Vikipediya

Radioaktiv parchalanish

Radioaktivlik - elementning izotopga aylanish qobiliyati

   

Yadro tomonidan alfa parchalanishi ikkita neytron va ikkita protondan iborat alfa zarrachasini chiqaradi.

 

Radioaktiv parchalanish (yadroviy parchalanish, radioaktivlik deb ham ataladi) bu beqaror atom yadrosining nurlanish taʼsirida energiyasini yuqotish jarayonidir. Turg'un bo'lmagan yadrolarni oʻz ichiga olgan modda radioaktiv hisoblanadi. Emirilishning eng keng tarqalgan uchta turi alfa-parchalanish (α-decay), beta-emirilish (β-decay) va gamma-nurlanish (γ-decay) boʻlib, ularning barchasi bir yoki bir nechta zarrachalarni chiqarishni oʻz ichiga oladi. Zaif kuch beta-parchalanish uchun javobgar boʻlgan mexanizmdir, qolgan ikkitasi esa elektromagnit va yadroviy kuch tomonidan boshqariladi.[1] Umumiy parchalanishning toʻrtinchi turi elektron tutilishi boʻlib, unda beqaror yadro elektron qobiqlardan birining ichki elektronini ushlaydi. Ushbu elektronning qobiqdan yoʻqolishi elektronlar kaskadining pastki qavatga tushishiga olib keladi va bu oʻtishlardan diskret rentgen nurlarini chiqaradi misol — yod-125 odatda tibbiy muassasalarda qoʻllanadi.

Radioaktiv parchalanish — bu atomlar darajasidagi tasodifiy jarayon. Kvant nazariyasiga koʻra, atom qancha vaqt mavjud boʻlishidan qatʼiy nazar, maʼlum bir atom qachon parchalanishini oldindan aytib boʻlmaydi.[2][3][4] Biroq, bir xil atomlarning sezilarli soni uchun umumiy parchalanish tezligi parchalanish doimiysi yoki yarim yemirilish davri sifatida ifodalanishi mumkin. Radioaktiv atomlarning yarimyemirilish davri juda ko'p vaqt talab qiladi.

Parchalanadigan yadro asosiy radionuklid (yoki asosiy radioizotop[note 1]) deb ataladi va jarayon kamida bitta qiz nuklidni hosil qiladi. Gamma-parchalanish yoki yadroviy qoʻzgʻalgan holatdan ichki konversiyadan tashqari, parchalanish yadroviy transmutatsiya boʻlib, natijada turli xil protonlar yoki neytronlar (yoki ikkalasi) ni oʻz ichiga oladi. Protonlar soni oʻzgarganda, boshqa kimyoviy element atomi hosil boʻladi.

  • Alfa parchalanishi yadro alfa zarrachasini (geliy yadrosi) chiqarib yuborganda sodir boʻladi.
  • Beta-parchalanish ikki shaklda sodir boʻladi:
  • 1.Beta - plus
  • 2.Beta - minus
  • Gamma-nurlanishda radioaktiv yadro avval alfa yoki beta zarrachalarining chiqishi bilan xarakterlanadi. Natijada paydo boʻlgan qiz yadrosi odatda qo'zg'algan holatda qoladi va u gamma-nurli fotonni chiqarish orqali past energiya holatiga tushishi mumkin.
  • Neytron emissiyasida, boshqa turdagi parchalanish natijasida yoki koʻplab ketma-ket neytron tutilishi natijasida hosil boʻlgan neytronga boy yadrolar vaqti-vaqti bilan neytron emissiyasi orqali energiyani yoʻqotadi, natijada bir xil elementning bir izotopidan ikkinchisiga oʻtadi.
  • Elektron qamrashda yadro orbitadagi elektronni ushlab, protonning neytronga aylanishiga olib kelishi mumkin. Keyinchalik neytrino va gamma nurlari chiqariladi.
  • Klaster parchalanishi va yadro boʻlinishida alfa zarrasidan ogʻirroq yadro chiqariladi.

Bundan farqli oʻlaroq, yadroviy oʻzgarishlarga olib kelmaydigan radioaktiv parchalanish jarayonlari mavjud. Qoʻzgʻatilgan yadroning energiyasi gamma -nrlanishi deb ataladigan jarayonda gamma nurlari sifatida chiqarilishi mumkin yoki yadro orbital elektron bilan oʻzaro taʼsirlashganda, uning atomdan chiqarilishiga olib keladigan energiya yoʻqolishi mumkin, bu ichki konversiya deb ataladi. Oʻz-oʻzidan boʻlinish deb ataladigan bu parchalanish katta beqaror yadro oʻz-oʻzidan ikkita (yoki baʼzan uchta) kichikroq qiz yadroga boʻlinganida sodir boʻladi va odatda bu mahsulotlardan gamma nurlari, neytronlar yoki boshqa zarrachalarning emissiyasiga olib keladi. Bundan farqli oʻlaroq, spinli yadrodan parchalanish spin yoʻnalishi boʻyicha izotrop boʻlmagan holda taqsimlanishi mumkin. Yoki elektromagnit maydon kabi tashqi taʼsir tufayli yoki yadro spin yoʻnalishini cheklab qoʻygan dinamik jarayonda hosil boʻlgani sababli, anizotropiya aniqlanishi mumkin. Bunday ota-ona jarayoni oldingi parchalanish yoki yadroviy reaksiya boʻlishi mumkin.[5][6][7][note 2]

Barqaror va radioaktiv nuklidlar sonini koʻrsatadigan umumiy jadval uchun radionuklidga qarang. Er yuzida 28 ta tabiiy kimyoviy element mavjud boʻlib, ular Quyosh tizimi paydo boʻlishidan oldingi 34 ta radionukliddan iborat (6 ta elementda 2 xil radionuklid mavjud). Ushbu 34 ta ibtidoiy nuklidlar sifatida tanilgan. Mashhur misollar — uran va toriy, shuningdek, kaliy-40 kabi tabiiy uzoq umr koʻradigan radioizotoplarni ham oʻz ichiga oladi.

Radiy-226 va radon-222 kabi er yuzida topilgan yana 50 ga yaqin qisqa muddatli radionuklidlar ibtidoiy nuklidlar bilan boshlangan parchalanish zanjirlari yoki uglerod ishlab chiqarish kabi davom etayotgan kosmogen jarayonlarning mahsulidir. Kosmik nurlar orqali atmosferadagi azot- 14 dan 14. Radionuklidlar sunʼiy ravishda zarracha tezlatgichlari yoki yadro reaktorlarida ham ishlab chiqarilishi mumkin, natijada ulardan 650 tasi yarim yemirilish davri bir soatdan ortiq, yana bir necha mingtasi esa undan ham qisqaroq yarim umrga ega. (Nuklidlar roʻyxatini yarim yemirilish davri boʻyicha saralash uchun qarang.)

Kashfiyot tarixi

tahrir
 
Per va Mari Kyuri Parijdagi laboratoriyalarida, 1907 yilgacha

Radioaktivlik 1896-yilda olimlar Henri Becquerel va Marie Curie tomonidan fosforli moddalar bilan ishlash jarayonida kashf etilgan[8][9][10][11][12]. Ushbu materiallar yorugʻlik taʼsiridan keyin qorongʻida porlaydi va Bekkerel katod nurlari naychalarida rentgen nurlari bilan hosil boʻlgan porlash fosforessensiya bilan bogʻliq boʻlishi mumkinligiga shubha qilgan. U fotografik plastinkani qora qogʻozga oʻrab, ustiga turli fosforli tuzlarni joylashtirdi. Uran tuzlarini ishlatmaguncha barcha natijalar salbiy edi. Uran tuzlari plastinkaning qora qogʻozga oʻralganligiga qaramay, uning qorayishiga sabab boʻlgan. Ushbu nurlanishlarga „Bekkerel nurlari“ nomi berildi.

Tez orada maʼlum boʻldiki, plastinkaning qorayishi fosforessensiyaga hech qanday aloqasi yoʻq, chunki qorayish uranning fosforsiz tuzlari va metall uran tomonidan ham hosil boʻlgan. Ushbu tajribalardan maʼlum boʻldiki, qogʻozdan oʻtib ketadigan va plastinkaning yorugʻlik taʼsirida reaksiyaga kirishiga sabab boʻladigan koʻrinmas nurlanish shakli mavjud.

Avvaliga yangi radiatsiya yaqinda kashf etilgan rentgen nurlariga oʻxshab tuyuldi. Bekkerel, Ernest Rutherford, Pol Villar, Pierre Curie, Marie Curie va boshqalar tomonidan olib borilgan keyingi tadqiqotlar radioaktivlikning bu shakli sezilarli darajada murakkabroq ekanligini koʻrsatdi. Rezerford birinchi boʻlib bunday elementlarning barchasi bir xil matematik eksponensial formulaga muvofiq parchalanishini tushundi. Ruterford va uning shogirdi Frederik Soddi birinchi boʻlib koʻplab parchalanish jarayonlari bir elementning boshqasiga oʻtishiga olib kelishini tushunishdi. Keyinchalik, alfa va beta parchalanish mahsulotlarini tasvirlash uchun Fajans va Soddining radioaktiv joy almashish qonuni ishlab chiqilgan.[13][14]

Ilk tadqiqotchilar, shuningdek, urandan tashqari boshqa koʻplab kimyoviy elementlarning radioaktiv izotoplariga ega ekanligini aniqladilar. Uran rudalarining umumiy radioaktivligini tizimli izlash, shuningdek, Per va Mari Kyuriga ikkita yangi element: poloniy va radiyni ajratishga yordam berdi. Radiyning radioaktivligidan tashqari, radiyning bariyga kimyoviy oʻxshashligi bu ikki elementni ajratishni qiyinlashtirdi.

Marie va Pierre Curieilarning radioaktivlikni oʻrganishi fan va tibbiyotda muhim omil hisoblanadi. Bekkerel nurlari boʻyicha olib borgan tadqiqotlari ularni radiy va poloniyning ham kashf etilishiga olib kelganidan soʻng, ular baʼzi ogʻir elementlarning ionlashtiruvchi nurlanish emissiyasini aniqlash uchun „radioaktivlik“[15] atamasini kiritdilar.[16] (Keyinchalik bu atama barcha elementlarga umumlashtirildi.) Ularning urandagi kirib boruvchi nurlar boʻyicha olib borgan tadqiqotlari va radiyning kashf etilishi radiydan saraton kasalligini davolashda foydalanish davrini boshlab berdi. Ularning radiyni oʻrganishini atom energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanish va zamonaviy yadro tibbiyotining boshlanishi sifatida koʻrish mumkin.[15]

Erta sogʻliq uchun xavflar

tahrir
 
1896 yilda Crookes trubkasi apparati yordamida rentgen tasvirini olish. Markazda Crookes trubkasi koʻrinadi. Tik turgan odam qoʻlini floroskop ekrani bilan koʻrmoqda; bu quvurni oʻrnatishning keng tarqalgan usuli edi. Radiatsiya taʼsiriga qarshi choralar koʻrilmaydi; uning xavfi oʻsha paytda maʼlum emas edi.

Radioaktivlik va rentgen nurlari tufayli ionlashtiruvchi nurlanish xavfi darhol tan olinmadi.

Rentgen nurlari

tahrir

1895-yilda Wilhelm Röntgen tomonidan rentgen nurlarining kashf etilishi olimlar, shifokorlar va ixtirochilarning keng koʻlamli tajribalariga olib keldi. Koʻp odamlar 1896-yildayoq texnik jurnallarda kuyish, soch toʻkilishi va undan ham yomoni haqida hikoya qila boshladilar. Oʻsha yilning fevral oyida Vanderbilt universiteti professori Daniel va doktor Dadli Dadli boshini rentgenogramma bilan oʻtkazish bilan bogʻliq tajriba oʻtkazdilar, natijada sochlari toʻkilib ketdi. Doktor HD Hawksning qoʻli va koʻkrak qafasining rentgenogrammasida qattiq kuyishi haqidagi hisoboti Electrical Review jurnalidagi koʻplab boshqa hisobotlarning birinchisi edi.[17]

Boshqa eksperimentchilar, jumladan Elixu Tomson va Nikola Tesla ham kuyishlar haqida xabar berishdi. Tomson maʼlum vaqt davomida barmoqni ataylab rentgen trubkasiga taʼsir qildi va ogʻriq, shish va qabariqni boshdan kechirdi.[18] Boshqa taʼsirlar, jumladan ultrabinafsha nurlar va ozon, baʼzan zarar uchun ayblangan[19] va koʻplab shifokorlar hali ham rentgen nurlari taʼsiridan hech qanday taʼsir yoʻqligini daʼvo qilishgan.[18]

Shunga qaramay, baʼzi dastlabki tizimli xavf tadqiqotlari mavjud edi va 1902-yilda William Gerbert Rollins rentgen nurlaridan ehtiyotsiz foydalanish bilan bogʻliq xavflar haqidagi ogohlantirishlariga sanoat tomonidan ham, uning hamkasblari ham eʼtibor bermayotganini deyarli umidsizlik bilan yozgan. Bu vaqtga kelib Rollins rentgen nurlari eksperimental hayvonlarni oʻldirishi, homilador gvineya choʻchqasining tushishiga olib kelishi va homilani oʻldirishi mumkinligini isbotladi. Shuningdek, u „hayvonlar rentgen nurining tashqi taʼsiriga sezgirligi jihatidan farq qiladi“ deb taʼkidladi va bemorlarni rentgen nurlari yordamida davolashda bu farqlarni hisobga olish kerakligini ogohlantirdi. 

Radioaktiv moddalar

tahrir
 
Radioaktivlik katta atom raqamlariga ega boʻlgan elementlarga xosdir. Eng kamida bitta barqaror izotopga ega boʻlgan elementlar ochiq koʻk rangda koʻrsatilgan. Yashil rang eng barqaror izotopning yarim yemirilish davri millionlab yillar bilan oʻlchanadigan elementlarni koʻrsatadi. Sariq va toʻq sariq ranglar asta-sekin kamroq barqaror boʻlib, yarim yemirilish davri minglab yoki yuzlab yillar davomida, bir kungacha kamayadi. Qizil va binafsha ranglar yuqori va oʻta radioaktiv elementlarni koʻrsatadi, bu yerda eng barqaror izotoplar bir kun va undan kamroq vaqt oraligʻida oʻlchanadigan yarim umr koʻrsatadi.

Biroq, radioaktiv moddalar tufayli radiatsiyaning biologik taʼsirini oʻlchash oson emas edi. Bu koʻplab shifokorlar va korporatsiyalarga radioaktiv moddalarni patent dori vositalari sifatida sotish imkoniyatini berdi. Masalan, radiyli hoʻqna muolajalari va tonik sifatida ichiladigan radiyli suvlar. Mari Kyuri bunday muomalaga qarshi norozilik bildirdi va „radiy oʻqitilmagan qoʻllarda xavfli“ deb ogohlantirdi.[20] Keyinchalik Kyuri ionlashtiruvchi nurlanish taʼsiridan kelib chiqqan aplastik anemiyadan vafot etdi. 1930-yillarga kelib, suyak nekrozining bir qator holatlari va radiy bilan davolash ishqibozlarining oʻlimidan soʻng, radiy oʻz ichiga olgan dorivor mahsulotlar bozordan asosan olib tashlandi (radioaktiv quakerlik).

Radiatsiyaviy himoya

tahrir

Rentgen rentgen nurlarini kashf qilganidan bir yil oʻtgach, amerikalik muhandis Volfram Fuchs (1896) birinchi himoya boʻyicha maslahat berdi, ammo 1925-yilga qadar birinchi Xalqaro Radiologiya Kongressi (ICR) oʻtkazildi va uni yaratish masalasi koʻrib chiqildi. xalqaro himoya standartlari. Radiatsiyaning genlarga taʼsiri, shu jumladan saraton xavfining taʼsiri ancha keyinroq tan olingan. 1927-yilda Hermann Joseph Muller genetik taʼsirni koʻrsatadigan tadqiqotlarni nashr etdi va 1946-yilda oʻzining topilmalari uchun fiziologiya yoki tibbiyot boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻldi.

Ikkinchi ICR 1928-yilda Stokgolmda boʻlib oʻtdi va rentgen blokini qabul qilishni taklif qildi va Xalqaro rentgen va radiyni himoya qilish qoʻmitasi (IXRPC) tuzildi. Rolf Sievert rais etib tayinlandi, ammo harakatlantiruvchi kuch Britaniya Milliy Fizik Laboratoriyasidan Jorj Kay edi. Qoʻmita 1931, 1934 va 1937 yillarda yigʻilgan.

Ikkinchi jahon urushidan soʻng, harbiy va fuqarolik yadroviy dasturlari natijasida qayta ishlanadigan radioaktiv moddalarning koʻpayishi va miqdorining koʻpayishi kasbiy ishchilarning katta guruhlari va aholining ionlashtiruvchi nurlanishning zararli darajasiga duchor boʻlishiga olib keldi. Bu 1950-yilda Londonda chaqirilgan urushdan keyingi birinchi ICRda, hozirgi Radiologik himoya boʻyicha Xalqaro komissiya (ICRP) tugʻilganda koʻrib chiqildi.[21] Oʻshandan beri ICRP radiatsiyaviy xavflarning barcha jihatlarini qamrab oluvchi radiatsiyaviy himoyaning hozirgi xalqaro tizimini ishlab chiqdi.

2020-yilda Hauptmann va sakkiz mamlakatning boshqa 15 xalqaro tadqiqotchilari, jumladan: Biostatistika institutlari, Registr tadqiqotlari, Saraton epidemiologiyasi, radiatsiya epidemiologiyasi markazlari, shuningdek, AQSh Milliy saraton instituti (NCI), Saraton boʻyicha xalqaro tadqiqot agentligi (IARC)) va Xirosimaning Radiatsiya taʼsirini oʻrganish jamgʻarmasi meta-tahlil orqali Xirosima va Nagasakidagi atom bombalaridan omon qolganlar aholisiga etkazilgan „past dozalar“, shuningdek, atom stansiyalarida sodir boʻlgan koʻplab avariyalar natijasida yuzaga kelgan zararni aniq oʻrgandi. dunyo. Ushbu olimlar JNCI Monographs: Past dozali ionlashtiruvchi nurlanish va saraton xavfining epidemiologik tadqiqotlarida, yangi epidemiologik tadqiqotlar past dozali ionlashtiruvchi nurlanishdan ortiqcha saraton xavfini toʻgʻridan-toʻgʻri qoʻllab-quvvatlashi haqida xabar berishdi.[22] 2021-yilda italiyalik tadqiqotchi Venturi radio-tseziy va oshqozon osti bezi saratoni oʻrtasidagi seziyning biologiyadagi roli va pankreatit va oshqozon osti bezi kelib chiqishi diabetidagi birinchi korrelyatsiya haqida xabar berdi.

Birliklar

tahrir
 
Radioaktivlik va aniqlangan ionlashtiruvchi nurlanish oʻrtasidagi munosabatlarni koʻrsatadigan grafik

Radioaktiv faollikning xalqaro birliklar tizimi (SI) birligi bekkerel (Bq) boʻlib, olim Anri Bekkerel sharafiga nomlangan. Bitta Bq soniyada bitta transformatsiya (yoki parchalanish yoki parchalanish) sifatida aniqlanadi.

Radioaktivlikning eski birligi bu Kyuri Ci boʻlib, u dastlab „bir gramm radiy (element) bilan muvozanatdagi radiy emanatsiyasining miqdori yoki massasi“ deb taʼriflangan[23]. Bugungi kunda kyuri soniyada 3.7×1010 parchalanish sifatida aniqlanadi, shuning uchun 1 Kyuri (Ci) = 3.7×1010 Bq . Radiologik himoya maqsadlarida, Garchi Amerika Qoʻshma Shtatlari yadroviy tartibga solish komissiyasi SI birliklari bilan bir qatorda kyuri birligidan foydalanishga ruxsat bergan boʻlsa-da[24], Yevropa Ittifoqining Yevropa oʻlchov birliklari direktivalari undan „jamoat salomatligi … maqsadlarida“ foydalanishni 1985-yil 31-dekabrgacha[25] bosqichma-bosqich toʻxtatishni talab qildi.

Ionlashtiruvchi nurlanishning taʼsiri koʻpincha toʻqimalarning shikastlanishi uchun mexanik yoki sievert uchun kulrang birliklarda oʻlchanadi.

Turlari

tahrir
 
Alfa zarralarini qogʻoz varagʻi, beta zarralarini alyuminiy ekran bilan toʻliq toʻxtatish mumkin. Gamma nurlarini faqat qoʻrgʻoshinning juda qalin qatlami kabi kattaroq massa bilan kamaytirish mumkin.
 
137 Cs parchalanish sxemasi yarim yemirilish davri, qiz nuklidlari va chiqarilgan nurlanish turlari va nisbatlarini koʻrsatadi.

Dastlabki tadqiqotchilar elektr yoki magnit maydon radioaktiv chiqindilarni uch turdagi nurlarga boʻlishlari mumkinligini aniqladilar. Nurlarga alfa, beta va gamma nomlari materiyaga kirib borish qobiliyatini oshirish tartibida berildi. Alfa parchalanishi faqat atom raqami 52 (telluriy) va undan kattaroq ogʻirroq elementlarda kuzatiladi, berilliy-8 (ikki alfa zarrachaga parchalanadi) bundan mustasno. Qolgan ikki turdagi parchalanish barcha elementlarda kuzatiladi. Qoʻrgʻoshin, atom raqami 82, radioaktiv parchalanishga barqaror (oʻlchov chegarasigacha) har qanday izotoplarga ega boʻlgan eng ogʻir elementdir. Radioaktiv parchalanish atom raqami 83 (vismut) yoki undan yuqori boʻlgan barcha elementlarning barcha izotoplarida kuzatiladi. Biroq, vismut-209 juda oz radioaktiv boʻlib, yarim yemirilish davri koinot yoshidan kattaroqdir; juda uzoq yarim umrga ega radioizotoplar amaliy maqsadlarda samarali barqaror hisoblanadi.

 
Neytron raqami N va atom raqami Z boʻlgan radionuklidning parchalanish rejimlari uchun oʻtish diagrammasi (a, b ±, p + va n 0 emissiyasi koʻrsatilgan, EC elektron tutilishini bildiradi).
 
Neytron va proton raqamlari bilan bogʻliq radioaktiv parchalanish turlari

Parchalanish mahsulotlarining tabiatini tahlil qilishda tashqi magnit va elektr maydonlari tomonidan nurlanishga taʼsir etuvchi elektromagnit kuchlar yoʻnalishidan alfa zarralari musbat zaryad, beta zarralari manfiy zaryad, gamma nurlari neytral ekanligi aniq edi. Burilishning kattaligidan maʼlum boʻldiki, alfa zarralari beta zarralariga qaraganda ancha kattaroqdir. Alfa zarralarini juda yupqa shisha oynadan oʻtkazish va ularni tushirish trubkasida ushlab turish tadqiqotchilarga tutilgan zarrachalarning emissiya spektrini oʻrganishga imkon berdi va oxir-oqibat alfa zarralari geliy yadrolari ekanligini isbotladi. Boshqa tajribalar parchalanish va katod nurlari natijasida hosil boʻlgan beta-nurlanishni koʻrsatdi, ular yuqori tezlikda elektronlar edi. Xuddi shunday, gamma nurlanishi va rentgen nurlari yuqori energiyali elektromagnit nurlanish ekanligi aniqlandi.

Yemirilish turlari oʻrtasidagi bogʻliqlik ham tekshirila boshlandi: Masalan, gamma-emirilish deyarli har doim boshqa yemirilish turlari bilan bogʻliqligi aniqlangan va taxminan bir vaqtda yoki undan keyin sodir boʻlgan. Gamma-emirilish alohida hodisa sifatida oʻzining yarimparchalanish davriga ega (hozirda izomerik oʻtish deb ataladi) tabiiy radioaktivlikda topilgan, oʻz navbatida boshqa parchalanish turlaridan yaratilgan qoʻzgʻaluvchan metastabil yadro izomerlarining gamma-parchalanishi natijasidir.

Alfa, beta va gamma nurlanishlar eng koʻp topilgan boʻlsa-da, oxir-oqibat emissiyaning boshqa turlari topildi. Kosmik nurlanish mahsulotlarida pozitron topilganidan koʻp oʻtmay, klassik beta-emirilishda ishlaydigan xuddi shu jarayon neytrinolar bilan bir qatorda pozitronlarni ham (pozitron emissiyasi) hosil qilishi mumkinligi (klassik beta-parchalanish antineytrinolarni ishlab chiqarishi) tushunildi. Elektron tutilishi deb ataladigan keng tarqalgan shunga oʻxshash jarayonda baʼzi protonga boy nuklidlar pozitronlarni chiqarish oʻrniga oʻzlarining atom elektronlarini ushlab turishi aniqlandi va keyinchalik bu nuklidlar qoʻzgʻatilgan yadrodan faqat neytrino va gamma nurlarini chiqaradi (va koʻpincha ham). Auger elektronlari va xarakterli rentgen nurlari, elektronlarning yoʻqolgan tutilgan elektron oʻrnini toʻldirish uchun qayta tartiblanishi natijasida). Bu parchalanish turlari elektronlarning yadroviy tutilishi yoki elektronlar yoki pozitronlarning emissiyasini oʻz ichiga oladi va shu bilan yadroni maʼlum nuklonlarning umumiy soni uchun eng kam energiyaga ega boʻlgan neytronlar protonlarga nisbati tomon siljitadi. Natijada barqarorroq (pastroq energiya) yadro hosil boʻladi.

Elektron tutilishiga oʻxshash pozitronni ushlashning gipotetik jarayoni antimateriya atomlarida nazariy jihatdan mumkin, ammo kuzatilmagan, chunki antigeliydan tashqari murakkab antimateriya atomlari eksperimental ravishda mavjud emas.[26] Bunday parchalanish uchun antimater atomlari kamida berilliy-7 kabi murakkab boʻlishi kerak, bu oddiy materiyaning maʼlum boʻlgan eng engil izotopi boʻlib, elektron tutilishi bilan parchalanadi.[27]

1932-yilda neytron kashf etilganidan koʻp oʻtmay, Enriko Fermi baʼzi noyob beta-parchalanish reaksiyalari darhol neytronlarni qoʻshimcha parchalanish zarrasi sifatida hosil qilishini tushundi, bu beta-kechiktirilgan neytron emissiyasi deb ataladi. Neytron emissiyasi odatda qoʻzgʻatilgan holatda boʻlgan yadrolardan, masalan, 17 N beta parchalanishidan hosil boʻlgan qoʻzgʻaluvchan 17 O * dan sodir boʻladi. Neytron emissiya jarayonining oʻzi yadroviy kuch tomonidan boshqariladi va shuning uchun juda tezdir, baʼzan „deyarli oniy“ deb ataladi. Izolyatsiya qilingan proton emissiyasi oxir-oqibat baʼzi elementlarda kuzatildi. Bundan tashqari, baʼzi ogʻir elementlarning tarkibi har xil boʻlgan mahsulotlarga oʻz-oʻzidan boʻlinishi mumkinligi aniqlandi. Klaster parchalanishi deb ataladigan hodisada alfa zarralari (geliy yadrolari) dan boshqa neytronlar va protonlarning oʻziga xos birikmalari atomlardan oʻz-oʻzidan chiqarilishi aniqlandi.

Radioaktiv parchalanishning boshqa turlari ilgari koʻrilgan zarrachalarni chiqaradi, ammo turli mexanizmlar orqali. Misol tariqasida ichki konversiyani keltirish mumkin, bu esa dastlabki elektron emissiyasiga, keyin esa koʻpincha xarakterli rentgen nurlari va Auger elektronlarining emissiyasiga olib keladi, garchi ichki konversiya jarayoni na beta, na gamma parchalanishini oʻz ichiga olmaydi. Neytrino chiqarilmaydi va chiqarilgan elektron(lar) va foton(lar)ning hech biri yadroda paydo boʻlmaydi, garchi ularning barchasini chiqaradigan energiya u yerda paydo boʻlsa ham. Izomerik oʻtish gamma-emirilishi va neytron emissiyasi kabi ichki konversiya parchalanishi, bir elementni boshqasiga oʻtkazmasdan, qoʻzgʻatilgan nuklid tomonidan energiya chiqishini oʻz ichiga oladi.

Bir vaqtning oʻzida sodir boʻladigan ikkita beta-parchalanish tipidagi hodisalarning kombinatsiyasini oʻz ichiga olgan noyob hodisalar maʼlum (pastga qarang). Energiya yoki impulsning saqlanish qonunlarini (va, ehtimol, zarrachalarning saqlanishning boshqa qonunlarini) buzmaydigan har qanday parchalanish jarayoniga ruxsat beriladi, ammo barchasi aniqlanmagan. Yakuniy boʻlimda muhokama qilingan qiziqarli misol — reniy-187 ning bogʻlangan beta-parchalanishi . Bu jarayonda asosiy nuklidning beta-elektron parchalanishi beta-elektron emissiyasi bilan birga boʻlmaydi, chunki beta-zarracha chiqaradigan atomning K-qobigʻiga ushlangan. Barcha salbiy beta parchalanishlarida boʻlgani kabi antineytrino chiqariladi.

Radionuklidlar turli xil reaksiyalarga kirishishi mumkin. Bular quyidagi jadvalda umumlashtirilgan. Massa soni A va atom raqami Z boʻlgan yadro (A, Z) koʻrinishida ifodalanadi. „Qiz yadrosi“ ustuni yangi yadro va dastlabki yadro oʻrtasidagi farqni koʻrsatadi. Shunday qilib, (A − 1, Z) massa soni avvalgidan bir kam, ammo atom raqami avvalgidek bir xil ekanligini bildiradi.

Agar energiya sharoitlari qulay boʻlsa, maʼlum bir radionuklid koʻplab raqobatdosh parchalanish turlariga duch kelishi mumkin, baʼzi atomlar bir yoʻl bilan, boshqalari esa boshqa yoʻl bilan parchalanadi. Misol tariqasida mis-64 ni keltirish mumkin, u 29 proton va 35 neytronga ega, yarimparchalanish davri 12.7004(13) soat.[28] Bu izotopda bitta juftlashtirilmagan proton va bitta neytron mavjud, shuning uchun proton yoki neytron qarama-qarshi izospinga ega boʻlgan boshqa zarrachaga parchalanishi mumkin. Ushbu maxsus nuklid (bu vaziyatdagi barcha nuklidlar boʻlmasa ham) elektronni tutib olishdan (38,48 61.52(26) %[28]) koʻra beta-plyus parchalanish (61,52 38.48(26) %[28]) orqali parchalanish ehtimoli koʻproq. Bu yemirilishlar natijasida yuzaga keladigan, er osti energiya holatida tugamaydigan hayajonlangan energiya holatlari, shuningdek, deyarli 0,5% vaqt ichida keyinchalik ichki konversiya va gamma parchalanishini keltirib chiqaradi.

Ogʻir nuklidlarda alfa va beta parchalanish oʻrtasidagi raqobat koʻproq uchraydi. Keyin qiz nuklidlari odatda beta yoki alfa orqali parchalanib, xuddi shu joyda tugaydi.

Radioaktiv parchalanish, chiqarilgan energiya (parchalanish energiyasi) qandaydir tarzda chiqib ketgandan soʻng, yigʻilgan dam massasining kamayishiga olib keladi. Garchi parchalanish energiyasi baʼzan asosiy nuklid mahsulotlarining massasi va parchalanish mahsulotlarining massasi oʻrtasidagi farq bilan bogʻliq deb taʼriflansa ham, bu faqat mahsulot tizimidan energiyaning bir qismi olib tashlangan dam olish massasi oʻlchovlariga tegishli. Bu toʻgʻri, chunki parchalanish energiyasi har doim E formulasiga koʻra, qayerda paydo boʻlishidan qatʼi nazar, massani olib yurishi kerak (maxsus nisbiylik nazariyasida massaga qarang). = mc 2 . Parchalanish energiyasi dastlab chiqarilgan fotonlarning energiyasi va massiv chiqarilgan zarralarning kinetik energiyasi (yaʼni, tinch massaga ega boʻlgan zarralar) sifatida chiqariladi. Agar bu zarralar atrofi bilan issiqlik muvozanatiga kelsa va fotonlar soʻrilsa, u holda parchalanish energiyasi oʻz massasini saqlaydigan issiqlik energiyasiga aylanadi.

Shuning uchun parchalanish energiyasi parchalanish energiyasi parchalanish zarralari orasida taqsimlangan boʻlsa ham, oʻzgarmas massa deb ataladigan parchalanish tizimi massasining maʼlum bir oʻlchovi bilan bogʻliq boʻlib qoladi. Fotonlarning energiyasi, chiqarilgan zarrachalarning kinetik energiyasi va keyinchalik atrofdagi moddalarning issiqlik energiyasi tizimning oʻzgarmas massasiga yordam beradi. Shunday qilib, radioaktiv parchalanishda zarrachalarning qolgan massalari yigʻindisi saqlanib qolmasa-da, tizim massasi va tizimning oʻzgarmas massasi (shuningdek, tizimning umumiy energiyasi) har qanday parchalanish jarayonida saqlanib qoladi. Bu energiyaning saqlanishi va massa saqlanishining ekvivalent qonunlarining qayta ifodasidir.

Tariflar

tahrir

Radioaktiv moddaning parchalanish tezligi yoki faolligi vaqtga bogʻliq boʻlmagan quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi:

  • Yarim yemirilish davri, t1/2, maʼlum miqdordagi radioaktiv moddaning faolligi boshlangʻich qiymatining yarmigacha parchalanishi uchun ketadigan vaqt.
  • Yemirilish doimiysi, λ " lambda ", oʻrtacha umrning oʻzaro nisbati (s−1 da), baʼzan oddiy parchalanish tezligi deb ham ataladi.
  • Oʻrtacha umr koʻrish, τ " tau ", radioaktiv zarrachaning parchalanishgacha boʻlgan oʻrtacha umri (1/ e umr).

Garchi bular doimiy boʻlsa-da, ular atomlar populyatsiyalarining statistik xatti-harakatlari bilan bogʻliq. Natijada, bu konstantalardan foydalangan holda bashoratlar atomlarning kichik namunalari uchun unchalik aniq emas.

Asosan yarim yemirilish davri, uchinchi umr yoki hatto (1/√2)-hayot, xuddi yarim yemirilish davri bilan bir xil tarzda ishlatilishi mumkin; ammo oʻrtacha umr va yarim yemirilish davri t1/2 eksponensial parchalanish bilan bogʻliq standart vaqtlar sifatida qabul qilingan.

Ushbu parametrlar vaqtga bogʻliq boʻlgan quyidagi parametrlar bilan bogʻliq boʻlishi mumkin:

  • Umumiy faollik, A — radioaktiv namunaning vaqt birligidagi parchalanish soni.
  • Zarrachalar soni, N — namunadagi zarrachalarning umumiy soni.
  • Maxsus faollik, a, nolga oʻrnatilgan vaqtdagi namunadagi moddaning miqdori boʻyicha vaqt birligidagi parchalanish soni (t = 0). „Modda miqdori“ boshlangʻich namunaning massasi, hajmi yoki mollari boʻlishi mumkin.
 

bu yerda N 0 — faol moddaning boshlangʻich miqdori — modda hosil boʻlgan paytdagi kabi barqaror boʻlmagan zarrachalar foizi bir xil boʻlgan modda.

Matematika

tahrir
For the mathematical details of exponential decay in general context, see exponential decay.
For related derivations with some further details, see half-life.
For the analogous mathematics in 1st order chemical reactions, see consecutive reactions.

Umumjahon qonuni

tahrir

Radioaktiv parchalanish matematikasi radionuklid yadrosining „xotirasi“ yoki uning tarixini hozirgi xatti-harakatlariga oʻtkazish usuli yoʻqligi haqidagi asosiy taxminga bogʻliq. Yadro vaqt oʻtishi bilan „qarimaydi“. Shunday qilib, uning parchalanish ehtimoli vaqt oʻtishi bilan ortib bormaydi, lekin yadro qancha vaqt mavjud boʻlishidan qatʼi nazar, doimiy boʻlib qoladi. Ushbu doimiy ehtimollik yadroning bir turi va boshqasi oʻrtasida katta farq qilishi mumkin, bu esa koʻplab kuzatilgan parchalanish tezligiga olib keladi. Biroq, ehtimollik qanday boʻlishidan qatʼi nazar, vaqt oʻtishi bilan u oʻzgarmaydi. Bu avtomobillar va odamlar kabi qarishni koʻrsatadigan murakkab ob’ektlardan sezilarli farq qiladi. Ushbu qarish tizimlari vaqt birligida parchalanish imkoniyatiga ega boʻlib, ular mavjud boʻlgan paytdan boshlab ortadi.

Agregat jarayonlar, masalan, atomlar boʻlagining radioaktiv parchalanishi, bir hodisaning sodir boʻlish ehtimoli juda kichik, ammo vaqt boʻlaklari soni shunchalik kattaki, shunga qaramay, hodisalarning oʻrtacha tezligi mavjud. diskret boʻlgan Puasson taqsimoti. Radioaktiv parchalanish va yadro zarralari reaksiyalari ana shunday agregat jarayonlarning ikkita misolidir.[29] Puasson jarayonlari matematikasi eksponensial yemirilish qonuniga qisqaradi, bu bitta alohida yadro emas, balki koʻp sonli yadrolarning statistik xatti-harakatlarini tavsiflaydi. Quyidagi formalizmda yadrolar soni yoki yadro populyatsiyasi N, albatta, diskret oʻzgaruvchidir (tabiiy son) — lekin har qanday fizik namuna uchun N shunchalik kattaki, uni doimiy oʻzgaruvchi sifatida koʻrib chiqish mumkin. Differensial hisoblash yadro parchalanishining harakatini modellashtirish uchun ishlatiladi.

Bir parchalanish jarayoni

tahrir

A nuklidining A → B jarayoni (boshqa zarrachalar, masalan, elektron neytrinolar emissiyasi) orqali boshqa B ga parchalanishini koʻrib chiqing.</br> ν</br> e va elektronlar e - beta-emirilishda boʻlgani kabi, quyidagi narsalar uchun ahamiyatsiz). Beqaror yadroning parchalanishi vaqt oʻtishi bilan butunlay tasodifiydir, shuning uchun maʼlum bir atom qachon parchalanishini oldindan aytib boʻlmaydi. Biroq, u har qanday vaqtda parchalanish ehtimoli teng. Shuning uchun, maʼlum bir radioizotop namunasi berilganda, dt vaqt oraligʻida kichik vaqt oraligʻida sodir boʻlishi kutilayotgan −dN parchalanish hodisalari soni N mavjud atomlar soniga proportsionaldir, yaʼni[30]

 

Muayyan radionuklidlar turli tezliklarda parchalanadi, shuning uchun har birining oʻz parchalanish doimiysi λ . Kutilayotgan emirilish −dN/N vaqt oʻsishiga proportsionaldir, dt :Andoza:Equation box 1Salbiy belgi N ning vaqt oʻtishi bilan kamayib borishini koʻrsatadi, chunki parchalanish hodisalari birin-ketin sodir boʻladi. Ushbu birinchi tartibli differensial tenglamaning yechimi quyidagi funksiyadir :

 

bu yerda N0 N ning t = 0 vaqtidagi qiymati, parchalanish konstantasi λ[30] bilan ifodalangan.

Bizda hamma vaqt t :

 

Eslatmalar

tahrir
  1. ↑ Radionuclide is the more correct term, but radioisotope is also used. The difference between isotope and nuclide is explained at Isotope § Isotope vs. nuclide.
  2. ↑ See Wu experiment among other counterexamples when the decaying atom is influenced by external factors.

Maʼlumotnomalar

tahrir

Mos ravish

tahrir
  1. ↑ „Radioactivity: Weak Forces“. Radioactivity. EDP Sciences. 2021-yil 12-avgustda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 4-mart 2020-yil.
  2. ↑ Stabin, Michael G. „3“, . Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics Stabin: . Springer, 2007. DOI:10.1007/978-0-387-49983-3. ISBN 978-0-387-49982-6. 
  3. ↑ Best, Lara „1.3“, . Radiation Oncology Primer and Review. Demos Medical Publishing, 2013. ISBN 978-1-62070-004-4. 
  4. ↑ Loveland, W.. Modern Nuclear Chemistry. Wiley-Interscience, 2006 — 57-bet. ISBN 978-0-471-11532-8. 
  5. ↑ Litherland, A.E.; Ferguson, A.J. (1961). „Gamma-Ray Angular Correlations from Aligned Nuclei Produced by Nuclear Reactions“. Canadian Journal of Physics. 39-jild, № 6. 788–824-bet. Bibcode:1961CaJPh..39..788L. doi:10.1139/p61-089. ISSN 0008-4204.
  6. ↑ „3. Nuclear and Atomic Spectroscopy“, Spectroscopy, Methods in Experimental Physics, 1976 — 115–346-bet. DOI:10.1016/S0076-695X(08)60643-2. ISBN 9780124759138. 
  7. ↑ Martin, B.R.. Nuclear and particle physics: An introduction, 2nd, John Wiley & Sons, 31-avgust 2011-yil — 240-bet. ISBN 978-1-1199-6511-4. 
  8. ↑ Mould, Richard F.. A century of X-rays and radioactivity in medicine : with emphasis on photographic records of the early years, Reprint. with minor corr, Bristol: Inst. of Physics Publ., 1995 — 12-bet. ISBN 978-0-7503-0224-1. 
  9. ↑ Henri Becquerel (1896). „Sur les radiations émises par phosphorescence“. Comptes Rendus. 122-jild. 420–421-bet.
  10. ↑ Comptes Rendus 122: 420 (1896), translated by Carmen Giunta. Retrieved 12 April 2021.
  11. ↑ Henri Becquerel (1896). „Sur les radiations invisibles émises par les corps phosphorescents“. Comptes Rendus. 122-jild. 501–503-bet.
  12. ↑ Comptes Rendus 122: 501-503 (1896), translated by Carmen Giunta. Retrieved 12 April 2021.
  13. ↑ Kasimir Fajans, „Radioactive transformations and the periodic system of the elements“. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Nr. 46, 1913, pp. 422-439
  14. ↑ Frederick Soddy, „The Radio Elements and the Periodic Law“, Chem. News, Nr. 107, 1913, pp. 97-99
  15. ↑ 15,0 15,1 L'Annunziata, Michael F.. Radioactivity: Introduction and History. Amsterdam, Netherlands: Elsevier Science, 2007 — 2-bet. ISBN 9780080548883. 
  16. ↑ Petrucci, Ralph H.. General chemistry, 8th, Prentice Hall, 2002 — 1025-bet. ISBN 0-13-014329-4. 
  17. ↑ Sansare, K.; Khanna, V.; Karjodkar, F. (2011). „Early victims of X-rays: a tribute and current perception“. Dentomaxillofacial Radiology. 40-jild, № 2. 123–125-bet. doi:10.1259/dmfr/73488299. ISSN 0250-832X. PMC 3520298. PMID 21239576.
  18. ↑ 18,0 18,1 „Ronald L. Kathern and Paul L. Ziemer, he First Fifty Years of Radiation Protection, physics.isu.edu“. 12-sentabr 2017-yilda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 25-noyabr 2013-yil.
  19. ↑ Hrabak, M.; Padovan, R.S.; Kralik, M.; Ozretic, D.; Potocki, K. (2008-yil iyul). „Nikola Tesla and the Discovery of X-rays“. RadioGraphics. 28-jild, № 4. 1189–92-bet. doi:10.1148/rg.284075206. ISSN 0271-5333. PMID 18635636. {{cite magazine}}: sana kiritilishi kerak boʻlgan parametrga berilgan qiymatni tekshirish lozim: |date= (yordam)
  20. ↑ Rentetzi, Maria (7-noyabr 2017-yil). „Marie Curie and the perils in radium“. Physics Today. doi:10.1063/PT.6.4.20171107a. Qaraldi: 3 May 2022.{{cite magazine}}: CS1 maint: date format ()
  21. ↑ Clarke, R.H.; J. Valentin (2009). „The History of ICRP and the Evolution of its Policies“ (PDF). Annals of the ICRP. ICRP Publication 109. 39-jild, № 1. 75–110-bet. doi:10.1016/j.icrp.2009.07.009. Qaraldi: 12 May 2012.
  22. ↑ Daniels, M.; et al. (2020). „Epidemiological Studies of Low-Dose Ionizing Radiation and Cancer: Summary Bias Assessment and Meta-Analysis“. J Natl Cancer Inst Monogr. 56-jild, № July 1. 188–200-bet. doi:10.1093/jncimonographs/lgaa010. ISSN 1434-6001. PMC 8454205. PMID 32657347.
  23. ↑ Rutherford, Ernest (6-oktabr 1910-yil). „Radium Standards and Nomenclature“. Nature. 84-jild, № 2136. 430–431-bet. Bibcode:1910Natur..84..430R. doi:10.1038/084430a0.{{cite magazine}}: CS1 maint: date format ()
  24. ↑ 10 CFR 20.1005. US Nuclear Regulatory Commission, 2009. 
  25. ↑ The Council of the European Communities. „Council Directive 80/181/EEC of 20 December 1979 on the approximation of the laws of the Member States relating to Unit of measurement and on the repeal of Directive 71/354/EEC“ (21-dekabr 1979-yil). Qaraldi: 19-may 2012-yil.
  26. ↑ „Radioactive Decay“. chemed.chem.purdue.edu. Qaraldi: 5-may 2022-yil.
  27. ↑ „CH103 – CHAPTER 3: Radioactivity and Nuclear Chemistry – Chemistry“ (inglizcha). Qaraldi: 5-iyul 2022-yil.
  28. ↑ 28,0 28,1 28,2 Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021-yil mart). „The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties \ast“. Chinese Physics C (inglizcha). 45-jild, № 3. 030001-bet. doi:10.1088/1674-1137/abddae. ISSN 1674-1137. {{cite magazine}}: sana kiritilishi kerak boʻlgan parametrga berilgan qiymatni tekshirish lozim: |date= (yordam)
  29. ↑ Leo, William R. „Ch. 4“, . STATISTICS AND THE TREATMENT OF EXPERIMENTAL DATA, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer-Verlag, 1992. 
  30. ↑ 30,0 30,1 Patel, S.B.. Nuclear physics: an introduction. New Delhi: New Age International, 2000 — 62–72-bet. ISBN 978-81-224-0125-7.  
"https://uz.wikipedia.org/w/index.php?title=Radioaktiv_parchalanish&oldid=5231375" dan olindi