Kararsız çekirdeklerin bozunması için farklı seçeneklerle ve çekirdeğin anında çökmesini önlemenin farklı yolları ile alfa bozunumuyla tanışmaya başlayalım. Bir alfa parçacığı, iki proton ve iki nötrondan oluşan bir helyum atomunun çekirdeğidir. Bu kombinasyon özellikle nükleer kuvvetler tarafından sıkı bir şekilde bir arada tutulmaktadır. Bu nedenle, ağır bir çekirdek fazladan proton ve nötronları kaybetmeye hazırsa, kural olarak bir alfa parçacığı şeklinde uçarlar. Bu sürece alfa bozunması denir.
Aslında çekirdek alfa parçacığını öylece bırakmayacaktır; sonuçta aralarında nükleer çekim kuvvetleri etki eder. Şimdi, eğer parçacık zaten çekirdekten kopmuş ve gözle görülür bir mesafeye uzaklaşmış olsaydı, o zaman aralarındaki elektriksel itme kuvvetleri onları uzaklaştırırdı. Ancak bu alana nüfuz etmek kolay değil - özgürlüğe giden yolda alfa parçacığının yüksek ve geniş potansiyel enerji bariyerini bir şekilde aşması gerekiyor. Parçacığı serbest bırakmaz ve böylece çekirdeğin anlık alfa bozunmasını önler. Alfa parçacığı çekirdeğin içinde hızla hareket ediyor ve sürekli olarak potansiyel bir bariyere çarpıyor gibi görünüyor.
Neyse ki kuantum mekaniğinde parçacıklar lokalize değil, uzayda biraz dağılmış durumdadır. Bu nedenle, bazılarında çok küçük ama yine de sıfır olmayan olasılıkla, bir alfa parçacığı er ya da geç kendisini bariyerin diğer tarafında bulabilecektir. Parçacık tünelleri, bu bariyeri aşmak için yeterli enerjiye sahip olmamasına rağmen potansiyel bariyerden geçer. Ve şimdi, sonunda kendisini bariyerin diğer tarafında bulan parçacık, yalnızca elektriksel itmeyi hissediyor ve zevkle uçup gidiyor.
Alfa bozunmasına hazır bir çekirdeğin ömrü bu bariyerin özelliklerine göre belirlenir. Bariyer ne kadar yüksek ve geniş olursa dışarı sızma olasılığı da o kadar az olur, bu da alfa bozunmasının oluşmasının o kadar uzun süreceği anlamına gelir. Bazı durumlarda bariyerin aşılması çok zordur ve çekirdeğin ömrünün milyarlarca yıla kadar delicesine uzun olduğu ortaya çıkar. Diğer durumlarda bariyer zayıftır ve çürüme çok hızlı gerçekleşir. Örneğin, alfa bozunması yapabilen en basit çekirdek - berilyum-8, 8 Be - dört proton ve dört nötron içerir ve bu nedenle büyük bir zevkle iki alfa parçacığına bozunur. Ömrü yarım asır önce ölçülmüştü ve 10 −16 s = 100 ac. Bunun hızlı bir bozunma olmasına rağmen nükleer ölçekte yine de yaklaşık bir milyon tipik nükleer döngü gerektirdiğini unutmayın.
Bu arada, 8 Be çekirdeğinin bu kadar kararsız olması gerçeğinin, Evrendeki kimyasal elementlerin sentezi ve nihayetinde yaşam üzerinde çok büyük etkileri var! Yıldızların derinliklerinde hidrojen yavaş yavaş yanarak helyuma dönüşür. Alfa parçacıkları olan helyum çekirdekleri sürekli etrafta uçuşarak birbirleriyle çarpışıyor ve zaman zaman berilyum-8'i oluşturuyor. Eğer bu çekirdek kararlı olsaydı ya da en azından uzun ömürlü olsaydı, yeni alfa parçacıkları hızla ona yapışarak karbon, nitrojen vb. oluşturacaktı. Başka bir deyişle helyumun tamamı çok çabuk tükenir. Gerçekte, 8 Be o kadar hızlı bozunuyor ki, içine başka bir alfa parçacığını sokmak için nadiren zaman buluyor. Yıldızlardaki helyumun bu kadar kolay yanmamasının nedeni budur. Alfa parçacıklarının ara berilyum-8 yoluyla karbona üçlü dönüşüm süreci ancak çok geç aşamalarda, yıldızdaki basınç arttığında tam hızda başlatılır.
kendiliğinden (kendiliğinden) radyoaktif bozunma sürecinde alfa parçacıklarının atom çekirdekleri tarafından emisyonu (bkz. Radyoaktivite). A.-r ile. atom numarası Z ve kütle numarası (bkz. Kütle numarası) A olan radyoaktif (“ana”) çekirdekten bir helyum çekirdeği yayılır
Yaklaşık 200 a-radyoaktif çekirdek bilinmektedir (1968); çoğu kurşundan daha ağırdır (Z > 82). Z (atom çekirdeği) değerleri aralığında belirli miktarda α-radyoaktif izotop mevcuttur. Bu nedenle, nadir toprak bölgesinde birkaç α-radyoaktif çekirdek vardır (örneğin, Ömür Boyu) , düşük enerjili A.-r'ye sahip çekirdeklerin karakteristiği. (aşağıya bakınız).
A.-r ile. Belirli bir radyoaktif izotopun yayılan α parçacıkları kabaca aynı enerjiye sahiptir. Atomizasyon sırasında açığa çıkan enerji, alfa parçacığı ile çekirdek arasında kütleleriyle ters orantılı bir oranda bölünür. α parçacıklarının enerjisi farklı izotoplar için farklıdır. Belirli bir izotopun (veya ömrünün) yarı ömrü T 1/2 ne kadar kısa olursa, o kadar uzun olur. Bilinen tüm α-radyoaktif izotoplar için, α-partiküllerinin enerjisi 2 ile 2 arasında değişir. Mev 9'a kadar Mev.α-radyoaktif çekirdeklerin yaşam süreleri, yaklaşık 3 10 -7 arasında değişen çok geniş bir değer aralığında dalgalanır. saniye 212 Po için 142 Ce için 5 10 15 yıla kadar. α-parçacıklarının ömürleri ve enerjileri Sanat'taki tabloda verilmiştir. İzotoplar ; Tüm α-radyoaktif izotoplar da burada belirtilmiştir.
α-partikülleri, esas olarak atomların ve moleküllerin elektronik kabuklarıyla etkileşimleri sırasında maddeden geçerken enerji kaybeder; bu sırada her ikisinin de iyonizasyonu, uyarılması ve son olarak moleküllerin ayrışması meydana gelir. Bir α parçacığının enerjisini tamamen kaybetmek için çok fazla sayıda çarpışma (10 4 -10 5) gereklidir. Bu nedenle, ortalama olarak, belirli bir enerjinin tüm α parçacıkları küçük bir dağılımla (%3-4) yaklaşık olarak aynı yolları kat eder. Ağır bir a parçacığının hafif bir elektronla çarpışması, hareketinin yönünü gözle görülür şekilde değiştiremeyeceğinden, bu yol (a parçacığının yolu) basittir.
Dolayısıyla, belirli bir enerjiye sahip α parçacıkları durmadan önce çok belirli bir aralığa sahiptir; örneğin, normal atmosferik basınç ve oda sıcaklığındaki havada, alfa parçacıkları yaklaşık 2,5 ila 8,5 aralığındadır. santimetre. Bir bulut odasındaki α-parçacık izlerinin uzunluğundan radyoaktif bir numunenin izotopik bileşimi niteliksel olarak belirlenebilir. Açık pirinç. 1 A.R. sırasında yayılan α parçacıklarının izlerini gösteren bir fotoğraf gösteriliyor.
Bir alfa parçacığı çekirdeği terk ederken iki farklı kuvvete maruz kalır. Büyüklüğü çok büyük olan ve yakın mesafelerde etkili olan nükleer kuvvetler, parçacığı çekirdeğin içinde tutma eğilimindeyken, ortaya çıkan α parçacığının çekirdeğin geri kalanıyla Coulomb (elektrik) etkileşimi, itici bir kuvvetin ortaya çıkmasına neden olur.
Açık pirinç. 2 Bir a parçacığının son çekirdekle (a parçacığının ayrılmasından sonra kalan çekirdek) etkileşiminin potansiyel enerjisinin çekirdeğin merkezine olan mesafeye bağımlılığı gösterilmiştir. İtibaren pirinç. α parçacığının ayrılırken Potansiyel bariyerini aşması gerektiği açıktır.
Farklı çekirdeklerdeki bir alfa parçacığının toplam (yani potansiyel artı kinetik) enerjisi hem negatif değerleri hem de nükleer yükün artmasıyla birlikte pozitif değerleri de alabilir. Bu son durumda, A.-r. enerjisel olarak çözülecektir. Kesintisiz çizgi açık pirinç. 2 çekirdekteki α parçacığının toplam enerjisini (veya başka bir deyişle çekirdekteki α parçacığının enerji seviyesini) gösterir. Pozitif fazla toplam enerji, harfle gösterilir E, radyoaktif çekirdeğin kütlesi ile α parçacığının ve son çekirdeğin kütlelerinin toplamı arasındaki farkı temsil eder.
Örneğin 238 92 için yüksekliği V olan potansiyel bir bariyer olmasaydı sen 15'e eşit Maev, daha sonra pozitif kinetik enerjiye sahip bir α parçacığı E (238 92 için) sen kinetik enerji Alfa bozunması olacaktır4.2 Mev) çekirdeği serbestçe terk edebilir. Uygulamada bu, pozitif değerlere sahip çekirdeklere yol açacaktır. e doğada kesinlikle mevcut olmazdı. Ancak doğada E'nin pozitif olduğu Z ≥ 50 olan çekirdeklerin olduğu bilinmektedir.
Öte yandan, klasik mekanik açısından E enerjisine sahip bir α parçacığı
α parçacıklarının dalga doğasını hesaba katan kuantum mekaniği, α parçacıklarının potansiyel bir bariyerden "sızmasının" sonlu olasılığının olduğunu gösterir (Tünel etkisi). Bariyer, α parçacığına karşı kısmen şeffaf hale gelir. Bir bariyerin şeffaflığı, yüksekliğine V ve genişliğine B aşağıdaki şekilde bağlıdır:
şeffaflık 
İşte b - çekirdeğin yarıçapına bağlı değer r, m - bir α parçacığının kütlesi, E - onun enerji (bkz. pirinç. 2 ). Bariyerin şeffaflığı (geçirgenliği) daha büyüktür, genişliği ne kadar küçükse ve a parçacığının enerji seviyesi potansiyel bariyerin tepesine ne kadar yakınsa (çekirdekteki a parçacığının enerjisi o kadar büyük olur).
A.-r olasılığı. potansiyel bariyerin geçirgenliği ile orantılıdır. Artan α-parçacığı enerjisiyle bariyer genişliği azaldığından ( pirinç. 2 ), A.-r. olasılığının deneysel olarak elde edilen keskin bağımlılığı açıklığa kavuşur. E'den - α parçacıklarının kinetik enerjisi. Örneğin yayılan α parçacıklarının enerjisi 5'ten 6'ya çıktığında Mev A.-r olasılığı. 10 7 kat artar.
A.-r olasılığı. aynı zamanda çekirdekte bir alfa parçacığının oluşma olasılığına da bağlıdır. Bir alfa parçacığının çekirdeği terk etmeden önce orada oluşması gerekir. α parçacıkları çekirdekte kalıcı olarak mevcut değildir. Oluşturduğu dört temel parçacık, çekirdekteki nükleonların karmaşık hareketinde rol oynar ve bunları bu çekirdeğin diğer parçacıklarından ayırmanın bir yolu yoktur. Ancak 4 nükleonun rastgele yaklaşması sonucunda çekirdekte kısa bir süre için bir alfa parçacığının oluşma ihtimali gözle görülür (Alfa bozunması10-6) bir olasılıktır. Yalnızca α parçacığı çekirdeği terk ettiğinde ve ondan yeterince uzakta olduğunda, α parçacığı ve çekirdek iki ayrı parçacık olarak düşünülebilir.
A.-r olasılığı. çekirdeğin boyutuna keskin bir şekilde bağlıdır [bkz. formül (*)], A.-r kullanımına izin verir. Ağır çekirdeklerin boyutunu belirlemek için.
Daha önce de belirtildiği gibi, atomizasyon sonucu çekirdekten kaçan α parçacıklarının enerjisi, atomizasyondan önce ve sonra çekirdeklerin kütleleri arasındaki farkın enerji eşdeğerine, yani E'nin değerine tam olarak eşit olmalıdır. Bu ifade yalnızca son çekirdeğin bulunduğu durum için geçerlidir.
Aslında, birçok radyoaktif elementin α-radyasyonunun, enerjileri birbirine yakın olan birkaç α-partikül grubundan oluştuğu (α-spektrumunun "ince yapısı") deneysel olarak gösterilmiştir. Örnek olarak pirinç. 3 212 83 Bi'nin (bizmut-212) bozunmasından elde edilen α parçacıklarının spektrumunu gösterir.
Açık pirinç. 4 212 83 Bi'nin son çekirdeğin temel ve uyarılmış durumlarına doğru α bozunmasının enerji diyagramını gösterir
Ana grup ve ince yapı hatları arasındaki enerji farkları 0,04, 0,33, 0,47 ve 0,49'dur. Mev.α spektrumlarının ince yapı çizgilerini deneysel olarak ayırt etmek ancak manyetik alfa spektrometrelerin yardımıyla mümkündür.
α parçacıklarının spektrumlarının ince yapısının bilinmesi, son çekirdeğin uyarılmış durumlarının enerjisinin hesaplanmasını mümkün kılar.
Bazı radyoaktif izotoplar, ana α parçacıkları grubunun enerjisinden çok daha büyük enerjilere sahip az sayıda α parçacıkları yayar. Örneğin, alfa parçacıklarının bozunma spektrumunda MeV, ana grubun enerjisinden daha büyüktür. Bu iki grubun yoğunluğuna sözde denir. uzun menzilli α-parçacıkları, α-radyasyonunun toplam yoğunluğunun yalnızca 10-5'lik Alfa bozunumudur. Bu parçacıklardan birinin izi görülebilir. pirinç. 5 . Uzun menzilli parçacıkların varlığı A.-r. uyarılmış durumdaki (daha yüksek enerjiye sahip) çekirdekleri deneyimleyebilir.
Atom ve nükleer fiziğin birçok temel kavramı, kökenlerini α-radyoaktivite çalışmasına borçludur. 1928'de G. Gamow tarafından ve bağımsız olarak G. Gurney ve E. Condon tarafından önerilen kuantum mekaniği teorisi, kuantum mekaniğinin nükleer süreçlere ilk uygulanmasıydı. α-parçacık saçılımının incelenmesi, atom çekirdeğinin atomun kütle merkezi ve pozitif yükü olduğu kavramına yol açtı. Hafif elementlerin alfa parçacıklarıyla ışınlanması, nükleer reaksiyonların ve yapay radyoaktivitenin keşfedilmesine yol açtı.
Aydınlatılmış.: Glesson S., Atom. Atom çekirdeği. Atom enerjisi, çev. İngilizce'den, M., 1961; Goldansky V.I., Leikin E.M., Atom çekirdeğinin dönüşümleri, M., 1958.
VS. Evseev.
Pirinç. 2. Bir α parçacığının sonlu bir çekirdekle etkileşiminin potansiyel enerjisi. V- potansiyel bariyerin yüksekliği, İÇİNDE- genişliği, e- α-parçacık enerjisi, R- çekirdeğin merkezine olan mesafe.
α parçacıkları temel duruma geçişe karşılık gelir, α 1, α 2, α 3 ve α 4, son çekirdeğin uyarılmış durumlardan birine geçişi sırasında yayılan alfa parçacıklarıdır.
Pirinç. 1. Bir bulut odasındaki α-parçacıklarının izlerinin fotoğrafları, α-parçacıkları AcS + AcS kaynağı tarafından yayılır." Şekil, AcS tarafından yayılan 2 α-parçacık izini göstermektedir." Bu parçacıkların menzili daha uzundur (6,6 santimetre) α parçacıkları AcC'den (5.4) santimetre).
Büyük Sovyet Ansiklopedisi. - M .: Sovyet Ansiklopedisi. 1969-1978 .
Eş anlamlı:Diğer sözlüklerde “Alfa bozunması”nın ne olduğunu görün:
A; m.Bir alfa parçacığının yayıldığı bir atom çekirdeğinin radyoaktif dönüşümü. * * * alfa bozunması (α bozunması), atom çekirdeğinin bir tür radyoaktif bozunması, bir alfa parçacığı yayıldığında, çekirdeğin yükü 2 birim azalır, kütle numarası ... ... ansiklopedik sözlük
Modern ansiklopedi
Alfa bozunması- (bozunma), radyoaktivite türü; Bir atom çekirdeği tarafından bir alfa parçacığının emisyonu. Alfa bozunması sırasında kütle numarası (nükleon sayısı) 4 birim azalır, çekirdeğin yükü (proton sayısı) 2 birim azalır. Bu durumda bölünen enerji açığa çıkar... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük
Alfa bozunması- (α bozunması) atom çekirdeğinin kendiliğinden radyoaktif bozunması sırasında alfa parçacıklarının (α parçacıkları) emisyonu. Nükleer yük 2 birim, kütle numarası ise 4 birim azalır. Kütle numarası A 200'den büyük ve yük numarası Z olan ağır çekirdeklerin özelliği... ... Rusya'nın işgücünün korunması ansiklopedisi
Çürüme bir parçacığın emisyonu eşliğinde çekirdekler. A.r. Z çekirdeğinin yükü (temel yük birimleri cinsinden) 2 birim azalır ve A kütle numarası 4 birim azalır, örneğin: 22688Ra® 22286Rn+42He AR sırasında açığa çıkan enerji bir parçacık arasında bölünür ... Fiziksel ansiklopedi
ALFA BOZUNMASI- nükleer yükün yayıldığı (bkz.), çekirdeğin yükünün 2 birim azaldığı, kütle numarasının 4 olduğu atom çekirdeğinin bir tür kendiliğinden radyoaktif bozunması. AR mekanizması. ayrı bir enerji spektrumuna sahip olan alfa parçacıklarıyla ilişkilidir (bkz.). A. r. katmak... Büyük Politeknik Ansiklopedisi
Alfa bozunması- alfa parçacıklarının (4 He çekirdeği) emisyonu ile birlikte atom çekirdeklerinin bozunması.
Bazı izotoplar kendiliğinden alfa parçacıkları yayabilir (alfa bozunması deneyimi yaşar), yani. öyle alfa radyoaktif
. Nadir istisnalar dışında (örneğin 8 Be) alfa radyoaktivitesi hafif ve orta çekirdekler arasında bulunmaz. Alfa radyoaktif izotopların büyük çoğunluğu (200'den fazla) periyodik tabloda ağır çekirdekler bölgesinde (Z > 83) bulunur. Nadir toprak elementleri arasında yaklaşık 20 alfa radyoaktif izotop da bilinmektedir; ayrıca alfa radyoaktivitesi, proton kararlılık sınırına yakın bulunan çekirdeklerin karakteristiğidir. Bunun nedeni, alfa bozunmasının Coulomb itmesiyle ilişkili olmasıdır; nükleer boyutlar, kütle numarası A ile doğrusal olarak artan nükleer çekici kuvvetlerden daha hızlı arttıkça (Z2 olarak) artar.
Enerjinin korunumu yasasından kaynaklanan koşul yerine getirilirse çekirdek alfa radyoaktiftir
buna denir alfa bozunumu enerjisi . Çekirdekler ayrıca son çekirdeklerin uyarılmış durumlarına ve başlangıç çekirdeklerinin uyarılmış durumlarına doğru alfa bozunmasına uğrayabilir. Bu nedenle alfa bozunum enerjisi (2) için ilişki aşağıdaki şekilde genelleştirilebilir
| Q α = (M(A,Z) - M(A-4,Z-2) - M α) ile 2 + - , |
sırasıyla başlangıç ve son çekirdeklerin uyarılma enerjileri nerede ve nerededir. Uyarılmış durumların bozunması sonucu ortaya çıkan alfa parçacıklarına denir. uzun mesafe
. A > 190 olan çoğu çekirdek için ve 150 olan birçok çekirdek için< A < 190 условие (12) выполняется, однако далеко не все они
считаются альфа-радиоактивными. Дело в том, что современные экспериментальные
возможности не позволяют обнаружить альфа-радиоактивность для нуклидов с
периодом полураспада большим, чем 10 16 лет. Кроме того, часть
“потенциально” альфа-радиоактивных ядер испытывают также бета-распад, который
сильно конкурирует с альфа-распадом.
Alfa bozunum enerjisinin büyük kısmı (yaklaşık %98'i) alfa parçacıkları tarafından taşınır. Alfa parçacığı T α'nın kinetik enerjisi için enerjinin ve momentumun korunumu yasalarını kullanarak şu ilişkiyi elde edebiliriz:
|
Bilinen alfa radyoaktif nüklidlerin yarı ömürleri 212 Po için 0,298 μs ile 144 Nd, 174 Hf için >10 15 yıl arasında değişir. Ağır çekirdekler tarafından temel durumlardan yayılan alfa parçacıklarının enerjisi 4 - 9 MeV'dir, nadir olarak dünya çekirdekleri 2 - 4,5 MeV.
Alfa bozunmasının önemli bir özelliği, alfa parçacıklarının enerjisindeki küçük bir değişiklikle yarı ömürlerin birçok büyüklük düzeyinde değişmesidir. Yani 232 Th Q α = 4,08 MeV için, T 1/2 = 1,41·10 10 yıl ve 218 Th Q α = 9,85 MeV için T 1/2 = 10 μs. Enerjideki 2 katlık bir değişiklik, yarı ömürde 24 büyüklük düzeyinde bir değişikliğe karşılık gelir.
Bir elementin çift-çift izotopları için yarı ömrün alfa bozunum enerjisine bağımlılığı ampirik Geiger-Nettol yasasıyla iyi bir şekilde tanımlanır.
burada T 1/2 sn, Q α MeV cinsinden. İncirde. Şekil 1, 119 alfa-radyoaktif çift-çift çekirdeklerin (Z 74'ten 106'ya kadar) yarı ömürlerinin deneysel değerlerini ve bunların (6) ilişkisini kullanarak açıklamalarını göstermektedir.
|
Tek-çift, çift-tek ve tek-tek çekirdekler için genel eğilim devam etmektedir, ancak bunların yarı ömürleri, Z ve Q α verilen çift-çift çekirdeklere göre 2 ila 1000 kat daha uzundur.
Alfa bozunmasının ana özellikleri, özellikle de alfa bozunması olasılığının enerjiye güçlü bağımlılığı, 1928'de G. Gamow ve ondan bağımsız olarak R. Gurney ve E. Condon tarafından açıklandı. Alfa bozunması olasılığının esas olarak bir alfa parçacığının potansiyel bir bariyerden geçme olasılığıyla belirlendiğini gösterdiler.
Basit bir alfa bozunumu modelini ele alalım. Alfa parçacığının R yarıçaplı küresel bir bölgede hareket ettiği varsayılmaktadır; burada R, çekirdeğin yarıçapıdır. Onlar. Bu modelde alfa parçacığının çekirdekte sürekli olarak mevcut olduğu varsayılmaktadır.
Alfa bozunması olasılığı, f çekirdeğinin sınırında bir alfa parçacığı bulma olasılığı ile bunun potansiyel bariyer D'den geçme olasılığının (bariyerin şeffaflığı) çarpımına eşittir.
f'yi, bir alfa parçacığının bariyerin iç sınırları üzerinde birim zaman başına deneyimlediği çarpışma sayısıyla tanımlayabiliriz, o zaman
 |
burada v, Ta, a - çekirdeğin içindeki hız, kinetik enerji ve alfa parçacığının azaltılmış kütlesi, V 0 - nükleer potansiyel. İfade (8)'de V 0 = 35 MeV, Ta = 5 MeV'yi değiştirerek, A 200, f 10 21 s -1'li çekirdekler için elde ederiz.
Şekil 2, alfa parçacığı ile artık çekirdek arasındaki potansiyel enerjinin merkezleri arasındaki mesafeye bağımlılığını göstermektedir. Coulomb potansiyeli, artık çekirdeğin yarıçapına yaklaşık olarak eşit olan R mesafesinde kesilir. Coulomb bariyerinin Bk yüksekliği şu ilişki ile belirlenir:
 MeV |
Burada Z ve z, sırasıyla artık çekirdeğin ve alfa parçacığının yükleridir (elektron yükü birimleri cinsinden). Örneğin 238 U Bk 30 MeV için.
Üç alan ayırt edilebilir.
|
|
(Coulomb bariyerinin etkisi, bir alfa parçacığının çekirdeğe doğru uçtuğu nükleer reaksiyon durumunda da benzerdir. Enerjisi Coulomb bariyerinin yüksekliğinden azsa, büyük olasılıkla Coulomb alanı tarafından saçılacaktır. çekirdeğin içine nüfuz etmeden ve nükleer reaksiyona neden olmadan. Bu tür alt bariyer reaksiyonlarının olasılığı çok küçüktür.)
Alfa ve beta radyasyonuna genellikle radyoaktif bozunumlar denir. Bu, çekirdekten yayılan ve muazzam bir hızla gerçekleşen bir süreçtir. Sonuç olarak, bir atom veya onun izotopu bir kimyasal elementten diğerine dönüşebilir. Çekirdeklerin alfa ve beta bozunmaları kararsız elementlerin karakteristiğidir. Bunlar, yük numarası 83'ten büyük ve kütle numarası 209'dan büyük olan tüm atomları içerir.
Reaksiyonun meydana gelmesi için koşullar
Diğer radyoaktif dönüşümler gibi bozunma da doğal veya yapay olabilir. İkincisi, bazı yabancı parçacıkların çekirdeğe girmesi nedeniyle oluşur. Bir atomun ne kadar alfa ve beta bozunmasına uğrayabileceği yalnızca kararlı duruma ne kadar çabuk ulaşıldığına bağlıdır.
Doğal koşullar altında alfa ve beta eksi bozunumları meydana gelir.
Yapay koşullar altında nötron, pozitron, proton ve diğer, daha nadir türde bozunmalar ve çekirdek dönüşümleri mevcuttur.
Bu isimler radyoaktif radyasyon üzerine çalışan biri tarafından verildi.
Kararlı ve kararsız çekirdek arasındaki fark
Bozunma yeteneği doğrudan atomun durumuna bağlıdır. "Kararlı" veya radyoaktif olmayan çekirdek, bozunmayan atomların karakteristiğidir. Teorik olarak bu tür elementler, kararlılıklarını nihayet doğrulamak için süresiz olarak gözlemlenebilir. Bu tür çekirdekleri, son derece uzun yarı ömre sahip kararsız olanlardan ayırmak için bu gereklidir.
Yanlışlıkla, bu kadar "yavaşlamış" bir atomun kararlı olduğu düşünülebilir. Ancak çarpıcı bir örnek, tellür ve daha spesifik olarak onun 2,2·10 24 yıl ömrü olan 128 numaralı izotopu olabilir. Bu dava izole değildir. Lantan-138'in yarı ömrü 10-11 yıldır. Bu süre mevcut evrenin yaşının otuz katıdır.
Radyoaktif bozunmanın özü
Bu süreç rastgele gerçekleşir. Her çürüyen radyonüklit, her durum için sabit olan bir hız kazanır. Çürüme hızı dış faktörlerin etkisi altında değişemez. Reaksiyonun muazzam yerçekimi kuvvetinin etkisi altında, mutlak sıfırda, elektrik ve manyetik alanda, herhangi bir kimyasal reaksiyon sırasında vs. meydana gelip gelmeyeceği önemli değildir. Süreç yalnızca atom çekirdeğinin iç kısmı üzerindeki doğrudan etkiden etkilenebilir ki bu neredeyse imkansızdır. Reaksiyon kendiliğinden gerçekleşir ve yalnızca içinde meydana geldiği atoma ve onun iç durumuna bağlıdır.
Radyoaktif bozunma hakkında konuşurken sıklıkla “radyonüklid” terimi kullanılır. Bilmeyenler için bu kelime, radyoaktif özelliklere, kendi kütle numarasına, atom numarasına ve enerji durumuna sahip bir grup atomu ifade eder.
Teknik, bilimsel ve insan faaliyetinin diğer alanlarında çeşitli radyonüklidler kullanılmaktadır. Örneğin tıpta bu elementler hastalıkların teşhisinde, ilaçların, aletlerin ve diğer eşyaların işlenmesinde kullanılır. Hatta bir dizi terapötik ve prognostik radyoterapi ilacı bile vardır.
İzotopun belirlenmesi de aynı derecede önemlidir. Bu kelime özel bir atom tipini ifade etmektedir. Normal bir elementle aynı atom numarasına sahiptirler ancak kütle numarası farklıdır. Bu fark, proton ve elektron gibi yükü etkilemeyen ancak kütleyi değiştiren nötronların sayısından kaynaklanmaktadır. Örneğin, basit hidrojende bunlardan en fazla 3 tane vardır.Bu, izotoplarına isim verilen tek elementtir: döteryum, trityum (tek radyoaktif olan) ve protium. Diğer durumlarda atom kütlelerine ve ana elemente göre adlar verilir.
Alfa bozunması
Bu bir tür radyoaktif reaksiyondur. Kimyasal elementlerin periyodik tablosunun altıncı ve yedinci dönemlerindeki doğal elementlerin özellikleri. Özellikle yapay veya uranyum ötesi elementler için.
Alfa bozunmasına maruz kalan elementler
Bu bozunmayla karakterize edilen metaller arasında toryum, uranyum ve bizmuttan başlayarak kimyasal elementlerin periyodik tablosundaki altıncı ve yedinci periyotlardaki diğer elementler yer alıyor. Ağır elementlerin izotopları da bu işleme tabi tutulur.
Reaksiyon sırasında ne olur?
Alfa bozunması sırasında çekirdekten 2 proton ve bir çift nötrondan oluşan parçacıklar yayılmaya başlar. Yayılan parçacığın kendisi, 4 birim kütleye ve +2 yüke sahip bir helyum atomunun çekirdeğidir.
Sonuç olarak, periyodik tablodaki orijinalin iki hücre solunda bulunan yeni bir element ortaya çıkar. Bu düzenleme, orijinal atomun 2 protonu ve aynı zamanda başlangıç yükünü kaybetmesi gerçeğiyle belirlenir. Sonuç olarak, ortaya çıkan izotopun kütlesi, başlangıç durumuna göre 4 kütle birimi kadar azalır.
Örnekler
Bu bozunma sırasında uranyumdan toryum oluşur. Toryumdan radyum, ondan da sonunda polonyum veren radon ve son olarak da kurşun gelir. Bu süreçte bu elementlerin kendileri değil izotopları ortaya çıkar. Böylece, kararlı bir element ortaya çıkana kadar uranyum-238, toryum-234, radyum-230, radon-236 vb. elde ederiz. Böyle bir reaksiyonun formülü aşağıdaki gibidir:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
İzole edilmiş alfa parçacığının emisyon anındaki hızı 12 ila 20 bin km/sn arasında değişmektedir. Böyle bir parçacık, boşlukta olduğundan, ekvator boyunca hareket ederek dünyanın çevresini 2 saniyede dolaşır.
Beta bozunması
Bu parçacık ile elektron arasındaki fark, onun ortaya çıktığı yerdedir. Beta bozunması bir atomun çekirdeğinde meydana gelir, onu çevreleyen elektron kabuğunda değil. Mevcut tüm radyoaktif dönüşümlerin en yaygın olanı. Şu anda mevcut olan kimyasal elementlerin hemen hemen hepsinde gözlemlenebilir. Buradan her elementin bozunmaya duyarlı en az bir izotopa sahip olduğu sonucu çıkar. Çoğu durumda beta bozunması beta eksi ayrışmayla sonuçlanır.
Reaksiyon ilerlemesi
Bu işlem sırasında, bir nötronun kendiliğinden bir elektron ve bir protona dönüşmesi sonucu çekirdekten bir elektron fırlatılır. Bu durumda protonlar kütlelerinin daha büyük olması nedeniyle çekirdekte kalır ve beta eksi parçacığı adı verilen elektron atomdan ayrılır. Ve birer birer daha fazla proton olduğundan, elementin çekirdeği yukarı doğru değişir ve periyodik tablodaki orijinalin sağında yer alır.
Örnekler
Betanın potasyum-40 ile bozunması onu sağda bulunan izotop kalsiyuma dönüştürür. Radyoaktif kalsiyum-47, stabil titanyum-47 haline gelebilen skandiyum-47'ye dönüşür. Bu beta bozunması neye benziyor? Formül:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Bir beta parçacığının yayılma hızı, ışık hızının 0,9 katı yani 270 bin km/sn'dir.
Doğada çok fazla beta-aktif nüklid bulunmamaktadır. Oldukça önemli olanlar var. Bir örnek, doğal olarak yalnızca 119/10.000 içeren potasyum-40'tır. Ayrıca önemli doğal beta-eksi aktif radyonüklidler, uranyum ve toryumun alfa ve beta bozunmasının ürünleridir.
Beta bozunmasının tipik bir örneği vardır: toryum-234, alfa bozunması ile protaktinyum-234'e dönüşür ve daha sonra aynı şekilde uranyum haline gelir, ancak 234 numaralı farklı bir izotopla. Bu uranyum-234, alfa nedeniyle yine toryuma dönüşür. çürüme, ancak farklı bir çeşitlilikte. Bu toryum-230 daha sonra radyum-226'ya dönüşür ve o da radona dönüşür. Ve aynı sırayla, talyuma kadar, yalnızca geriye doğru farklı beta geçişleriyle. Bu radyoaktif beta bozunması, kararlı kurşun-206'nın oluşmasıyla sona erer. Bu dönüşüm aşağıdaki formüle sahiptir:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Doğal ve önemli beta-aktif radyonüklidler K-40 ve talyumdan uranyuma kadar olan elementlerdir.
Beta artı bozunma
Bir de beta artı dönüşümü var. Buna pozitron beta bozunması da denir. İçinde çekirdekten pozitron adı verilen bir parçacık yayılır. Sonuç, orijinal öğenin soldaki daha düşük sayıya sahip öğeye dönüştürülmesidir.
Örnek
Elektron beta bozunması meydana geldiğinde, magnezyum-23, sodyumun kararlı bir izotopu haline gelir. Radyoaktif europium-150, samaryum-150'ye dönüşür.
Ortaya çıkan beta bozunma reaksiyonu beta+ ve beta- emisyonları oluşturabilir. Her iki durumda da parçacık yayılma hızı ışık hızının 0,9 katıdır.
Diğer radyoaktif bozunumlar
Formülü yaygın olarak bilinen alfa bozunması ve beta bozunması gibi reaksiyonların yanı sıra, yapay radyonüklidlerin karakteristiği olan daha nadir süreçler de vardır.
Nötron bozunması. Kütle birimi 1 olan nötr bir parçacık yayılır. Bu sırada bir izotop daha düşük kütle numarasına sahip bir diğerine dönüşür. Bir örnek, lityum-9'un lityum-8'e, helyum-5'in helyum-4'e dönüştürülmesi olabilir.
Kararlı izotop iyot-127, gama ışınlarına maruz kaldığında 126 numaralı izotop haline gelir ve radyoaktivite kazanır.
Proton bozunması. Son derece nadirdir. Bu sırada +1 ve 1 birim kütle yüküne sahip bir proton yayılır. Atom ağırlığı bir değer azalır.
Herhangi bir radyoaktif dönüşüme, özellikle radyoaktif bozunmalara, gama radyasyonu formunda enerjinin salınması eşlik eder. Bunlara gama kuanta denir. Bazı durumlarda daha düşük enerjili X-ışınları gözlenir.
Bu bir gama kuantum akışıdır. Tıpta kullanılan, x ışınlarından daha sert olan elektromanyetik radyasyondur. Sonuç olarak, atom çekirdeğinden gama kuantası veya enerji akışı ortaya çıkar. X-ışını radyasyonu da elektromanyetiktir ancak atomun elektron kabuklarından kaynaklanır.
Alfa parçacık aralığı
Kütlesi 4 atom birimi ve +2 yükü olan alfa parçacıkları düz bir çizgide hareket eder. Bu nedenle alfa parçacıklarının aralığından bahsedebiliriz.
Menzil değeri başlangıç enerjisine bağlıdır ve havada 3 ila 7 (bazen 13) cm arasında değişir. Yoğun bir ortamda milimetrenin yüzde biri kadardır. Bu tür radyasyon bir kağıt yaprağına veya insan derisine nüfuz edemez.
Kendi kütlesi ve yük numarası nedeniyle alfa parçacığı en büyük iyonlaşma yeteneğine sahiptir ve yoluna çıkan her şeyi yok eder. Bu bakımdan alfa radyonüklitleri vücuda maruz kaldıklarında insanlar ve hayvanlar için en tehlikeli olanlardır.
Beta parçacıklarının nüfuz etme gücü
Kütle numarasının protondan 1836 kat daha az olması, negatif yükü ve boyutu nedeniyle beta radyasyonu, içinden uçtuğu madde üzerinde zayıf bir etkiye sahiptir, ancak uçuşu daha uzundur. Ayrıca parçacığın yolu doğrusal değildir. Bu bağlamda alınan enerjiye bağlı olan nüfuz etme yeteneğinden bahsediyorlar.
Radyoaktif bozunma sırasında üretilen beta parçacıklarının nüfuz etme yeteneği havada 2,3 m'ye ulaşır; sıvılarda hesaplama santimetre cinsinden ve katılarda santimetrenin kesirleri cinsinden yapılır. İnsan vücudunun dokuları radyasyonu 1,2 cm derinliğe kadar iletir. Beta radyasyonuna karşı koruma sağlamak için, 10 cm'ye kadar basit bir su tabakası hizmet edebilir.10 MeV'lik oldukça yüksek bozunma enerjisine sahip parçacıkların akışı, aşağıdaki katmanlar tarafından neredeyse tamamen emilir: hava - 4 m; alüminyum - 2,2 cm; demir - 7,55 mm; kurşun - 5,2 mm.
Küçük boyutları göz önüne alındığında, beta radyasyon parçacıklarının iyonlaşma yeteneği, alfa parçacıklarına kıyasla düşüktür. Bununla birlikte, yutulduğunda harici maruziyetten çok daha tehlikelidirler.
Nötron ve gama radyasyonu şu anda tüm radyasyon türleri arasında en yüksek nüfuz etme oranlarına sahiptir. Bu radyasyonların havadaki aralığı bazen onlarca ve yüzlerce metreye ulaşır, ancak iyonizasyon özellikleri daha düşüktür.
Gama ışınlarının çoğu izotopunun enerjisi 1,3 MeV'yi aşmaz. Nadiren 6,7 MeV değerlerine ulaşılır. Bu bağlamda, bu tür radyasyona karşı koruma sağlamak amacıyla zayıflatma faktörü olarak çelik, beton ve kurşun katmanları kullanılmaktadır.
Örneğin kobalt gama radyasyonunu on kat azaltmak için yaklaşık 5 cm kalınlığında kurşun koruması gerekir, 100 kat zayıflama için 9,5 cm gerekli olacaktır Beton koruması 33 ve 55 cm, su koruması - 70 ve 115 olacaktır santimetre.
Nötronların iyonlaştırıcı özellikleri enerji parametrelerine bağlıdır.
Her durumda radyasyona karşı en iyi korunma yöntemi kaynaktan olabildiğince uzak durmak ve radyasyonun yüksek olduğu bir alanda mümkün olduğunca az vakit geçirmek olacaktır.
Atom çekirdeğinin bölünmesi
Atomlar derken, kendiliğinden veya nötronların etkisi altında, yaklaşık olarak eşit büyüklükte iki parçaya bölünmeyi kastediyoruz.
Bu iki parça, element tablosunun ana kısmındaki elementlerin radyoaktif izotopları haline gelir. Bakırdan lantanitlere doğru başlarlar.
Salıverilme sırasında, fazladan birkaç nötron kaçar ve gama ışınları şeklinde, radyoaktif bozunma sırasında olduğundan çok daha fazla olan fazla enerji ortaya çıkar. Böylece, bir radyoaktif bozunma eylemi sırasında bir gama kuantumu ortaya çıkar ve bir fisyon eylemi sırasında 8.10 gama kuantumu ortaya çıkar. Ayrıca dağınık parçalar yüksek kinetik enerjiye sahiptir ve bu da termal göstergelere dönüşür.
Serbest bırakılan nötronlar, yakınlarda bulunmaları ve nötronların onlara çarpması durumunda bir çift benzer çekirdeğin ayrılmasını tetikleyebilir.
Bu bağlamda, atom çekirdeklerinin ayrılmasının dallanma, hızlanan zincirleme reaksiyonu ve büyük miktarda enerji yaratılması olasılığı vardır.
Böyle bir zincirleme reaksiyon kontrol altına alındığında belirli amaçlar için kullanılabilir. Örneğin, ısıtma veya elektrik için. Bu tür işlemler nükleer santrallerde ve reaktörlerde gerçekleştirilmektedir.
Reaksiyonun kontrolünü kaybederseniz atomik bir patlama meydana gelecektir. Nükleer silahlarda kullanılan şey budur.
Doğal koşullar altında tek bir element vardır; 235 numaralı tek bir bölünebilir izotopa sahip olan uranyum. Silahlarda kullanılabilir.
Sıradan bir uranyum nükleer reaktöründe, nötronların etkisi altında uranyum-238'den ve ondan yapay ve doğal olarak oluşmayan plütonyumdan 239 numaralı yeni bir izotop oluşur. Bu durumda ortaya çıkan plütonyum-239 silah amaçlı kullanılıyor. Atom çekirdeğinin bu bölünmesi süreci, tüm atom silahlarının ve enerjisinin özüdür.
Formülü okulda çalışılan alfa bozunması ve beta bozunması gibi olaylar günümüzde yaygındır. Bu reaksiyonlar sayesinde nükleer santraller ve nükleer fiziğe dayalı birçok endüstri ortaya çıkıyor. Ancak bu elementlerin çoğunun radyoaktivitesini unutmamalıyız. Onlarla çalışırken özel koruma ve tüm önlemlere uyum gereklidir. Aksi takdirde telafisi mümkün olmayan bir felakete yol açabilir.
Radyoaktif radyasyon türlerine göre, çeşitli radyoaktif bozunma türleri (radyoaktif dönüşüm türleri) vardır. Çekirdeklerinde çok fazla proton veya nötron bulunan elementler radyoaktif dönüşüme uğrar. Radyoaktif bozunma türlerini ele alalım.
1. Alfa bozunması büyük atom numarasına sahip (yani düşük bağlanma enerjisine sahip) doğal radyoaktif elementlerin karakteristiği. Yaklaşık 160 alfa aktif çekirdek türü bilinmektedir, çoğunlukla seri numaraları 82'den fazladır (Z > 82). Alfa bozunmasına, bir helyum atomunun (He) çekirdeği olan (2 proton ve 2 nötron içerir) bir alfa parçacığının kararsız bir elementinin çekirdeğinden emisyon eşlik eder. Nükleer yük 2, kütle numarası 4 azalır.
ZAX → Z-2 A-4 U + 2 4He; 92 238U →24 He + 90 234Th;
88 226Ra→2 4He + 86 222Ra + γ yayılır.
Radyoaktif izotopların %10'undan fazlası alfa bozunmasına uğrar.
2. Beta bozunması. Bir dizi doğal ve yapay radyoaktif izotop, elektron veya pozitron yayarak bozunmaya uğrar:
a) Elektronik beta bozunumu. Nötron fazlalığı olan (yani esas olarak ağır radyoaktif izotoplar için) hem doğal hem de yapay radyonüklidlerin karakteristiği. Tüm radyoaktif izotopların yaklaşık %46'sı elektronik beta bozunmasına uğrar. Bu durumda nötronlardan biri dönüşür ve çekirdek bir antinötrino yayar. Çekirdeğin yükü ve buna bağlı olarak elementin atom numarası bir artar, ancak kütle numarası değişmez.
AZ X → AZ+1 Y + e- + v-; 24194Pu→24195Am + e- + v-; 6429Cu → 6430Zn + e- + v-; 4019K → 4020Ca + e- + v-.
β-parçacıkları yayarken, atom çekirdekleri, parçacık parçacıkları tarafından yakalanmayan yavru çekirdekte aşırı enerji tespit edildiğinde uyarılmış bir durumda olabilir. Bu fazla enerji gama ışınları şeklinde yayılır.
13785Cs → 13756 Ba + e -+ v- + γ emisyonu;
b) pozitron beta bozunması. Çekirdekte fazla proton bulunan bazı yapay radyoaktif izotoplarda gözlenir. D.I. Mendeleev'in tablosunun ilk yarısında bulunan radyoaktif izotopların %11'inin karakteristiğidir (Z<45). При позитронном бета-распаде один из протонов превращается в , заряд ядра и соответственно атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений. Ядро испускает позитрон и нейтрино.
AZX → AZ-1У + e+ + v+; 3015P → 3014Si + e+ + v+; 6428Ni + e+ + v+.
Çekirdekten uçan bir pozitron, atomun kabuğundan "fazla" olanı koparır veya serbest bir elektronla etkileşime girerek anında enerji eşdeğeri olan iki gama kuantasına dönüşen bir "pozitron-elektron" çifti oluşturur. parçacıkların kütlesine (e ve e). Bir pozitron-elektron çiftinin iki gama kuantasına dönüşme sürecine yok olma (yıkım) adı verilir ve ortaya çıkan elektromanyetik radyasyona yok olma denir. Bu durumda, maddenin bir biçiminin (madde parçacıkları) diğerine - gama fotonlarına dönüşümü vardır;
c) elektronik yakalama. Bu, bir atomun çekirdeğinin, çekirdeğe en yakın enerji K seviyesinden (elektronik K yakalama) veya daha az sıklıkla L seviyesinden 100 kez bir elektron yakaladığı bir tür radyoaktif dönüşümdür. Sonuç olarak çekirdeğin protonlarından biri bir elektron tarafından nötrleştirilerek ona dönüşür. Yeni çekirdeğin seri numarası bir eksiliyor ancak kütle numarası değişmiyor. Çekirdek antinötrinolar yayar. Yakalananın K veya L düzeyinde kapladığı boş alan, çekirdekten daha uzak enerji düzeylerinden gelen bir elektronla doldurulur. Bu geçiş sırasında açığa çıkan fazla enerji, atom tarafından karakteristik X-ışını radyasyonu şeklinde yayılır.
AZХ + e- → AZ-1 У + v- + x-ışını radyasyonu;
4019K + e- → Ar + v-+ x-ışını radyasyonu;
6429Сu + e- → 6428 Ni+v- + X-ışını radyasyonu.
Elektron K yakalama, tüm radyoaktif çekirdeklerin %25'inin karakteristik özelliğidir, ancak esas olarak D.I.'nin tablosunun diğer yarısında yer alan yapay radyoaktif izotoplar için. Mendeleev ve fazla protona sahip (Z = 45 - 105). Yalnızca üç doğal element K-yakalanmasına uğrar: potasyum-40, lantan-139, lutesyum-176 (4019K, 15957La, 17671Lu).
Bazı çekirdekler iki veya üç yolla bozunabilir: alfa ve beta bozunması ve K-yakalama yoluyla.
Potasyum-40, daha önce de belirtildiği gibi, elektronik bozunmaya -% 88 ve K-yakalama -% 12'ye maruz kalır. Bakır-64 (6428Сu) nikele dönüşür (pozitron bozunması -% 19, K-yakalama -% 42; (elektronik bozunma -% 39).
3. γ radyasyonunun emisyonu bir tür radyoaktif bozunma değildir (elementlerin dönüşümü yoktur), atom çekirdeklerinin (hem doğal hem de yapay radyoaktif izotoplar) alfa ve beta bozunmasından kaynaklanan bir elektromanyetik dalga akışıdır. yavru çekirdek, parçacık radyasyonu (alfa ve beta parçacıkları) tarafından yakalanmayan fazla enerji içerdiğinde. Bu fazlalık anında gama ışınları şeklinde aydınlatılır.
13153I → 13154Xe + e- +v- +2γ kuantum; 22688Ra → 42He + 22286Rn + γ kuantum.
4. - temel durumdaki çekirdekten bir protonun emisyonu. Bu süreç, büyük miktarda nötron açığı olan yapay olarak üretilmiş çekirdeklerde gözlemlenebilir:
lutesyum - 151 (15171Lu) - kararlı izotop 17671Lu'dan 24 daha az nötrona sahiptir.
Yükleniyor...
