Альфа болон бета цацрагийг ерөнхийд нь цацраг идэвхт задрал гэж нэрлэдэг. Энэ нь асар хурдтай явагддаг цөмөөс субатомын бөөмс ялгарах үйл явц юм. Үүний үр дүнд атом эсвэл түүний изотоп нь нэг химийн элементээс нөгөөд шилжиж болно. Цөмийн альфа ба бета задрал нь тогтворгүй элементүүдийн шинж чанар юм. Үүнд 83-аас их цэнэгийн тоо, 209-өөс их массын тоо бүхий бүх атомууд орно.
Харилцаа үзүүлэх нөхцөл
Задаргаа нь бусад цацраг идэвхт хувиргалтуудын нэгэн адил байгалийн ба хиймэл юм. Сүүлийнх нь зарим гадны бөөмс цөмд орсны улмаас үүсдэг. Атом альфа болон бета задралд хэр их өртөж чадах нь зөвхөн тогтвортой байдалд хэр хурдан хүрэхээс хамаарна.
Байгалийн нөхцөлд альфа болон бета хасах задрал үүсдэг.
Хиймэл нөхцөлд нейтрон, позитрон, протон болон бусад ховор төрлийн задрал, бөөмийн хувирал үүсдэг.
Эдгээр нэрийг цацраг идэвхт цацрагийг судалдаг Эрнест Рутерфорд өгсөн.
Тогтвортой ба тогтворгүй хоёрын ялгааүндсэн
Муурах чадвар нь атомын төлөв байдлаас шууд хамаардаг. "Тогтвортой" буюу цацраг идэвхт бус цөм гэж нэрлэгддэг цөм нь задрахгүй атомын онцлог шинж юм. Онолын хувьд ийм элементүүдийг тогтвортой байдалд нь итгүүлэхийн тулд тодорхойгүй хугацаагаар ажиглаж болно. Ийм цөмийг тогтворгүй, хагас задралын хугацаа нь маш уртаас салгахын тулд үүнийг хийх шаардлагатай.
Андаалаар ийм "удаан" атомыг тогтвортой гэж андуурч болно. Гэсэн хэдий ч теллур, бүр тодруулбал түүний хагас задралын хугацаа 2.2·1024 жил байдаг 128 дугаар изотоп нь гайхалтай жишээ болж чадна. Энэ хэрэг тусгаарлагдаагүй. Lanthanum-138 нь хагас задралын хугацаа 1011 жил байна. Энэ хугацаа нь орчлон ертөнцөөс гуч дахин их юм.
Цацраг идэвхт задралын мөн чанар
Энэ үйл явц санамсаргүй байдлаар явагдана. Муудсан радионуклид бүр тохиолдол бүрт тогтмол хурдтай байдаг. Гадны хүчин зүйлийн нөлөөн дор задралын хурд өөрчлөгдөхгүй. Асар их таталцлын хүчний нөлөөн дор, үнэмлэхүй тэг үед, цахилгаан соронзон орон, химийн аливаа урвалын үед гэх мэт урвал явагдах эсэх нь хамаагүй. Процесс нь зөвхөн атомын цөмийн дотоод хэсэгт шууд нөлөөлөл үзүүлэх боломжтой бөгөөд энэ нь бараг боломжгүй юм. Урвал аяндаа явагддаг бөгөөд зөвхөн түүний явагдаж буй атом болон түүний дотоод төлөвөөс хамаарна.
Цацраг идэвхт задралын тухай ярихдаа "радионуклид" гэсэн нэр томъёог ихэвчлэн ашигладаг. Үгүй хүмүүст зориулавЭнэ үг нь цацраг идэвхит шинж чанар, өөрийн массын тоо, атомын дугаар, энергийн төлөвтэй атомуудын бүлэгт хамаарахыг та мэдэх ёстой.
Төрөл бүрийн радионуклидуудыг техник, шинжлэх ухаан болон хүний амьдралын бусад салбарт ашигладаг. Жишээлбэл, анагаах ухаанд эдгээр элементүүдийг өвчнийг оношлох, эм, багаж хэрэгсэл болон бусад зүйлсийг боловсруулахад ашигладаг. Тэр ч байтугай эмчилгээний болон урьдчилан таамаглах олон тооны радио эм байдаг.
Изотопын тодорхойлолт чухал биш. Энэ үг нь тусгай төрлийн атомыг хэлдэг. Тэд энгийн элементтэй ижил атомын дугаартай боловч массын тоо нь өөр. Энэ ялгаа нь протон, электрон зэрэг цэнэгт нөлөөлдөггүй, харин массаа өөрчилдөг нейтроны тооноос үүдэлтэй. Жишээлбэл, энгийн устөрөгч нь 3 ширхэгтэй байдаг. Энэ бол изотопууд нь дейтерий, тритий (цорын ганц цацраг идэвхт бодис) ба протиум гэсэн нэртэй цорын ганц элемент юм. Бусад тохиолдолд нэрсийг атомын масс болон үндсэн элементийн дагуу өгнө.
Альфа задрал
Энэ бол нэг төрлийн цацраг идэвхт урвал юм. Энэ нь химийн элементүүдийн үелэх системийн зургаа, долдугаар үе дэх байгалийн элементүүдийн хувьд ердийн зүйл юм. Ялангуяа хиймэл буюу трансуран элементийн хувьд.
Альфа задралд өртдөг элементүүд
Энэхүү задралаар тодорхойлогддог металлын тоонд висмутаас эхлэн химийн элементүүдийн үелэх системийн зургаа, долдугаар үеийн торий, уран болон бусад элементүүд орно. Энэ процесс нь мөн хүндийн дундаас изотопоор дамждагзүйлс.
Харшил өгөх үед юу болдог вэ?
Альфа задрал эхлэхэд 2 протон, хос нейтроноос бүрдэх бөөмсийн цөмөөс ялгардаг. Ялгарах бөөмс нь өөрөө 4 нэгж масстай, +2 цэнэгтэй гелийн атомын цөм юм.
Үр дүнд нь шинэ элемент гарч ирэх бөгөөд энэ нь үелэх системийн эхийн зүүн талд хоёр нүдэнд байрладаг. Энэхүү зохицуулалт нь анхны атом 2 протон, түүнтэй хамт анхны цэнэгээ алдсанаар тодорхойлогддог. Үүний үр дүнд үүссэн изотопын масс анхны төлөвтэй харьцуулахад 4 массын нэгжээр багассан.
Жишээ
Энэ задралын үед уранаас тори үүсдэг. Ториумаас радий, түүнээс радон гарч ирдэг бөгөөд энэ нь эцэстээ полони, эцэст нь хар тугалга өгдөг. Энэ процесст эдгээр элементүүдийн изотопууд үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь өөрсдөө биш юм. Тиймээс уран-238, торий-234, радий-230, радон-236 гэх мэт тогтвортой элемент гарч ирдэг. Ийм урвалын томъёо нь дараах байдалтай байна:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> По-222 -> Pb-218
Ягарах үеийн сонгосон альфа бөөмийн хурд нь 12-20 мянган км/сек байна. Ийм бөөмс вакуумд байх үед дэлхийн бөмбөрцгийг 2 секундын дотор тойрч, экваторын дагуу хөдөлнө.
Бета задрал
Энэ бөөмс болон электрон хоёрын ялгаа нь харагдах газарт байгаа юм. Бета задрал нь атомыг тойрсон электрон бүрхүүлд биш харин түүний цөмд тохиолддог. Одоо байгаа бүх цацраг идэвхт хувиргалтуудаас хамгийн түгээмэл нь. Үүнийг одоо байгаа бараг бүх зүйлээс харж болнохимийн элементүүд. Үүнээс үзэхэд элемент бүр дор хаяж нэг изотоп задрах чадвартай байдаг. Ихэнх тохиолдолд бета задрал нь бета-хасах задралд хүргэдэг.
Урвалын урсгал
Энэ процесст нейтрон аяндаа электрон ба протон болж хувирсны улмаас үүссэн электрон цөмөөс гадагшилдаг. Энэ тохиолдолд илүү их массын улмаас протонууд цөмд үлдэж, бета хасах бөөмс гэж нэрлэгддэг электрон атомыг орхино. Нэгж нэгжид илүү олон протон байдаг тул элементийн цөм өөрөө дээшээ өөрчлөгдөж, үелэх системийн эхийн баруун талд байрлана.
Жишээ
Кали-40-тэй бета задрал нь баруун талд байрлах кальцийн изотоп болж хувирдаг. Цацраг идэвхит кальци-47 нь скандий-47 болж, тогтвортой титан-47 болж хувирдаг. Энэ бета задрал ямар харагдаж байна вэ? Томъёо:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Бета бөөмийн хурд нь гэрлийн хурдаас 0.9 дахин их буюу 270,000 км/сек.
Байгаль дээр бета-идэвхтэй нуклидууд тийм ч их байдаггүй. Маш цөөхөн чухал ач холбогдолтой зүйл байдаг. Жишээ нь кали-40, байгалийн хольцод ердөө 119/10,000 байдаг. Мөн байгалийн гол идэвхтэй бета-хасах идэвхтэй радионуклидуудын дунд уран, торийн альфа болон бета задралын бүтээгдэхүүн орно.
Бета задрал нь ердийн жишээтэй: торий-234, альфа задралаар протактин-234 болж хувирдаг, дараа нь мөн адил уран болж хувирдаг, гэхдээ түүний бусад изотопын дугаар 234. Энэ уран-234 нь альфа задралын улмаас дахин үүсдэг. ялзрал болдогторий, гэхдээ аль хэдийн өөр өөр төрөл зүйл. Энэ торий-230 нь дараа нь радий-226 болж, радон болж хувирдаг. Мөн ижил дарааллаар, талли хүртэл, зөвхөн өөр өөр бета шилжилтүүд буцаж байна. Энэхүү цацраг идэвхит бета задрал нь тогтвортой хар тугалга-206 үүссэнээр төгсдөг. Энэ хувиргалт дараах томьёотой байна:
Th-234 -> Па-234 -> U-234 -> Тх-230 -> Ра-226 -> Rn-222 -> At-218 -> По-218 -62613 -62433 Pb-206
Байгалийн болон чухал бета-идэвхтэй радионуклидууд нь K-40 ба таллиас уран хүртэлх элементүүд юм.
Бета нэмэх задрал
Бета нэмэх өөрчлөлт бас бий. Үүнийг мөн позитрон бета задрал гэж нэрлэдэг. Энэ нь цөмөөс позитрон хэмээх бөөмсийг ялгаруулдаг. Үр дүн нь анхны элементийг зүүн талд байгаа элемент болгон өөрчилсөн бөгөөд бага тоотой байна.
Жишээ
Электрон бета задрал үүсэх үед магни-23 нь натрийн тогтвортой изотоп болдог. Цацраг идэвхит европиум-150 нь самари-150 болно.
Үйлдвэрлэсэн бета задралын урвал нь бета+ болон бета- ялгаруулалтыг үүсгэж болно. Хоёр тохиолдолд бөөмийн зугтах хурд нь гэрлийн хурдаас 0.9 дахин их байна.
Бусад цацраг идэвхт задрал
Альфа задрал, бета задрал зэрэг томьёо нь түгээмэл мэдэгдэж байгаа урвалуудаас гадна хиймэл радионуклидаас илүү ховор, илүү онцлог шинж чанартай өөр процессууд байдаг.
Нейтроны задрал. 1 нэгжийн төвийг сахисан бөөмс ялгардагмасс. Үүний явцад нэг изотоп нь арай бага масстай нөгөө изотоп болж хувирдаг. Жишээ нь лити-9-ийг литий-8, гели-5-ыг гели-4 болгон хувиргах явдал байж болно.
Иод-127-ийн тогтвортой изотопыг гамма туяагаар цацруулахад энэ нь 126 дугаартай изотоп болж цацраг идэвхт шинж чанартай болдог.
Протоны задрал. Энэ нь маш ховор тохиолддог. Үүний явцад +1 ба 1 нэгж массын цэнэгтэй протон ялгардаг. Атомын жин нэг утгаар буурна.
Ямар ч цацраг идэвхт хувирал, ялангуяа цацраг идэвхт задрал нь гамма цацраг хэлбэрээр энерги ялгардаг. Тэд үүнийг гамма туяа гэж нэрлэдэг. Зарим тохиолдолд бага энергитэй рентген туяа ажиглагддаг.
Гамма задрал. Энэ нь гамма квантуудын урсгал юм. Энэ бол анагаах ухаанд ашигладаг рентгенээс илүү хатуу цахилгаан соронзон цацраг юм. Үүний үр дүнд гамма квантууд гарч ирдэг буюу атомын цөмөөс энерги урсдаг. Рентген туяа нь мөн цахилгаан соронзон боловч атомын электрон бүрхүүлээс үүсдэг.
Альфа тоосонцор ажилладаг
4 атомын нэгж масстай, +2 цэнэгтэй альфа бөөмс шулуун шугамаар хөдөлдөг. Үүнээс үүдэн бид альфа бөөмсийн хүрээний талаар ярьж болно.
Гүйлтийн үнэ цэнэ нь анхны энергиэс хамаарах ба агаарт 3-7 (заримдаа 13) см-ийн хооронд хэлбэлздэг. Өтгөн орчинд энэ нь миллиметрийн зууны нэг юм. Ийм цацраг нь хуудас руу нэвтэрч чадахгүйцаас болон хүний арьс.
Өөрийн масс болон цэнэгийн дугаартай учир альфа бөөмс нь хамгийн их ионжуулах чадвартай бөгөөд замдаа таарсан бүхнийг устгадаг. Үүнтэй холбогдуулан альфа радионуклид нь бие махбодид өртөх үед хүн, амьтанд хамгийн аюултай байдаг.
Бета бөөмийн нэвтрэлт
Масын тоо нь протон, сөрөг цэнэг, хэмжээнээс 1836 дахин бага тул бета цацраг нь түүний нисч буй бодист сул нөлөө үзүүлдэг боловч цаашлаад нислэг нь урт байдаг. Мөн бөөмийн зам шулуун биш. Үүнтэй холбогдуулан тэд нэвтрэн орох чадварыг ярьдаг бөгөөд энэ нь хүлээн авсан энергиээс хамаардаг.
Цацраг идэвхт задралын үед үүссэн бета тоосонцорыг нэвтрүүлэх хүч нь агаарт 2.3 м хүрдэг, шингэнд үүнийг сантиметрээр, хатуу биетэд - сантиметрээр тооцдог. Хүний биеийн эд эс 1.2 см гүн цацрагийг дамжуулдаг. Бета цацрагаас хамгаалахын тулд 10 см хүртэлх усны энгийн давхарга үйлчилж болно.10 МэВ-ийн хангалттай өндөр задралын энергитэй хэсгүүдийн урсгал нь ийм давхаргад бараг бүрэн шингэдэг: агаар - 4 м; хөнгөн цагаан - 2.2 см; төмөр - 7.55 мм; хар тугалга - 5, 2 мм.
Жижиг хэмжээтэй тул бета цацрагийн хэсгүүд нь альфа бөөмстэй харьцуулахад ионжуулах чадвар багатай байдаг. Гэхдээ тэдгээрийг залгих үед гадны нөлөөллөөс хамаагүй илүү аюултай.
Нейтрон ба гамма нь одоогоор бүх төрлийн цацрагуудын дунд хамгийн өндөр нэвтэрч чаддаг. Агаар дахь эдгээр цацрагийн хүрээ заримдаа хэдэн арван, хэдэн зуу хүрдэгметр, гэхдээ бага ионжуулагчтай.
Гамма цацрагийн ихэнх изотопууд энергийн хувьд 1.3 МэВ-ээс хэтрэхгүй. Ховор тохиолдолд 6.7 МэВ-ийн утгад хүрдэг. Үүнтэй холбогдуулан ийм цацрагаас хамгаалахын тулд ган, бетон, хар тугалганы давхаргыг сулруулах хүчин зүйлд ашигладаг.
Жишээ нь кобальтын гамма цацрагийг арав дахин сулруулахын тулд 5 см орчим зузаантай хар тугалга, 100 дахин сулруулахад 9.5 см зузаантай, бетоны хамгаалалт 33 ба 55 см, ус - 70 см байх шаардлагатай. ба 115 см.
Нейтроны ионжуулах чадвар нь тэдний эрчим хүчний гүйцэтгэлээс хамаарна.
Ямар ч нөхцөлд цацрагаас хамгаалах хамгийн сайн арга бол эх үүсвэрээс аль болох хол байж, цацраг ихтэй бүсэд аль болох бага цаг зарцуулах явдал юм.
Атомын цөмийн хуваагдал
Атомын цөмүүдийн хуваагдал гэдэг нь аяндаа буюу нейтроны нөлөөн дор цөм ойролцоогоор тэнцүү хэмжээтэй хоёр хэсэгт хуваагдахыг хэлнэ.
Эдгээр хоёр хэсэг нь химийн элементүүдийн хүснэгтийн үндсэн хэсгийн элементүүдийн цацраг идэвхт изотопууд болдог. Зэсээс лантанид хүртэл.
Чөлөөлөх явцад хэд хэдэн нэмэлт нейтрон гадагшилж, гамма квант хэлбэрээр илүүдэл энерги үүсдэг бөгөөд энэ нь цацраг идэвхт задралын үеийнхээс хамаагүй их байдаг. Тэгэхээр цацраг идэвхт задралын нэг үйлдэлд нэг гамма квант, задралын үед 8, 10 гамма квант гарч ирдэг. Мөн тархай бутархай хэсгүүд нь их хэмжээний кинетик энергитэй бөгөөд энэ нь дулааны үзүүлэлт болж хувирдаг.
Чөлөөлөгдсөн нейтронууд нь ойролцоо байрлаж, нейтронууд тэднийг цохих тохиолдолд ижил төстэй хос цөмүүдийг салгах чадвартай.
Энэ нь атомын цөмүүдийг задлах гинжин урвалыг хурдасгаж, салаалж, их хэмжээний энерги үүсгэх боломжийг нэмэгдүүлдэг.
Иймэрхүү гинжин урвал хяналтанд байх үед үүнийг тодорхой зорилгоор ашиглаж болно. Жишээлбэл, халаалт эсвэл цахилгааны хувьд. Ийм процессыг атомын цахилгаан станц, реакторт хийдэг.
Хэрэв та урвалын хяналтаа алдвал атомын дэлбэрэлт болно. Үүнтэй төстэй зүйлийг цөмийн зэвсэгт ашигладаг.
Байгалийн нөхцөлд нэг л элемент байдаг - уран нь зөвхөн нэг задрах изотоптой 235 дугаартай. Энэ нь зэвсгийн чанартай.
Уран-238-аас энгийн ураны атомын реакторт нейтроны нөлөөн дор тэд 239 дугаартай шинэ изотоп үүсгэдэг бөгөөд үүнээс хиймэл бөгөөд байгалийн гаралтай плутони үүсдэг. Энэ тохиолдолд үүссэн плутони-239-ийг зэвсгийн зориулалтаар ашигладаг. Атомын цөмүүдийг задлах энэхүү үйл явц нь бүх атомын зэвсэг, энергийн мөн чанар юм.
Бидний үед томьёог нь сургуульд судалдаг альфа задрал, бета задрал зэрэг үзэгдлүүд өргөн тархсан. Эдгээр урвалын ачаар атомын цахилгаан станцууд болон цөмийн физикт суурилсан бусад олон үйлдвэрүүд бий болсон. Гэсэн хэдий ч эдгээр олон элементийн цацраг идэвхт байдлын талаар бүү мартаарай. Тэдэнтэй ажиллахдаа тусгай хамгаалалт, бүх урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээг дагаж мөрдөх шаардлагатай. Үгүй бол энэ нь хүргэж болзошгүй юмнөхөж баршгүй гамшиг.
