Альфа және бета сәулелену әдетте радиоактивті ыдырау деп аталады. Бұл ядродан субатомдық бөлшектердің шығарылуы болып табылатын процесс, өте үлкен жылдамдықпен жүреді. Нәтижесінде атом немесе оның изотопы бір химиялық элементтен екіншісіне ауыса алады. Ядролардың альфа және бета ыдырауы тұрақсыз элементтерге тән. Оларға заряд саны 83-тен және массалық саны 209-дан асатын барлық атомдар кіреді.
Реакция шарттары
Ыдырау, басқа да радиоактивті түрлендірулер сияқты, табиғи және жасанды. Соңғысы ядроға қандай да бір бөгде бөлшектердің түсуіне байланысты пайда болады. Атомның қаншалықты альфа және бета ыдырауына ұшырауы тұрақты күйге қаншалықты тез жеткеніне байланысты.
Табиғи жағдайда альфа және бета минус ыдырауы орын алады.
Жасанды жағдайларда нейтрон, позитрон, протон және басқа да сирек кездесетін ыдырау түрлері мен ядролардың түрленулері болады.
Бұл атауларды радиоактивті сәулеленуді зерттеген Эрнест Резерфорд берген.
Тұрақты және тұрақсыз арасындағы айырмашылықнегізгі
Ыдырау қабілеті атомның күйіне тікелей байланысты. «Тұрақты» немесе радиоактивті емес ядро деп аталатын ядро ыдырамайтын атомдарға тән. Теориялық тұрғыдан мұндай элементтерді олардың тұрақтылығына ақырында сенімді болу үшін шексіз байқауға болады. Бұл мұндай ядроларды жартылай ыдырау периоды өте ұзақ болатын тұрақсыз ядролардан бөлу үшін қажет.
Қателесіп, мұндай «баяу» атомды тұрақты деп қателесуге болады. Дегенмен, теллур, нақтырақ айтсақ, оның жартылай шығарылу кезеңі 2,2·1024 жыл болатын №128 изотопы тамаша мысал бола алады. Бұл жағдай оқшауланған емес. Лантан-138 жартылай ыдырау периоды 1011 жыл. Бұл кезең бар ғаламның жасынан отыз есе көп.
Радиоактивті ыдыраудың мәні
Бұл процесс кездейсоқ орын алады. Әрбір ыдырайтын радионуклид әрбір жағдай үшін тұрақты жылдамдыққа ие болады. Сыртқы факторлардың әсерінен ыдырау жылдамдығы өзгермейді. Реакция үлкен тартылыс күшінің әсерінен, абсолютті нөлде, электр және магнит өрісінде, кез келген химиялық реакция кезінде және т.б. болатыны маңызды емес. Процесске атом ядросының ішкі бөлігіне тікелей әсер ету ғана әсер етуі мүмкін, бұл іс жүзінде мүмкін емес. Реакция өздігінен жүреді және ол жүретін атомға және оның ішкі күйіне ғана байланысты.
Радиоактивті ыдырауларға сілтеме жасағанда «радионуклид» термині жиі қолданылады. Болмайтындар үшінОнымен таныс болсаңыз, бұл сөздің радиоактивті қасиеттері, өздерінің массалық саны, атомдық нөмірі және энергетикалық күйі бар атомдар тобын білдіретінін білуіңіз керек.
Әртүрлі радионуклидтер адам өмірінің техникалық, ғылыми және басқа салаларында қолданылады. Мысалы, медицинада бұл элементтер ауруларды диагностикалауда, дәрілік заттарды, құралдарды және басқа заттарды өңдеуде қолданылады. Тіпті бірқатар емдік және болжамдық радиопрепараттар бар.
Изотоптың анықтамасы кем емес маңызды. Бұл сөз атомдардың ерекше түріне жатады. Олардың атомдық нөмірі қарапайым элемент сияқты, бірақ массалық саны басқа. Бұл айырмашылық протондар мен электрондар сияқты зарядқа әсер етпейтін, бірақ олардың массасын өзгертетін нейтрондардың санына байланысты. Мысалы, қарапайым сутегіде олардың саны 3-ке жетеді. Бұл изотоптары дейтерий, тритий (жалғыз радиоактивті) және протий деп аталған жалғыз элемент. Басқа жағдайларда атаулар атомдық массалар мен негізгі элементке сәйкес беріледі.
Альфа ыдырауы
Бұл радиоактивті реакцияның бір түрі. Ол химиялық элементтердің периодтық жүйесінің алтыншы және жетінші периодтарындағы табиғи элементтерге тән. Әсіресе жасанды немесе трансуран элементтері үшін.
Альфа ыдырауына ұшырайтын элементтер
Бұл ыдыраумен сипатталатын металдар санына торий, уран және висмутпен есептегенде химиялық элементтердің периодтық кестесіндегі алтыншы және жетінші периодтардың басқа элементтері кіреді. Процесс сонымен қатар ауырлар арасынан изотоптардан өтедіэлементтер.
Реакция кезінде не болады?
Альфа ыдырауы басталғанда 2 протон мен нейтрон жұбынан тұратын бөлшектердің ядросынан сәуле шығару. Шығарылатын бөлшектің өзі гелий атомының ядросы болып табылады, оның массасы 4 бірлік және заряды +2.
Нәтижесінде периодтық жүйеде түпнұсқаның сол жағында екі ұяшықта орналасқан жаңа элемент пайда болады. Бұл орналасу бастапқы атомның 2 протонын және онымен бірге бастапқы зарядын жоғалтқанымен анықталады. Нәтижесінде алынған изотоптың массасы бастапқы күймен салыстырғанда 4 массалық бірлікке азаяды.
Мысалдар
Бұл ыдырау кезінде ураннан торий түзіледі. Торийден радий, одан радон шығады, ол ақырында полонийді, ең соңында қорғасын береді. Бұл процесте бұл элементтердің өздері емес, изотоптары түзіледі. Сонымен, тұрақты элемент пайда болғанға дейін уран-238, торий-234, радий-230, радон-236 және т.б. Мұндай реакцияның формуласы келесідей:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Таңдалған альфа-бөлшектің шығарылу сәтіндегі жылдамдығы 12-ден 20 мың км/сек-қа дейін. Вакуумда болған мұндай бөлшек экватор бойымен қозғалып, жер шарын 2 секундта айналады.
Бета-ыдырау
Бұл бөлшек пен электронның айырмашылығы пайда болу орнында. Бета-ыдырау атомды қоршап тұрған электронды қабатта емес, оның ядросында жүреді. Барлық қолданыстағы радиоактивті түрлендірулердің ең кең таралғаны. Оны қазіргі кездегі барлық дерлік байқауға боладыхимиялық элементтер. Бұдан шығатыны, әрбір элементте ыдырауға ұшырайтын кем дегенде бір изотоп бар. Көп жағдайда бета-ыдырау бета-минус ыдырауына әкеледі.
Реакция ағыны
Бұл процесте нейтронның электрон мен протонға өздігінен айналуынан пайда болған электрон ядродан шығады. Бұл жағдайда массаның үлкен болуына байланысты протондар ядрода қалады, ал бета минус бөлшек деп аталатын электрон атомнан шығады. Және бір бірлікте протондар көп болғандықтан, элемент ядросының өзі жоғары қарай өзгереді және периодтық жүйеде түпнұсқаның оң жағында орналасады.
Мысалдар
Бета-ның калий-40-мен ыдырауы оны оң жақта орналасқан кальций изотопына айналдырады. Радиоактивті кальций-47 скандий-47-ге айналады, ол тұрақты титан-47-ге айнала алады. Бұл бета-ыдырау қалай көрінеді? Формула:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Бета-бөлшектердің жылдамдығы жарық жылдамдығынан 0,9 есе, яғни 270 000 км/сек.
Табиғатта бета-белсенді нуклидтер тым көп емес. Маңыздылары өте аз. Мысалы, калий-40, ол табиғи қоспада тек 119/10 000 құрайды. Сондай-ақ маңызды табиғи бета-минус белсенді радионуклидтердің арасында уран мен торийдің альфа және бета-ыдырау өнімдері бар.
Бета ыдырауының типтік мысалы бар: торий-234, альфа ыдырауында протактиний-234-ке айналады, содан кейін дәл осылай уранға айналады, бірақ оның басқа изотопының саны 234. Бұл уран-234 қайтадан альфа-ыдырауына байланысты. ыдырауға айналадыторий, бірақ қазірдің өзінде оның әртүрлі түрі. Бұл торий-230 содан кейін радонға айналатын радий-226-ға айналады. Және сол дәйектілікте, таллийге дейін, тек әртүрлі бета ауысуларымен кері. Бұл радиоактивті бета-ыдырау тұрақты қорғасын-206 түзілуімен аяқталады. Бұл түрлендірудің келесі формуласы бар:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -626433 -626433 Pb-206
Табиғи және маңызды бета-активті радионуклидтер - K-40 және таллийден уранға дейінгі элементтер.
Бета-плюс ыдырауы
Бета плюс трансформациясы да бар. Оны позитронды бета-ыдырау деп те атайды. Ол ядродан позитрон деп аталатын бөлшекті шығарады. Нәтиже - бастапқы элементтің сол жақтағы санға түрлендіру.
Мысалы
Электрондық бета ыдырауы орын алған кезде магний-23 натрийдің тұрақты изотопына айналады. Радиоактивті еуропий-150 самарий-150-ге айналады.
Нәтижедегі бета-ыдырау реакциясы бета+ және бета-шығарындыларды тудыруы мүмкін. Бөлшектердің екі жағдайда да шығу жылдамдығы жарық жылдамдығынан 0,9 есе жоғары.
Басқа радиоактивті ыдыраулар
Формуласы кеңінен белгілі альфа-ыдырау және бета-ыдырау сияқты реакциялардан басқа, жасанды радионуклидтерге сирек және тән басқа да процестер бар.
Нейтрондардың ыдырауы. 1 бірлік бейтарап бөлшек шығарыладымассалар. Оның барысында бір изотоптың массалық саны азырақ басқа изотопқа айналады. Мысал ретінде литий-9-ның литий-8-ге, гелий-5-тің гелий-4-ке айналуы мүмкін.
Йод-127 тұрақты изотопын гамма-сәулелерімен сәулелендіру кезінде ол №126 изотопқа айналады және радиоактивтілікке ие болады.
Протонның ыдырауы. Бұл өте сирек кездеседі. Оның барысында заряды +1 және массасының 1 бірлігі бар протон шығарылады. Атомдық салмақ бір мәнге азаяды.
Кез келген радиоактивті түрлендіру, атап айтқанда, радиоактивті ыдыраулар гамма-сәулелену түріндегі энергияның бөлінуімен бірге жүреді. Олар оны гамма сәулелері деп атайды. Кейбір жағдайларда энергиясы төмен рентген сәулелері байқалады.
Гамма-ыдырау. Бұл гамма кванттар ағыны. Бұл медицинада қолданылатын рентген сәулелерінен қиынырақ электромагниттік сәулелену. Нәтижесінде гамма кванттар пайда болады немесе атом ядросынан энергия ағып кетеді. Рентген сәулелері де электромагниттік болып табылады, бірақ атомның электронды қабаттарынан пайда болады.
Альфа бөлшектері жүреді
Массасы 4 атомдық бірлік және заряды +2 альфа бөлшектері түзу сызық бойымен қозғалады. Осыған байланысты альфа бөлшектерінің ауқымы туралы айтуға болады.
Жүгірудің мәні бастапқы энергияға байланысты және ауада 3-тен 7 (кейде 13) см аралығында болады. Тығыз ортада ол миллиметрдің жүзден бір бөлігін құрайды. Мұндай сәуле параққа өте алмайдықағаз және адам терісі.
Өзінің массасы мен заряд санының арқасында альфа-бөлшек ең жоғары иондаушы күшке ие және жолындағы барлық нәрсені бұзады. Осыған байланысты альфа-радинуклидтер денеге әсер еткенде адамдар мен жануарлар үшін ең қауіпті болып табылады.
Бета бөлшектердің енуі
Масса санының аздығы, протоннан, теріс зарядынан және өлшемінен 1836 есе аз болғандықтан, бета-сәулелену ұшатын затқа әлсіз әсер етеді, бірақ оның үстіне ұшу ұзағырақ. Сондай-ақ бөлшектің жолы түзу емес. Осыған байланысты олар еніп кету қабілеті туралы айтады, бұл алынған энергияға байланысты.
Радиоактивті ыдырау кезінде түзілетін бета-бөлшектердің ену қабілеті ауада 2,3 м-ге жетеді, сұйықтарда ол сантиметрмен, ал қатты денелерде - сантиметрдің фракцияларында есептеледі. Адам ағзасының ұлпалары сәулені 1,2 см тереңдікте өткізеді. Бета-сәулеленуден қорғау үшін 10 см-ге дейінгі қарапайым су қабаты қызмет ете алады.10 МэВ жеткілікті жоғары ыдырау энергиясы бар бөлшектердің ағыны мұндай қабаттармен толығымен дерлік жұтылады: ауа - 4 м; алюминий - 2,2 см; темір - 7,55 мм; қорғасын - 5, 2 мм.
Кіші өлшемдерін ескере отырып, бета-сәулелену бөлшектерінің альфа бөлшектерімен салыстырғанда иондаушы қабілеті төмен. Дегенмен, олар ішке қабылданған кезде сыртқы әсерге қарағанда әлдеқайда қауіпті.
Нейтрон мен гамма қазіргі уақытта сәулеленудің барлық түрлерінің ішінде ең жоғары енетін өнімділікке ие. Бұл сәулелердің ауадағы диапазоны кейде ондаған және жүздегенге жетедіметр, бірақ иондаушы өнімділігі төмен.
Гамма-сәулелерінің изотоптарының көпшілігінің энергиясы 1,3 МэВ-тан аспайды. Сирек жағдайларда 6,7 МэВ мәндеріне жетеді. Осыған байланысты мұндай сәулеленуден қорғау үшін әлсірету коэффициенті үшін болат, бетон және қорғасын қабаттары қолданылады.
Мысалы, кобальт гамма-сәулеленуін он есе әлсірету үшін қорғасынның қалыңдығы шамамен 5 см, 100 есе әлсірету үшін 9,5 см қажет. Бетонды экрандау 33 және 55 см, ал су - 70 болады. және 115 см.
Нейтрондардың иондаушы өнімділігі олардың энергетикалық көрсеткіштеріне байланысты.
Кез келген жағдайда радиациядан қорғаудың ең жақсы жолы - көзден мүмкіндігінше алыс болу және радиацияның жоғары аймағында мүмкіндігінше аз уақыт өткізу.
Атом ядроларының бөлінуі
Атомдар ядроларының ыдырауы кезінде өздігінен немесе нейтрондардың әсерінен ядроның көлемі бойынша шамамен бірдей екі бөлікке бөлінуі түсіндіріледі.
Бұл екі бөлік химиялық элементтер кестесінің негізгі бөлігінен элементтердің радиоактивті изотоптарына айналады. Мыстан лантанидтерге дейін.
Шығару кезінде бірнеше қосымша нейтрондар сыртқа шығады және гамма кванттар түріндегі энергияның артық мөлшері пайда болады, бұл радиоактивті ыдырау кезіндегіден әлдеқайда көп. Сонымен, радиоактивті ыдыраудың бір актісінде бір гамма кванттар, ал бөліну актісі кезінде 8, 10 гамма кванттар пайда болады. Сондай-ақ, шашыраңқы фрагменттердің жылулық индикаторларға айналатын үлкен кинетикалық энергиясы бар.
Босатылған нейтрондар жақын жерде орналасса және нейтрондар оларға соқтығысса, жұп ұқсас ядролардың бөлінуін тудыруы мүмкін.
Бұл атом ядроларының бөлінуінің тізбекті реакциясын жеделдетіп, тармақталу мүмкіндігін арттырады және энергияның үлкен көлемін жасайды.
Мұндай тізбекті реакция бақылауда болған кезде оны белгілі бір мақсаттарда пайдалануға болады. Мысалы, жылу немесе электр қуаты үшін. Мұндай процестер атом электр станциялары мен реакторларда жүзеге асырылады.
Егер сіз реакцияны басқаруды жоғалтсаңыз, атомдық жарылыс болады. Ұқсас ядролық қаруда қолданылады.
Табиғи жағдайда бір ғана элемент бар - уран, оның 235 саны бар бір ғана бөлінетін изотопы бар. Ол қару-жарақ деңгейінде.
Кәдімгі уран-238 уран атомдық реакторында нейтрондардың әсерінен олар 239 нөмірлі жаңа изотопты, ал одан жасанды және табиғатта кездеспейтін плутоний түзеді. Бұл жағдайда алынған плутоний-239 қару-жарақ мақсатында пайдаланылады. Бұл атом ядроларының бөліну процесі барлық атом қарулары мен энергиясының мәні болып табылады.
Формула мектепте оқытылатын альфа-ыдырау, бета-ыдырау сияқты құбылыстар біздің заманымызда кең тараған. Осы реакциялардың арқасында атом электр станциялары және ядролық физикаға негізделген басқа да көптеген салалар бар. Дегенмен, осы элементтердің көпшілігінің радиоактивтілігі туралы ұмытпаңыз. Олармен жұмыс істеу кезінде ерекше қорғаныс және барлық сақтық шараларын сақтау қажет. Әйтпесе, бұл әкелуі мүмкінорны толмас апат.
