Радиоактивті атарлар

Радиоактивтік трленуді элементар задылыы изоляцияланан (тйыталан), радиоактивті изотопты ыдырауына баынады. Шын мнінде радиоактивті трлену тізбектеліп кетеді яни бір элементті атом ядросыны ыдырау нтижесінде екінші бір элемент ядросы тзіледі, ол ядродан трлену нтижесінде таы баса элемент ядросыны изотопы тзіледі. Осылайша улеттік тізбек рылады. Бастапы элемент ядросы аналы ядро деп аталады. Мысалы, радиактивті затты аналы ядросы (А) ыдырау нтижесінде В—затыны ядросына айналады, ал ол Сзатыны ядросына, айналады т.б.

 

АВСД (5.10.1)

тізбек тзіледі.

Осылайша радиоактивті улет немесе тізбек райды. Оларды барлыы да радиоактивті изотоп болып табылады.

1920 жыла дейін 40-а жуы табии радиоактивті изотоп ш улет райтындыы, оларды бастапы аналыы _{92 90}Th²³²жне ₈₉ актиний екендігі длелденген болатын.

1935-1947 жж. аралыында тртінші радиоактивті улет (тізбек) изотопы нептуний

(₉₃ ) аныталды. Бл тізбектер негізінен атом ядросынан мен - блшектеріні блінуі нтижесінде орындалады.

Радиактивтi улетіні рылу слбасын арастырайы.

Табии-радиоактивті элементтердi улеті 5.3, 5.4, жне 5.5-суреттер арылы крсетiлген.

Жоары сандар Менделеевтi аралы жйесiндегi реттiк нмірін (немесе ядро iшiндегi протон санын); сол жаындаы сандар, массалы санды крсетедi; клбеу стрелкалар a-трленуде, ал горизантальды b-ыдырауды бiлдiредi. Осы суреттегi химиялы элементтердi атомды тарихи радиоактивті сулеленудi зерттеу нтижесінен алынан (мысалы, RaA, RaC, UX₁ жне т.б.). Шын атауын Менделеевті аралы жйесіндегі элементтi (Z) ретi арылы анытай аламыз. Мысалы, AcK реттiк нмірi 87, онда бл франций (Fr) изотопы болады.

 

 

5.3-сурет

5.4-сурет.

Зат a-блшегiн шыаранда ядро (элемент) 4 массалы бiрлiкке жне 2 зарядты бiрлiкке, элементтi аралыжйесіні бас жаына арай яни бастапы затты зiне дейiнгi екiншi элемент ядросына ыысатынын, ал b-блшегiн шыаранда заряды Менделеевтi аралыжйесіні соына арай бiр бiрлiкке жылжитындыын суреттен круге болады. 5.3-суретте уранны (U²³⁸) радиоактивті улеті, ал 5.4-суретте актиний улеті (дл айтанда актиноуран U²³⁵) жне 5.5-суретте торий (Th²³²) улеті крсетiлген.

 

5.5-сурет

 

Бастапы аналы ядро a жне b трлену кезiнде, жартылай ыдырау периодты трлiше болып келген аралы радиоактивті элементтер пайда болады. Осы барлы улеттегі трленуді соы нтижесiнде орасын изотопы, яни орасынны орныты изотоптары: Pb²⁰⁶, Pb²⁰⁷ жне Pb²⁰⁸ алынады.

Жасанды радиоактивті улетте трлену орындалса, онда кейбiр жадайда траты орасын изотоптарын Pb²⁰²; Pb²⁰³ аламыз. орасынны орныты Pb²⁰⁴ изотопы бар. Сонымен атар орасынны радиоактивті изотоптары да болады.

Жер ыртысындаы орасын изотоптарын зерттеу нтижелері уран, торий жне баса элементтердi тау жыныстарында кездесетіндігін анытау ммкiндiктерін тудырады.

Радиоактивті ыдырау негiзiнен квантты механика принциптерi бойынша тсiндiрiледi. Ядроны электрлiк потенциялыны орналасуын анытаанда, ядроны iшкi блшектерiнi айналасындаы потенциалды тосауыл (барьер), кескiн трiнде крсетiледi. Ядроа жаын орналасан потенциал (немесе бiрлiк о электр зарядыны потенциал энергиясы) 5.6-суретте крсетiлген.

5.6-сурет

 

Суретте атом ядросыны радиус шамасына дл келетiн r_e-ашытыта, потенциал тосауыл биiктiгiнi (W₀), максималь мнiне сйкес келетiн потенциалды энергия кулонды задылы бойынша згере алатындыын кре аламыз. Ал ашытыты кiшi мнiнде (ядро радиусынан) потенциал шыл тез нлден тмен тседi.Сондытанда ядро iшiндегi блшектер потенциал тосауыл мен оршалан сияты болады. Классикалы (Ньютонды) механика задылыына сйенсек, онда потенциал тосауыл энергиясы (W₀) блшек энергиясыны (W_a) ендiгiнен кiшi боландытан, ол тосауыл шегiнен те алмайды.

Бiра квантты механика трысынан арастыранда потенциал тосауыл маындаы блшек озалысы баса задылы бойынша тсiндiрiледi. Квантты механика бойынша кезкелген блшек озалысы толындарды таралуына сйкес келедi. Толын потенциал тосауыл арылы ткенде кейбiр соы ытималдыы (алыдыы-Д кiшi болан сайын жне тосауыл биiктiгi W₀ биiк болан сайын), лкен болады, былайша айтанда атом ядросыны тiрегiндегi блшектер потенциал тосауыл арылы ту ытималдыын бередi. Егер a-блшегi атом ядросы энергиясына (W_a)ие болса, онда ол биiктiгi (W_a)болып келген потенциал тосауыл арылы тедi, ол кездегi алыдыы-Д болады. Потенциал тосауыл арылы ткен a-блшегi W_a кинетикалы энергияа ие болады.

Тжiрибе бойынша берiлген ядродаы барлы a-блшектерi бiрдей кинетикалы энергияа ие болады (зат iшiндегi жол зындыы бiрдей). Бл арылы берiлген атом ядросыны, берiлген дегейiнен, блшектердi шып шыуын тсiндiре аламыз (ата, наты). Осындай бiр дегейден екiншi дегейге атом ядросы ауысандаa-блшегi блінеді, рi сонымен бiрге g-фотондар шыады, яни электромагниттiк сулену орындалады. Берiлген атом ядросы шiн g-сулелену жиiлiгіні дискреттiк мнi болады, ол атом ядросындаы энергетикалы дегей жиынтыын анытайды.

Сонымен a жне g-блшектерiні сулелену спектрiнi дискрет мндерi болады. Ал b-блшегiн шыаранда ттас спектр алынады, яни электрондар (немесе протондар) шыарады, олар энергияны нлден максимальа дейiнгi ммкiн мндерiн абылдайды. Сонымен атом ядросы ата наты энергия дегейiнi дискрет мнiне ие болатындыын, b-блшегiн шыаратын ттас спектрiнi энергиясы, кп уаыта дейiн тсiнiксiз болып келдi.

Осы фактiге Паули мынадай тсiнiктемелер бердi. Яни ядродан электрон шып шыанда, сол мезетте баса да блшектер шып шыады, ол энергияны бiр блiгiн ала шыады деп жорамалдады. Электрондармен осы блшектердi энергияларыны жиынтыы электрондарды барлы кезде максималь энергиясына те болады, яни a-ыдыраудаы сияты берiлген ядро шiн траты шама болады.

Бiра электрондар мен блшектер арасындаы энергияны таралуы, статистикалы задылыпен орындалады. Бл блшек нейтрино деп аталады. Оны заряды жне тынышты массасы болмайды. Бiра оны спинi бар, ол те, яни электрон спинiне те. Ал b-ыдырау кезiнде барлы: энергия, масса, заряд, импульс жне импульс моментiнi сатау задары орындалады. Зарядталан блшектердi шыарумен атар, таы бiр баса ерекше радиоактивтi трлену трi кездеседi, ол блшектердi шыармайды, керiсiнше зарядталан блшектердi армайды. Кптеген атомды ядролар К-абаттаы, яни ядроа жаын электрон орбитасындаы электрондарды армау абiлеттерi болады. Оны К-армау деп атаймыз. Радиактивтi трлену кезiндегi электрондарды шыару процесi, нейтронны протона трленуi нтижесiнде электрон жне электронды антинейтриноа трленедi де ол тмендегiдей слба бойынша орындалады:

(5.10.2)

мндаы: n - нейтрон p - протон; ал - электрон; -антинейтрино, индексiндегi - электронды дегендi сипаттаса, жоары жаындаы ~ анти дегендi бiлдiредi.

К-армау кезiндегi реакция мынадай баса слбамен рнектеледi, яни протон нейтрона айналады жне электронды нейтрино тзеледi:

(5.10.3)

Реакция кезiнде поротоннан позитрон да блiнедi, ол мынадай слбамен рнектеледi:

(5.10.4)

5.10.3. жне 5.10.4. реакциялары сол бiр атом ядросында ана орындалады.

К-армау реакциясын 1938 жылы Л. Альварец ашты. Бл процесс кезiнде бастапы химиялы элементтi реттiк нмірi (Z) реакциядан кейiн зiне дейiнгi химиялы элементтi реттiк нмірiн абылдайды. Жаа элемент атомыны электронды абаты (К-армаудан со К-абаттаы дегей) босайды да К, L сипаттаушы сулелену баса жаа элемент рентген спектiрiнi сериясын тзедi. Бл шын мнiнде байалады.

Ыысу ережесi

 

1913 жылы бiр-бiрiне байланыссыз аылшын физигi Ф.Садди жне немiс физигi К.Фаянс ыдырау задылыына сйенiп ыысу ережесiн анытады.

Ыысу ережесi негiзiнен a жне b блшектерiнi ыдырауынан (блiнуiнен) орындалады.

1) Атомды нмірi (реттiк) Z жне массалы саны А-болып келген радиоактивтi изотоптан a-блшегi блiнiп шыанда, атом ядросыны реттiк нмірi Z-2, ал массалы саны А-4-ке те болатын, баса элемент изотопыны ядросы тзiледi, яни бастапы аналы ядроны зiне дейiнгi екiншi элементтi ядросына айналады. Ол мынадай слбамен аныталады:

(5.11.1)

 

Мысалы: уран-238 атом ядросынан, альфа блшегі ыдырап блініп шыанда зіне дейінгі екінші химиялы элемент торий изотопына айналады:

 

ал торий атом ядросынан, альфа блшегі ыдырап блініп шыанда ол радон изотопына айналады.

(5.11.2)

2) Атомды номерi Z, массалы саны А болып келген радиактивтi изотоптан b-блшегi блiнiп шыанда, атом ядросыны реттiк номерi Z+1, ал массалы саны згермейтiн, атом ядросы тзiледi, яни аналы ядроны зiнен кейiнгi элемент изотопына айналады. Ол мынадай слбамен аныталады:

; (5.11.3)

 

Мысалы: ;

 

 

т.б.

Сонда литий атом ядросынан, бета блшегі блініп шыанда, онда ол берилий изотопына айналады. Ал уран 238 бета блшегін шыарса, онда ол нептуний изотопына айналады. Нептуний изотопы орнысыз ол аз уаыт ішінде, плутоний изотопына айналады. Плутонийді жартылай ыдырау аралыы те лкен, яни 24000 жыл.

Ал, -ыдырау кезінде позитрон блінетін болса, онда бастапы ядроа араанда бір ретке ерте келетін химиялы элемент ядросыны изотопына айналады.

Мысалы: ₉₂U²³⁸₉₁Pa²³⁸+₊₁e; Ра²³⁸- протактинии изотопы шыады.

Ядролы реакция нтижесінде алынан жасанды радиоактивті элементтерде пазитронды (₊₁е) активтілік байалады. Осы жоарыда крсетілген альфа жне бета блшектеріні ыдырау задылыы (5.6.1) жне (5.6.2)формулалар ыысу ережесі деп аталады.

Егер, - радиоактивтілік орындалса жаа атом ядросы пайда болып, оны заряды мен массалы саны бастапы атом ядросынан згешелігі болмайды, тек айырмашылыы жаа ядро аз энергияа ие болады.