चिकित्सा में आइसोटोप का अनुप्रयोग. विज्ञान से शुरुआत करें

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तालिका 1. रेडियोन्यूक्लाइड्स की मुख्य विशेषताएं - नैदानिक ​​​​उद्देश्यों के लिए उपयोग के लिए γ-उत्सर्जक

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Co60 का उपयोग शरीर की सतह और शरीर के अंदर स्थित घातक ट्यूमर के इलाज के लिए किया जाता है। सतही रूप से स्थित ट्यूमर (उदाहरण के लिए, त्वचा कैंसर) का इलाज करने के लिए, कोबाल्ट का उपयोग ट्यूबों के रूप में किया जाता है जिन्हें ट्यूमर पर लगाया जाता है, या सुइयों के रूप में जिन्हें इसमें इंजेक्ट किया जाता है। रेडियोकोबाल्ट युक्त ट्यूबों और सुइयों को ट्यूमर के नष्ट होने तक इसी स्थिति में रखा जाता है। इस मामले में, ट्यूमर के आसपास के स्वस्थ ऊतकों को ज्यादा नुकसान नहीं होना चाहिए। यदि ट्यूमर शरीर में गहराई में स्थित है (पेट या फेफड़ों का कैंसर), तो रेडियोधर्मी कोबाल्ट युक्त विशेष γ-उपकरणों का उपयोग किया जाता है। यह स्थापना γ-किरणों की एक संकीर्ण, बहुत शक्तिशाली किरण बनाती है, जो उस स्थान पर निर्देशित होती है जहां ट्यूमर स्थित है। रेडिएशन से कोई दर्द नहीं होता, मरीजों को इसका अहसास नहीं होता।

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फ्लोरोग्राफिक उपकरणों के लिए डिजिटल रेडियोग्राफ़िक कैमरा KRTS 01-"PONI"

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मैमोग्राफ एक आधुनिक मैमोग्राफी प्रणाली है, जिसमें कम विकिरण खुराक और उच्च रिज़ॉल्यूशन होता है, जो सटीक निदान के लिए आवश्यक स्तन की उच्च गुणवत्ता वाली छवियां प्रदान करता है।

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डिजिटल फ्लोरोग्राफिक डिवाइस एफसी-01 "इलेक्ट्रॉन" का उद्देश्य कम विकिरण जोखिम के साथ तपेदिक, कैंसर और अन्य फुफ्फुसीय रोगों का समय पर पता लगाने के लिए आबादी की बड़े पैमाने पर निवारक एक्स-रे परीक्षा आयोजित करना है।

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कंप्यूटेड टोमोग्राफ कंप्यूटेड टोमोग्राफी अंगों और ऊतकों की परत-दर-परत एक्स-रे जांच की एक विधि है। यह विभिन्न कोणों पर ली गई अनुप्रस्थ परत की कई एक्स-रे छवियों के कंप्यूटर प्रसंस्करण पर आधारित है।

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ब्रैकीथेरेपी एक कट्टरपंथी नहीं है, बल्कि लगभग एक बाह्य रोगी ऑपरेशन है, जिसके दौरान हम आइसोटोप युक्त टाइटेनियम अनाज को प्रभावित अंग में इंजेक्ट करते हैं। यह रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड ट्यूमर को ख़त्म कर देता है। रूस में, अब तक केवल चार क्लीनिक ही ऐसा ऑपरेशन करते हैं, जिनमें से दो मॉस्को, ओबनिंस्क और येकातेरिनबर्ग में हैं, हालांकि देश को 300-400 केंद्रों की जरूरत है जहां ब्रैकीथेरेपी का उपयोग किया जाता है।

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उद्योग में आइसोटोप

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आंतरिक दहन इंजनों में पिस्टन के छल्ले के घिसाव का नियंत्रण। पिस्टन रिंग को न्यूट्रॉन से विकिरणित करके, वे इसमें परमाणु प्रतिक्रियाएँ पैदा करते हैं और इसे रेडियोधर्मी बनाते हैं। जब इंजन चलता है, तो रिंग सामग्री के कण चिकनाई वाले तेल में प्रवेश कर जाते हैं। इंजन संचालन के एक निश्चित समय के बाद तेल में रेडियोधर्मिता के स्तर की जांच करके, रिंग घिसाव का निर्धारण किया जाता है।

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दवाओं के शक्तिशाली वाई-विकिरण का उपयोग धातु कास्टिंग की आंतरिक संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जाता है ताकि उनमें दोषों का पता लगाया जा सके।

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रेडियोधर्मी सामग्री सामग्री के प्रसार, ब्लास्ट भट्टियों में प्रक्रियाओं आदि का न्याय करना संभव बनाती है।

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कृषि में आइसोटोप

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रेडियोधर्मी दवाओं से वाई-किरणों की छोटी खुराक के साथ पौधों के बीजों (कपास, गोभी, मूली, आदि) के विकिरण से उपज में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

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विकिरण की बड़ी खुराक पौधों और सूक्ष्मजीवों में उत्परिवर्तन का कारण बनती है, जो कुछ मामलों में नए मूल्यवान गुणों (रेडियो चयन) के साथ उत्परिवर्ती की उपस्थिति की ओर ले जाती है। इस प्रकार गेहूं, सेम और अन्य फसलों की मूल्यवान किस्में विकसित की गईं। इस प्रकार गेहूं, सेम और अन्य फसलों की मूल्यवान किस्में विकसित की गईं, और एंटीबायोटिक दवाओं के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले अत्यधिक उत्पादक सूक्ष्मजीव प्राप्त किए गए।

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रेडियोधर्मी आइसोटोप से गामा विकिरण का उपयोग हानिकारक कीड़ों को नियंत्रित करने और खाद्य संरक्षण के लिए भी किया जाता है।

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पुरातत्व में आइसोटोप

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रेडियोधर्मी कार्बन विधि को कार्बनिक मूल की प्राचीन वस्तुओं (लकड़ी, लकड़ी का कोयला, कपड़े, आदि) की आयु निर्धारित करने के लिए एक दिलचस्प अनुप्रयोग प्राप्त हुआ है। पौधों में हमेशा बी-रेडियोधर्मी कार्बन आइसोटोप 166C होता है जिसका आधा जीवन T=5700 वर्ष होता है। यह पृथ्वी के वायुमंडल में न्यूट्रॉन के प्रभाव में नाइट्रोजन से थोड़ी मात्रा में बनता है। उत्तरार्द्ध अंतरिक्ष से वायुमंडल में प्रवेश करने वाले तेज़ कणों (कॉस्मिक किरणों) के कारण होने वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं के कारण उत्पन्न होता है। ऑक्सीजन के साथ मिलकर यह कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है, जिसे पौधे और उनके माध्यम से जानवर अवशोषित करते हैं। युवा वन नमूनों से एक ग्राम कार्बन प्रति सेकंड लगभग पंद्रह बी कण उत्सर्जित करता है।

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जीव की मृत्यु के बाद उसकी रेडियोधर्मी कार्बन से पूर्ति रुक ​​जाती है। रेडियोधर्मिता के कारण इस आइसोटोप की उपलब्ध मात्रा कम हो जाती है। कार्बनिक अवशेषों में रेडियोधर्मी कार्बन का प्रतिशत निर्धारित करके, उनकी आयु निर्धारित करना संभव है यदि यह 1000 से 50,000 और यहां तक ​​कि 100,000 वर्ष तक की सीमा में है। इस प्रकार मिस्र की ममियों की आयु, प्रागैतिहासिक आग के अवशेष आदि का पता चलता है।

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पाठ्यक्रम कार्य

विषय पर: "रेडियोधर्मिता।

प्रौद्योगिकी में रेडियोधर्मी आइसोटोप का अनुप्रयोग"

परिचय

1. रेडियोधर्मी विकिरण के प्रकार

2. अन्य प्रकार की रेडियोधर्मिता

3. अल्फ़ा क्षय

4.बीटा क्षय

5. गामा क्षय

6.रेडियोधर्मी क्षय का नियम

7.रेडियोधर्मी श्रृंखला

8. मानव पर रेडियोधर्मी विकिरण का प्रभाव

9.रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग

प्रयुक्त साहित्य की सूची

परिचय

रेडियोधर्मिता- विभिन्न कणों और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के उत्सर्जन के साथ, परमाणु नाभिक का अन्य नाभिक में परिवर्तन। इसलिए घटना का नाम: लैटिन रेडियो में - विकिरण, एक्टिवस - प्रभावी। यह शब्द मैरी क्यूरी द्वारा गढ़ा गया था। जब एक अस्थिर नाभिक - एक रेडियोन्यूक्लाइड - क्षय होता है, तो एक या अधिक उच्च-ऊर्जा कण तेज गति से उसमें से बाहर निकलते हैं। इन कणों के प्रवाह को रेडियोधर्मी विकिरण या केवल विकिरण कहा जाता है।

एक्स-रे।रेडियोधर्मिता की खोज का सीधा संबंध रोएंटजेन की खोज से था। इसके अलावा, कुछ समय तक उन्हें लगा कि ये एक ही प्रकार के विकिरण थे। 19वीं सदी के अंत में सामान्य तौर पर, वह विभिन्न प्रकार के पहले से अज्ञात "विकिरणों" की खोज में समृद्ध थे। 1880 के दशक में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जोसेफ जॉन थॉमसन ने प्राथमिक नकारात्मक चार्ज वाहक का अध्ययन शुरू किया, 1891 में आयरिश भौतिक विज्ञानी जॉर्ज जॉनस्टन स्टोनी (1826-1911) ने इन कणों को इलेक्ट्रॉन कहा। अंततः, दिसंबर में, विल्हेम कॉनराड रोएंटगेन ने एक नए प्रकार की किरण की खोज की घोषणा की, जिसे उन्होंने एक्स-रे कहा। अब तक ज्यादातर देशों में इन्हें इसी तरह बुलाया जाता है, लेकिन जर्मनी और रूस में किरणों को एक्स-रे कहने के जर्मन जीवविज्ञानी रुडोल्फ अल्बर्ट वॉन कोल्लिकर (1817-1905) के प्रस्ताव को स्वीकार कर लिया गया है। ये किरणें तब बनती हैं जब निर्वात में तेजी से उड़ने वाले इलेक्ट्रॉन (कैथोड किरणें) किसी बाधा से टकराते हैं। यह ज्ञात था कि जब कैथोड किरणें कांच से टकराती हैं, तो यह दृश्य प्रकाश - हरी चमक - उत्सर्जित करती है। एक्स-रे से पता चला कि उसी समय कांच पर हरे धब्बे से कुछ अन्य अदृश्य किरणें निकल रही थीं। यह संयोग से हुआ: एक अंधेरे कमरे में, पास में बेरियम टेट्रासायनोप्लेटिनेट बा (जिसे पहले बेरियम प्लैटिनम सल्फाइड कहा जाता था) से ढकी एक स्क्रीन चमक रही थी। यह पदार्थ पराबैंगनी और कैथोड किरणों के प्रभाव में चमकदार पीली-हरी चमक पैदा करता है। लेकिन कैथोड किरणें स्क्रीन पर नहीं गिरीं और इसके अलावा, जब डिवाइस को काले कागज से ढक दिया गया, तो स्क्रीन चमकती रही। रोएंटजेन ने जल्द ही पता लगाया कि विकिरण कई अपारदर्शी पदार्थों से होकर गुजरता है और काले कागज में लिपटी या यहां तक ​​कि धातु के डिब्बे में रखी फोटोग्राफिक प्लेट को काला कर देता है। किरणें एक बहुत मोटी किताब के माध्यम से, 3 सेमी मोटे स्प्रूस बोर्ड के माध्यम से, 1.5 सेमी मोटी एल्यूमीनियम प्लेट के माध्यम से गुजरती हैं... रोएंटजेन को अपनी खोज की संभावनाओं का एहसास हुआ: "यदि आप डिस्चार्ज ट्यूब और स्क्रीन के बीच अपना हाथ रखते हैं," उन्होंने लिखा, "आप हाथ की हल्की रूपरेखा की पृष्ठभूमि में हड्डियों की काली छाया देख सकते हैं।" यह इतिहास में पहली फ्लोरोस्कोपिक जांच थी।

रोएंटजेन की खोज तुरंत पूरी दुनिया में फैल गई और न केवल विशेषज्ञ चकित रह गए। 1896 की पूर्व संध्या पर, एक जर्मन शहर में एक किताब की दुकान में एक हाथ की तस्वीर प्रदर्शित की गई थी। उस पर एक जीवित व्यक्ति की हड्डियाँ दिखाई दे रही थीं, और एक उंगली पर शादी की अंगूठी थी। यह रोएंटजेन की पत्नी के हाथ की एक्स-रे तस्वीर थी। रोएंटजेन का पहला संदेश " एक नई तरह की किरणों के बारे में" 28 दिसंबर को "वुर्जबर्ग फिजिको-मेडिकल सोसाइटी की रिपोर्ट" में प्रकाशित किया गया था, इसका तुरंत अनुवाद किया गया और विभिन्न देशों में प्रकाशित किया गया, लंदन में प्रकाशित सबसे प्रसिद्ध वैज्ञानिक पत्रिका "नेचर" ने 23 जनवरी, 1896 को रोएंटजेन का लेख प्रकाशित किया।

पूरी दुनिया में नई किरणों की खोज की जाने लगी; अकेले एक वर्ष में इस विषय पर एक हजार से अधिक पत्र प्रकाशित हुए। सरल डिज़ाइन की एक्स-रे मशीनें भी अस्पतालों में दिखाई दीं: नई किरणों का चिकित्सीय उपयोग स्पष्ट था।

अब दुनिया भर में एक्स-रे का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है (और न केवल चिकित्सा प्रयोजनों के लिए)।

बेकरेल की किरणें.रोएंटजेन की खोज से जल्द ही एक समान रूप से उल्लेखनीय खोज हुई। इसे 1896 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एंटोनी हेनरी बेकरेल ने बनाया था। 20 जनवरी, 1896 को, उन्होंने अकादमी की एक बैठक में भाग लिया, जिसमें भौतिक विज्ञानी और दार्शनिक हेनरी पोंकारे ने रोएंटजेन की खोज के बारे में बात की और फ्रांस में ली गई मानव हाथ की एक्स-रे तस्वीरों का प्रदर्शन किया। पोंकारे ने खुद को नई किरणों के बारे में बात करने तक ही सीमित नहीं रखा। उन्होंने सुझाव दिया कि ये किरणें ल्यूमिनसेंस से जुड़ी हैं और, शायद, हमेशा इस प्रकार की चमक के साथ एक साथ दिखाई देती हैं, इसलिए कैथोड किरणों के बिना ऐसा करना संभवतः संभव है। पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में पदार्थों की चमक - प्रतिदीप्ति या फॉस्फोरेसेंस (19वीं शताब्दी में इन अवधारणाओं के बीच कोई सख्त अंतर नहीं था) बेकरेल से परिचित थे: उनके पिता अलेक्जेंडर एडमंड बेकरेल (1820-1891) और उनके दादा एंटोनी सीजर बेकरेल दोनों (1788-1878) इसमें शामिल थे - दोनों भौतिक विज्ञानी; एंटोनी हेनरी बेकरेल के बेटे, जैक्स भी एक भौतिक विज्ञानी बन गए, जिन्हें पेरिस प्राकृतिक इतिहास संग्रहालय में भौतिकी की कुर्सी "विरासत में मिली"; उन्होंने 1838 से 1948 तक 110 वर्षों तक इस कुर्सी का नेतृत्व किया।

बेकरेल ने यह परीक्षण करने का निर्णय लिया कि क्या एक्स-रे प्रतिदीप्ति से जुड़े थे। कुछ यूरेनियम लवण, उदाहरण के लिए, यूरेनिल नाइट्रेट यूओ 2 (एनओ 3) 2, चमकीले पीले-हरे रंग की प्रतिदीप्ति प्रदर्शित करते हैं। ऐसे पदार्थ बेकरेल की प्रयोगशाला में थे, जहाँ उन्होंने काम किया था। उनके पिता ने यूरेनियम तैयारियों के साथ भी काम किया, जिन्होंने दिखाया कि सूरज की रोशनी की समाप्ति के बाद, उनकी चमक बहुत तेज़ी से गायब हो जाती है - एक सेकंड के सौवें हिस्से से भी कम समय में। हालाँकि, किसी ने यह जाँच नहीं की है कि क्या यह चमक कुछ अन्य किरणों के उत्सर्जन के साथ है जो अपारदर्शी सामग्रियों से गुजर सकती है, जैसा कि रोएंटजेन के मामले में था। पोंकारे की रिपोर्ट के बाद बेकरेल ने ठीक यही जाँचने का निर्णय लिया। 24 फरवरी, 1896 को अकादमी की साप्ताहिक बैठक में उन्होंने कहा कि उन्होंने मोटे काले कागज की दो परतों में लिपटी एक फोटोग्राफिक प्लेट ली, उस पर डबल पोटेशियम यूरेनिल सल्फेट K 2 UO 2 (SO 4) 2 2H2O के क्रिस्टल रखे। और इसे कई घंटों तक सूरज की रोशनी में रखा, फिर फोटोग्राफिक प्लेट विकसित करने के बाद आप उस पर क्रिस्टल की कुछ धुंधली रूपरेखा देख सकते हैं। यदि प्लेट और क्रिस्टल के बीच एक सिक्का या टिन से कटी हुई कोई आकृति रखी जाती है, तो विकास के बाद इन वस्तुओं की एक स्पष्ट छवि प्लेट पर दिखाई देती है।

यह सब प्रतिदीप्ति और एक्स-रे विकिरण के बीच संबंध का संकेत दे सकता है। हाल ही में खोजे गए एक्स-रे को अधिक सरलता से प्राप्त किया जा सकता है - कैथोड किरणों और इसके लिए आवश्यक वैक्यूम ट्यूब और उच्च वोल्टेज के बिना, लेकिन यह जांचना आवश्यक था कि क्या यह पता चला है कि यूरेनियम नमक, जब सूरज में गरम किया जाता है, तो कुछ छोड़ता है एक प्रकार की गैस जो काले कागज के नीचे प्रवेश करती है और फोटोग्राफिक इमल्शन पर कार्य करती है, इस संभावना को खत्म करने के लिए, बेकरेल ने यूरेनियम नमक और फोटोग्राफिक प्लेट के बीच कांच की एक शीट रखी - यह अभी भी जल रही थी। "यहाँ से," बेकरेल ने अपना संक्षिप्त संदेश समाप्त किया, "हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि चमकदार नमक किरणें उत्सर्जित करता है जो काले कागज के माध्यम से प्रवेश करती हैं, प्रकाश के लिए अपारदर्शी होती हैं, और फोटोग्राफिक प्लेट में चांदी के नमक को बहाल करती हैं।" मानो पोंकारे सही थे और एक्स-रे से एक्स-रे बिल्कुल अलग तरीके से प्राप्त किया जा सकता है।

बेकरेल ने उन परिस्थितियों को बेहतर ढंग से समझने के लिए कई प्रयोग करना शुरू किया जिनके तहत एक फोटोग्राफिक प्लेट को रोशन करने वाली किरणें दिखाई देती हैं, और इन किरणों के गुणों की जांच की जाती है। उन्होंने क्रिस्टल और फोटोग्राफिक प्लेट के बीच अलग-अलग पदार्थ रखे - कागज, कांच, एल्यूमीनियम, तांबा और विभिन्न मोटाई की सीसे की प्लेटें। परिणाम रोएंटजेन द्वारा प्राप्त परिणामों के समान थे, जो दोनों विकिरणों की समानता के पक्ष में एक तर्क के रूप में भी काम कर सकते थे। प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश के अलावा, बेकरेल ने दर्पण से परावर्तित या प्रिज्म द्वारा अपवर्तित प्रकाश से यूरेनियम नमक को रोशन किया। उन्होंने पाया कि पिछले सभी प्रयोगों के परिणाम किसी भी तरह से सूर्य से जुड़े नहीं थे; मायने यह रखता था कि फोटोग्राफिक प्लेट के पास यूरेनियम नमक कितनी देर तक था। अगले दिन, बेकरेल ने अकादमी की एक बैठक में इस बारे में सूचना दी, लेकिन, जैसा कि बाद में पता चला, उन्होंने गलत निष्कर्ष निकाला: उन्होंने फैसला किया कि यूरेनियम नमक, कम से कम एक बार प्रकाश में "चार्ज" होने के बाद, उत्सर्जन करने में सक्षम है लंबे समय तक अदृश्य भेदी किरणें।

वर्ष के अंत तक, बेकरेल ने इस विषय पर नौ लेख प्रकाशित किए, उनमें से एक में उन्होंने लिखा: "विभिन्न यूरेनियम लवणों को एक मोटी दीवार वाले सीसे के बक्से में रखा गया था... किसी भी ज्ञात विकिरण की कार्रवाई से सुरक्षित, ये पदार्थ जारी रहे कांच और काले कागज से गुजरने वाली किरणें उत्सर्जित करने के लिए..., आठ महीने में।"

ये किरणें किसी भी यूरेनियम यौगिक से आती हैं, यहां तक ​​कि वे किरणें भी जो सूर्य में चमकती नहीं हैं। धात्विक यूरेनियम से विकिरण और भी अधिक प्रबल (लगभग 3.5 गुना) निकला। यह स्पष्ट हो गया कि विकिरण, हालांकि कुछ अभिव्यक्तियों में एक्स-रे के समान था, उसकी भेदन शक्ति अधिक थी और वह किसी तरह यूरेनियम से संबंधित था, इसलिए बेकरेल ने इसे "यूरेनियम किरणें" कहना शुरू कर दिया।

बेकरेल ने यह भी पता लगाया कि "यूरेनियम किरणें" हवा को आयनित करती हैं, जिससे यह बिजली का संवाहक बन जाती है। लगभग उसी समय, नवंबर 1896 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे. जे. थॉमसन और अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने एक्स-रे के प्रभाव में हवा के आयनीकरण की खोज की। विकिरण की तीव्रता को मापने के लिए, बेकरेल ने एक इलेक्ट्रोस्कोप का उपयोग किया, जिसमें सबसे हल्के सोने की पत्तियां, उनके सिरों से लटकी हुई थीं। और इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से चार्ज किया जाता है, प्रतिकर्षित होता है और उनके मुक्त सिरे अलग हो जाते हैं, यदि हवा धारा का संचालन करती है, तो चार्ज पत्तियों से निकल जाता है और वे गिर जाते हैं - हवा की विद्युत चालकता जितनी तेज़ होगी और इसलिए, विकिरण की तीव्रता उतनी ही अधिक होगी।

प्रश्न यह बना हुआ है कि कोई पदार्थ लगातार विकिरण कैसे उत्सर्जित करता है जो बाहरी स्रोत से ऊर्जा की आपूर्ति के बिना कई महीनों तक कमजोर नहीं होता है। बेकरेल ने खुद लिखा है कि वह यह समझने में असमर्थ हैं कि यूरेनियम को वह ऊर्जा कहां से मिलती है जो वह लगातार उत्सर्जित करता है। इस मामले पर कई तरह की परिकल्पनाएं सामने रखी गई हैं, जो कभी-कभी काफी शानदार होती हैं। उदाहरण के लिए, अंग्रेजी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी विलियम रैमसे ने लिखा: "... भौतिक विज्ञानी हैरान थे कि यूरेनियम लवण में ऊर्जा की अटूट आपूर्ति कहाँ से आ सकती है। लॉर्ड केल्विन का मानना ​​था कि यूरेनियम एक प्रकार के जाल के रूप में कार्य करता है, जो अंतरिक्ष के माध्यम से हम तक पहुँचने वाली अज्ञात उज्ज्वल ऊर्जा को पकड़ता है, और इसे ऐसे रूप में परिवर्तित करता है जिससे यह रासायनिक प्रभाव पैदा करने में सक्षम हो जाता है।

बेकरेल न तो इस परिकल्पना को स्वीकार कर सके, न ही कुछ अधिक प्रशंसनीय चीज़ लेकर आए, न ही ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत को त्याग सके। इसका अंत तब हुआ जब उन्होंने कुछ समय के लिए यूरेनियम के साथ काम करना पूरी तरह से छोड़ दिया और चुंबकीय क्षेत्र में वर्णक्रमीय रेखाओं को विभाजित करना शुरू कर दिया। इस प्रभाव की खोज युवा डच भौतिक विज्ञानी पीटर ज़ीमन द्वारा बेकरेल की खोज के लगभग एक साथ की गई थी और एक अन्य डचमैन, हेंड्रिक एंटोन लोरेंत्ज़ द्वारा समझाया गया था।

इसने रेडियोधर्मिता अनुसंधान का पहला चरण पूरा किया। अल्बर्ट आइंस्टीन ने रेडियोधर्मिता की खोज की तुलना आग की खोज से की, क्योंकि उनका मानना ​​था कि सभ्यता के इतिहास में आग और रेडियोधर्मिता दोनों समान रूप से प्रमुख मील के पत्थर थे।

1. रेडियोधर्मी विकिरण के प्रकार

जब शोधकर्ताओं के हाथों में विकिरण के शक्तिशाली स्रोत दिखाई दिए, जो यूरेनियम (ये रेडियम, पोलोनियम, एक्टिनियम की तैयारी थे) से लाखों गुना अधिक मजबूत थे, तो रेडियोधर्मी विकिरण के गुणों से अधिक परिचित होना संभव हो गया। अर्नेस्ट रदरफोर्ड, पति-पत्नी मारिया और पियरे क्यूरी, ए. बेकरेल और कई अन्य लोगों ने इस विषय पर पहले अध्ययन में सक्रिय भाग लिया। सबसे पहले, किरणों की भेदन क्षमता का अध्ययन किया गया, साथ ही चुंबकीय क्षेत्र के विकिरण पर प्रभाव का भी अध्ययन किया गया। यह पता चला कि विकिरण एक समान नहीं है, बल्कि "किरणों" का मिश्रण है। पियरे क्यूरी ने पाया कि जब एक चुंबकीय क्षेत्र रेडियम विकिरण पर कार्य करता है, तो कुछ किरणें विक्षेपित हो जाती हैं जबकि अन्य नहीं। यह ज्ञात था कि एक चुंबकीय क्षेत्र केवल सकारात्मक और नकारात्मक आवेशित उड़ने वाले कणों को अलग-अलग दिशाओं में विक्षेपित करता है। विक्षेपण की दिशा के आधार पर, हम आश्वस्त थे कि विक्षेपित β-किरणें नकारात्मक रूप से चार्ज थीं। आगे के प्रयोगों से पता चला कि कैथोड और β-किरणों के बीच कोई बुनियादी अंतर नहीं था, जिसका अर्थ था कि वे इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह का प्रतिनिधित्व करते थे।

विक्षेपित किरणों में विभिन्न सामग्रियों को भेदने की अधिक क्षमता होती है, जबकि गैर-विचलित किरणें पतली एल्यूमीनियम पन्नी द्वारा भी आसानी से अवशोषित हो जाती हैं - इस तरह, उदाहरण के लिए, नए तत्व पोलोनियम का विकिरण व्यवहार करता है - इसका विकिरण कार्डबोर्ड के माध्यम से भी प्रवेश नहीं करता है उस बक्से की दीवारें जिसमें दवा संग्रहीत थी।

मजबूत चुम्बकों का उपयोग करते समय, यह पता चला कि α-किरणें भी विक्षेपित होती हैं, केवल β-किरणों की तुलना में बहुत कमजोर होती हैं, और दूसरी दिशा में। इससे पता चला कि वे धनात्मक रूप से आवेशित थे और उनका द्रव्यमान काफी बड़ा था (जैसा कि बाद में पता चला, α-कणों का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 7740 गुना अधिक है)। इस घटना की खोज सबसे पहले 1899 में ए. बेकरेल और एफ. गिज़ल ने की थी। बाद में यह पता चला कि α-कण हीलियम परमाणुओं (न्यूक्लाइड 4 He) के नाभिक हैं, जिनका आवेश +2 और द्रव्यमान 4 इकाई है, जब 1900 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पॉल विलार (1860-1934) ने अधिक विस्तार से अध्ययन किया। α- और β-किरणों का विचलन, उन्होंने रेडियम के विकिरण में एक तीसरी प्रकार की किरणों की खोज की जो सबसे मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों में विचलित नहीं होती हैं, इस खोज की जल्द ही बेकरेल द्वारा पुष्टि की गई थी; इस प्रकार के विकिरण को, अल्फा और बीटा किरणों के अनुरूप, गामा किरणें कहा जाता था; ग्रीक वर्णमाला के पहले अक्षरों के साथ विभिन्न विकिरणों का पदनाम रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित किया गया था। गामा किरणें एक्स-रे के समान निकलीं, अर्थात्। वे विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं, लेकिन कम तरंग दैर्ध्य और इसलिए अधिक ऊर्जा के साथ। इन सभी प्रकार के विकिरणों का वर्णन एम. क्यूरी ने अपने मोनोग्राफ "रेडियम और रेडियोधर्मिता" में किया है। चुंबकीय क्षेत्र के बजाय, एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग विकिरण को "विभाजित" करने के लिए किया जा सकता है, केवल इसमें आवेशित कण बल की रेखाओं के लंबवत विक्षेपित नहीं होंगे, बल्कि उनके साथ - विक्षेपण प्लेटों की ओर होंगे।

काफी समय तक यह स्पष्ट नहीं था कि ये सभी किरणें कहां से आती हैं। कई दशकों के दौरान, कई भौतिकविदों के काम के माध्यम से, रेडियोधर्मी विकिरण की प्रकृति और इसके गुणों को स्पष्ट किया गया, और नए प्रकार की रेडियोधर्मिता की खोज की गई।γ

अल्फा किरणें मुख्य रूप से सबसे भारी और इसलिए कम स्थिर परमाणुओं के नाभिक द्वारा उत्सर्जित होती हैं (वे आवर्त सारणी में सीसे के बाद स्थित होते हैं)। ये उच्च ऊर्जा वाले कण हैं। आमतौर पर α कणों के कई समूह देखे जाते हैं, जिनमें से प्रत्येक की एक कड़ाई से परिभाषित ऊर्जा होती है। इस प्रकार, 226 Ra नाभिक से उत्सर्जित लगभग सभी α कणों की ऊर्जा 4.78 MeV (मेगाइलेक्ट्रॉन वोल्ट) होती है और α कणों के एक छोटे अंश की ऊर्जा 4.60 MeV होती है। एक अन्य रेडियम आइसोटोप, 221 Ra, 6.76, 6.67, 6.61 और 6.59 MeV की ऊर्जा वाले α कणों के चार समूहों का उत्सर्जन करता है। यह नाभिक में कई ऊर्जा स्तरों की उपस्थिति को इंगित करता है; उनका अंतर नाभिक द्वारा उत्सर्जित α-क्वांटा की ऊर्जा से मेल खाता है। "शुद्ध" अल्फा उत्सर्जक भी जाने जाते हैं (उदाहरण के लिए, 222 आरएन)।

सूत्र के अनुसार इ = म्यू 2 /2 एक निश्चित ऊर्जा वाले α-कणों की गति की गणना करना संभव है। उदाहरण के लिए, 1 mol α कणों के साथ इ= 4.78 MeV में ऊर्जा है (एसआई इकाइयों में) इ= 4.78 10 6 eV  96500 J/(eV mol) = 4.61 10 11 J/mol और द्रव्यमान एम= 0.004 किग्रा/मोल, कहाँ से यूα 15200 किमी/सेकंड, जो पिस्तौल की गोली की गति से हजारों गुना तेज है। अल्फा कणों में सबसे मजबूत आयनीकरण प्रभाव होता है: जब वे गैस, तरल या ठोस में किसी अन्य परमाणुओं से टकराते हैं, तो वे उनसे इलेक्ट्रॉनों को "छीन" लेते हैं, जिससे आवेशित कण बनते हैं। इस मामले में, α-कण बहुत तेज़ी से ऊर्जा खो देते हैं: वे कागज की एक शीट द्वारा भी बनाए रखे जाते हैं। हवा में, रेडियम से α-विकिरण केवल 3.3 सेमी, थोरियम से α-विकिरण - 2.6 सेमी, आदि होता है। अंततः, α कण, जो गतिज ऊर्जा खो चुका है, दो इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेता है और हीलियम परमाणु में बदल जाता है। हीलियम परमाणु की पहली आयनीकरण क्षमता (He - e → He +) 24.6 eV है, दूसरी (He + - e → He +2) की आयनीकरण क्षमता 54.4 eV है, जो किसी भी अन्य परमाणु की तुलना में बहुत अधिक है। जब इलेक्ट्रॉनों को α-कणों द्वारा पकड़ लिया जाता है, तो भारी ऊर्जा निकलती है (7600 kJ/mol से अधिक), इसलिए हीलियम के परमाणुओं को छोड़कर कोई भी परमाणु, अपने इलेक्ट्रॉनों को बनाए रखने में सक्षम नहीं होता है यदि कोई α-कण पास में होता है .

α-कणों की बहुत उच्च गतिज ऊर्जा उन्हें नग्न आंखों से (या एक साधारण आवर्धक कांच की मदद से) "देखना" संभव बनाती है, यह पहली बार 1903 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ विलियम क्रुक्स (1832 -) द्वारा प्रदर्शित किया गया था। 1919. उन्होंने एक सुई की नोक पर रेडियम नमक का एक दाना चिपका दिया, जो आंखों से मुश्किल से दिखाई देता था, और सुई को एक चौड़ी कांच की ट्यूब में मजबूत किया, सुई की नोक से ज्यादा दूर नहीं, इस ट्यूब के एक छोर पर रखा गया फॉस्फोर की परत से ढकी एक प्लेट (यह जिंक सल्फाइड थी), और दूसरे छोर पर एक आवर्धक कांच था यदि आप अंधेरे में फॉस्फोर की जांच करते हैं, तो आप देख सकते हैं: पूरे क्षेत्र का दृश्य चमकती चिंगारियों से भरा हुआ है। प्रत्येक चिंगारी एक α-कण के प्रभाव का परिणाम है। क्रुक्स ने इस उपकरण को स्पिंथारिस्कोप कहा है (ग्रीक स्पिंथारिस से - चिंगारी और स्कोपियो - α-कणों को गिनने की इस सरल विधि का उपयोग करके, एक संख्या)। उदाहरण के लिए, कई अध्ययन किए गए हैं, इस पद्धति का उपयोग करके एवोगैड्रो के स्थिरांक को काफी सटीक रूप से निर्धारित करना संभव था।

नाभिक में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परमाणु बलों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं, इसलिए, यह स्पष्ट नहीं था कि दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से युक्त एक अल्फा कण नाभिक को कैसे छोड़ सकता है। इसका उत्तर 1928 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी (जो 1933 में यूएसएसआर से आए थे) जॉर्ज (जॉर्जी एंटोनोविच) गामो ने दिया था। क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार, α-कण, कम द्रव्यमान के किसी भी कण की तरह, एक तरंग प्रकृति के होते हैं और इसलिए उनके नाभिक के बाहर, एक छोटे (लगभग 6) पर समाप्त होने की कुछ छोटी संभावना होती है · इससे 10-12 सेमी) की दूरी। जैसे ही ऐसा होता है, कण को ​​बहुत पास के धनात्मक आवेशित नाभिक से कूलम्ब प्रतिकर्षण का अनुभव होने लगता है।

यह मुख्य रूप से भारी नाभिक हैं जो अल्फा क्षय के अधीन हैं - उनमें से 200 से अधिक अल्फा कण बिस्मथ के बाद के तत्वों के अधिकांश आइसोटोप द्वारा उत्सर्जित होते हैं; हल्के अल्फा उत्सर्जक ज्ञात हैं, मुख्य रूप से दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के परमाणु। लेकिन अल्फा कण नाभिक से बाहर क्यों निकलते हैं, व्यक्तिगत प्रोटॉन से नहीं? गुणात्मक रूप से, इसे α-क्षय के दौरान ऊर्जा लाभ द्वारा समझाया गया है (α-कण - हीलियम नाभिक स्थिर हैं)। α-क्षय का मात्रात्मक सिद्धांत केवल 1980 के दशक में बनाया गया था; घरेलू भौतिकविदों ने भी इसके विकास में भाग लिया, जिसमें वोरोनिश विश्वविद्यालय में परमाणु भौतिकी विभाग के प्रमुख लेव डेविडोविच लैंडौ, अर्कडी बेइनुसोविच मिगडाल (1911-1991) शामिल थे। और सहकर्मी.

नाभिक से एक अल्फा कण के निकलने से दूसरे रासायनिक तत्व का नाभिक निकल जाता है, जो आवर्त सारणी में बाईं ओर दो कोशिकाओं में स्थानांतरित हो जाता है। एक उदाहरण पोलोनियम (परमाणु आवेश 84) के सात समस्थानिकों को सीसे के विभिन्न समस्थानिकों (परमाणु आवेश 82) में बदलना है: 218 Po → 214 Pb, 214 Po → 210 Pb, 210 Po → 206 Pb, 211 Po → 207 Pb, 215 पीओ → 211 पीबी, 212 पीओ → 208 पीबी, 216 पीओ → 212 पीबी। लेड के आइसोटोप 206 Pb, 207 Pb और 208 Pb स्थिर हैं, बाकी रेडियोधर्मी हैं।

बीटा क्षय ट्रिटियम जैसे भारी और हल्के दोनों प्रकार के नाभिकों में होता है। इन प्रकाश कणों (तेज़ इलेक्ट्रॉनों) की भेदन शक्ति अधिक होती है। इस प्रकार, हवा में, β-कण कई दसियों सेंटीमीटर उड़ सकते हैं, तरल और ठोस पदार्थों में - एक मिलीमीटर के अंश से लेकर लगभग 1 सेमी तक। α-कणों के विपरीत, β-किरणों का ऊर्जा स्पेक्ट्रम अलग नहीं होता है। नाभिक से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा किसी दिए गए रेडियोन्यूक्लाइड की लगभग शून्य से एक निश्चित अधिकतम मूल्य विशेषता तक भिन्न हो सकती है। आमतौर पर, β कणों की औसत ऊर्जा α कणों की तुलना में बहुत कम होती है; उदाहरण के लिए, 228 Ra से β-विकिरण की ऊर्जा 0.04 MeV है। लेकिन कुछ अपवाद भी हैं; इसलिए अल्पकालिक न्यूक्लाइड 11 Be का β-विकिरण 11.5 MeV की ऊर्जा वहन करता है। लंबे समय तक यह स्पष्ट नहीं था कि कण एक ही तत्व के समान परमाणुओं से अलग-अलग गति से कैसे निकलते हैं। जब परमाणु और परमाणु नाभिक की संरचना स्पष्ट हो गई, तो एक नया रहस्य सामने आया: नाभिक से निकलने वाले β-कण कहाँ से आते हैं - आखिरकार, नाभिक में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। 1932 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स चैडविक द्वारा न्यूट्रॉन की खोज के बाद, रूसी भौतिक विज्ञानी दिमित्री दिमित्रिच इवानेंको (1904-1994) और इगोर एवगेनिविच टैम और स्वतंत्र रूप से जर्मन भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग ने सुझाव दिया कि परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। इस मामले में, न्यूट्रॉन को प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन में परिवर्तित करने की इंट्रान्यूक्लियर प्रक्रिया के परिणामस्वरूप β-कणों का निर्माण होना चाहिए: n → p + e। आइंस्टीन के सूत्र के अनुसार, न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के संयुक्त द्रव्यमान से थोड़ा अधिक होता है, जो द्रव्यमान का आधिक्य है। इ = एम सी 2, नाभिक से निकलने वाले इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा देता है, इसलिए β-क्षय मुख्य रूप से न्यूट्रॉन की अधिक संख्या वाले नाभिक में देखा जाता है। उदाहरण के लिए, न्यूक्लाइड 226 Ra एक α-उत्सर्जक है, और रेडियम के सभी भारी समस्थानिक (227 Ra, 228 Ra, 229 Ra और 230 Ra) β-उत्सर्जक हैं।

यह पता लगाना बाकी है कि β-कणों में, α-कणों के विपरीत, एक निरंतर ऊर्जा स्पेक्ट्रम क्यों होता है, जिसका अर्थ है कि उनमें से कुछ में बहुत कम ऊर्जा होती है, जबकि अन्य में बहुत अधिक ऊर्जा होती है (और साथ ही वे करीब गति से चलते हैं) प्रकाश की गति) । इसके अलावा, इन सभी इलेक्ट्रॉनों की कुल ऊर्जा (इसे एक कैलोरीमीटर का उपयोग करके मापा गया था) मूल नाभिक की ऊर्जा और उसके क्षय के उत्पाद के अंतर से कम निकली। एक बार फिर, भौतिकविदों को ऊर्जा संरक्षण के नियम के "उल्लंघन" का सामना करना पड़ा: मूल नाभिक की ऊर्जा का हिस्सा एक अज्ञात गंतव्य पर गायब हो गया। अटल भौतिक नियम को 1931 में स्विस भौतिक विज्ञानी वोल्फगैंग पाउली द्वारा "बचाया" गया था, जिन्होंने सुझाव दिया था कि β-क्षय के दौरान दो कण नाभिक से बाहर निकलते हैं: एक इलेक्ट्रॉन और एक काल्पनिक तटस्थ कण - लगभग शून्य द्रव्यमान वाला एक न्यूट्रिनो, जो दूर ले जाता है अतिरिक्त ऊर्जा. β-विकिरण के निरंतर स्पेक्ट्रम को इलेक्ट्रॉनों और इस कण के बीच ऊर्जा के वितरण द्वारा समझाया गया है। न्यूट्रिनो (जैसा कि बाद में पता चला, तथाकथित इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो बीटा क्षय के दौरान बनता है) पदार्थ के साथ बहुत कमजोर रूप से बातचीत करते हैं (उदाहरण के लिए, वे आसानी से ग्लोब के व्यास और यहां तक ​​कि एक विशाल तारे को भी छेद देते हैं) और इसलिए उनका पता नहीं लगाया गया। लंबे समय तक - प्रयोगात्मक रूप से मुक्त न्यूट्रिनो को केवल 1956 में पंजीकृत किया गया था। इस प्रकार, परिष्कृत बीटा क्षय योजना इस प्रकार है: n → p +। न्यूट्रिनो के बारे में पाउली के विचारों पर आधारित β-क्षय का मात्रात्मक सिद्धांत, 1933 में इतालवी भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी द्वारा विकसित किया गया था, जिन्होंने न्यूट्रिनो (इतालवी में "न्यूट्रॉन") नाम भी प्रस्तावित किया था।

बीटा क्षय के दौरान न्यूट्रॉन का प्रोटॉन में परिवर्तन व्यावहारिक रूप से न्यूक्लाइड के द्रव्यमान को नहीं बदलता है, लेकिन नाभिक के चार्ज को एक से बढ़ा देता है। नतीजतन, एक नया तत्व बनता है, आवर्त सारणी में एक कोशिका को दाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है, उदाहरण के लिए: →, →, →, आदि। (एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो एक ही समय में नाभिक से बाहर निकलते हैं)।

2. अन्य प्रकार की रेडियोधर्मिता

अल्फा और बीटा क्षय के अलावा, अन्य प्रकार के सहज रेडियोधर्मी परिवर्तन ज्ञात हैं। 1938 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी लुईस वाल्टर अल्वारेज़ ने तीसरे प्रकार के रेडियोधर्मी परिवर्तन - इलेक्ट्रॉन कैप्चर (ई-कैप्चर) की खोज की। इस मामले में, नाभिक अपने निकटतम ऊर्जा कोश (K-शेल) से एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है। जब एक इलेक्ट्रॉन एक प्रोटॉन के साथ संपर्क करता है, तो एक न्यूट्रॉन बनता है, और एक न्यूट्रिनो अतिरिक्त ऊर्जा को लेकर नाभिक से बाहर निकलता है। प्रोटॉन के न्यूट्रॉन में परिवर्तन से न्यूक्लाइड का द्रव्यमान नहीं बदलता है, बल्कि नाभिक का आवेश एक कम हो जाता है। नतीजतन, एक नया तत्व बनता है, जो आवर्त सारणी में बाईं ओर एक कोशिका में स्थित होता है, उदाहरण के लिए, एक स्थिर न्यूक्लाइड प्राप्त होता है (यह इस उदाहरण में था कि अल्वारेज़ ने इस प्रकार की रेडियोधर्मिता की खोज की थी)।

एक परमाणु के इलेक्ट्रॉन शेल में के-कैप्चर के दौरान, उच्च ऊर्जा स्तर से एक इलेक्ट्रॉन गायब इलेक्ट्रॉन के स्थान पर "उतरता" है, अतिरिक्त ऊर्जा या तो एक्स-रे के रूप में जारी की जाती है या प्रस्थान पर खर्च की जाती है अधिक कमजोर रूप से बंधे एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों का परमाणु - तथाकथित ऑगर इलेक्ट्रॉन, जिसका नाम फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पियरे ऑगर (1899-1993) के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1923 में इस प्रभाव की खोज की थी (उन्होंने आंतरिक इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने के लिए आयनीकरण विकिरण का उपयोग किया था)।

1940 में, जॉर्जी निकोलाइविच फ्लेरोव (1913-1990) और कॉन्स्टेंटिन एंटोनोविच पेट्रज़ाक (1907-1998) ने यूरेनियम के उदाहरण का उपयोग करते हुए, सहज विखंडन की खोज की, जिसमें एक अस्थिर नाभिक दो हल्के नाभिकों में विघटित हो जाता है, जिनके द्रव्यमान में बहुत अंतर नहीं होता है। बहुत, उदाहरण के लिए: → + + 2n. इस प्रकार का क्षय केवल यूरेनियम और भारी तत्वों में देखा जाता है - कुल मिलाकर 50 से अधिक न्यूक्लाइड। यूरेनियम के मामले में, सहज विखंडन बहुत धीरे-धीरे होता है: 238 यू परमाणु का औसत जीवनकाल 6.5 अरब वर्ष है। 1938 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ ओटो हैन, ऑस्ट्रियाई रेडियोकेमिस्ट और भौतिक विज्ञानी लिस मीटनर (तत्व माउंट-मीटनेरियम का नाम उनके नाम पर रखा गया है) और जर्मन भौतिक रसायनज्ञ फ्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन (1902-1980) ने पाया कि जब न्यूट्रॉन द्वारा बमबारी की जाती है, तो यूरेनियम नाभिक टुकड़ों में विभाजित हो जाते हैं, और न्यूट्रॉन से उत्सर्जित होने वाले पदार्थ पड़ोसी यूरेनियम नाभिक के विखंडन का कारण बन सकते हैं, जिससे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है)। यह प्रक्रिया भारी (रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तुलना में) ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है, जिसके कारण परमाणु हथियारों का निर्माण और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण हुआ।

1934 में, मैरी क्यूरी की बेटी इरेने जूलियट-क्यूरी और उनके पति फ्रेडरिक जूलियट-क्यूरी ने पॉज़िट्रॉन क्षय की खोज की। इस प्रक्रिया में, नाभिक के प्रोटॉन में से एक न्यूट्रॉन और एक एंटीइलेक्ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) में बदल जाता है - समान द्रव्यमान वाला एक कण, लेकिन सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया; एक साथ, एक न्यूट्रिनो नाभिक से बाहर उड़ता है: पी → एन + ई + + 238। नाभिक का द्रव्यमान नहीं बदलता है, लेकिन एक बदलाव होता है, β - क्षय के विपरीत, बाईं ओर, β+ क्षय नाभिक की विशेषता है प्रोटॉन की अधिकता (तथाकथित न्यूट्रॉन की कमी वाले नाभिक)। इस प्रकार, ऑक्सीजन के भारी समस्थानिक 19 O, 20 O और 21 O β - सक्रिय हैं, और इसके हल्के समस्थानिक 14 O और 15 O β + सक्रिय हैं, उदाहरण के लिए: 14 O → 14 N + e + + 238. प्रतिकणों की तरह , पॉज़िट्रॉन तुरंत नष्ट हो जाते हैं (नष्ट हो जाते हैं) जब वे दो γ क्वांटा के गठन के साथ इलेक्ट्रॉनों से मिलते हैं। पॉज़िट्रॉन क्षय अक्सर K-कैप्चर के साथ प्रतिस्पर्धा करता है।

1982 में, प्रोटॉन रेडियोधर्मिता की खोज की गई: एक नाभिक द्वारा एक प्रोटॉन का उत्सर्जन (यह केवल अतिरिक्त ऊर्जा वाले कुछ कृत्रिम रूप से उत्पादित नाभिक के लिए संभव है)। 1960 में, भौतिक रसायनज्ञ विटाली इओसिफ़ोविच गोल्डान्स्की (1923-2001) ने सैद्धांतिक रूप से दो-प्रोटॉन रेडियोधर्मिता की भविष्यवाणी की: एक नाभिक से युग्मित स्पिन के साथ दो प्रोटॉन की अस्वीकृति। इसे पहली बार 1970 में देखा गया था। दो-न्यूट्रॉन रेडियोधर्मिता भी बहुत कम देखी गई है (1979 में खोजी गई)।

1984 में, क्लस्टर रेडियोधर्मिता की खोज की गई (अंग्रेजी क्लस्टर से - गुच्छा, झुंड)। इस मामले में, सहज विखंडन के विपरीत, नाभिक बहुत अलग द्रव्यमान वाले टुकड़ों में विघटित हो जाता है, उदाहरण के लिए, 14 से 34 द्रव्यमान वाले नाभिक एक भारी क्लस्टर से बाहर निकलते हैं, क्षय भी बहुत कम देखा जाता है, और इसने इसे बनाया है लंबे समय तक पता लगाना मुश्किल है।

कुछ नाभिक विभिन्न दिशाओं में क्षय करने में सक्षम होते हैं। उदाहरण के लिए, 221 आरएन α-कणों के उत्सर्जन के साथ 80% और β-कणों के साथ 20% क्षय होता है; दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के कई समस्थानिक (137 पीआर, 141 एनडी, 141 पीएम, 142 एसएम, आदि) या तो इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय होते हैं। या पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन के साथ। विभिन्न प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरण अक्सर (लेकिन हमेशा नहीं) γ-विकिरण के साथ होते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि परिणामी नाभिक में अतिरिक्त ऊर्जा हो सकती है, जिससे यह गामा किरणें उत्सर्जित करके निकलती है। γ-विकिरण की ऊर्जा एक विस्तृत श्रृंखला के भीतर होती है, उदाहरण के लिए, 226 Ra के क्षय के दौरान यह 0.186 MeV के बराबर होती है, और 11 Be के क्षय के दौरान यह 8 MeV तक पहुँच जाती है।

ज्ञात 2500 परमाणु नाभिकों में से लगभग 90% अस्थिर हैं। एक अस्थिर नाभिक अनायास ही कणों का उत्सर्जन करते हुए अन्य नाभिकों में परिवर्तित हो जाता है। नाभिक के इस गुण को रेडियोधर्मिता कहा जाता है। बड़े नाभिकों में, परमाणु बलों द्वारा न्यूक्लियॉन के आकर्षण और प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण के बीच प्रतिस्पर्धा के कारण अस्थिरता उत्पन्न होती है। आवेश संख्या Z > 83 और द्रव्यमान संख्या A > 209 के साथ कोई स्थिर नाभिक नहीं होता है। लेकिन Z और A संख्या के काफी कम मान वाले परमाणु नाभिक भी रेडियोधर्मी हो सकते हैं यदि नाभिक में न्यूट्रॉन की तुलना में काफी अधिक प्रोटॉन होते हैं। तब अस्थिरता कूलम्ब अंतःक्रिया ऊर्जा की अधिकता के कारण होती है। जिन नाभिकों में प्रोटॉन की संख्या से अधिक न्यूट्रॉन होते हैं, वे इस तथ्य के कारण अस्थिर हो जाते हैं कि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है। नाभिक के द्रव्यमान में वृद्धि से उसकी ऊर्जा में वृद्धि होती है।

रेडियोधर्मिता की घटना की खोज 1896 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ए. बेकरेल ने की थी, जिन्होंने पता लगाया था कि यूरेनियम लवण अज्ञात विकिरण उत्सर्जित करते हैं जो प्रकाश के लिए अपारदर्शी बाधाओं को भेद सकते हैं और फोटोग्राफिक इमल्शन को काला कर सकते हैं। दो साल बाद, फ्रांसीसी भौतिकविदों एम. और पी. क्यूरी ने थोरियम की रेडियोधर्मिता की खोज की और दो नए रेडियोधर्मी तत्वों - पोलोनियम और रेडियम की खोज की।

बाद के वर्षों में, ई. रदरफोर्ड और उनके छात्रों सहित कई भौतिकविदों ने रेडियोधर्मी विकिरण की प्रकृति का अध्ययन किया। यह पाया गया कि रेडियोधर्मी नाभिक तीन प्रकार के कणों का उत्सर्जन कर सकता है: सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज और तटस्थ। इन तीन प्रकार के विकिरणों को α-, β- और γ-विकिरण कहा जाता था। ये तीन प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरण पदार्थ के परमाणुओं को आयनित करने की क्षमता और इसलिए, उनकी भेदन क्षमता में एक दूसरे से बहुत भिन्न होते हैं। α-विकिरण की भेदन क्षमता सबसे कम होती है। सामान्य परिस्थितियों में हवा में, α-किरणें कई सेंटीमीटर की दूरी तय करती हैं। β-किरणें पदार्थ द्वारा बहुत कम अवशोषित होती हैं। वे कई मिलीमीटर मोटी एल्यूमीनियम की परत से गुजरने में सक्षम हैं। γ-किरणों में सबसे बड़ी भेदन क्षमता होती है, जो 5-10 सेमी मोटी सीसे की परत से गुजरने में सक्षम होती है।

20वीं सदी के दूसरे दशक में, ई. रदरफोर्ड द्वारा परमाणुओं की परमाणु संरचना की खोज के बाद, यह दृढ़ता से स्थापित हो गया कि रेडियोधर्मिता परमाणु नाभिक का एक गुण है। अनुसंधान से पता चला है कि α-किरणें α-कणों के प्रवाह का प्रतिनिधित्व करती हैं - हीलियम नाभिक, β-किरणें इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह हैं, γ-किरणें अत्यंत कम तरंग दैर्ध्य के साथ लघु-तरंग विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं λ< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. является потоком частиц – γ-квантов.

3. अल्फ़ा क्षय

अल्फा क्षय एक परमाणु नाभिक का प्रोटॉन Z और न्यूट्रॉन N की संख्या के साथ दूसरे (बेटी) नाभिक में सहज परिवर्तन है जिसमें प्रोटॉन Z - 2 और न्यूट्रॉन N - 2 की संख्या होती है। इस मामले में, एक α कण उत्सर्जित होता है - हीलियम परमाणु का नाभिक. ऐसी प्रक्रिया का एक उदाहरण रेडियम का α-क्षय है: रेडियम परमाणुओं के नाभिक द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों का उपयोग रदरफोर्ड द्वारा भारी तत्वों के नाभिक द्वारा प्रकीर्णन पर प्रयोगों में किया गया था। रेडियम नाभिक के α-क्षय के दौरान उत्सर्जित α-कणों की गति, चुंबकीय क्षेत्र में प्रक्षेपवक्र की वक्रता से मापी जाती है, लगभग 1.5 · 10 7 m/s है, और संबंधित गतिज ऊर्जा लगभग 7.5 · 10 -13 J ( लगभग 4. 8 मेव)। यह मान माँ और बेटी के नाभिक और हीलियम नाभिक के द्रव्यमान के ज्ञात मूल्यों से आसानी से निर्धारित किया जा सकता है। यद्यपि भागने वाले α कण की गति बहुत अधिक है, फिर भी यह प्रकाश की गति का केवल 5% है, इसलिए गणना करते समय, आप गतिज ऊर्जा के लिए एक गैर-सापेक्षवादी अभिव्यक्ति का उपयोग कर सकते हैं। शोध से पता चला है कि एक रेडियोधर्मी पदार्थ कई अलग-अलग ऊर्जाओं वाले अल्फा कणों का उत्सर्जन कर सकता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि नाभिक, परमाणुओं की तरह, विभिन्न उत्तेजित अवस्थाओं में हो सकते हैं। α क्षय के दौरान पुत्री नाभिक इन उत्तेजित अवस्थाओं में से एक में समाप्त हो सकता है।

इस नाभिक के बाद के जमीनी अवस्था में संक्रमण के दौरान, एक γ-क्वांटम उत्सर्जित होता है। गतिज ऊर्जा के दो मूल्यों के साथ α-कणों के उत्सर्जन के साथ रेडियम के α-क्षय का एक आरेख चित्र 2 में दिखाया गया है। इस प्रकार, नाभिक का α-क्षय कई मामलों में γ-विकिरण के साथ होता है।

α-क्षय के सिद्धांत में, यह माना जाता है कि दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से युक्त समूह नाभिक के अंदर बन सकते हैं, यानी। α कण. मातृ नाभिक α कणों के लिए एक संभावित कुआँ है, जो एक संभावित अवरोध द्वारा सीमित है। नाभिक में α कण की ऊर्जा इस बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त नहीं है (चित्र 3)। नाभिक से अल्फा कण का बाहर निकलना टनलिंग प्रभाव नामक क्वांटम यांत्रिक घटना के कारण ही संभव है। क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, किसी कण के संभावित अवरोध के नीचे से गुजरने की गैर-शून्य संभावना होती है। सुरंग खोदने की घटना प्रकृति में संभाव्य है।

4. बीटा क्षय

बीटा क्षय के दौरान, एक इलेक्ट्रॉन नाभिक से बाहर निकल जाता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के अंदर मौजूद नहीं हो सकते हैं; वे न्यूट्रॉन के प्रोटॉन में परिवर्तन के परिणामस्वरूप बीटा क्षय के दौरान उत्पन्न होते हैं। यह प्रक्रिया न केवल नाभिक के अंदर, बल्कि मुक्त न्यूट्रॉन के साथ भी हो सकती है। एक मुक्त न्यूट्रॉन का औसत जीवनकाल लगभग 15 मिनट होता है। क्षय के दौरान, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में बदल जाता है

मापों से पता चला है कि इस प्रक्रिया में ऊर्जा के संरक्षण के नियम का स्पष्ट उल्लंघन होता है, क्योंकि न्यूट्रॉन के क्षय से उत्पन्न प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा न्यूट्रॉन की ऊर्जा से कम होती है। 1931 में, डब्ल्यू. पाउली ने सुझाव दिया कि न्यूट्रॉन के क्षय के दौरान, शून्य द्रव्यमान और आवेश वाला एक और कण निकलता है, जो ऊर्जा का कुछ हिस्सा छीन लेता है। नये कण को ​​न्यूट्रिनो (छोटा न्यूट्रॉन) कहा जाता है। न्यूट्रिनो में आवेश और द्रव्यमान की कमी के कारण, यह कण पदार्थ के परमाणुओं के साथ बहुत कमजोर तरीके से संपर्क करता है, इसलिए प्रयोग में इसका पता लगाना बेहद मुश्किल है। न्यूट्रिनो की आयनीकरण क्षमता इतनी कम है कि हवा में एक आयनीकरण घटना लगभग 500 किमी के रास्ते में होती है। इस कण की खोज 1953 में ही हो गई थी। अब पता चला है कि न्यूट्रिनो कई प्रकार के होते हैं। न्यूट्रॉन के क्षय के दौरान एक कण बनता है, जिसे इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो कहा जाता है। इसे प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है। इसलिए, न्यूट्रॉन क्षय प्रतिक्रिया को फॉर्म में लिखा गया है

इसी तरह की प्रक्रिया β-क्षय के दौरान नाभिक के अंदर होती है। परमाणु न्यूट्रॉन में से एक के क्षय के परिणामस्वरूप बनने वाला एक इलेक्ट्रॉन तुरंत "पैतृक घर" (नाभिक) से भारी गति से बाहर निकल जाता है, जो प्रकाश की गति से केवल एक प्रतिशत के अंश से भिन्न हो सकता है। चूँकि इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो और संतति नाभिक के बीच β-क्षय के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का वितरण यादृच्छिक होता है, इसलिए β-इलेक्ट्रॉनों की एक विस्तृत श्रृंखला में अलग-अलग वेग हो सकते हैं।

β-क्षय के दौरान, आवेश संख्या Z एक बढ़ जाती है, लेकिन द्रव्यमान संख्या A अपरिवर्तित रहती है। पुत्री नाभिक तत्व के समस्थानिकों में से एक का नाभिक बन जाता है, जिसकी आवर्त सारणी में क्रमांक मूल नाभिक की क्रमांक संख्या से एक अधिक है। β-क्षय का एक विशिष्ट उदाहरण यूरेनियम के α-क्षय से उत्पन्न थोरियम आइसोटोन का पैलेडियम में परिवर्तन है

5. गामा क्षय

α- और β-रेडियोधर्मिता के विपरीत, नाभिक की γ-रेडियोधर्मिता नाभिक की आंतरिक संरचना में परिवर्तन से जुड़ी नहीं है और चार्ज या द्रव्यमान संख्या में परिवर्तन के साथ नहीं है। α- और β-क्षय दोनों के दौरान, पुत्री नाभिक स्वयं को कुछ उत्तेजित अवस्था में पा सकता है और उसमें ऊर्जा की अधिकता हो सकती है। उत्तेजित अवस्था से जमीनी अवस्था में नाभिक का संक्रमण एक या अधिक γ क्वांटा के उत्सर्जन के साथ होता है, जिसकी ऊर्जा कई MeV तक पहुंच सकती है।

6. रेडियोधर्मी क्षय का नियम

रेडियोधर्मी पदार्थ के किसी भी नमूने में बड़ी संख्या में रेडियोधर्मी परमाणु होते हैं। चूंकि रेडियोधर्मी क्षय प्रकृति में यादृच्छिक है और बाहरी स्थितियों पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए नाभिक की संख्या एन (टी) में कमी का नियम जो किसी निश्चित समय तक क्षय नहीं हुआ है, रेडियोधर्मी क्षय प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण सांख्यिकीय विशेषता के रूप में कार्य कर सकता है।

मान लीजिए अल्पावधि में क्षय न होने वाले नाभिक N(t) की संख्या में ΔN का परिवर्तन होता है Δt< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

आनुपातिकता गुणांक λ समय Δt = 1 s में परमाणु क्षय की संभावना है। इस सूत्र का अर्थ है कि फ़ंक्शन N(t) के परिवर्तन की दर सीधे फ़ंक्शन के समानुपाती होती है।

जहां N 0, t = 0 पर रेडियोधर्मी नाभिकों की प्रारंभिक संख्या है। समय τ = 1 / λ के दौरान, अविघटित नाभिकों की संख्या e ≈ 2.7 गुना कम हो जाएगी। τ के मान को रेडियोधर्मी नाभिक का औसत जीवनकाल कहा जाता है।

व्यावहारिक उपयोग के लिए, आधार के रूप में ई के बजाय संख्या 2 का उपयोग करके रेडियोधर्मी क्षय के नियम को एक अलग रूप में लिखना सुविधाजनक है:

T मान को अर्ध-जीवन कहा जाता है। समय T के दौरान, रेडियोधर्मी नाभिकों की मूल संख्या का आधा क्षय हो जाता है। मात्राएँ T और τ संबंध से संबंधित हैं

अर्ध-जीवन रेडियोधर्मी क्षय की दर को दर्शाने वाली मुख्य मात्रा है। आधा जीवन जितना छोटा होगा, क्षय उतना ही तीव्र होगा। तो, यूरेनियम टी के लिए ≈ 4.5 अरब वर्ष, और रेडियम टी के लिए ≈ 1600 वर्ष। इसलिए, रेडियम की गतिविधि यूरेनियम की तुलना में बहुत अधिक है। ऐसे रेडियोधर्मी तत्व होते हैं जिनका आधा जीवन एक सेकंड के एक अंश से भी कम होता है।

α- और β-रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, पुत्री नाभिक भी अस्थिर हो सकता है। इसलिए, क्रमिक रेडियोधर्मी क्षयों की एक श्रृंखला संभव है, जो स्थिर नाभिक के निर्माण में समाप्त होती है। प्रकृति में ऐसी अनेक शृंखलाएँ हैं। सबसे लंबी एक श्रृंखला है जिसमें 14 लगातार क्षय (8 अल्फा क्षय और 6 बीटा क्षय) शामिल हैं। यह श्रृंखला सीसे के एक स्थिर आइसोटोप के साथ समाप्त होती है (चित्र 5)।

प्रकृति में, श्रृंखला के समान कई और रेडियोधर्मी श्रृंखलाएं हैं। एक ऐसी श्रृंखला भी ज्ञात है जो नेप्च्यूनियम से शुरू होती है, जो प्राकृतिक परिस्थितियों में नहीं पाई जाती है, और बिस्मथ के साथ समाप्त होती है। रेडियोधर्मी क्षयों की यह श्रृंखला परमाणु रिएक्टरों में होती है।

ऑफसेट नियम. विस्थापन नियम यह निर्दिष्ट करता है कि रेडियोधर्मी विकिरण उत्सर्जित करते समय एक रासायनिक तत्व में कौन से परिवर्तन होते हैं।

7. रेडियोधर्मी श्रृंखला

विस्थापन नियम ने प्राकृतिक रेडियोधर्मी तत्वों के परिवर्तनों का पता लगाना और उनसे तीन पारिवारिक वृक्षों का निर्माण करना संभव बना दिया, जिनके पूर्वज यूरेनियम-238, यूरेनियम-235 और थोरियम-232 हैं। प्रत्येक परिवार की शुरुआत एक अत्यंत दीर्घजीवी रेडियोधर्मी तत्व से होती है। उदाहरण के लिए, यूरेनियम परिवार का नेतृत्व यूरेनियम द्वारा किया जाता है, जिसकी द्रव्यमान संख्या 238 और अर्ध-जीवन 4.5·10 9 वर्ष है (तालिका 1 में, मूल नाम के अनुसार, यूरेनियम I के रूप में निर्दिष्ट)।

यूरेनियम परिवार. ऊपर चर्चा की गई रेडियोधर्मी परिवर्तनों के अधिकांश गुणों का पता यूरेनियम परिवार के तत्वों से लगाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, परिवार का तीसरा सदस्य परमाणु समावयवता प्रदर्शित करता है। यूरेनियम X 2, बीटा कणों का उत्सर्जन करते हुए, यूरेनियम II (T = 1.14 मिनट) में बदल जाता है। यह प्रोटैक्टीनियम-234 की उत्तेजित अवस्था के बीटा क्षय से मेल खाता है। हालाँकि, 0.12% मामलों में, उत्तेजित प्रोटैक्टीनियम-234 (यूरेनियम एक्स 2) एक गामा क्वांटम उत्सर्जित करता है और जमीनी अवस्था (यूरेनियम जेड) में चला जाता है। यूरेनियम Z का बीटा क्षय, जिससे यूरेनियम II का निर्माण भी होता है, 6.7 घंटों में होता है।

रेडियम सी दिलचस्प है क्योंकि यह दो तरह से क्षय हो सकता है: अल्फा या बीटा कण उत्सर्जित करता है। ये प्रक्रियाएँ एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा करती हैं, लेकिन 99.96% मामलों में बीटा क्षय रेडियम C के निर्माण के साथ होता है। 0.04% मामलों में, रेडियम सी एक अल्फा कण उत्सर्जित करता है और रेडियम C (RaC) में बदल जाता है। बदले में, RaC और RaC क्रमशः अल्फा और बीटा कणों के उत्सर्जन से रेडियम डी में परिवर्तित हो जाते हैं।

आइसोटोप। यूरेनियम परिवार के सदस्यों में ऐसे लोग हैं जिनके परमाणुओं की परमाणु संख्या (समान परमाणु आवेश) और द्रव्यमान संख्याएँ समान हैं। वे रासायनिक गुणों में समान हैं, लेकिन रेडियोधर्मिता की प्रकृति में भिन्न हैं। उदाहरण के लिए, रेडियम बी, रेडियम डी और रेडियम जी, जिनकी परमाणु संख्या सीसे के समान 82 है, रासायनिक व्यवहार में सीसे के समान हैं। यह स्पष्ट है कि रासायनिक गुण द्रव्यमान संख्या पर निर्भर नहीं करते हैं; वे परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोश की संरचना से निर्धारित होते हैं (इसलिए, जेड). दूसरी ओर, किसी परमाणु के रेडियोधर्मी गुणों की परमाणु स्थिरता के लिए द्रव्यमान संख्या महत्वपूर्ण है। समान परमाणु क्रमांक और भिन्न द्रव्यमान संख्या वाले परमाणु आइसोटोप कहलाते हैं। रेडियोधर्मी तत्वों के आइसोटोप की खोज 1913 में एफ. सोड्डी ने की थी, लेकिन जल्द ही एफ. एस्टन ने मास स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके साबित कर दिया कि कई स्थिर तत्वों में भी आइसोटोप होते हैं।

8. मानव पर रेडियोधर्मी विकिरण का प्रभाव

सभी प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरण (अल्फा, बीटा, गामा, न्यूट्रॉन), साथ ही विद्युत चुम्बकीय विकिरण (एक्स-रे) का जीवित जीवों पर बहुत मजबूत जैविक प्रभाव होता है, जिसमें परमाणुओं और अणुओं के उत्तेजना और आयनीकरण की प्रक्रियाएं शामिल होती हैं। ऊपर जीवित कोशिकाएँ। आयनकारी विकिरण के प्रभाव में, जटिल अणु और सेलुलर संरचनाएं नष्ट हो जाती हैं, जिससे शरीर को विकिरण क्षति होती है। इसलिए, विकिरण के किसी भी स्रोत के साथ काम करते समय, विकिरण के संपर्क में आने वाले लोगों की सुरक्षा के लिए सभी उपाय करना आवश्यक है।

हालाँकि, कोई व्यक्ति घर पर भी आयनीकृत विकिरण के संपर्क में आ सकता है। निष्क्रिय, रंगहीन, रेडियोधर्मी गैस रेडॉन मानव स्वास्थ्य के लिए एक गंभीर खतरा पैदा कर सकता है। जैसा कि चित्र 5 में दिखाए गए चित्र से देखा जा सकता है, रेडॉन रेडियम के α-क्षय का एक उत्पाद है और इसका आधा जीवन T = 3.82 है। दिन. रेडियम मिट्टी, पत्थरों और विभिन्न भवन संरचनाओं में कम मात्रा में पाया जाता है। अपेक्षाकृत कम जीवनकाल के बावजूद, रेडियम नाभिक के नए क्षय के कारण रेडॉन की सांद्रता लगातार भर जाती है, इसलिए रेडॉन संलग्न स्थानों में जमा हो सकता है। एक बार फेफड़ों में, रेडॉन α-कणों का उत्सर्जन करता है और पोलोनियम में बदल जाता है, जो रासायनिक रूप से निष्क्रिय पदार्थ नहीं है। यूरेनियम श्रृंखला के रेडियोधर्मी परिवर्तनों की एक श्रृंखला इस प्रकार है (चित्र 5)। विकिरण सुरक्षा और नियंत्रण पर अमेरिकी आयोग के अनुसार, औसत व्यक्ति को रेडॉन से 55% आयनीकृत विकिरण और चिकित्सा देखभाल से केवल 11% प्राप्त होता है। कॉस्मिक किरणों का योगदान लगभग 8% है। किसी व्यक्ति को अपने जीवन के दौरान प्राप्त होने वाली कुल विकिरण खुराक अधिकतम अनुमेय खुराक (एमएडी) से कई गुना कम होती है, जो कि कुछ व्यवसायों के लोगों के लिए स्थापित की जाती है जो आयनकारी विकिरण के अतिरिक्त जोखिम के अधीन हैं।

9. रेडियोधर्मी समस्थानिकों का अनुप्रयोग

"टैग किए गए परमाणुओं" का उपयोग करके किए गए सबसे उत्कृष्ट अध्ययनों में से एक जीवों में चयापचय का अध्ययन था। यह सिद्ध हो चुका है कि अपेक्षाकृत कम समय में शरीर लगभग पूर्ण नवीनीकरण से गुजरता है। इसे बनाने वाले परमाणुओं को नये परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया जाता है। केवल लोहा, जैसा कि रक्त के आइसोटोप अध्ययनों पर प्रयोगों से पता चला है, इस नियम का अपवाद है। आयरन लाल रक्त कोशिकाओं के हीमोग्लोबिन का हिस्सा है। जब रेडियोधर्मी लौह परमाणुओं को भोजन में शामिल किया गया, तो यह पाया गया कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली मुक्त ऑक्सीजन मूल रूप से पानी का हिस्सा थी, कार्बन डाइऑक्साइड नहीं। रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग चिकित्सा में निदान और चिकित्सीय दोनों उद्देश्यों के लिए किया जाता है। रेडियोधर्मी सोडियम, रक्त में थोड़ी मात्रा में इंजेक्ट किया जाता है, जिसका उपयोग रक्त परिसंचरण का अध्ययन करने के लिए किया जाता है; आयोडीन थायरॉयड ग्रंथि में गहन रूप से जमा होता है, विशेष रूप से ग्रेव्स रोग में। एक मीटर का उपयोग करके रेडियोधर्मी आयोडीन जमाव का अवलोकन करके, शीघ्रता से निदान किया जा सकता है। रेडियोधर्मी आयोडीन की बड़ी खुराक असामान्य रूप से विकसित होने वाले ऊतकों के आंशिक विनाश का कारण बनती है, और इसलिए ग्रेव्स रोग के इलाज के लिए रेडियोधर्मी आयोडीन का उपयोग किया जाता है। तीव्र कोबाल्ट गामा विकिरण का उपयोग कैंसर के उपचार में (कोबाल्ट गन) किया जाता है।

उद्योग में रेडियोधर्मी आइसोटोप के अनुप्रयोग भी कम व्यापक नहीं हैं। इसका एक उदाहरण आंतरिक दहन इंजनों में पिस्टन रिंग घिसाव की निगरानी के लिए निम्नलिखित विधि है। पिस्टन रिंग को न्यूट्रॉन से विकिरणित करके, वे इसमें परमाणु प्रतिक्रियाएँ पैदा करते हैं और इसे रेडियोधर्मी बनाते हैं। जब इंजन चलता है, तो रिंग सामग्री के कण चिकनाई वाले तेल में प्रवेश कर जाते हैं। इंजन संचालन के एक निश्चित समय के बाद तेल में रेडियोधर्मिता के स्तर की जांच करके, रिंग घिसाव का निर्धारण किया जाता है। रेडियोधर्मी आइसोटोप धातुओं के प्रसार, ब्लास्ट भट्टियों में प्रक्रियाओं आदि का न्याय करना संभव बनाते हैं।

रेडियोधर्मी दवाओं से प्राप्त शक्तिशाली गामा विकिरण का उपयोग धातु कास्टिंग की आंतरिक संरचना की जांच करने के लिए किया जाता है ताकि उनमें दोषों का पता लगाया जा सके।

रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग कृषि में तेजी से किया जा रहा है। रेडियोधर्मी दवाओं से गामा किरणों की छोटी खुराक के साथ पौधों के बीजों (कपास, गोभी, मूली, आदि) के विकिरण से उपज में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। विकिरण की बड़ी खुराक पौधों और सूक्ष्मजीवों में उत्परिवर्तन का कारण बनती है, जो कुछ मामलों में नए मूल्यवान गुणों (रेडियो चयन) के साथ उत्परिवर्ती की उपस्थिति की ओर ले जाती है। इस प्रकार गेहूं, सेम और अन्य फसलों की मूल्यवान किस्में विकसित की गईं, और अत्यधिक उत्पादक सूक्ष्मजीवों का उपयोग किया गया एंटीबायोटिक्स के उत्पादन में रेडियोधर्मी आइसोटोप से गामा विकिरण का उपयोग हानिकारक कीड़ों से निपटने और खाद्य संरक्षण के लिए कृषि प्रौद्योगिकी में व्यापक रूप से किया जाता है। उदाहरण के लिए, यह पता लगाने के लिए कि कौन सा फॉस्फोरस उर्वरक बेहतर अवशोषित होता है पौधे, विभिन्न उर्वरकों को रेडियोधर्मी फॉस्फोरस 15 32पी के साथ लेबल किया जाता है। फिर पौधों का रेडियोधर्मिता के लिए परीक्षण किया जाता है, और विभिन्न प्रकार के उर्वरकों से उनके द्वारा अवशोषित फास्फोरस की मात्रा निर्धारित की जा सकती है।

रेडियोधर्मिता का एक दिलचस्प अनुप्रयोग रेडियोधर्मी आइसोटोप की सांद्रता के आधार पर पुरातात्विक और भूवैज्ञानिक खोजों की डेटिंग की विधि है। डेटिंग का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला तरीका रेडियोकार्बन डेटिंग है। कॉस्मिक किरणों के कारण होने वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं के कारण वायुमंडल में कार्बन का एक अस्थिर आइसोटोप दिखाई देता है। इस आइसोटोप का एक छोटा प्रतिशत सामान्य स्थिर आइसोटोप के साथ हवा में पाया जाता है। पौधे और अन्य जीव हवा से कार्बन लेते हैं और दोनों आइसोटोप को उसी अनुपात में जमा करते हैं जैसे हवा में। पौधों के मरने के बाद, वे कार्बन का उपभोग करना बंद कर देते हैं और अस्थिर आइसोटोप धीरे-धीरे 5730 वर्षों के आधे जीवन के साथ β-क्षय के परिणामस्वरूप नाइट्रोजन में बदल जाता है। प्राचीन जीवों के अवशेषों में रेडियोधर्मी कार्बन की सापेक्ष सांद्रता को सटीक रूप से मापकर उनकी मृत्यु का समय निर्धारित किया जा सकता है।

प्रयुक्त साहित्य की सूची

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