Alfa ve beta radyasyonuna genellikle radyoaktif bozunmalar denir. Bu, muazzam bir hızla meydana gelen, çekirdekten atom altı parçacıkların emisyonu olan bir süreçtir. Sonuç olarak, bir atom veya izotopu bir kimyasal elementten diğerine değişebilir. Çekirdeklerin alfa ve beta bozunmaları, kararsız elementlerin karakteristiğidir. Bunlar, yük sayısı 83'ten büyük ve kütle numarası 209'dan büyük olan tüm atomları içerir.
Reaksiyon koşulları
Ayrışma, diğer radyoaktif dönüşümler gibi doğal ve yapaydır. İkincisi, bazı yabancı parçacıkların çekirdeğe girmesi nedeniyle oluşur. Bir atomun ne kadar alfa ve beta bozunmasına maruz kalabileceği, yalnızca kararlı duruma ne kadar sürede ulaşıldığına bağlıdır.
Doğal koşullar altında, alfa ve beta eksi bozunmaları meydana gelir.
Yapay koşullar altında, nötron, pozitron, proton ve diğer daha nadir türlerde bozunma ve çekirdek dönüşümleri mevcuttur.
Bu isimler radyoaktif radyasyon üzerine çalışan Ernest Rutherford tarafından verildi.
Kararlı ve kararsız arasındaki farkçekirdek
Doğrudan bozunma yeteneği atomun durumuna bağlıdır. Sözde "kararlı" veya radyoaktif olmayan çekirdek, bozulmayan atomların özelliğidir. Teoride, bu tür öğeler, sonunda kararlılıklarına ikna olmak için süresiz olarak gözlemlenebilir. Bu, bu tür çekirdekleri son derece uzun bir yarı ömre sahip olan kararsız olanlardan ayırmak için gereklidir.
Yanlışlıkla, böyle "yavaş" bir atom, kararlı bir atomla karıştırılabilir. Bununla birlikte, tellür ve daha spesifik olarak, yarı ömrü 2.2·1024 yıl olan 128 numaralı izotopu çarpıcı bir örnek olabilir. Bu vaka izole değildir. Lanthanum-138'in yarılanma ömrü 1011 yıldır. Bu dönem, mevcut evrenin yaşının otuz katıdır.
Radyoaktif bozunmanın özü
Bu işlem rastgele gerçekleşir. Her bozunan radyonüklid, her durum için sabit olan bir hız kazanır. Bozulma hızı, dış faktörlerin etkisi altında değişemez. Büyük bir yerçekimi kuvvetinin etkisi altında, mutlak sıfırda, bir elektrik ve manyetik alanda, herhangi bir kimyasal reaksiyon sırasında ve benzeri bir reaksiyonun meydana gelip gelmeyeceği önemli değildir. Süreç, yalnızca pratik olarak imkansız olan atom çekirdeğinin iç kısmı üzerindeki doğrudan etki ile etkilenebilir. Reaksiyon kendiliğindendir ve yalnızca içinde ilerlediği atoma ve onun iç durumuna bağlıdır.
Radyoaktif bozunmalardan bahsederken, genellikle "radyonüklid" terimi kullanılır. Olmayanlar içinaşina iseniz, bu kelimenin radyoaktif özelliklere, kendi kütle numarasına, atom numarasına ve enerji durumuna sahip bir grup atomu ifade ettiğini bilmelisiniz.
Çeşitli radyonüklidler teknik, bilimsel ve insan yaşamının diğer alanlarında kullanılmaktadır. Örneğin tıpta bu elementler hastalıkların teşhisinde, ilaçların, aletlerin ve diğer maddelerin işlenmesinde kullanılır. Hatta bir dizi terapötik ve prognostik radyo ilacı var.
İzotopun tanımı da daha az önemli değildir. Bu kelime özel bir atom türünü ifade eder. Sıradan bir elementle aynı atom numarasına, ancak farklı bir kütle numarasına sahiptirler. Bu fark, protonlar ve elektronlar gibi yükü etkilemeyen ancak kütlelerini değiştiren nötronların sayısından kaynaklanır. Örneğin, basit hidrojende bunlardan 3 tane vardır. İzotoplarına isim verilmiş tek element budur: döteryum, trityum (tek radyoaktif olan) ve protium. Diğer durumlarda ise atom kütlelerine ve ana elemente göre isimler verilir.
Alfa bozunması
Bu bir tür radyoaktif reaksiyondur. Kimyasal elementlerin periyodik tablosunun altıncı ve yedinci dönemlerinden doğal elementler için tipiktir. Özellikle yapay veya uranyumötesi elementler için.
Alfa bozunmasına tabi öğeler
Bu bozunma ile karakterize edilen metallerin sayısı toryum, uranyum ve bizmuttan sayarak periyodik kimyasal element tablosundan altıncı ve yedinci periyotların diğer elementlerini içerir. İşlem ayrıca ağır arasında izotoplardan geçer.öğeler.
Reaksiyon sırasında ne olur?
Alfa bozunması başladığında, 2 proton ve bir çift nötrondan oluşan parçacıkların çekirdeğinden emisyon. Yayılan parçacığın kendisi, kütlesi 4 birim ve yükü +2 olan bir helyum atomunun çekirdeğidir.
Sonuç olarak, periyodik tablodaki orijinalin iki hücre solunda bulunan yeni bir element belirir. Bu düzenleme, orijinal atomun 2 protonu ve onunla birlikte - ilk yükü kaybetmesi gerçeğiyle belirlenir. Sonuç olarak, ortaya çıkan izotopun kütlesi, başlangıç durumuna kıyasla 4 kütle birimi azalır.
Örnekler
Bu bozunma sırasında uranyumdan toryum oluşur. Toryumdan radyum gelir, ondan sonunda polonyum veren ve sonunda kurşun olan radon gelir. Bu süreçte, bu elementlerin izotopları oluşur, kendileri değil. Böylece, uranyum-238, toryum-234, radyum-230, radon-236 ve benzeri, kararlı bir elementin görünümüne kadar çıkıyor. Böyle bir reaksiyonun formülü aşağıdaki gibidir:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Seçilen alfa parçacığının emisyon anındaki hızı 12 ila 20 bin km/sn arasındadır. Böyle bir parçacık boşlukta olmak, ekvator boyunca hareket ederek 2 saniyede dünyayı çevreler.
Beta Bozulması
Bu parçacık ile elektron arasındaki fark, görünüş yerindedir. Beta bozunması, bir atomun çekirdeğinde meydana gelir, onu çevreleyen elektron kabuğunda değil. Mevcut tüm radyoaktif dönüşümlerin en yaygın olanı. Halihazırda var olan hemen hemen hepsinde gözlemlenebilir.kimyasal elementler. Bundan, her elementin bozunmaya maruz kalan en az bir izotopu olduğu sonucu çıkar. Çoğu durumda, beta bozunması, beta eksi bozunması ile sonuçlanır.
Reaksiyon akışı
Bu süreçte, bir nötronun bir elektron ve bir protona kendiliğinden dönüşmesi nedeniyle ortaya çıkan çekirdekten bir elektron atılır. Bu durumda, daha büyük kütle nedeniyle, protonlar çekirdekte kalır ve beta eksi parçacığı adı verilen elektron atomu terk eder. Ve birim başına daha fazla proton olduğu için elementin çekirdeği yukarı doğru değişir ve periyodik tablodaki orijinalin sağında bulunur.
Örnekler
Beta'nın potasyum-40 ile bozunması, onu sağda bulunan bir kalsiyum izotopuna dönüştürür. Radyoaktif kalsiyum-47, stabil titanyum-47'ye dönüşebilen skandiyum-47'ye dönüşür. Bu beta bozunumu neye benziyor? Formül:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Bir beta parçacığının hızı, 270.000 km/sn olan ışık hızının 0,9 katıdır.
Doğada çok fazla beta-aktif nüklid yoktur. Çok az önemli olanlar var. Bir örnek, doğal bir karışımda sadece 119/10.000 olan potasyum-40'tır. Ayrıca, önemli doğal beta-eksi aktif radyonüklidler arasında uranyum ve toryumun alfa ve beta bozunma ürünleri bulunur.
Beta bozunmasının tipik bir örneği vardır: alfa bozunmasında protaktinyum-234'e dönüşen ve daha sonra aynı şekilde uranyum olan toryum-234, ancak diğer izotop sayısı 234. Bu uranyum-234 yine alfa nedeniyle çürüme olurtoryum, ama zaten farklı bir çeşidi. Bu toryum-230 daha sonra radona dönüşen radyum-226 olur. Ve aynı sırayla, talyuma kadar, sadece farklı beta geçişleriyle geri. Bu radyoaktif beta bozunması, kararlı kurşun-206 oluşumu ile sona erer. Bu dönüşüm şu formüle sahiptir:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Doğal ve önemli beta aktif radyonüklidler K-40 ve talyumdan uranyuma kadar olan elementlerdir.
Beta artı bozunma
Ayrıca bir beta artı dönüşüm var. Aynı zamanda pozitron beta bozunması olarak da adlandırılır. Çekirdekten pozitron adı verilen bir parçacık yayar. Sonuç, orijinal öğenin soldaki daha düşük bir sayıya sahip olana dönüştürülmesidir.
Örnek
Elektron beta bozunması meydana geldiğinde, magnezyum-23, sodyumun kararlı bir izotopu haline gelir. Radyoaktif europium-150, samaryum-150 olur.
Sonuç olarak ortaya çıkan beta bozunma reaksiyonu, beta+ ve beta- emisyonları oluşturabilir. Her iki durumda da parçacık kaçış hızı ışık hızının 0,9 katıdır.
Diğer radyoaktif bozunmalar
Formulü yaygın olarak bilinen alfa bozunması ve beta bozunması gibi reaksiyonlara ek olarak, yapay radyonüklidlerin daha nadir ve daha karakteristik olan başka süreçler de vardır.
Nötron bozunması. 1 birimlik nötr bir parçacık yayılıyorkitleler. Bu sırada, bir izotop daha küçük bir kütle numarasına sahip diğerine dönüşür. Bir örnek, lityum-9'un lityum-8'e, helyum-5'in helyum-4'e dönüştürülmesi olabilir.
İyodin-127'nin kararlı bir izotopu gama ışınlarına maruz kaldığında, 126 numaralı izotop olur ve radyoaktivite kazanır.
Proton bozunması. Son derece nadirdir. Bu sırada, +1 ve 1 birim kütle yüküne sahip bir proton yayılır. Atom ağırlığı bir değer azalır.
Herhangi bir radyoaktif dönüşüme, özellikle radyoaktif bozunmalara, gama radyasyonu şeklinde enerji salınımı eşlik eder. Buna gama ışınları diyorlar. Bazı durumlarda daha düşük enerjili x-ışınları gözlemlenir.
Gama bozunması. Bu bir gama quanta akışıdır. Tıpta kullanılan X-ışınlarından daha sert elektromanyetik radyasyondur. Sonuç olarak, gama quanta ortaya çıkar veya atom çekirdeğinden enerji akar. X ışınları da elektromanyetiktir ancak atomun elektron kabuklarından kaynaklanır.
Alfa parçacıkları çalışır
4 atomik birim kütleye ve +2 yüke sahip alfa parçacıkları düz bir çizgide hareket eder. Bu nedenle alfa parçacıklarının menzili hakkında konuşabiliriz.
Koşunun değeri ilk enerjiye bağlıdır ve havada 3 ila 7 (bazen 13) cm arasında değişir. Yoğun bir ortamda, milimetrenin yüzde biri kadardır. Bu tür radyasyon bir tabakaya nüfuz edemezkağıt ve insan derisi.
Kendi kütlesi ve yük sayısı nedeniyle, alfa parçacığı en yüksek iyonlaştırıcı güce sahiptir ve yoluna çıkan her şeyi yok eder. Bu bakımdan alfa radyonüklidler, vücuda maruz kaldıklarında insanlar ve hayvanlar için en tehlikeli olanlardır.
Beta parçacık penetrasyonu
Bir protondan 1836 kat daha az olan küçük kütle numarası, negatif yük ve boyuttan dolayı beta radyasyonu, içinden geçtiği madde üzerinde zayıf bir etkiye sahiptir, ancak dahası uçuş daha uzundur. Ayrıca parçacığın yolu düz değildir. Bu bağlamda, alınan enerjiye bağlı olan nüfuz etme yeteneğinden bahsederler.
Radyoaktif bozunma sırasında üretilen beta parçacıklarının nüfuz etme gücü havada 2,3 m'ye ulaşır, sıvılarda santimetre olarak sayılır ve katılarda - bir santimetrenin kesirlerinde sayılır. İnsan vücudunun dokuları 1,2 cm derinlikte radyasyon iletir. Beta radyasyonuna karşı koruma sağlamak için, 10 cm'ye kadar basit bir su tabakası hizmet edebilir. Yeterince yüksek 10 MeV bozunma enerjisine sahip parçacıkların akışı, bu tür katmanlar tarafından neredeyse tamamen emilir: hava - 4 m; alüminyum - 2,2 cm; demir - 7,55 mm; kurşun - 5, 2 mm.
Küçük boyutları göz önüne alındığında, beta radyasyon parçacıkları, alfa parçacıklarına kıyasla düşük iyonlaştırma kapasitesine sahiptir. Bununla birlikte, yutulduklarında, dış maruziyetten çok daha tehlikelidirler.
Nötron ve gama şu anda tüm radyasyon türleri arasında en yüksek nüfuz etme performansına sahiptir. Havadaki bu radyasyonların aralığı bazen onlarca ve yüzlercemetre, ancak daha düşük iyonlaşma performansı ile.
Gama ışınlarının çoğu izotopunun enerjisi 1,3 MeV'yi geçmez. Nadiren 6.7 MeV değerlerine ulaşılır. Bu bağlamda, bu tür radyasyonlardan korunmak için zayıflama faktörü olarak çelik, beton ve kurşun tabakalar kullanılır.
Örneğin, kob alt gama radyasyonunu on kat az altmak için yaklaşık 5 cm kalınlığında kurşun zırhlama, 100 kat zayıflama için 9,5 cm gereklidir. Beton kalkan 33 ve 55 cm ve su - 70 ve 115 cm.
Nötronların iyonlaşma performansı, enerji performanslarına bağlıdır.
Her durumda, radyasyondan korunmanın en iyi yolu, kaynaktan mümkün olduğunca uzak durmak ve yüksek radyasyon alanında mümkün olduğunca az zaman harcamaktır.
Atom çekirdeğinin bölünmesi
Atom çekirdeklerinin fisyonunun altında, kendiliğinden veya nötronların etkisi altında, çekirdeğin yaklaşık olarak eşit büyüklükte iki parçaya bölünmesi anlamına gelir.
Bu iki kısım, kimyasal elementler tablosunun ana bölümünden elementlerin radyoaktif izotopları haline gelir. Bakırdan lantanitlere kadar.
Salım sırasında, birkaç ekstra nötron kaçar ve radyoaktif bozunma sırasında olduğundan çok daha büyük olan gama kuanta biçiminde bir enerji fazlası vardır. Böylece, bir radyoaktif bozunma eyleminde, bir gama kuantası ortaya çıkar ve fisyon eylemi sırasında 8, 10 gama kuantası ortaya çıkar. Ayrıca, saçılan parçalar, termal göstergelere dönüşen büyük bir kinetik enerjiye sahiptir.
Serbest kalan nötronlar, yakınlarda bulunuyorlarsa ve nötronlar onlara çarparsa, bir çift benzer çekirdeğin ayrılmasını tetikleyebilir.
Bu, atom çekirdeğini bölme ve büyük miktarda enerji yaratmanın zincirleme reaksiyonunu hızlandıran dallanma olasılığını artırır.
Böyle bir zincirleme reaksiyon kontrol altına alındığında belirli amaçlar için kullanılabilir. Örneğin, ısıtma veya elektrik için. Bu tür işlemler nükleer santrallerde ve reaktörlerde gerçekleştirilir.
Reaksiyonun kontrolünü kaybederseniz, bir atom patlaması meydana gelir. Benzeri nükleer silahlarda kullanılıyor.
Doğal koşullarda, yalnızca bir element vardır - 235 numaralı tek bölünebilir izotopu olan uranyum. Silah derecelidir.
Uranyum-238'den sıradan bir uranyum atom reaktöründe, nötronların etkisi altında, 239 numaralı yeni bir izotop oluştururlar ve ondan - yapay olan ve doğal olarak oluşmayan plütonyum. Bu durumda, ortaya çıkan plütonyum-239, silah amaçlı kullanılır. Atom çekirdeğinin bu fisyon süreci, tüm atom silahlarının ve enerjisinin özüdür.
Okullarda formülü çalışılan alfa bozunumu ve beta bozunumu gibi fenomenler zamanımızda çok yaygındır. Bu reaksiyonlar sayesinde nükleer fiziğe dayalı nükleer santraller ve daha birçok endüstri var. Ancak, bu elementlerin çoğunun radyoaktivitesini unutmayınız. Onlarla çalışırken, özel koruma ve tüm önlemlere uyulması gerekir. Aksi takdirde, bu yol açabilironarılamaz felaket.
