Izotoplarning tibbiyotda qo'llanilishi. Ilm-fandan boshlang

Slayd 4

Jadval 1. Radionuklidlarning asosiy xarakteristikalari - diagnostika maqsadlarida foydalanish uchun g-emitterlar

Slayd 5

Slayd 6

Co60 tananing yuzasida va tananing ichida joylashgan xavfli o'smalarni davolash uchun ishlatiladi. Yuzaki joylashgan o'smalarni (masalan, teri saratoni) davolash uchun kobalt o'simtaga qo'llaniladigan naychalar shaklida yoki unga AOK qilingan ignalar shaklida qo'llaniladi. Radiokobaltni o'z ichiga olgan naychalar va ignalar o'simta yo'q qilinmaguncha shu holatda saqlanadi. Bunday holda, o'simtani o'rab turgan sog'lom to'qimalar ko'p azob chekmasligi kerak. Agar o'simta tananing chuqur qismida joylashgan bo'lsa (oshqozon yoki o'pka saratoni), radioaktiv kobaltni o'z ichiga olgan maxsus g-qurilmalar qo'llaniladi. Ushbu o'rnatish o'simta joylashgan joyga yo'naltirilgan tor, juda kuchli g-nurlarini hosil qiladi. Radiatsiya hech qanday og'riq keltirmaydi, bemorlar buni sezmaydilar.

Slayd 7

KRTS 01-"PONI" florografik qurilmalar uchun raqamli radiografik kamera

Slayd 8

Mamografi - bu past nurlanish dozasi va yuqori aniqlikdagi zamonaviy mammografiya tizimi bo'lib, aniq tashxis qo'yish uchun zarur bo'lgan ko'krakning yuqori sifatli tasvirini beradi.

Slayd 9

FC-01 “Elektron” raqamli florografik qurilma sil, saraton va boshqa oʻpka kasalliklarini kam nurlanish taʼsirida oʻz vaqtida aniqlash maqsadida aholini ommaviy profilaktik rentgen tekshiruvidan oʻtkazish uchun moʻljallangan.

Slayd 10

kompyuter tomografiyasi Kompyuter tomografiyasi organlar va to'qimalarni qatlam-qatlam rentgenologik tekshirish usulidir. U turli burchaklarda olingan ko'ndalang qatlamning bir nechta rentgen tasvirlarini kompyuterda qayta ishlashga asoslangan.

Slayd 11

Brakiterapiya radikal emas, balki deyarli ambulatoriya operatsiyasi bo'lib, uning davomida biz izotopni o'z ichiga olgan titan donalarini zararlangan organga AOK qilamiz. Ushbu radioaktiv nuklid o'simtani o'ldiradi. Rossiyada hozirgacha faqat to'rtta klinikada bunday operatsiya amalga oshiriladi, ulardan ikkitasi Moskva, Obninsk va Yekaterinburgda, garchi mamlakatda brakiterapiya qo'llaniladigan 300-400 markaz kerak.

Slayd 12

Sanoatdagi izotoplar

Slayd 13

Ichki yonuv dvigatellarida piston halqalarining eskirishini nazorat qilish. Porshen halqasini neytronlar bilan nurlantirish orqali ular unda yadro reaksiyalarini keltirib chiqaradi va uni radioaktiv qiladi. Dvigatel ishlaganda, halqa materialining zarralari moylash moyiga kiradi. Dvigatelning ma'lum bir vaqtini ishlagandan so'ng, moydagi radioaktivlik darajasini o'rganish orqali halqaning aşınması aniqlanadi.

Slayd 14

Dori vositalarining kuchli y-nurlanishi metall quymalarining ichki tuzilishini o'rganish uchun ulardagi nuqsonlarni aniqlash uchun ishlatiladi.

Slayd 15

Radioaktiv materiallar materiallarning tarqalishini, portlash pechlaridagi jarayonlarni va boshqalarni baholashga imkon beradi.

Slayd 16

Qishloq xo'jaligida izotoplar

Slayd 17

O‘simlik urug‘larini (paxta, karam, turp va boshqalar) radioaktiv preparatlardan kichik dozalarda y nurlari bilan nurlantirish hosilning sezilarli oshishiga olib keladi.

Slayd 18

Nurlanishning katta dozalari o'simliklar va mikroorganizmlarda mutatsiyalarni keltirib chiqaradi, bu esa ba'zi hollarda yangi qimmatli xususiyatlarga ega mutantlarning paydo bo'lishiga olib keladi (radioseleksiya). Bug‘doy, loviya va boshqa ekinlarning qimmatli navlari ana shunday yaratilgan. Shu tariqa bug‘doy, loviya va boshqa ekinlarning qimmatli navlari yaratildi, antibiotiklar ishlab chiqarishda qo‘llaniladigan yuqori mahsuldor mikroorganizmlar olindi.

Slayd 19

Radioaktiv izotoplarning gamma nurlanishi zararli hasharotlarni nazorat qilish va oziq-ovqat mahsulotlarini saqlash uchun ham qo'llaniladi.

Slayd 20

Arxiologiyada izotoplar

Slayd 21

Radioaktiv uglerod usuli organik kelib chiqadigan qadimiy ob'ektlarning (yog'och, ko'mir, matolar va boshqalar) yoshini aniqlash uchun qiziqarli dastur oldi. O'simliklarda doimo B-radioaktiv uglerod izotopi 166C bo'lib, yarimparchalanish davri T=5700 yil. Yer atmosferasida neytronlar taʼsirida azotdan oz miqdorda hosil boʻladi. Ikkinchisi kosmosdan atmosferaga kiradigan tez zarralar (kosmik nurlar) natijasida yuzaga keladigan yadroviy reaktsiyalar tufayli yuzaga keladi. Kislorod bilan birlashib, bu uglerod o'simliklar va ular orqali hayvonlar tomonidan so'rilgan karbonat angidridni hosil qiladi. Yosh o'rmon namunalaridan olingan bir gramm uglerod soniyasiga taxminan o'n besh B zarrachasini chiqaradi.

Slayd 22

Organizmning o'limidan keyin uning radioaktiv uglerod bilan to'ldirilishi to'xtaydi. Ushbu izotopning mavjud miqdori radioaktivlik tufayli kamayadi. Organik qoldiqlardagi radioaktiv uglerodning foizini aniqlash orqali, agar u 1000 dan 50 000 gacha va hatto 100 000 yilgacha bo'lsa, ularning yoshini aniqlash mumkin. Shunday qilib, Misr mumiyalarining yoshi, tarixdan oldingi yong'in qoldiqlari va boshqalar ma'lum.

Barcha slaydlarni ko'rish

Kurs ishi

Mavzu bo'yicha: "Radioaktivlik.

Radioaktiv izotoplarni texnologiyada qo'llash.

Kirish

1. Radioaktiv nurlanish turlari

2. Radioaktivlikning boshqa turlari

3. Alfa yemirilishi

4.Beta parchalanishi

5. Gamma-emirilish

6. Radioaktiv parchalanish qonuni

7.Radioaktiv qator

8. Radioaktiv nurlanishning odamga ta'siri

9.Radioaktiv izotoplardan foydalanish

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

Kirish

Radioaktivlik- atom yadrolarining turli zarrachalar va elektromagnit nurlanishlar chiqishi bilan birga boshqa yadrolarga aylanishi. Shuning uchun hodisaning nomi: lotin tilida radio - nurlanish, activus - samarali. Bu so'zni Mari Kyuri kiritgan. Beqaror yadro - radionuklid parchalanganda undan bir yoki bir nechta yuqori energiyali zarralar yuqori tezlikda uchib chiqib ketadi. Bu zarrachalarning oqimi radioaktiv nurlanish yoki oddiygina nurlanish deb ataladi.

rentgen nurlari. Radioaktivlikning kashf etilishi bevosita Rentgenning kashfiyoti bilan bog'liq edi. Bundan tashqari, bir muncha vaqt ular bir xil turdagi nurlanish deb o'ylashdi. 19-asr oxiri Umuman olganda, u ilgari noma'lum bo'lgan turli xil "nurlanishlar" ni kashf etishga boy edi. 1880-yillarda ingliz fizigi Jozef Jon Tomson elementar manfiy zaryad tashuvchilarni oʻrganishni boshladi, 1891-yilda irland fizigi Jorj Jonston Stoni (1826–1911) bu zarrachalarni elektronlar deb atadi. Nihoyat, dekabr oyida Vilgelm Konrad Rentgen yangi turdagi nurlar kashf etilganini e'lon qildi va uni rentgen nurlari deb atadi. Hozirgacha ko'pgina mamlakatlarda ular shunday deb ataladi, ammo Germaniya va Rossiyada nemis biologi Rudolf Albert fon Köllikerning (1817-1905) nurlarni rentgen nurlari deb atash taklifi qabul qilingan. Bu nurlar vakuumda tez uchayotgan elektronlar (katod nurlari) to'siq bilan to'qnashganda hosil bo'ladi. Ma'lumki, katod nurlari shishaga tushganda, u ko'rinadigan yorug'lik - yashil luminesansni chiqaradi. Rentgen bir vaqtning o'zida shisha ustidagi yashil dog'dan boshqa ko'rinmas nurlar paydo bo'lishini aniqladi. Bu tasodifan sodir bo'ldi: qorong'i xonada bariy tetrasiyanoplatinat Ba (ilgari bariy platina sulfid deb ataladigan) bilan qoplangan yaqin ekran porlab turardi. Ushbu modda ultrabinafsha va katod nurlari ta'sirida yorqin sariq-yashil luminesans hosil qiladi. Ammo katod nurlari ekranga tushmadi, bundan tashqari, qurilma qora qog'oz bilan qoplanganida, ekran porlashda davom etdi. Tez orada Rentgen radiatsiya ko'plab shaffof bo'lmagan moddalardan o'tib, qora qog'ozga o'ralgan yoki hatto metall qutiga joylashtirilgan fotografiya plitasining qorayishiga olib kelishini aniqladi. Nurlar juda qalin kitobdan, 3 sm qalinlikdagi archa taxtasidan, 1,5 sm qalinlikdagi alyuminiy plastinkadan o'tdi ... Rentgen o'z kashfiyotining imkoniyatlarini angladi: "Agar siz qo'lingizni tushirish trubkasi va ekran o'rtasida tutsangiz," u shunday deb yozgan edi: "Siz qo'lning engil konturlari fonida quyuq soyali suyaklarni ko'rishingiz mumkin." Bu tarixdagi birinchi floroskopik tekshiruv edi.

Rentgenning kashfiyoti bir zumda butun dunyoga tarqaldi va nafaqat mutaxassislarni hayratda qoldirdi. 1896 yil arafasida Germaniya shahridagi kitob do'konida qo'lning fotosurati namoyish etildi. Unda tirik odamning suyaklari ko'rinib turardi, barmoqlaridan birida nikoh uzugi bor edi. Bu Rentgenning xotini qo'lining rentgen fotosurati edi. Rentgenning birinchi xabari " Yangi turdagi nurlar haqida" 28 dekabrda "Würzburg fizika-tibbiyot jamiyatining hisobotlari" da nashr etilgan, u darhol turli mamlakatlarda tarjima qilingan va nashr etilgan, Londonda nashr etilgan eng mashhur "Nature" ilmiy jurnali 1896 yil 23 yanvarda Rentgenning maqolasini nashr etgan.

Butun dunyoda yangi nurlar o'rganila boshlandi, faqat bir yil ichida ushbu mavzu bo'yicha mingdan ortiq maqola chop etildi. Kasalxonalarda oddiy dizayndagi rentgen apparatlari ham paydo bo'ldi: yangi nurlardan tibbiy foydalanish aniq edi.

Hozirgi vaqtda rentgen nurlari butun dunyoda keng qo'llaniladi (va nafaqat tibbiy maqsadlarda).

Bekkerel nurlari. Rentgenning kashfiyoti tez orada xuddi shunday ajoyib kashfiyotga olib keldi. U 1896 yilda frantsuz fizigi Antuan Anri Bekkerel tomonidan yaratilgan. 1896 yil 20 yanvarda u Akademiyaning yig'ilishida ishtirok etdi, unda fizik va faylasuf Anri Puankare Rentgenning kashfiyoti haqida gapirdi va Frantsiyada olingan inson qo'lining rentgen fotosuratlarini namoyish etdi. Puankare yangi nurlar haqida gapirish bilan cheklanmadi. U bu nurlar luminesans bilan bog'liqligini va, ehtimol, har doim bu turdagi porlash bilan bir vaqtda paydo bo'lishini taklif qildi, shuning uchun katod nurlarisiz qilish mumkin. Ultrabinafsha nurlanish ta'sirida moddalarning lyuminestsensiyasi - floresans yoki fosforessensiya (19-asrda bu tushunchalar o'rtasida qat'iy farq yo'q edi) Bekkerelga tanish edi: uning otasi Aleksandr Edmond Bekkerel (1820-1891) va uning bobosi Anfatherelin. (1788-1878) unda ishtirok etgan - ikkala fizik; Antuan Anri Bekkerelning o‘g‘li Jak ham fizik bo‘ldi, u Parij tabiiy tarix muzeyida fizika kafedrasini “meros” oldi; Bekkerel bu kafedrani 1838 yildan 1948 yilgacha 110 yil boshqargan.

Bekkerel rentgen nurlarining flüoresans bilan bog'liqligini tekshirishga qaror qildi. Ba'zi uran tuzlari, masalan, uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2, yorqin sariq-yashil floresansni namoyon qiladi. Bunday moddalar Bekkerel ishlagan laboratoriyasida edi. Uning otasi ham uran preparatlari bilan ishlagan, u quyosh nuri to'xtatilgandan so'ng, ularning porlashi juda tez - soniyaning yuzdan bir qismidan kamroq vaqt ichida yo'qolishini ko'rsatdi. Biroq, hech kim bu yorug'lik Rentgenda bo'lgani kabi, noaniq materiallardan o'tishi mumkin bo'lgan boshqa nurlarning chiqishi bilan birga keladimi yoki yo'qligini tekshirmagan. Bekkerel Puankarening hisobotidan keyin aynan shu narsani tekshirishga qaror qildi. 1896 yil 24 fevralda Akademiyaning haftalik yig'ilishida u ikki qatlamli qalin qora qog'ozga o'ralgan fotoplastinka olib, ustiga qo'sh kaliy uranil sulfat K 2 UO 2 (SO 4) 2 2H2O kristallarini qo'yganligini aytdi. Bularning barchasini bir necha soat quyosh nuriga ta'sir qilgandan so'ng, fotografik plitani ishlab chiqqandan so'ng, undagi kristallarning biroz xiralashgan konturini ko'rishingiz mumkin. Agar plastinka va kristallar orasiga qalaydan kesilgan tanga yoki figura qo'yilsa, ishlab chiqilgandan so'ng plastinkada bu narsalarning aniq tasviri paydo bo'ladi.

Bularning barchasi floresan va rentgen nurlanishi o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rsatishi mumkin. Yaqinda kashf etilgan rentgen nurlarini ancha soddaroq - katod nurlarisiz va buning uchun zarur bo'lgan vakuum trubkasi va yuqori kuchlanishsiz olish mumkin, ammo uran tuzi quyoshda qizdirilganda, bir oz zarrachani chiqaradimi yoki yo'qligini tekshirish kerak edi. Qora qog'oz ostiga kirib, fotografik emulsiyaga ta'sir qiluvchi gaz turi.Bunday imkoniyatni istisno qilish uchun Bekkerel uran tuzi va fotografiya plitasi orasiga shisha varaq qo'ydi - u hali ham yonib turardi. "Bu erdan, - deb yakunladi Bekkerel o'zining qisqacha xabari, - biz yorug'lik tuzi qora qog'oz orqali o'tadigan, yorug'lik uchun shaffof bo'lmagan nurlar chiqaradi va fotografik plastinkadagi kumush tuzlarini tiklaydi" degan xulosaga kelishimiz mumkin. Go'yo Puankare to'g'ri aytdi va rentgen nurlaridan rentgen nurlarini butunlay boshqacha tarzda olish mumkin.

Bekkerel fotografik plitani yorituvchi nurlar paydo bo‘lish sharoitlarini yaxshiroq tushunish va bu nurlarning xossalarini tekshirish uchun ko‘plab tajribalar o‘tkaza boshladi. U kristallar va fotografiya plitasi orasiga turli moddalar - qog'oz, shisha, alyuminiy, mis va turli qalinlikdagi qo'rg'oshin plitalarini joylashtirdi. Natijalar Rentgen tomonidan olingan natijalar bilan bir xil edi, bu ikkala nurlanishning o'xshashligi foydasiga argument bo'lishi mumkin edi. To'g'ridan-to'g'ri quyosh nuriga qo'shimcha ravishda, Bekkerel uran tuzini ko'zgudan aks ettirilgan yoki prizma bilan singan yorug'lik bilan yoritgan. U barcha oldingi tajribalar natijalari quyosh bilan hech qanday bog'liq emasligini oldi; uran tuzining fotografik plita yonida qancha vaqt turgani muhim edi. Ertasi kuni Bekkerel akademiya yig'ilishida bu haqda ma'lum qildi, ammo keyinchalik ma'lum bo'lishicha, u noto'g'ri xulosaga keldi: u hech bo'lmaganda bir marta yorug'likda "zaryadlangan" uran tuzi keyin chiqarishga qodir, deb qaror qildi. uzoq vaqt davomida ko'rinmas penetratsion nurlar.

Yil oxiriga kelib, Bekkerel ushbu mavzu bo'yicha to'qqizta maqola chop etdi, ulardan birida u shunday deb yozgan edi: "Turli uran tuzlari qalin devorli qo'rg'oshin qutisiga joylashtirilgan ... Har qanday ma'lum nurlanish ta'siridan himoyalangan bu moddalar davom etdi. shisha va qora qog'ozdan o'tadigan nurlarni chiqarish uchun ..., sakkiz oy ichida.

Bu nurlar har qanday uran birikmasidan, hatto quyoshda porlamaydiganlardan ham kelgan. Metall uranning nurlanishi yanada kuchliroq bo'lib chiqdi (taxminan 3,5 marta). Ma'lum bo'ldiki, radiatsiya, ba'zi ko'rinishlarida rentgen nurlariga o'xshash bo'lsa-da, kattaroq kirib borish kuchiga ega va uran bilan qandaydir bog'liq edi, shuning uchun Bekkerel uni "uran nurlari" deb atay boshladi.

Bekkerel shuningdek, "uran nurlari" havoni ionlashtirib, uni elektr tokini o'tkazuvchiga aylantirishini aniqladi. Deyarli bir vaqtning o'zida, 1896 yil noyabrda ingliz fiziklari J. J. Tomson va Ernest Rezerford (rentgen nurlari ta'sirida havoning ionlanishini kashf qildilar. Radiatsiyaning intensivligini o'lchash uchun Bekkerel elektroskopdan foydalanganlar, unda eng engil oltin barglari uchlari bilan osilgan. va elektrostatik zaryadlangan bo'lib, qaytariladi va ularning bo'sh uchlari ajralib chiqadi.Agar havo oqim o'tkazsa, zaryad barglardan oqib chiqadi va ular tushadi - havoning elektr o'tkazuvchanligi qanchalik tez bo'lsa va shuning uchun nurlanishning intensivligi shunchalik yuqori bo'ladi.

Modda qanday qilib uzluksiz nurlanish chiqaradi, bu esa tashqi manbadan energiya ta'minlanmay turib, ko'p oylar davomida kuchsizlanmaydi.Bekkerelning o'zi uran uzluksiz chiqaradigan energiyani qayerdan olganini tushuna olmasligini yozgan. Bu masala bo'yicha turli xil farazlar ilgari surilgan, ba'zan esa juda hayoliydir. Masalan, ingliz kimyogari va fizigi Uilyam Ramsay shunday deb yozgan edi: “...fiziklar uran tuzlaridagi bitmas-tuganmas energiya qayerdan kelib chiqishi mumkinligi haqida bosh qotirdilar. Lord Kelvin uran kosmos orqali bizga etib boradigan aniqlanmaydigan nurlanish energiyasini ushlab turadigan va uni kimyoviy ta'sir ko'rsatadigan shaklga aylantiradigan tuzoq bo'lib xizmat qiladi, deb taxmin qilishga moyil edi.

Bekkerel na bu gipotezani qabul qila oldi, na mantiqiyroq narsani o'ylab topdi, na energiyani saqlash tamoyilidan voz kechadi. Bu uning bir muncha vaqt uran bilan ishlashdan butunlay voz kechishi va magnit maydonda spektral chiziqlarning bo'linishi bilan yakunlandi. Bu ta'sir deyarli bir vaqtning o'zida yosh golland fizigi Piter Zeeman tomonidan Bekkerelning kashfiyoti bilan kashf etilgan va boshqa gollandiyalik Hendrik Anton Lorentz tomonidan tushuntirilgan.

Bu radioaktivlik tadqiqotining birinchi bosqichini yakunladi. Albert Eynshteyn radioaktivlikning kashf qilinishini olovning kashfiyoti bilan taqqosladi, chunki u ham yong'in, ham radioaktivlik tsivilizatsiya tarixidagi bir xil darajada muhim bosqichlar deb hisoblagan.

1. Radioaktiv nurlanish turlari

Tadqiqotchilar qo'lida urandan millionlab marta kuchliroq kuchli nurlanish manbalari paydo bo'lganda (bular radiy, poloniy, aktiniy preparatlari edi), radioaktiv nurlanishning xususiyatlari bilan yaqinroq tanishish mumkin edi. Ernest Ruterford, turmush o'rtoqlar Mariya va Per Kyuri, A. Bekkerel va boshqalar ushbu mavzu bo'yicha birinchi tadqiqotlarda faol ishtirok etishdi. Avvalo, nurlarning kirib borish qobiliyati, shuningdek, magnit maydonning nurlanishiga ta'siri o'rganildi. Ma'lum bo'lishicha, radiatsiya bir xil emas, balki "nurlar" aralashmasidir. Per Kyuri magnit maydon radiy nurlanishiga ta'sir qilganda, ba'zi nurlar burilishini, boshqalari esa yo'qligini aniqladi. Ma'lumki, magnit maydon faqat zaryadlangan uchuvchi zarralarni turli yo'nalishlarda musbat va salbiy tomonga buradi. Burilish yo'nalishiga asoslanib, biz egilgan b-nurlari manfiy zaryadlanganligiga ishonch hosil qildik. Keyingi tajribalar shuni ko'rsatdiki, katod va b-nurlari o'rtasida fundamental farq yo'q, ya'ni ular elektronlar oqimini ifodalaydi.

Buzilgan nurlar turli materiallarga kirib borish qobiliyatiga ega edi, og'ishmagan nurlar esa hatto yupqa alyuminiy folga tomonidan osongina so'rilar edi - masalan, yangi polonium elementining nurlanishi shunday bo'ldi - uning nurlanishi hatto karton orqali ham kirmadi. dori saqlangan qutining devorlari.

Kuchli magnitlardan foydalanganda, a-nurlari ham burilib, faqat b-nurlariga qaraganda ancha zaifroq va boshqa yo'nalishda ekanligi ma'lum bo'ldi. Bundan kelib chiqadiki, ular musbat zaryadlangan va sezilarli darajada kattaroq massaga ega bo'lgan (keyinchalik ma'lum bo'lishicha, a-zarrachalarning massasi elektron massasidan 7740 marta katta). Bu hodisa birinchi marta 1899 yilda A. Bekkerel va F. Gizel tomonidan kashf etilgan. Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, a-zarralar geliy atomlarining yadrolari (nuklidi 4 He) zaryadi +2 va massasi 4 birlikdir.1900 yilda frantsuz fizigi Pol Vilyar (1860-1934) batafsilroq o'rganganida. a- va b-nurlarining og'ishi, u radiy nurlanishida eng kuchli magnit maydonlarda og'maydigan uchinchi turdagi nurlarni topdi; bu kashfiyot tez orada Bekkerel tomonidan tasdiqlandi. Alfa va beta nurlariga o'xshash nurlanishning bu turi gamma nurlari deb ataldi; turli xil nurlanishlarni yunon alifbosining birinchi harflari bilan belgilash Ruterford tomonidan taklif qilingan. Gamma nurlari rentgen nurlariga o'xshash bo'lib chiqdi, ya'ni. ular elektromagnit nurlanishdir, lekin qisqaroq to'lqin uzunliklari va shuning uchun ko'proq energiyaga ega. Bu nurlanishning barcha turlari M.Kyuri tomonidan "Radiy va radioaktivlik" monografiyasida tasvirlangan. Magnit maydon o'rniga nurlanishni "bo'lish" uchun elektr maydonidan foydalanish mumkin, faqat undagi zaryadlangan zarralar kuch chiziqlariga perpendikulyar emas, balki ular bo'ylab - burilish plitalari tomon burilmaydi.

Uzoq vaqt davomida bu nurlar qaerdan kelgani noma'lum edi. Bir necha oʻn yilliklar davomida koʻplab fiziklarning mehnati natijasida radioaktiv nurlanishning tabiati va uning xossalari aniqlandi, radioaktivlikning yangi turlari kashf qilindi.

Alfa nurlari asosan eng og'ir va shuning uchun unchalik barqaror bo'lmagan atomlarning yadrolari tomonidan chiqariladi (ular davriy jadvalda qo'rg'oshindan keyin joylashgan). Bular yuqori energiyali zarralardir. Odatda a zarrachalarning bir nechta guruhlari kuzatiladi, ularning har biri qat'iy belgilangan energiyaga ega. Shunday qilib, 226 Ra yadrosidan chiqarilgan deyarli barcha a zarrachalar 4,78 MeV (megaelektron volt) energiyasiga ega va a zarrachalarning kichik qismi 4,60 MeV energiyaga ega. Yana bir radiy izotopi, 221 Ra, energiyalari 6,76, 6,67, 6,61 va 6,59 MeV bo'lgan to'rt guruh a zarrachalarini chiqaradi. Bu yadrolarda bir nechta energiya darajalarining mavjudligini ko'rsatadi, ularning farqi yadro chiqaradigan a-kvantlarning energiyasiga to'g'ri keladi. "Sof" alfa emitentlari ham ma'lum (masalan, 222 Rn).

Formulaga ko'ra E = mu 2 /2 ma'lum energiyaga ega bo'lgan a-zarrachalarning tezligini hisoblash mumkin. Masalan, 1 mol a zarralar bilan E= 4,78 MeV energiyaga ega (SI birliklarida) E= 4,78 10 6 eV  96500 J/(eV mol) = 4,61 10 11 J/mol va massa m= 0,004 kg / mol, qaerdan u a 15200 km/s, bu to'pponcha o'qi tezligidan o'n minglab marta tezroq. Alfa zarralari eng kuchli ionlashtiruvchi ta'sirga ega: ular gaz, suyuqlik yoki qattiq moddadagi har qanday boshqa atomlar bilan to'qnashganda, ulardan elektronlarni "olib tashlab", zaryadlangan zarrachalarni hosil qiladi. Bunday holda, a-zarralar energiyani juda tez yo'qotadi: ular hatto qog'oz varag'ida ham saqlanadi. Havoda radiydan a-nurlanish atigi 3,3 sm, toriydan a-nurlanish esa 2,6 sm va hokazo. Oxir-oqibat, kinetik energiyasini yo'qotgan a zarrasi ikkita elektronni ushlaydi va geliy atomiga aylanadi. Geliy atomining birinchi ionlanish potentsiali (He – e → He +) 24,6 eV, ikkinchisi (He + – e → He +2) 54,4 eV, bu boshqa atomlarga qaraganda ancha yuqori. Elektronlar a-zarrachalar tomonidan tutilganda, juda katta energiya ajralib chiqadi (7600 kJ/mol dan ortiq), shuning uchun geliy atomlaridan tashqari hech bir atom o'z elektronlarini ushlab tura olmaydi, agar a-zarracha yaqin atrofda bo'lsa. .

a-zarralarning juda yuqori kinetik energiyasi ularni yalang'och ko'z bilan (yoki oddiy kattalashtiruvchi oyna yordamida) "ko'rish" imkonini beradi, buni birinchi marta 1903 yilda ingliz fizigi va kimyogari Uilyam Kruks (1832 -) ko'rsatgan. 1919. U ko‘zga zo‘rg‘a ko‘rinadigan igna uchiga radiy tuzi donasini yopishtirib, ignani keng shisha nayda mustahkamladi.Ushbu nayning bir uchiga igna uchidan uncha uzoq bo‘lmagan joyda joylashgan. fosfor qatlami bilan qoplangan plastinka (bu rux sulfid edi) va boshqa uchida lupa bor edi.Agar siz fosforni qorong'ida tekshirsangiz, ko'rishingiz mumkin: butun maydon ko'rish uchqunlari miltillagan va hozir so‘nish.Har bir uchqun bitta a-zarracha ta’sirining natijasidir.Krukes bu qurilmani spintariskop deb atagan (yunoncha spintharis – uchqun va skopeo – qarang, kuzating).A-zarrachalarni hisoblashning ushbu oddiy usuli yordamida A son ko'plab tadqiqotlar o'tkazildi, masalan, ushbu usul yordamida Avogadro konstantasini juda aniq aniqlash mumkin edi.

Yadroda proton va neytronlar yadro kuchlari tomonidan bir-biriga bog'langan.Shuning uchun ikkita proton va ikkita neytrondan iborat alfa zarracha yadrodan qanday chiqib ketishi aniq emas edi. Javobni 1928 yilda amerikalik fizik (1933 yilda SSSRdan hijrat qilgan) Jorj (Georgiy Antonovich) Gamov bergan. Kvant mexanikasi qonunlariga ko'ra, a-zarralar, har qanday past massali zarralar kabi, to'lqinli tabiatga ega va shuning uchun ular yadrodan tashqarida, kichik (taxminan 6) bo'ylab tugash ehtimoli kichik. · 10-12 sm) undan masofa. Bu sodir bo'lishi bilanoq, zarracha juda yaqin bo'lgan musbat zaryadlangan yadrodan Kulon itilishini boshdan kechira boshlaydi.

Bu asosan alfa-parchalanishga duchor bo'lgan og'ir yadrolar - ularning 200 dan ortig'i ma'lum; alfa zarralari vismutdan keyin elementlarning ko'pgina izotoplari tomonidan chiqariladi. Engilroq alfa emitentlari ma'lum, asosan noyob yer elementlari atomlari. Lekin nega alfa zarralari yadrodan alohida protonlar emas, balki uchib chiqadi? Sifat jihatdan, bu a-emirilish vaqtida energiya ortishi bilan izohlanadi (a-zarralar - geliy yadrolari barqaror). A-emirilishning miqdoriy nazariyasi faqat 1980-yillarda yaratilgan, uni ishlab chiqishda mahalliy fiziklar ham ishtirok etgan, jumladan Lev Davidovich Landau, Arkadiy Beynusovich Migdal (1911–1991), Voronej universiteti yadro fizikasi kafedrasi mudiri Stanislav Georgievich Kadmenskiy. va hamkasblar.

Alfa zarrachaning yadrodan chiqishi boshqa kimyoviy elementning yadrosiga olib keladi, bu esa davriy sistemada ikki hujayra chapga siljiydi. Poloniyning yetti izotopining (yadro zaryadi 84) qo‘rg‘oshinning turli izotoplariga (yadro zaryadi 82) aylanishi bunga misol bo‘la oladi: 218 Po → 214 Pb, 214 Po → 210 Pb, 210 Po → 206 Pb, 211 Po → 207 Pb, 215 Po → 211 Pb, 212 Po → 208 Pb, 216 Po → 212 Pb. Qo'rg'oshin izotoplari 206 Pb, 207 Pb va 208 Pb barqaror, qolganlari radioaktivdir.

Beta-parchalanish og'ir va engil yadrolarda, masalan, tritiyda sodir bo'ladi. Bu engil zarralar (tezkor elektronlar) yuqori penetratsion kuchga ega. Shunday qilib, havoda b-zarralar bir necha o'n santimetr, suyuq va qattiq moddalarda - millimetrning fraktsiyalaridan taxminan 1 sm gacha ucha oladi.A-zarralardan farqli o'laroq, b-nurlarining energiya spektri diskret emas. Yadrodan chiqadigan elektronlarning energiyasi deyarli noldan ma'lum bir radionuklidga xos bo'lgan ma'lum bir maksimal qiymatgacha o'zgarishi mumkin. Odatda, b zarralarning o'rtacha energiyasi a zarrachalarnikidan ancha kam; masalan, 228 Ra dan b-nurlanish energiyasi 0,04 MeV ga teng. Ammo istisnolar mavjud; shuning uchun qisqa muddatli 11 Be nuklidining b-nurlanishi 11,5 MeV energiyaga ega. Uzoq vaqt davomida zarrachalar bir xil elementning bir xil atomlaridan turli tezliklarda qanday uchib chiqishi noma'lum edi. Atomning tuzilishi va atom yadrosi aniq bo'lgach, yangi sir paydo bo'ldi: yadrodan qochgan b-zarralar qayerdan keladi - axir, yadroda elektronlar yo'q. 1932 yilda ingliz fizigi Jeyms Chadvik neytronni kashf etgandan so'ng, rus fiziklari Dmitriy Dmitrievich Ivanenko (1904-1994) va Igor Evgenievich Tamm va mustaqil ravishda nemis fizigi Verner Geyzenberg atom yadrolari proton va neutronlardan iborat degan fikrni ilgari surdilar. Bunday holda, neytronni proton va elektronga aylantirishning yadro ichidagi jarayoni natijasida b-zarralar hosil bo'lishi kerak: n → p + e. Neytronning massasi Eynshteyn formulasiga muvofiq proton va elektronning birlashgan massasidan bir oz kattaroq, massa ortiqcha. E = mc 2, yadrodan chiqib ketayotgan elektronning kinetik energiyasini beradi, shuning uchun b-emirilish asosan neytronlar soni ko'p bo'lgan yadrolarda kuzatiladi. Masalan, 226 Ra nuklidi a-emitterdir va radiyning barcha og'irroq izotoplari (227 Ra, 228 Ra, 229 Ra va 230 Ra) b-emitterdir.

Nima uchun b-zarralar, a-zarralardan farqli o'laroq, uzluksiz energiya spektriga ega ekanligini aniqlash uchun qoldi, ya'ni ularning ba'zilari juda past energiyaga ega, boshqalari esa juda yuqori energiyaga ega (va shu bilan birga ga yaqin tezlikda harakat qiladilar). yorug'lik tezligi). Bundan tashqari, barcha bu elektronlarning umumiy energiyasi (u kalorimetr yordamida o'lchangan) dastlabki yadro energiyasi va uning parchalanish mahsulotidagi farqdan kamroq bo'lib chiqdi. Yana bir bor fiziklar energiyaning saqlanish qonunining "buzilishi" bilan duch kelishdi: asl yadro energiyasining bir qismi noma'lum manzilga g'oyib bo'ldi. Buzilmas jismoniy qonun 1931 yilda shveytsariyalik fizigi Volfgang Pauli tomonidan "saqlangan" bo'lib, u b-parchalanish paytida yadrodan ikkita zarracha uchib chiqadi: elektron va gipotetik neytral zarracha - deyarli nolga teng massaga ega neytrino. ortiqcha energiya. b-nurlanishning uzluksiz spektri energiyaning elektronlar va bu zarracha oʻrtasida taqsimlanishi bilan izohlanadi. Neytrinolar (keyinchalik ma'lum bo'lishicha, elektron antineytrino deb ataladigan narsa beta-parchalanish jarayonida hosil bo'ladi) materiya bilan juda zaif ta'sir qiladi (masalan, ular globusning diametrini va hatto ulkan yulduzni osongina teshadi) va shuning uchun aniqlanmagan. uzoq vaqt - eksperimental ravishda erkin neytrinolar faqat 1956 yilda ro'yxatga olingan Shunday qilib, tozalangan beta parchalanish sxemasi quyidagicha: n → p +. Paulining neytrinolar haqidagi g'oyalariga asoslangan b-emirilishning miqdoriy nazariyasi 1933 yilda italyan fizigi Enriko Fermi tomonidan ishlab chiqilgan bo'lib, u ham neytrino (italyancha "neytron") nomini taklif qilgan.

Beta-parchalanish jarayonida neytronning protonga aylanishi amalda nuklidning massasini o'zgartirmaydi, balki yadro zaryadini bir marta oshiradi. Natijada, davriy jadvalda bir katak o'ngga siljigan yangi element hosil bo'ladi, masalan: →, →, → va hokazo. (elektron va antineytrino bir vaqtning o'zida yadrodan uchib chiqadi).

2. Radioaktivlikning boshqa turlari

Alfa va beta parchalanishdan tashqari, o'z-o'zidan radioaktiv o'zgarishlarning boshqa turlari ham ma'lum. 1938 yilda amerikalik fizik Lui Uolter Alvares radioaktiv transformatsiyaning uchinchi turini - elektron tutib olishni (E-capture) kashf etdi. Bunday holda, yadro unga eng yaqin energiya qobig'idan (K-qobig'i) elektronni ushlaydi. Elektron proton bilan o'zaro ta'sirlashganda neytron hosil bo'ladi va neytrino ortiqcha energiyani olib chiqib, yadrodan uchib chiqadi. Protonning neytronga aylanishi nuklidning massasini o'zgartirmaydi, balki yadro zaryadini bir marta kamaytiradi. Natijada, davriy jadvalning chap tomonida bir hujayrada joylashgan yangi element hosil bo'ladi, masalan, barqaror nuklid olinadi (aynan shu misolda Alvares radioaktivlikning ushbu turini kashf etgan).

Atomning elektron qobig'ida K-tutilishi paytida yuqori energiya darajasidagi elektron yo'qolgan elektronning joyiga "tushadi", ortiqcha energiya rentgen nurlari shaklida chiqariladi yoki undan chiqib ketishga sarflanadi. kuchsizroq bog'langan bir yoki bir nechta elektronlar atomi - Auger elektronlari deb ataladi, bu ta'sirni 1923 yilda kashf etgan frantsuz fizigi Per Auger (1899-1993) sharafiga nomlangan (u ichki elektronlarni ishdan chiqarish uchun ionlashtiruvchi nurlanishdan foydalangan).

1940 yilda Georgiy Nikolaevich Flerov (1913-1990) va Konstantin Antonovich Petrjak (1907-1998) uran misolidan foydalanib, o'z-o'zidan bo'linishni kashf etdilar, bunda beqaror yadro ikki engilroq yadroga parchalanadi, ularning massasi unchalik ham kamaymaydi. ko'p, masalan: → + + 2n. Bunday parchalanish faqat uran va undan og'irroq elementlarda - jami 50 dan ortiq nuklidlarda kuzatiladi. Uran holatida o'z-o'zidan bo'linish juda sekin sodir bo'ladi: 238 U atomining o'rtacha umri 6,5 milliard yil. 1938 yilda nemis fizigi va kimyogari Otto Xan, avstriyalik radiokimyogari va fizigi Liza Maytner (Mt - meitneriy elementi uning nomi bilan atalgan) va nemis fizik kimyogari Frits Shtrasman (1902–1980) uran neytronlari tomonidan bombardimon qilinganda, ular bo'laklarga bo'linadi va neytronlardan chiqarilganlar qo'shni uran yadrolarining bo'linishiga olib kelishi mumkin, bu esa zanjir reaktsiyasiga olib keladi). Bu jarayon yadroviy qurollarning yaratilishiga va atom elektr stansiyalarining qurilishiga olib kelgan ulkan (kimyoviy reaksiyalar bilan solishtirganda) energiyaning chiqishi bilan birga keladi.

1934 yilda Mari Kyurining qizi Iren Joliot-Kyuri va uning turmush o'rtog'i Frederik Joliot-Kyuri pozitron parchalanishini kashf etdilar. Bu jarayonda yadro protonlaridan biri neytron va antielektron (pozitron) - massasi bir xil, lekin musbat zaryadlangan zarrachaga aylanadi; bir vaqtning o'zida yadrodan neytrino uchib chiqadi: p → n + e + + 238. Yadroning massasi o'zgarmaydi, lekin b – yemirilishdan farqli o'laroq, chapga siljish sodir bo'ladi, b+ yemirilish yadrolarga xosdir. protonlarning ko'pligi (neytron etishmovchiligi deb ataladigan yadrolar). Shunday qilib, kislorodning og'ir izotoplari 19 O, 20 O va 21 O b - faol, uning engil izotoplari 14 O va 15 O b + faol, masalan: 14 O → 14 N + e + + 238. Antizarralar kabi. , pozitronlar ikkita g kvant hosil bo'lgan elektronlar bilan uchrashganda darhol yo'q qilinadi (yo'q qilinadi). Pozitronning parchalanishi ko'pincha K-tutish bilan raqobatlashadi.

1982 yilda proton radioaktivligi kashf qilindi: protonning yadro tomonidan emissiyasi (bu faqat sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan ortiqcha energiyaga ega bo'lgan ba'zi yadrolar uchun mumkin). 1960 yilda fizik kimyogar Vitaliy Iosifovich Goldanskiy (1923-2001) ikki protonli radioaktivlikni nazariy jihatdan bashorat qildi: yadrodan juft spinli ikkita protonning chiqarilishi. Birinchi marta 1970 yilda kuzatilgan. Ikki neytronli radioaktivlik ham juda kam kuzatiladi (1979 yilda topilgan).

1984 yilda klaster radioaktivligi aniqlandi (inglizcha klasterdan - to'da, to'da). Bunda o'z-o'zidan bo'linishdan farqli o'laroq, yadro massalari juda xilma-xil bo'laklarga parchalanadi, masalan, massasi 14 dan 34 gacha bo'lgan yadrolar og'ir yadrodan uchib chiqadi.Klaster parchalanishi ham juda kam kuzatiladi va bu uni shunday qildi. uzoq vaqt davomida aniqlash qiyin.

Ba'zi yadrolar turli yo'nalishlarda parchalanishga qodir. Masalan, 221 Rn a-zarrachalar chiqishi bilan 80% va b-zarrachalar bilan 20% parchalanadi; noyob yer elementlarining koʻplab izotoplari (137 Pr, 141 Nd, 141 Pm, 142 Sm va boshqalar) elektron tutilishi bilan parchalanadi. yoki pozitron emissiyasi bilan. Radioaktiv nurlanishning har xil turlari ko'pincha (lekin har doim ham emas) g-nurlanish bilan birga keladi. Buning sababi shundaki, hosil bo'lgan yadro ortiqcha energiyaga ega bo'lishi mumkin va u gamma nurlarini chiqarish orqali chiqariladi. g-nurlanish energiyasi keng diapazonda yotadi, masalan, 226 Ra yemirilish vaqtida u 0,186 MeV ga teng, 11 Be yemirilishda esa 8 MeV ga etadi.

Ma'lum bo'lgan 2500 ta atom yadrolarining deyarli 90% barqaror emas. Beqaror yadro o'z-o'zidan boshqa yadrolarga aylanadi, zarrachalar chiqaradi. Yadrolarning bu xossasi radioaktivlik deyiladi. Katta yadrolarda nuklonlarning yadro kuchlari tomonidan jalb qilinishi va protonlarning kulon itilishi o'rtasidagi raqobat tufayli beqarorlik paydo bo'ladi. Zaryad soni Z > 83 va massa soni A > 209 bo'lgan barqaror yadrolar mavjud emas. Ammo Z va A raqamlarining qiymatlari sezilarli darajada past bo'lgan atom yadrolari ham radioaktiv bo'lishi mumkin. Agar yadroda neytronlarga qaraganda sezilarli darajada ko'proq proton bo'lsa, keyin beqarorlik Kulon o'zaro ta'sir energiyasining ortiqcha bo'lishidan kelib chiqadi. Protonlar sonidan ko'p miqdorda neytronlarni o'z ichiga olgan yadrolar beqaror bo'lib chiqadi, chunki neytron massasi proton massasidan oshib ketadi. Yadro massasining ortishi uning energiyasining oshishiga olib keladi.

Radioaktivlik hodisasini 1896-yilda fransuz fizigi A.Bekkerel kashf etgan boʻlib, uran tuzlari yorugʻlik uchun shaffof boʻlmagan toʻsiqlardan oʻtib, fotografik emulsiyaning qorayishiga olib kelishi mumkin boʻlgan nomaʼlum nurlanishlar chiqarishini aniqlagan. Ikki yil o‘tgach, frantsuz fiziklari M. va P. Kyuri toriyning radioaktivligini kashf etdilar va ikkita yangi radioaktiv element - poloniy va radiyni kashf etdilar.

Keyingi yillarda koʻpgina fiziklar, jumladan E.Rezerford va uning shogirdlari radioaktiv nurlanishning tabiatini oʻrganishdi. Radioaktiv yadrolar uch xil: musbat va manfiy zaryadlangan va neytral zarrachalarni chiqarishi mumkinligi aniqlandi. Bu uch xil nurlanish a-, b- va g-nurlanishlar deb ataldi. Ushbu uch turdagi radioaktiv nurlanish moddalar atomlarini ionlash qobiliyati va shuning uchun ularning kirib borish qobiliyati bilan bir-biridan juda farq qiladi. a-nurlanish eng kam kirib borish qobiliyatiga ega. Oddiy sharoitlarda havoda a-nurlari bir necha santimetr masofani bosib o'tadi. b-nurlari materiya tomonidan ancha kam so'riladi. Ular bir necha millimetr qalinlikdagi alyuminiy qatlamidan o'tishga qodir. g-nurlari 5-10 sm qalinlikdagi qo'rg'oshin qatlamidan o'tishga qodir bo'lgan eng katta kirish qobiliyatiga ega.

20-asrning ikkinchi oʻn yilligida E.Rezerford atomlarning yadro tuzilishini kashf etgandan soʻng, radioaktivlik atom yadrolariga xos xususiyat ekanligi qatʼiy oʻrin oldi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, a-nurlari a-zarrachalar oqimini - geliy yadrolarini, b-nurlari elektronlar oqimini, g-nurlari juda qisqa to'lqin uzunligi l bo'lgan qisqa to'lqinli elektromagnit nurlanishni ifodalaydi.< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. является потоком частиц – γ-квантов.

3. Alfa yemirilishi

Alfa-parchalanish - protonlar soni Z va neytronlar soni bo'lgan atom yadrosining o'z-o'zidan protonlar soni Z – 2 va neytronlar N – 2 bo'lgan boshqa (qizi) yadroga aylanishi. Bunday holda, a zarrasi chiqariladi - geliy atomining yadrosi. Bunday jarayonga radiyning a-emirilishi misol bo'la oladi: Radiy atomlari yadrolari tomonidan chiqariladigan alfa zarralari Rezerford tomonidan og'ir elementlarning yadrolari tomonidan tarqalish bo'yicha tajribalarda ishlatilgan. Radiy yadrolarining a-yemirilishi vaqtida chiqadigan a-zarrachalarning magnit maydondagi traektoriyaning egriligidan o'lchanadigan tezligi taxminan 1,5 10 7 m/s, mos keladigan kinetik energiya esa taxminan 7,5 10 -13 J ( taxminan 4.8 MeV). Bu qiymatni ona va qiz yadrolari va geliy yadrolari massalarining ma'lum qiymatlaridan osongina aniqlash mumkin. Qochib ketayotgan a zarrachaning tezligi juda katta bo'lsa-da, u hali ham yorug'lik tezligining atigi 5% ni tashkil qiladi, shuning uchun hisoblashda kinetik energiya uchun relativistik bo'lmagan ifodadan foydalanish mumkin. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, radioaktiv modda bir nechta diskret energiyaga ega alfa zarrachalarini chiqarishi mumkin. Bu yadrolar atomlar kabi turli xil qo'zg'aluvchan holatda bo'lishi mumkinligi bilan izohlanadi. Qiz yadrosi a yemirilish vaqtida ana shunday hayajonlangan holatlardan birida tugashi mumkin.

Ushbu yadroning asosiy holatga keyingi o'tishida g-kvant chiqariladi. Kinetik energiyaning ikki qiymatiga ega bo'lgan a-zarrachalar emissiyasi bilan radiyning a-emirilish diagrammasi 2-rasmda ko'rsatilgan. Shunday qilib, yadrolarning a-emirilishi ko'p hollarda g-nurlanish bilan birga kechadi.

a-emirilish nazariyasida yadrolar ichida ikkita proton va ikkita neytrondan iborat guruhlar hosil bo'lishi mumkin, deb taxmin qilinadi, ya'ni. a zarracha. Ona yadrosi potentsial to'siq bilan chegaralangan a zarrachalar uchun potentsial quduqdir. Yadrodagi a zarrachaning energiyasi bu to'siqni yengib o'tish uchun etarli emas (3-rasm). Alfa zarrachaning yadrodan qochishi faqat tunnel effekti deb ataladigan kvant mexanik hodisa tufayli mumkin. Kvant mexanikasiga ko'ra, zarrachaning potentsial to'siq ostidan o'tishining nolga teng bo'lmagan ehtimoli mavjud. Tunnellanish hodisasi ehtimollik xususiyatiga ega.

4. Beta parchalanishi

Beta-parchalanish jarayonida yadrodan elektron chiqariladi. Elektronlar yadro ichida bo'la olmaydi, ular neytronning protonga aylanishi natijasida beta-emirilish paytida paydo bo'ladi. Bu jarayon nafaqat yadro ichida, balki erkin neytronlarda ham sodir bo'lishi mumkin. Erkin neytronning o'rtacha umri taxminan 15 minut. Parchalanish jarayonida neytron proton va elektronga aylanadi

O'lchovlar shuni ko'rsatdiki, bu jarayonda energiyaning saqlanish qonunining aniq buzilishi mavjud, chunki neytronning parchalanishi natijasida hosil bo'lgan proton va elektronning umumiy energiyasi neytron energiyasidan kamroq. 1931-yilda V.Pauli neytronning yemirilishi vaqtida massasi va zaryadi nolga teng boʻlgan yana bir zarracha ajralib chiqadi, u energiyaning bir qismini oladi, deb taklif qildi. Yangi zarracha neytrino (kichik neytron) deb ataladi. Neytrinoning zaryadi va massasi yo'qligi sababli, bu zarracha moddaning atomlari bilan juda zaif ta'sir qiladi, shuning uchun uni tajribada aniqlash juda qiyin. Neytrinolarning ionlash qobiliyati shunchalik kichikki, havoda bitta ionlanish hodisasi taxminan 500 km masofada sodir bo'ladi. Bu zarracha faqat 1953 yilda kashf etilgan.Hozirgi kunda neytrinolarning bir qancha turlari borligi ma'lum. Neytronning parchalanishi jarayonida zarracha hosil bo'ladi, bu elektron antineytrino deb ataladi. Bu belgi bilan ko'rsatilgan. Shuning uchun neytronlarning parchalanish reaksiyasi shaklda yoziladi

Xuddi shunday jarayon yadrolar ichida b-emirilish vaqtida sodir bo'ladi. Yadro neytronlaridan birining parchalanishi natijasida hosil bo'lgan elektron "ota-ona uyi" dan (yadro) darhol yorug'lik tezligidan faqat foizning bir qismi bilan farq qilishi mumkin bo'lgan ulkan tezlikda chiqariladi. Elektron, neytrino va qiz yadro o'rtasida b-emirilish paytida ajralib chiqadigan energiyaning taqsimlanishi tasodifiy bo'lganligi sababli, b-elektronlar keng diapazonda turli tezliklarga ega bo'lishi mumkin.

b-emirilish vaqtida zaryad soni Z bittaga ortadi, lekin massa soni A o'zgarishsiz qoladi. Qizil yadro elementning izotoplaridan birining yadrosi bo'lib chiqadi, uning davriy jadvalidagi seriya raqami asl yadroning seriya raqamidan bitta kattaroqdir. b-emirilishning odatiy misoli - uranning a-emirilishi natijasida hosil bo'lgan toriy izotonining palladiyga aylanishi.

5. Gamma-emirilish

Yadrolarning g-radioaktivligi a- va b-radioaktivlikdan farqli o'laroq, yadroning ichki tuzilishining o'zgarishi bilan bog'liq emas va zaryad yoki massa sonining o'zgarishi bilan birga kelmaydi. a- va b-emirilish davrida ham qiz yadrosi qandaydir hayajonlangan holatda bo'lishi va ortiqcha energiyaga ega bo'lishi mumkin. Yadroning qo'zg'aluvchan holatdan asosiy holatga o'tishi energiyasi bir necha MeV ga etishi mumkin bo'lgan bir yoki bir nechta g kvantlarning emissiyasi bilan birga keladi.

6. Radioaktiv parchalanish qonuni

Radioaktiv moddaning har qanday namunasi juda ko'p radioaktiv atomlarni o'z ichiga oladi. Radioaktiv yemirilish tabiatan tasodifiy bo’lib, tashqi sharoitga bog’liq bo’lmagani uchun ma’lum t vaqtgacha parchalanmagan yadrolarning N(t) sonining kamayish qonuni radioaktiv yemirilish jarayonining muhim statistik xarakteristikasi bo’lib xizmat qilishi mumkin.

Qisqa vaqt ichida Dt parchalanmagan yadrolar soni N(t) DN ga o'zgarmasin.< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

Proportsionallik koeffitsienti l - Dt = 1 s vaqt ichida yadroviy parchalanish ehtimoli. Bu formula N(t) funksiyaning o‘zgarish tezligi funksiyaning o‘ziga to‘g‘ri proportsional ekanligini bildiradi.

bu yerda N 0 - t = 0 da radioaktiv yadrolarning dastlabki soni. t = 1 / l vaqt ichida parchalanmagan yadrolar soni e ≈ 2,7 marta kamayadi. t qiymati radioaktiv yadroning o'rtacha ishlash muddati deb ataladi.

Amaliy foydalanish uchun radioaktiv parchalanish qonunini asos sifatida e emas, balki 2 raqamidan foydalanib, boshqa shaklda yozish qulay:

T qiymati yarim yemirilish davri deb ataladi. T vaqtida radioaktiv yadrolarning dastlabki sonining yarmi parchalanadi. T va t miqdorlari munosabat bilan bog'langan

Yarim yemirilish davri radioaktiv parchalanish tezligini tavsiflovchi asosiy miqdordir. Yarim yemirilish davri qanchalik qisqa bo'lsa, parchalanish shunchalik kuchli bo'ladi. Demak, uran uchun T ≈ 4,5 mlrd yil, radiy T ≈ uchun 1600 yil. Shuning uchun radiyning faolligi urannikiga qaraganda ancha yuqori. Yarim yemirilish davri sekundning bir qismini tashkil etadigan radioaktiv elementlar mavjud.

a- va b-radioaktiv parchalanish vaqtida qiz yadro ham beqaror bo'lib qolishi mumkin. Shu sababli, barqaror yadrolarning hosil bo'lishi bilan yakunlanadigan ketma-ket radioaktiv parchalanishlar seriyasi mumkin. Tabiatda bir nechta bunday seriyalar mavjud. Eng uzuni ketma-ket 14 ta yemirilishdan (8 ta alfa yemirilishi va 6 ta beta yemirilishidan) iborat seriyadir. Bu seriya qo'rg'oshinning barqaror izotopi bilan tugaydi (5-rasm).

Tabiatda qatorga o'xshash yana bir nechta radioaktiv seriyalar mavjud. Tabiiy sharoitda topilmaydigan neptunium bilan boshlanib, vismut bilan tugaydigan qator ham ma'lum. Ushbu radioaktiv parchalanishlar seriyasi yadro reaktorlarida sodir bo'ladi.

Ofset qoidasi. O'zgartirish qoidasi radioaktiv nurlanishni chiqarishda kimyoviy element qanday o'zgarishlarga duchor bo'lishini aniq belgilaydi.

7. Radioaktiv qatorlar

Ko'chirish qoidasi tabiiy radioaktiv elementlarning o'zgarishini kuzatish va ulardan uchta oila daraxtini qurishga imkon berdi, ularning ajdodlari uran-238, uran-235 va toriy-232. Har bir oila juda uzoq umr ko'radigan radioaktiv elementdan boshlanadi. Masalan, uran oilasini massa soni 238 va yarim yemirilish davri 4,5·10 9 yil bo'lgan uran boshqaradi (1-jadvalda, asl nomiga muvofiq, uran I deb belgilangan).

Uran oilasi. Yuqorida ko'rib chiqilgan radioaktiv o'zgarishlarning ko'pgina xususiyatlari uran oilasining elementlarida kuzatilishi mumkin. Masalan, oilaning uchinchi a'zosi yadro izomeriyasini ko'rsatadi. Beta zarralarini chiqaradigan uran X 2 uran II ga aylanadi (T = 1,14 min). Bu protaktiniy-234 ning hayajonlangan holatining beta-parchalanishiga to'g'ri keladi. Biroq, 0,12% hollarda qo'zg'atilgan protaktiniy-234 (uran X 2) gamma kvantini chiqaradi va asosiy holatga (uran Z) o'tadi. Uran Z ning beta-parchalanishi, uran II hosil bo'lishiga ham olib keladi, 6,7 soat ichida sodir bo'ladi.

Radiy C qiziq, chunki u ikki yo'l bilan parchalanishi mumkin: alfa yoki beta zarrachasini chiqaradi. Bu jarayonlar bir-biri bilan raqobatlashadi, lekin 99,96% hollarda beta-parchalanish radiy C hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi. 0,04% hollarda radiy C alfa zarrachasini chiqaradi va radiy C (RaC) ga aylanadi. O'z navbatida, RaC va RaC mos ravishda alfa va beta zarrachalarini chiqarish orqali radiy D ga aylanadi.

Izotoplar. Uran oilasi a'zolari orasida atomlari bir xil atom raqami (bir xil yadro zaryadi) va turli xil massa raqamlariga ega bo'lganlar ham bor. Ular kimyoviy xossalari bo'yicha bir xil, ammo radioaktivlik tabiati bilan farqlanadi. Masalan, qo'rg'oshin bilan bir xil atom raqami 82 bo'lgan radiy B, radiy D va radiy G kimyoviy harakatida qo'rg'oshinga o'xshaydi. Ko'rinib turibdiki, kimyoviy xossalar massa soniga bog'liq emas; ular atomning elektron qobiqlarining tuzilishi bilan belgilanadi (shuning uchun, Z). Boshqa tomondan, massa soni atomning radioaktiv xususiyatlarining yadroviy barqarorligi uchun juda muhimdir. Atom raqami bir xil va massa raqamlari har xil bo'lgan atomlar izotoplar deyiladi. Radioaktiv elementlarning izotoplarini 1913-yilda F.Soddi topdi, lekin tez orada F.Aston mass-spektroskopiya yordamida koʻplab turgʻun elementlarning ham izotoplari borligini isbotladi.

8. Radioaktiv nurlanishning odamga ta'siri

Barcha turdagi radioaktiv nurlanishlar (alfa, beta, gamma, neytronlar), shuningdek elektromagnit nurlanishlar (rentgen nurlari) tirik organizmlarga juda kuchli biologik ta'sir ko'rsatadi, ular atomlar va molekulalarning qo'zg'alishi va ionlanishi jarayonlaridan iborat. tirik hujayralarni ko'taradi. Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida murakkab molekulalar va hujayra tuzilmalari vayron bo'ladi, bu esa tanaga radiatsiyaviy zarar etkazishga olib keladi. Shuning uchun har qanday nurlanish manbai bilan ishlashda radiatsiya ta'siriga duchor bo'lishi mumkin bo'lgan odamlarni himoya qilish uchun barcha choralarni ko'rish kerak.

Biroq, odam uyda ionlashtiruvchi nurlanishga duchor bo'lishi mumkin. Inert, rangsiz, radioaktiv gaz radon inson salomatligi uchun jiddiy xavf tug'dirishi mumkin.5-rasmda ko'rsatilgan diagrammadan ko'rinib turibdiki, radon radiyning a-emirilish mahsuloti bo'lib, yarim yemirilish davri T = 3,82 ga teng. kunlar. Radiy tuproqda, toshlarda va turli qurilish inshootlarida oz miqdorda uchraydi. Nisbatan qisqa umrga qaramay, radon kontsentratsiyasi radiy yadrolarining yangi parchalanishi tufayli doimiy ravishda to'ldiriladi, shuning uchun radon yopiq joylarda to'planishi mumkin. O'pkada bir marta radon a-zarrachalarni chiqaradi va kimyoviy jihatdan inert modda bo'lmagan poloniyga aylanadi. Keyinchalik uran seriyasining radioaktiv o'zgarishlar zanjiri (5-rasm). Radiatsiya xavfsizligi va nazorati bo'yicha Amerika komissiyasining ma'lumotlariga ko'ra, o'rtacha odam radondan ionlashtiruvchi nurlanishning 55% va tibbiy yordamdan faqat 11% oladi. Kosmik nurlarning hissasi taxminan 8% ni tashkil qiladi. Inson hayoti davomida oladigan nurlanishning umumiy dozasi ionlashtiruvchi nurlanishning qo'shimcha ta'siriga duchor bo'lgan ma'lum kasb egalari uchun belgilangan maksimal ruxsat etilgan dozadan (MAD) bir necha baravar kam.

9. Radioaktiv izotoplarni qo'llash

"Teglangan atomlar" yordamida olib borilgan eng ajoyib tadqiqotlardan biri bu organizmlardagi metabolizmni o'rganish edi. Nisbatan qisqa vaqt ichida tananing deyarli to'liq yangilanishi isbotlangan. Uni tashkil etuvchi atomlar yangilari bilan almashtiriladi. Qonning izotoplarini o'rganish bo'yicha tajribalar shuni ko'rsatdiki, faqat temir bu qoidadan istisno hisoblanadi. Temir qizil qon hujayralari gemoglobinining bir qismidir. Radioaktiv temir atomlari oziq-ovqat mahsulotlariga kiritilganda, fotosintez jarayonida ajralib chiqadigan erkin kislorod dastlab karbonat angidrid emas, balki suvning bir qismi ekanligi aniqlandi. Radioaktiv izotoplar tibbiyotda diagnostika va davolash maqsadlarida qo'llaniladi. Qonga oz miqdorda yuborilgan radioaktiv natriy qon aylanishini o'rganish uchun ishlatiladi, yod qalqonsimon bezda, ayniqsa Graves kasalligida intensiv ravishda to'planadi. Hisoblagich yordamida radioaktiv yod cho'kmasini kuzatish orqali tezda tashxis qo'yish mumkin. Radioaktiv yodning katta dozalari anormal rivojlanayotgan to'qimalarning qisman nobud bo'lishiga olib keladi va shuning uchun radioaktiv yod Graves kasalligini davolash uchun ishlatiladi. Kuchli kobalt gamma nurlanishi saraton kasalligini davolashda qo'llaniladi (kobalt quroli).

Radioaktiv izotoplarning sanoatda qo'llanilishi ham kam emas. Bunga misol qilib, ichki yonuv dvigatellarida piston halqasining aşınmasını kuzatishning quyidagi usuli hisoblanadi. Porshen halqasini neytronlar bilan nurlantirish orqali ular unda yadro reaksiyalarini keltirib chiqaradi va uni radioaktiv qiladi. Dvigatel ishlaganda, halqa materialining zarralari moylash moyiga kiradi. Dvigatelning ma'lum bir vaqtini ishlagandan so'ng, moydagi radioaktivlik darajasini o'rganish orqali halqaning aşınması aniqlanadi. Radioaktiv izotoplar metallarning tarqalishini, portlash pechlaridagi jarayonlarni va boshqalarni baholashga imkon beradi.

Radioaktiv preparatlarning kuchli gamma nurlanishi metall quymalarining ichki tuzilishini tekshirish uchun ulardagi nuqsonlarni aniqlash uchun ishlatiladi.

Qishloq xo'jaligida radioaktiv izotoplar tobora ko'proq foydalanilmoqda. O‘simlik urug‘larini (paxta, karam, turp va boshqalar) radioaktiv preparatlardan gamma nurlarining kichik dozalari bilan nurlantirish hosilning sezilarli oshishiga olib keladi. Nurlanishning katta dozalari oʻsimliklar va mikroorganizmlarda mutatsiyaga sabab boʻladi, bu esa baʼzi hollarda yangi qimmatli xossalarga ega boʻlgan mutantlarning paydo boʻlishiga olib keladi (radioseleksiya).Bugʻdoy, loviya va boshqa ekinlarning qimmatli navlari shunday yaratilgan, yuqori mahsuldor mikroorganizmlardan foydalanilgan. antibiotiklar ishlab chiqarishda olindi.Radioaktiv izotoplardan gamma-nurlanish zararli hasharotlarga qarshi kurashish va oziq-ovqat mahsulotlarini saqlash uchun ham qoʻllaniladi.Qishloq xoʻjaligi texnologiyasida “yorliqli atomlar” keng qoʻllaniladi.Masalan, qaysi fosforli oʻgʻitlar tomonidan yaxshiroq soʻrilishini aniqlash uchun. o'simlik, turli o'g'itlar radioaktiv fosfor bilan yorliqlanadi 15 32P. Tadqiqotlar Keyin o'simliklar radioaktivlik uchun sinovdan o'tkaziladi va ular har xil turdagi o'g'itlardan so'rilgan fosfor miqdorini aniqlash mumkin.

Radioaktivlikning qiziqarli qo'llanilishi radioaktiv izotoplarning kontsentratsiyasi bo'yicha arxeologik va geologik topilmalarni aniqlash usulidir. Tanishning eng ko'p qo'llaniladigan usuli bu radiokarbonli tanishishdir. Kosmik nurlar ta'sirida yuzaga keladigan yadroviy reaktsiyalar tufayli atmosferada uglerodning beqaror izotopi paydo bo'ladi. Bu izotopning oz qismi odatdagi barqaror izotop bilan birga havoda uchraydi.O’simliklar va boshqa organizmlar havodan uglerodni olib, ikkala izotopni ham havodagidek nisbatda to’playdi. O'simliklar o'lgandan so'ng, ular uglerodni iste'mol qilishni to'xtatadilar va beqaror izotop 5730 yil yarimparchalanish davri bilan b-parchalanish natijasida asta-sekin azotga aylanadi. Qadimgi organizmlar qoldiqlarida radioaktiv uglerodning nisbiy kontsentratsiyasini aniq o'lchash orqali ularning o'lish vaqtini aniqlash mumkin.

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

1. Radioaktivlik haqidagi ta’limot. Tarix va zamonaviylik. M. Nauka, 1973 2. Fan va texnikada yadro nurlanishi. M. Nauka, 1984 Furman V.I. 3. Alfa parchalanishi va tegishli yadro reaksiyalari. M. Nauka, 1985 yil

4. Landsberg G.S. Fizikadan boshlang'ich darslik. III jild. – M.: Nauka, 19865. Seleznev Yu. A. Elementar fizika asoslari. –M.: Nauka, 1964.6. CD-ROM "Kiril va Metyusning katta ensiklopediyasi", 1997 yil.

7. Kyuri M., Radioaktivlik, trans. frantsuz tilidan, 2-nashr, M. - L., 1960

8. Murin A.N., Radioaktivlikka kirish, Leningrad, 1955 y.

9. Davydov A.S., Atom yadrosi nazariyasi, M., 1958 y.

10. Gaisinskiy M.N., Yadro kimyosi va uning ilovalari, trans. frantsuz tilidan, M., 1961

11. Eksperimental yadro fizikasi, nashr. E. Segre, trans. ingliz tilidan, 3-jild, M., 1961; INTERNET vositalari