Табии жне жасанды радиоактивтік. Радиоактивтік ыдырау заы.

Радиоактивтілік – орнысыз атом ядроларыны баса элементтер ядросына блшектер немесе гамма-кванттар шыару арылы здігінен трлену былысы. Ядролы физиканы даму тарихына кз жгіртсек, оны айнар кзі 1886 жылы француз алымы А. Беккерель ашан табии радиоактивтік былысынан басталады. А. Беккерель уран тзыны фотопластинаа серін зерттеген. Тжірибелер барысында ол мына былысты байаан: уран тздары тыыз ара аазбен оралан фотопластинаа сер етіп, оны араюын туызатын, тімділігі жоары белгісіз сулелерді шыарады екен. Мият зерттеулер нтижесінде Беккерель тімділігі жоары белгісіз сулелерді уран атомыны зі, ешандай сырты серсіз-а, здігінен шыаратынын анытады. Белгісіз сулелерді заттармен рекеттескенде:

· 1) фотопластинканы арайтатыны, яни химиялы серіні бары;

· 2) газдарды иондауы

· 3) кейбір атты денелер мен сйытарды люминесценциясын туызатыны сияты асиеттері белгілі болды.

Бл былысты зерттеу жмыстары бірден басталды. Францияда 1898 жылы М.Склодовская-Кюри мен П. Кюри торий элементіні здігінен суле шыаруын ашты. здігінен суле шыаратын химиялы элементті радиоактивті деп, ал суле шыару процесін радиоактивтік деп атауды М. Кюри сынан еді. Радиоактивтік латынны "radio" — суле шыару, "activus" — рекетті деген сздерінен алынан. Осы жылы ерлі-зайыпты алымдар тонналаан уран кенін деу арылы, радиоактивті екі жаа химиялы элементті бліп алады. Радиоактивтігі ураннан миллион есе арынды элементті радий, екінші элементті М. Склодовскаяны отаныны рметіне полоний деп атаан. 1908 жылы Резерфорд спектрлік анализ дісімен радиоактивті газ — радонды ашты. Ауымды жргізілген зерттеулер Менделеев кестесіндегі орасыннан кейінгі ауыр элементтерді ядроларыны брінде табии радиоактивтік бар екенін крсетті. Кейбір жеіл элементтерді де, мысалы, калийді изотопы ,кміртегіні изотопы жне т.б. табии радиоактивтік асиеттері ашылды.

Радиоактивті ыдырау

Э. Резерфод пен П. Кюри радиоактивтік кезіндегі суле шыаруды табиатын зерттеу барысында оны рамы крделі екенін анытайды. Радиоактивті радий орасыннан жасалан калы абатты ыдысты ішінде орналасан. Ыдысты ортасында цилиндр пішінді арна бар. Ыдысты тбіндегі радийден шыан сулелерге оан перпендикуляр баытта кшті магнит рісі сер етеді. Арнаны арсысында фотопластина бар. Барлы ондыры вакуумде орналастырылан. 8.6-суретте крсетілгендей радийден шыатын сулелер аыны магнит рісінен ткеннен кейін ш шоа блінген. Шотарды осылайша блінуін фотопластинадаы арайан заттарды орындары бойынша анытайды. Оларды сйкесінше (альфа)-суле, (бета)-суле жне (гамма)-суле деп атаан. -суле дегеніміз — о арядталан блшектер (-блшек) аыны, -суле дегеніміз—те шапша озалатын жне жылдамдытары бірдей емес теріс зарядталан блшектер (-блшек) аыны болып шыты. Магнит рісінде ауыту брышыны р трлі болуы -блшек пен -блшекті массаларыны бірдей емес екенін, рі арама-арсы зарядталанын крсетеді. -сулесі магнит рісінде ауытымайтын, жиілігі те жоары электромагниттік сулелену кванты екен. Атом ядросыны рылысы мен рылымына, нуклондарды байланыс энергиялары туралы мліметтерге сйене отырып, радиоактивті суле шыаруды табиатын тсіндіру оай. рамында нейтрон-дардан грі протондарыны саны арты болатын ядро траты емес, йткені кулонды рекеттесуді энергиясы басымыра.

Нейтрондарыны саны протондар санына араанда анарлым кбірек болатын ядроны траты болмауыны себебі, нейтронны массасы протонны массасынан лкен mn > mp . Ядроны массасыны артуы оны энергиясыны артуына келіп соады. Арты энергиясы бар ядро осы энергияны арты блігін екі трлі жолмен бліп шыаруы ммкін.

3.Механикалы, термиялы жне баса да сырты серсіз-а, ядро здігінен ыдырап радиоактивті суле шыарады жне бліну нтижесінде трленіп жаа элементті ядросы пайда болады. здігінен ыдырау процесінде -блшектер ядродан шып шыса, оны альфа-ыдырау деп атайды.

4.Ядро, зіні электр зарядын бір заряд бірлігіне згертуі, яни нейтронны протона немесе протонны нейтрона айналуы арылы тосын ыдырайды. Осы процесс ядродан электронны немесе позитронны (о заряды бар электрон) шып шыуымен абаттаса теді, оны бета-ыдырау дейді. Радиоактивті ядроларды здігінен ыдырауы кезіндегі трленуі 1913 жылы аылшын алымы Ф . Содди тжырымдаан ыысу ережесіне баынады. Радиоактивті ыдырау кезінде электр зарядыны жне массалы санны саталу задары, импульс пен энергияны саталу задары да орындалады.

Альфа-ыдырау

-блшегіні табиатын 1908 жылы Резерфорд кптеген эксперименттік зерттеулер нтижесінде анытады. Альфа-ыдырауы кезінде ядродан здігінен -блшек — гелий атомыны ядросы Не (екі протон жне екі нейтрон) шып шыады жне жаа химиялы элементті туынды ядросы пайда болады.

Альфа-ыдырау кезінде атом ядросы зарядты саны екіге жне массалы саны тртке кем туынды ядроа трленеді. Жаа элемент Менделеев кестесіндегі периодты жуйені бас жаына арай екі орына ыысады:

мндаы — аналы ядроны белгісі, — туынды ядроны табасы. Гелий атомыны ядросы болып табылатын -блшек шін белгісін пайдаланды.

Аналы ядро ыдыраанда, -блшек пен туынды ядро белгілі бір кинетикалы энергиямен жан-жаа шашырай шады. Кейбір ыдырауда туынды ядро озан кйде болуы ммкін. Ыдырау энергиясын аналы ядромен байланысан сана жйесінде энергияны саталу заын пайдаланып есептеуге болады. Ыдырау энергиясы озу энергиясы мен кинетикалы энергияларды осындысына те. Бастапы энергия аналы ядроны тынышты энергиясына те екенін ескерсек, онда

— аналы, — туынды ядроларды, — гелий атомы ядросыны массалары, бдан ыдырау энергиясын табамыз:

Бета-ыдырау

-сулесіні табиатын 1899 ж Резерфорд ашан болатын. Ол шапша озалатын электрондар аыны. -блшекті деп белгілейді. Массалы санны болуы, электронны массасы массаны атомды бірлігімен салыстыранда елеусіз аз екенін крсетеді. Ыысу ережесін бета-ыдырауа олданайы.

Бета-ыдырау кезінде атом ядросыны зарядты саны бір заряд бірлігіне артады, ал массалы сан згермейді. Жаа элемент Менделеев кестесіндегі периодты жйені соына арай бір орына ыысады:

мндаы — электрлік заряды нлге те, тынышты массасы жо электронды антинейтрино деп аталатын блшек. Бндай ыдырауды электронды -ыдырау деп атайды. Радиоактивті электронды -ыдырау процесі ядрода нейтронны протона айналуы жне осы кезде электронны жне антинейтриноны абаттаса тзілуі арылы теді:

 

Ядроны ішінде электронны пайда болуы осы нейтронны ыдырауыны нтижесі екен. Бета-ыдырау кезінде туынды ядро мен электрон жйесіні энергиясы ыдырауа дейінгі аналы ядро жйесіні энергиясынан кем болып шыатынын лшеулер крсетті. -ыдырау кезінде энергияны саталу заыны орындалатына кмн туды. 1930 жылы В. Паулиp -ыдырау кезінде, ядродан электроннан баса таы бір массалы саны ( ) мен зарядыны саны ( ) нлге те блшек блініп шыады деген жорамалды сынды. –ыдыраудаы энергияны саталу заыны бзылуына себепші, жетіспей тран энергия осы нейтраль блшекке тиесілі екен.

лы итальян алымы Э.Фермиді сынысы бойынша бл блшекті нейтрино v деп атаан. Нейтриноны электр заряды мен тынышты массасы нлге те боландытан, оны затпен рекеттесуі лсіз, сондытан эксперимент арылы тіркеу аса иыншылы туызды. закка созылан ізденістер нтижесінде тек 1956 жылы ана нейтриноны тіркеу ммкін болды. Ал антинейтрино осы нейтриноны антиблшегі болып табылады. Электронды --ыдыраудан баса позитронды +-ыдырау процесі де туі ммкін. Позитронды радиоактивтік кезінде ядродаы протонны біреуі нейтрона айналып, позитрон мен электронды нейтрино v блініп шыады:

Ядроны зарядты саны бірлік заряда кемиді, нтижесінде элемент Менделеев кестесіндегі периодты жйені бас жаына арай бір орына ыысады:

мндаы позитрон, электронны антиблшегі, массасы электронны массасына те. Аналы жне туынды ядролар — изобаралар.

Гамма-ыдырау

1900 жылы Вилaрд ядролы суле шыаруды рамындаы шінші компонентті бар екенін тапты, оны гамма (у)-суле шыару деп атаан. Гамма-суле шыару магнит рісінде ауытымайды, демек, оны заряды жо. Гамма-суле шыару радиоактивтік ыдырауды жеке бір трі емес, ол альфа жне бета-ыдыраулармен абаттаса тетін процесс. Жоарыда айтанымыздай, туынды ядро озан кйде болады. озан кйдегі ядро атом сияты, жоары энергетикалы дегейден тменгі энергетикалы дегейге ткенде, энергиясы бар гамма-квантын шыарады, мндаы —озан, — алыпты кйдегі энергиялар . Ядродан шыатын -сулелері дегеніміз — фотондар аыны болып шыты.

Гамма-ыдырауды формуласын жазайы:

мндаы — озан аналы ядро, — оны алыпты кйдегі нуклиді. -сулесіні толын зындыы те ыса болып келеді: = 10-8 / 10-11 см. Сондытан радиоактивті сулелерді ішінде -сулесіні тімділік абілеті е жоары, ол алыдыы 10 см орасын абатынан тіп кетеді. Гамма-квантты тімділік кабілеті те жоары, ауадаы еркін жру жолыны зындыы 120 м.

Радиоактивті ыдырау заы — атом ядроларыны р трлі блшектер мен сулелер шыара отырып, здігінен трлену заы. Радиоактивті ыдырау заын Резерфорд ашан:

мндаы - уаыт интервалы аралыында ыдыраан ядролар саны; - уаыт мезеттіне ыдыраан ядролар саны; - бастапы мезеттегі ядролар саны ( ); - ралдиоактивтік ыдырау тратысы.

• Жартылай ыдырау периоды - ыдырымай алан ядроларды саны екі есе азаятын уаыт аралыы. Жартылай ыдырау периодыны ыдырау тратысымен байланысы:

уаыт аралыында ыдыраан блшктер саны:

• Радиоактивтік ялроны орташа уаыт аралыы деп ыдырамай алатын ядроларды саны есе кемитін уаыт аралыы аталады

• Радиоактвтік изотоптаы атомдар саны:

мндаы - изотопты массасы; - оны молдік массасы; -Авогадро тратысы.

• Ралиоактивтік изотопты активтігі:

мндаы - уаыт интервалы аралыында ыдыраан ядролар саны; - изотопты бастапы уаыт мезетіндегі активтігі.

• Егер бір бірінен туатын бірнеше радиоактивтік изтоптарды оспасы болатын болса жне атарды бірінші мшесіні радиоактивтік тратысы атарды алан мшелеріні радиоактивтік тратыларынан кп кіші болатын болса, онда оспада радиоактивтік тепе-тедік орнайды, осы кезде атар мшелеріні активтіктері бірдей болады:

Эксперименттік зерттеулер радиоактивті ыдырау толыымен статистикалы задылыа баынатынын длелдеді. Белгілі бір радиоактивті изотопты ядролары бірдей болады. Атом ядросыны жне ядроларды айсысыны ыдырайтыны - кездейсо оиа. Статистикалы былыстарды сипаттау шін оианы ытималдыы ымын олданады.