o'tishi bilan 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 individual ravishda olinadigan yangi beqaror elementlarni sintez qilishda shunga o'xshash formulalardan foydalanish kerak (masalan, bir guruh amerikalik olimlar 1955 yilda Mendeleviy yangi elementini kashf etganlarida, ular uni atigi 17 atom miqdorida olishgan. ).

Ushbu formulaning qo'llanilishini aniq bir holatda tasvirlash mumkin. Masalan, bo'lsin N= 16 atomning yarim yemirilish davri 1 soat. Siz ma'lum miqdordagi atomlarning parchalanish ehtimolini hisoblashingiz mumkin, masalan, vaqt ichida t= 4 soat. Bitta atomning ushbu 4 soat ichida yashashi ehtimoli mos ravishda 1/2 4 = 1/16, bu vaqt ichida uning parchalanish ehtimoli. R= 1 - 1/16 = 15/16. Ushbu dastlabki ma'lumotlarni formulaga 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-kitoblar natijalari jadvalda keltirilgan:

1-jadval.
Qolgan atomlar (16– n)	16	10	8	6	4	3	2	1	0
Atomlar parchalandi 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

Shunday qilib, 4 soatdan keyin (4 yarim parchalanish davri) 16 atomdan bittasi umuman qolmaydi, taxmin qilish mumkin: bu hodisaning ehtimolligi atigi 38,4% ni tashkil qiladi, garchi u boshqa har qanday natija ehtimolidan kattaroqdir. Jadvaldan ko'rinib turibdiki, barcha 16 atomning (35,2%) yoki faqat 14 tasining parchalanish ehtimoli ham juda katta. Ammo 4 yarim umrdan keyin barcha atomlarning "tirik" qolishi ehtimoli (birortasi ham parchalanmagan) ahamiyatsiz. Ma'lumki, agar 16 ta atom bo'lmasa, lekin aytaylik, 10 20 ta bo'lsa, biz deyarli 100% ishonch bilan aytishimiz mumkinki, 1 soatdan keyin ularning sonining yarmi qoladi, 2 soatdan keyin - chorak va hokazo. Ya'ni atomlar qancha ko'p bo'lsa, ularning yemirilishi ko'rsatkich qonuniga shunchalik to'g'ri keladi.

Bekkerel davridan beri o'tkazilgan ko'plab tajribalar shuni ko'rsatdiki, radioaktiv parchalanish tezligiga harorat, bosim yoki atomning kimyoviy holati amalda ta'sir qilmaydi. Istisnolar juda kam uchraydi; Shunday qilib, elektronni qo'lga olishda, qiymat 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 sodir bo'ladi.

Ma'lum bo'lgan beqaror yadrolarning umumiy soni - radionuklidlar - ikki mingga yaqinlashmoqda, ularning umri juda keng chegaralarda o'zgarib turadi. Ma'lumki, yarim umri millionlab va hatto milliardlab yillarga to'g'ri keladigan uzoq umr ko'radigan radionuklidlar ham, soniyaning kichik qismlarida butunlay parchalanadigan qisqa muddatli radionuklidlar ham bor. Ba'zi radionuklidlarning yarim yemirilish 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	12323 yil
6	BILAN	14	5730 yil
15	R	32	14,3 kun
19	TO	40	1,28 10 9 yil
27	Co	60	5272 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 yil
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

Ma'lum bo'lgan eng qisqa umrli nuklid 5 Li: uning ishlash muddati 4,4 · 10 -22 s). Bu vaqt ichida hatto yorug'lik faqat 10-11 sm masofani bosib o'tadi, ya'ni. yadro diametridan bir necha o'n marta kattaroq va har qanday atomning o'lchamidan sezilarli darajada kichikroq masofa. Eng uzoq umr ko'rish muddati 128 Te (31,7% miqdorida tabiiy tellurda mavjud) sakkiz septillion (8·10 24) yil - uni radioaktiv deb atash qiyin; Taqqoslash uchun, bizning koinotimiz "atigi" 10 10 yoshda ekanligi taxmin qilinadi.

Nuklidning radioaktivlik birligi bekkerel: 1 Bq (Bq) soniyada bir parchalanishga to'g'ri keladi. Tizimdan tashqari birlik kyuri tez-tez ishlatiladi: 1 Ci (Ci) soniyada 37 milliard parchalanish yoki 3,7 ga teng. . 10 10 Bq (1 g 226 Ra taxminan bu faollikka ega). Bir vaqtlar Ruterfordning tizimdan tashqari birligi taklif qilingan: 1 Rd (Rd) = 10 6 Bq, lekin u keng tarqalmagan.

Adabiyot:

Soddy F. Atom energiyasi tarixi. M., Atomizdat, 1979 yil
Choppin G. va boshqalar. Yadro kimyosi. 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

Bir kimyoviy elementning yadrosi boshqa atom raqamiga ega bo'lgan boshqa elementning yadrosiga aylanadigan transformatsiyalar radioaktiv parchalanish deb ataladi. Tabiiy sharoitda hosil bo'lgan va mavjud bo'lgan radioaktiv izotoplar tabiiy radioaktiv deyiladi; yadro reaksiyalari natijasida sun'iy ravishda olingan bir xil izotoplar sun'iy ravishda radioaktivdir. Tabiiy va sun'iy radioaktiv izotoplar o'rtasida tub farq yo'q, chunki atom yadrolarining xususiyatlari 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, urandan olingan nurlanish fotografik emulsiyaning qorayishiga va havoni ionlashtirishga olib kelishi mumkin. Kyuri-Sklodovska birinchi bo'lib uranning nurlanish intensivligini o'lchadi va nemis olimi G.S.Shmidt bilan bir vaqtda toriyda radioaktivlikni topdi. Izotoplarning o'z-o'zidan ko'rinmas nurlanish xususiyatini Kyurilar radioaktivlik deb atashgan. 1898 yil iyul oyida ular uran qatroni rudasida yangi radioaktiv element - poloniy topilganligi haqida xabar berishdi. 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 turlicha tutadigan uch xil 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 - kam 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. Debir va F. Gizel dengiz anemonini topdilar. O.Xalm radiotoriy va mezotoriyni, V.V.Boltvud ionni, L.Meytner protaktiniyni kashf etdi. Bu elementlarning barcha izotoplari radioaktivdir. 1903 yilda Per Kyuri va S.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 geliy gazi borligini aniqladilar. Rezerford, F. Dorn, Debyer va Gizellarning 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 vaqtida 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, K. Fajans va U.J.Rassel tomonidan ishlab chiqilgan.

Bu qonunlar quyidagilardan iborat. Alfa-parchalanish jarayonida asl element har doim boshqa elementni hosil qiladi, u davriy jadvalda joylashgan D.I. Mendeleyev asl elementning chap tomonidagi ikkita katak (tartib yoki atom raqami asl nusxadan 2 ta kam); beta-parchalanish paytida asl element har doim boshqa elementni hosil qiladi, u davriy jadvalda asl elementning o'ng tomonida bir hujayra joylashgan (atom raqami asl elementning atom raqamidan bir kattaroq).

Radioaktiv elementlarning o'zgarishini o'rganish izotoplarni, ya'ni kimyoviy xossalari va atom raqamlari bir xil bo'lgan, lekin massa va fizik xususiyatlari, xususan, radioaktiv xususiyatlari (radiatsiya turi, parchalanish tezligi) bo'yicha bir-biridan farq qiluvchi atomlarning kashf etilishiga olib keldi. ). Ko'p miqdordagi topilgan radioaktiv moddalardan faqat radiy (Ra), radon (Rn), poloniy (Po) va protaktiniy (Pa) 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 etib, atomning barcha xossalarini, xususan, uning elektron qobiqlari tuzilishini va kimyoviy xossalarini aniqlovchi yadro ekanligini isbotlaganidan so‘ng (qarang Atom, Atom yadrosi) radioaktiv o‘zgarishlar aniq bo‘ldi. atom yadrolarining o'zgarishi bilan bog'liq. 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 Al atomlarini alfa zarrachalari bilan bombardimon qilish orqali birinchi bo'lib sun'iy yo'l bilan fosforning radioaktiv izotopini olishdi. P30 yadrolari, tabiiy radioaktiv izotoplarning yadrolaridan farqli o'laroq, parchalanish paytida elektronlar emas, balki pozitronlar chiqaradi va barqaror Si30 kremniy yadrolariga aylanadi. Shunday qilib, 1934 yilda sun'iy radioaktivlik va radioaktiv parchalanishning yangi turi - pozitron parchalanishi yoki b+ yemirilishi bir vaqtning o'zida kashf qilindi. Joliot-Kyuri barcha tez zarralar (protonlar, deytronlar, neytronlar) yadro reaksiyalarini keltirib chiqaradi va tabiiy radioaktiv izotoplarni olish uchun ishlatilishi mumkin degan fikrni bildirgan. Fermi (E. Fermi) turli elementlarni neytronlar bilan bombardimon qildi va deyarli barcha kimyoviy elementlarning radioaktiv izotoplarini oldi. Hozirgi vaqtda tezlashtirilgan zaryadlangan zarralar va neytronlar yordamida turli xil yadroviy reaktsiyalar amalga oshirildi, buning natijasida har qanday radioaktiv izotoplarni olish mumkin bo'ldi.

1937 yilda L. Alvares radioaktiv transformatsiyaning yangi turini - elektronni tutib olishni kashf etdi. Elektron tutib olishda atomning yadrosi atom qobig'idan elektronni ushlaydi va boshqa elementning yadrosiga aylanadi. 1939 yilda Xan va F. Strassmann neytronlar bilan bombardimon qilinganda uran yadrosining engilroq yadrolarga (boʻlinish boʻlaklari) boʻlinishini aniqladilar. Xuddi shu yili Flerov va Pietrzak uran yadrolarining bo'linish jarayoni tashqi ta'sirsiz o'z-o'zidan sodir bo'lishini ko'rsatdi. Shunday qilib, ular radioaktiv transformatsiyaning yangi turini - og'ir yadrolarning o'z-o'zidan bo'linishini kashf etdilar.

Hozirgi vaqtda radioaktiv o'zgarishlarning quyidagi turlari ma'lum, ular tashqi ta'sirlarsiz, o'z-o'zidan, faqat atom yadrolarining tuzilishi bilan belgilanadigan ichki sabablarga ko'ra sodir bo'ladi.

O'qish foydali bo'lishi mumkin: