ალფა და ბეტა გამოსხივებას ზოგადად რადიოაქტიურ დაშლას უწოდებენ. ეს არის პროცესი, რომელიც არის ბირთვიდან სუბატომური ნაწილაკების გამოსხივება, რომელიც ხდება უზარმაზარი სიჩქარით. შედეგად, ატომი ან მისი იზოტოპი შეიძლება შეიცვალოს ერთი ქიმიური ელემენტიდან მეორეზე. ბირთვების ალფა და ბეტა დაშლა დამახასიათებელია არასტაბილური ელემენტებისთვის. ეს მოიცავს ყველა ატომს, რომელთა მუხტის რიცხვი აღემატება 83-ზე და მასობრივი რიცხვი 209-ზე მეტი.
რეაქციის პირობები
დაშლა, ისევე როგორც სხვა რადიოაქტიური გარდაქმნები, ბუნებრივი და ხელოვნურია. ეს უკანასკნელი ხდება ბირთვში უცხო ნაწილაკების შეღწევის გამო. რამდენი ალფა და ბეტა დაშლა შეიძლება განიცადოს ატომმა, დამოკიდებულია მხოლოდ იმაზე, თუ რამდენად მალე მიაღწევს სტაბილურ მდგომარეობას.
ბუნებრივ პირობებში ხდება ალფა და ბეტა მინუს დაშლა.
ხელოვნურ პირობებში გვხვდება ნეიტრონი, პოზიტრონი, პროტონი და სხვა, უფრო იშვიათი ტიპის ბირთვების დაშლა და გარდაქმნები.
ეს სახელები დაარქვა ერნესტ რეზერფორდმა, რომელიც სწავლობდა რადიოაქტიურ გამოსხივებას.
სხვაობა სტაბილურსა და არასტაბილურს შორისბირთვი
დაშლის უნარი პირდაპირ დამოკიდებულია ატომის მდგომარეობაზე. ეგრეთ წოდებული „სტაბილური“ანუ არარადიოაქტიური ბირთვი დამახასიათებელია არადაშლილი ატომებისთვის. თეორიულად, ასეთი ელემენტები შეიძლება შეინიშნოს განუსაზღვრელი ვადით, რათა საბოლოოდ დავრწმუნდეთ მათ სტაბილურობაში. ეს საჭიროა იმისათვის, რომ გამოვყოთ ასეთი ბირთვები არასტაბილური ბირთვებისგან, რომლებსაც აქვთ ძალიან გრძელი ნახევარგამოყოფის პერიოდი.
შეცდომით, ასეთი "ნელი" ატომი შეიძლება შეცდომით მივიჩნიოთ სტაბილურად. თუმცა, თელურიუმი და უფრო კონკრეტულად, მისი იზოტოპის ნომერი 128, რომელსაც აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 2,2·1024 წელი, შეიძლება იყოს ნათელი მაგალითი. ეს შემთხვევა არ არის იზოლირებული. ლანთანუმ-138-ს აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 1011 წელი. ეს პერიოდი ოცდაათჯერ აღემატება არსებულ სამყაროს.
რადიოაქტიური დაშლის არსი
ეს პროცესი ხდება შემთხვევით. თითოეული დაშლის რადიონუკლიდი იძენს სიჩქარეს, რომელიც მუდმივია თითოეული შემთხვევისთვის. დაშლის სიჩქარე არ შეიძლება შეიცვალოს გარე ფაქტორების გავლენის ქვეშ. არ აქვს მნიშვნელობა, რეაქცია მოხდება უზარმაზარი გრავიტაციული ძალის გავლენით, აბსოლუტურ ნულზე, ელექტრულ და მაგნიტურ ველში, რაიმე ქიმიური რეაქციის დროს და ა.შ. პროცესზე შეიძლება გავლენა იქონიოს მხოლოდ ატომის ბირთვის შიდა ნაწილზე პირდაპირი ზემოქმედებით, რაც პრაქტიკულად შეუძლებელია. რეაქცია სპონტანურია და დამოკიდებულია მხოლოდ ატომზე, რომელშიც ის მიმდინარეობს და მის შინაგან მდგომარეობაზე.
როდესაც ვსაუბრობთ რადიოაქტიურ დაშლაზე, ხშირად გამოიყენება ტერმინი "რადიონუკლიდი". მათთვის, ვინც არ არისთქვენ უნდა იცოდეთ, რომ ეს სიტყვა აღნიშნავს ატომების ჯგუფს, რომლებსაც აქვთ რადიოაქტიური თვისებები, საკუთარი მასის რიცხვი, ატომური რიცხვი და ენერგიის სტატუსი.
სხვადასხვა რადიონუკლიდები გამოიყენება ტექნიკურ, სამეცნიერო და ადამიანის ცხოვრების სხვა სფეროებში. მაგალითად, მედიცინაში ეს ელემენტები გამოიყენება დაავადებების დიაგნოსტიკაში, მედიკამენტების, ხელსაწყოების და სხვა ნივთების დასამუშავებლად. არსებობს რამდენიმე თერაპიული და პროგნოზული რადიოწამალიც კი.
არანაკლებ მნიშვნელოვანია იზოტოპის განმარტება. ეს სიტყვა ეხება ატომების განსაკუთრებულ სახეობას. მათ აქვთ იგივე ატომური ნომერი, როგორც ჩვეულებრივი ელემენტი, მაგრამ განსხვავებული მასობრივი რიცხვი. ეს განსხვავება გამოწვეულია ნეიტრონების რაოდენობით, რომლებიც არ ახდენენ გავლენას მუხტზე, როგორც პროტონები და ელექტრონები, მაგრამ ცვლიან მათ მასას. მაგალითად, უბრალო წყალბადს აქვს 3 მათგანი. ეს არის ერთადერთი ელემენტი, რომლის იზოტოპებსაც მიენიჭათ სახელები: დეიტერიუმი, ტრიტიუმი (ერთადერთი რადიოაქტიური) და პროტიუმი. სხვა შემთხვევაში სახელები მოცემულია ატომური მასების და ძირითადი ელემენტის მიხედვით.
ალფა დაშლა
ეს არის ერთგვარი რადიოაქტიური რეაქცია. დამახასიათებელია ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილის მეექვსე და მეშვიდე პერიოდის ბუნებრივი ელემენტებისთვის. განსაკუთრებით ხელოვნური ან ტრანსურანის ელემენტებისთვის.
ელემენტები ექვემდებარება ალფა დაშლას
ლითონების რაოდენობა, რომლებიც ხასიათდება ამ დაშლით, მოიცავს თორიუმს, ურანს და მეექვსე და მეშვიდე პერიოდის სხვა ელემენტებს ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილიდან, ბისმუტის დათვლა. პროცესი ასევე განიცდის იზოტოპებს მძიმედანელემენტი.
რა ხდება რეაქციის დროს?
როდესაც ალფა დაშლა იწყება, ემისია ნაწილაკების ბირთვიდან, რომელიც შედგება 2 პროტონისა და წყვილი ნეიტრონისგან. გამოსხივებული ნაწილაკი თავად არის ჰელიუმის ატომის ბირთვი, მასით 4 ერთეული და მუხტი +2.
შედეგად, ჩნდება ახალი ელემენტი, რომელიც მდებარეობს პერიოდული ცხრილის ორიგინალიდან მარცხნივ ორი უჯრედი. ეს განლაგება განისაზღვრება იმით, რომ თავდაპირველმა ატომმა დაკარგა 2 პროტონი და მასთან ერთად - საწყისი მუხტი. შედეგად, მიღებული იზოტოპის მასა საწყის მდგომარეობასთან შედარებით მცირდება 4 მასის ერთეულით.
მაგალითები
ამ დაშლის დროს თორიუმი წარმოიქმნება ურანისგან. თორიუმიდან მოდის რადიუმი, მისგან მოდის რადონი, რომელიც საბოლოოდ იძლევა პოლონიუმს და ბოლოს ტყვიას. ამ პროცესში წარმოიქმნება ამ ელემენტების იზოტოპები და არა თავად ისინი. ასე რომ, გამოდის ურანი-238, თორიუმი-234, რადიუმი-230, რადონი-236 და ასე შემდეგ, სტაბილური ელემენტის გამოჩენამდე. ასეთი რეაქციის ფორმულა ასეთია:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
შერჩეული ალფა ნაწილაკის სიჩქარე ემისიის მომენტში არის 12-დან 20 ათას კმ/წმ-მდე. ვაკუუმში ყოფნისას ასეთი ნაწილაკი დედამიწის გარშემო 2 წამში შემოიჭრება, ეკვატორის გასწვრივ მოძრაობს.
ბეტა დაშლა
სხვაობა ამ ნაწილაკსა და ელექტრონს შორის არის გარეგნობის ადგილზე. ბეტა დაშლა ხდება ატომის ბირთვში და არა მის გარშემო არსებულ ელექტრონულ გარსში. ყველაზე გავრცელებული ყველა არსებული რადიოაქტიური გარდაქმნებიდან. ის შეიძლება შეინიშნოს თითქმის ყველა არსებულშიქიმიური ელემენტები. აქედან გამომდინარეობს, რომ თითოეულ ელემენტს აქვს მინიმუმ ერთი იზოტოპი, რომელიც ექვემდებარება დაშლას. უმეტეს შემთხვევაში, ბეტა დაშლა იწვევს ბეტა-მინუს დაშლას.
რეაქციის ნაკადი
ამ პროცესში ელექტრონი გამოიდევნება ბირთვიდან, რომელიც წარმოიშვა ნეიტრონის ელექტრონად და პროტონად სპონტანური გარდაქმნის გამო. ამ შემთხვევაში, დიდი მასის გამო, პროტონები რჩება ბირთვში, ხოლო ელექტრონი, რომელსაც ბეტა მინუს ნაწილაკი ეწოდება, ტოვებს ატომს. და რადგან ერთ ერთეულზე მეტი პროტონია, თავად ელემენტის ბირთვი იცვლება ზემოთ და მდებარეობს პერიოდულ სისტემაში ორიგინალის მარჯვნივ.
მაგალითები
ბეტას დაშლა კალიუმ-40-ით აქცევს მას კალციუმის იზოტოპად, რომელიც მდებარეობს მარჯვნივ. რადიოაქტიური კალციუმი-47 ხდება სკანდიუმ-47, რომელიც შეიძლება გადაიზარდოს სტაბილურ ტიტან-47-ად. რას ჰგავს ეს ბეტა დაშლა? ფორმულა:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
ბეტა ნაწილაკების სიჩქარე 0,9-ჯერ აღემატება სინათლის სიჩქარეს, რაც არის 270000 კმ/წმ.
ბუნებაში არ არის ძალიან ბევრი ბეტა-აქტიური ნუკლიდი. ძალიან ცოტაა მნიშვნელოვანი. ამის მაგალითია კალიუმი-40, რომელიც არის მხოლოდ 119/10000 ბუნებრივ ნარევში. ასევე, მნიშვნელოვან ბუნებრივ ბეტა-მინუს აქტიურ რადიონუკლიდებს შორის არის ურანის და თორიუმის ალფა და ბეტა დაშლის პროდუქტები.
ბეტა დაშლას აქვს ტიპიური მაგალითი: თორიუმი-234, რომელიც ალფა დაშლისას გადაიქცევა პროტაქტინიუმ-234-ად, შემდეგ კი იმავე გზით ხდება ურანი, მაგრამ მისი სხვა იზოტოპი ნომერი 234. ეს ურანი-234 ისევ ალფას გამო. დაშლა ხდებათორიუმი, მაგრამ უკვე განსხვავებული მრავალფეროვნება. ეს თორიუმი-230 შემდეგ ხდება რადიუმი-226, რომელიც გადაიქცევა რადონად. და იმავე თანმიმდევრობით, ტალიუმამდე, მხოლოდ სხვადასხვა ბეტა გადასვლებით უკან. ეს რადიოაქტიური ბეტა დაშლა მთავრდება სტაბილური ტყვიის-206-ის წარმოქმნით. ამ ტრანსფორმაციას აქვს შემდეგი ფორმულა:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-214 -234-64 Pb-206
ბუნებრივი და მნიშვნელოვანი ბეტა აქტიური რადიონუკლიდები არის K-40 და ელემენტები ტალიუმიდან ურანამდე.
ბეტა-პლუს დაშლა
ასევე არის ბეტა პლუს ტრანსფორმაცია. მას ასევე უწოდებენ პოზიტრონის ბეტა დაშლას. ის ბირთვიდან გამოყოფს ნაწილაკს, რომელსაც პოზიტრონი ეწოდება. შედეგი არის ორიგინალური ელემენტის ტრანსფორმაცია მარცხნივ, რომელსაც აქვს უფრო დაბალი რიცხვი.
მაგალითი
როდესაც ელექტრონის ბეტა დაშლა ხდება, მაგნიუმი-23 ხდება ნატრიუმის სტაბილური იზოტოპი. რადიოაქტიური ევროპიუმი-150 ხდება სამარიუმ-150.
მიღებულმა ბეტა დაშლის რეაქციამ შეიძლება გამოიწვიოს ბეტა+ და ბეტა-ემისიები. ნაწილაკების გაქცევის სიჩქარე ორივე შემთხვევაში 0,9-ჯერ აღემატება სინათლის სიჩქარეს.
სხვა რადიოაქტიური დაშლა
გარდა ისეთი რეაქციებისა, როგორიცაა ალფა დაშლა და ბეტა დაშლა, რომელთა ფორმულა ფართოდ არის ცნობილი, არსებობს სხვა პროცესები, რომლებიც უფრო იშვიათი და დამახასიათებელია ხელოვნური რადიონუკლიდებისთვის.
ნეიტრონების დაშლა. გამოიყოფა 1 ერთეულის ნეიტრალური ნაწილაკიმასები. მის დროს ერთი იზოტოპი იქცევა მეორეში უფრო მცირე მასის რიცხვით. მაგალითი იქნება ლითიუმ-9-ის ლითიუმ-8-ად, ჰელიუმ-5-ის ჰელიუმ-4-ად გარდაქმნა.
როდესაც იოდი-127-ის სტაბილური იზოტოპი დასხივდება გამა სხივებით, ის ხდება იზოტოპის ნომერი 126 და იძენს რადიოაქტიურობას.
პროტონის დაშლა. უკიდურესად იშვიათია. მის დროს გამოიყოფა პროტონი, რომელსაც აქვს მუხტი +1 და 1 ერთეული მასის. ატომის წონა მცირდება ერთი მნიშვნელობით.
ნებისმიერ რადიოაქტიურ ტრანსფორმაციას, კერძოდ, რადიოაქტიურ დაშლას, თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა გამა გამოსხივების სახით. ისინი ამას გამა სხივებს უწოდებენ. ზოგიერთ შემთხვევაში შეინიშნება დაბალი ენერგიის რენტგენის სხივები.
გამა დაშლა. ეს არის გამა კვანტების ნაკადი. ეს არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, უფრო მძიმე ვიდრე რენტგენი, რომელიც გამოიყენება მედიცინაში. შედეგად, ჩნდება გამა კვანტები, ანუ ენერგია მიედინება ატომის ბირთვიდან. რენტგენის სხივები ასევე ელექტრომაგნიტურია, მაგრამ წარმოიქმნება ატომის ელექტრონული გარსებიდან.
ალფა ნაწილაკები გადის
ალფა ნაწილაკები 4 ატომური ერთეულის მასით და +2 მუხტით მოძრაობენ სწორი ხაზით. ამის გამო, შეგვიძლია ვისაუბროთ ალფა ნაწილაკების დიაპაზონზე.
რბენის მნიშვნელობა დამოკიდებულია საწყის ენერგიაზე და მერყეობს 3-დან 7 (ზოგჯერ 13) სმ-მდე ჰაერში. მკვრივ გარემოში ეს არის მილიმეტრის მეასედი. ასეთი გამოსხივება ვერ აღწევს ფურცელშიქაღალდი და ადამიანის კანი.
საკუთარი მასისა და მუხტის რიცხვის გამო, ალფა ნაწილაკს აქვს ყველაზე მაღალი მაიონებელი ძალა და ანადგურებს ყველაფერს თავის გზაზე. ამ მხრივ, ალფა რადიონუკლიდები ყველაზე საშიშია ადამიანებისა და ცხოველებისთვის სხეულთან მოხვედრისას.
ბეტა ნაწილაკების შეღწევა
მცირე მასის რაოდენობის გამო, რომელიც პროტონზე 1836-ჯერ ნაკლებია, უარყოფითი მუხტი და ზომა, ბეტა გამოსხივება სუსტ გავლენას ახდენს ნივთიერებაზე, რომლითაც ის დაფრინავს, მაგრამ უფრო მეტიც, ფრენა უფრო გრძელია. ასევე ნაწილაკების გზა არ არის სწორი. ამასთან დაკავშირებით ისინი საუბრობენ შეღწევადობის უნარზე, რაც დამოკიდებულია მიღებულ ენერგიაზე.
რადიოაქტიური დაშლის დროს წარმოქმნილი ბეტა ნაწილაკების შეღწევადობა ჰაერში 2,3 მ აღწევს, სითხეებში ის ითვლიება სანტიმეტრებში, ხოლო მყარ სხეულებში - სანტიმეტრის ფრაქციებში. ადამიანის სხეულის ქსოვილები გადასცემს რადიაციას 1,2 სმ სიღრმეზე. ბეტა გამოსხივებისგან თავის დასაცავად 10 სმ-მდე წყლის უბრალო ფენა შეიძლება ემსახურებოდეს ნაწილაკების ნაკადი საკმარისად მაღალი დაშლის ენერგიით 10 მევ თითქმის მთლიანად შეიწოვება ასეთი შრეებით: ჰაერი - 4 მ; ალუმინი - 2,2 სმ; რკინა - 7,55 მმ; ტყვია - 5, 2 მმ.
მათი მცირე ზომის გათვალისწინებით, ბეტა გამოსხივების ნაწილაკებს აქვთ დაბალი მაიონებელი უნარი ალფა ნაწილაკებთან შედარებით. თუმცა, გადაყლაპვისას, ისინი ბევრად უფრო საშიშია, ვიდრე გარეგანი ზემოქმედების დროს.
ნეიტრონი და გამა ამჟამად ყველაზე მაღალი შეღწევადობის უნარი აქვთ ყველა სახის გამოსხივებას შორის. ჰაერში ამ გამოსხივების დიაპაზონი ზოგჯერ ათეულებსა და ასეულებს აღწევსმეტრი, მაგრამ უფრო დაბალი მაიონებელი შესრულებით.
გამა სხივების იზოტოპების უმეტესობა არ აღემატება 1,3 მევ ენერგიით. იშვიათად მიიღწევა 6,7 მევ მნიშვნელობები. ამასთან დაკავშირებით, ასეთი რადიაციისგან დასაცავად, ფოლადის, ბეტონის და ტყვიის ფენები გამოიყენება შესუსტების ფაქტორისთვის.
მაგალითად, კობალტის გამა გამოსხივების ათჯერ შესასუსტებლად საჭიროა ტყვიის ფარი დაახლოებით 5 სმ სისქით, 100-ჯერ შესუსტებისთვის საჭიროა 9,5 სმ. ბეტონის დამცავი იქნება 33 და 55 სმ, ხოლო წყალი - 70. და 115 სმ.
ნეიტრონების მაიონებელი მოქმედება დამოკიდებულია მათ ენერგეტიკულ მოქმედებაზე.
ნებისმიერ სიტუაციაში, რადიაციისგან დაცვის საუკეთესო საშუალებაა წყაროსგან რაც შეიძლება შორს დარჩენა და რაც შეიძლება ნაკლები დროის გატარება მაღალი რადიაციის ზონაში.
ატომის ბირთვების დაშლა
ატომების ბირთვების დაშლის ქვეშ იგულისხმება სპონტანური, ან ნეიტრონების გავლენის ქვეშ, ბირთვის დაყოფა ორ ნაწილად, დაახლოებით თანაბარი ზომით.
ეს ორი ნაწილი ხდება ელემენტების რადიოაქტიური იზოტოპები ქიმიური ელემენტების ცხრილის ძირითადი ნაწილიდან. დაწყებული სპილენძიდან ლანთანიდებამდე.
გათავისუფლების დროს რამდენიმე დამატებითი ნეიტრონი გადის და არის ენერგიის ჭარბი გამა კვანტების სახით, რაც ბევრად მეტია, ვიდრე რადიოაქტიური დაშლის დროს. ასე რომ, რადიოაქტიური დაშლის ერთი აქტის დროს ჩნდება ერთი გამა კვანტი, ხოლო დაშლის დროს ჩნდება 8, 10 გამა კვანტა. ასევე, გაფანტულ ფრაგმენტებს აქვთ დიდი კინეტიკური ენერგია, რომელიც გადაიქცევა თერმულ მაჩვენებლებად.
გამოთავისუფლებულ ნეიტრონებს შეუძლიათ მსგავსი ბირთვების წყვილის გამოყოფის პროვოცირება, თუ ისინი ახლოს არიან და ნეიტრონები მოხვდებიან მათ.
ეს ზრდის ატომის ბირთვების დაშლის და დიდი რაოდენობით ენერგიის წარმოქმნის განშტოების, დაჩქარებული ჯაჭვური რეაქციის შესაძლებლობას.
როდესაც ასეთი ჯაჭვური რეაქცია კონტროლდება, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას გარკვეული მიზნებისთვის. მაგალითად, გათბობისთვის ან ელექტროენერგიისთვის. ასეთი პროცესები ტარდება ატომურ ელექტროსადგურებსა და რეაქტორებში.
თუ თქვენ დაკარგავთ რეაქციაზე კონტროლს, მოხდება ატომური აფეთქება. მსგავსი გამოიყენება ბირთვულ იარაღში.
ბუნებრივ პირობებში არსებობს მხოლოდ ერთი ელემენტი - ურანი, რომელსაც აქვს მხოლოდ ერთი გაფანტული იზოტოპი ნომრით 235. ის არის იარაღის ხარისხი.
ურანის 238-ის ჩვეულებრივ ურანის ატომურ რეაქტორში, ნეიტრონების გავლენით, ისინი ქმნიან ახალ იზოტოპს 239 ნომერზე და მისგან - პლუტონიუმს, რომელიც ხელოვნურია და ბუნებრივად არ გვხვდება. ამ შემთხვევაში, მიღებული პლუტონიუმ-239 გამოიყენება იარაღის მიზნებისთვის. ატომური ბირთვების დაშლის ეს პროცესი არის ყველა ატომური იარაღისა და ენერგიის არსი.
ფენომენები, როგორიცაა ალფა დაშლა და ბეტა დაშლა, რომელთა ფორმულა სკოლაშია შესწავლილი, ჩვენს დროშია გავრცელებული. ამ რეაქციების წყალობით, არსებობს ატომური ელექტროსადგურები და მრავალი სხვა ინდუსტრია, რომელიც დაფუძნებულია ბირთვულ ფიზიკაზე. თუმცა, არ დაივიწყოთ ამ ელემენტების მრავალი რადიოაქტიურობა. მათთან მუშაობისას საჭიროა სპეციალური დაცვა და ყველა სიფრთხილის დაცვა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ამან შეიძლება გამოიწვიოსგამოუსწორებელი კატასტროფა.
