Πυρηνική φυσικήείναι κλάδος της φυσικής που μελετά τη δομή και τις ιδιότητες των ατομικών πυρήνων. Η πυρηνική φυσική ασχολείται επίσης με τη μελέτη των αμοιβαίων μετασχηματισμών των ατομικών πυρήνων, που λαμβάνουν χώρα τόσο ως αποτέλεσμα ραδιενεργών διασπάσεων όσο και ως αποτέλεσμα διαφόρων πυρηνικών αντιδράσεων. Το κύριο καθήκον του συνδέεται με την αποσαφήνιση της φύσης των πυρηνικών δυνάμεων που δρουν μεταξύ των νουκλεονίων και τις ιδιαιτερότητες της κίνησης των νουκλεονίων στους πυρήνες. Πρωτόνια και νετρόνιαείναι τα βασικά στοιχειώδη σωματίδια που αποτελούν τον πυρήνα ενός ατόμου. Πρωτόνιο στον πυρήνα του ατόμουείναι ένα σωματίδιο που έχει δύο διαφορετικές καταστάσεις φορτίου: ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο. Βασική χρέωση- ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα, ο ίδιος με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα του Mendeleev. ισότοπα- πυρήνες που έχουν το ίδιο φορτίο, εάν ο μαζικός αριθμός των νουκλεονίων είναι διαφορετικός.

ισοβαρείς- πρόκειται για πυρήνες με τον ίδιο αριθμό νουκλεονίων, με διαφορετικά φορτία.

Νουκλίδιοείναι ένας συγκεκριμένος πυρήνας με τιμές. Ειδική ενέργεια δέσμευσηςείναι η ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο του πυρήνα. Προσδιορίζεται πειραματικά. Επίγεια κατάσταση του πυρήνα- αυτή είναι η κατάσταση του πυρήνα, που έχει τη χαμηλότερη δυνατή ενέργεια, ίση με την ενέργεια δέσμευσης. Διεγερμένη κατάσταση του πυρήνα- αυτή είναι η κατάσταση του πυρήνα, που έχει ενέργεια, μεγάλη δεσμευτική ενέργεια. Δυαλισμός σωματιδιακών κυμάτων. φωτοηλεκτρικό φαινόμενοΤο φως έχει φύση διπλού σωματικού κύματος, δηλαδή δυϊσμό σωματικού κύματος: πρώτον: έχει κυματικές ιδιότητες. δεύτερον: λειτουργεί ως ρεύμα σωματιδίων – φωτονίων. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία δεν εκπέμπεται μόνο από κβάντα, αλλά διαδίδεται και απορροφάται με τη μορφή σωματιδίων (σωματιδίων) του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου - φωτονίων. Τα φωτόνια είναι στην πραγματικότητα υπάρχοντα σωματίδια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Κβαντισμόςείναι μια μέθοδος επιλογής τροχιών ηλεκτρονίων που αντιστοιχούν στις στατικές καταστάσεις ενός ατόμου.

ΡΑΔΙΟΕΝΕΡΓΕΙΑ

Ραδιενέργεια -ονομάζεται η ικανότητα του ατομικού πυρήνα να διασπάται αυθόρμητα με την εκπομπή σωματιδίων. Η αυθόρμητη διάσπαση των ισοτόπων των πυρήνων στο φυσικό περιβάλλον ονομάζεται φυσική ραδιενέργεια - Είναι η ραδιενέργεια που μπορεί να παρατηρηθεί σε φυσικώς απαντώμενα ασταθή ισότοπα. Και στις συνθήκες των εργαστηρίων ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας – τεχνητή ραδιενέργεια - είναι η ραδιενέργεια των ισοτόπων που αποκτάται ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων. Η ραδιενέργεια συνοδεύεται

η μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε άλλο και συνοδεύεται πάντα από την απελευθέρωση ενέργειας. Έχουν γίνει ποσοτικές εκτιμήσεις για κάθε ραδιενεργό στοιχείο. Έτσι, η πιθανότητα διάσπασης ενός ατόμου σε ένα δευτερόλεπτο χαρακτηρίζεται από τη σταθερά διάσπασης αυτού του στοιχείου και ο χρόνος για τον οποίο διασπάται το μισό του ραδιενεργού δείγματος ονομάζεται χρόνος ημιζωής. δεύτερη ονομάζεται τη δράση του ραδιενεργού φαρμάκου.Η μονάδα δραστηριότητας στο σύστημα SI είναι το Becquerel (Bq): 1 Bq = 1 διάσπαση / 1 s.

ραδιενεργή διάσπασηείναι μια διαδικασία που είναι στατική, κατά την οποία οι πυρήνες ενός ραδιενεργού στοιχείου διασπώνται ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο. ΕΙΔΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΙΚΗΣ ΑΠΟΣΠΑΣΗΣ

Οι κύριοι τύποι ραδιενεργής διάσπασης είναι:

Άλφα - φθορά

Τα σωματίδια άλφα εκπέμπονται μόνο από βαρείς πυρήνες, δηλ. που περιέχει μεγάλο αριθμό πρωτονίων και νετρονίων. Η ισχύς των βαρέων πυρήνων είναι χαμηλή. Για να φύγει από τον πυρήνα, το νουκλεόνιο πρέπει να υπερνικήσει τις πυρηνικές δυνάμεις και για αυτό πρέπει να έχει αρκετή ενέργεια. Όταν συνδυάζονται δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια σε ένα σωματίδιο άλφα, οι πυρηνικές δυνάμεις σε έναν τέτοιο συνδυασμό είναι οι ισχυρότερες και οι δεσμοί με άλλα νουκλεόνια είναι πιο αδύναμοι, επομένως το σωματίδιο άλφα μπορεί να «ξεφύγει» από τον πυρήνα. Το εκπεμπόμενο σωματίδιο άλφα μεταφέρει θετικό φορτίο 2 μονάδων και μάζα 4 μονάδων. Ως αποτέλεσμα της διάσπασης άλφα, ένα ραδιενεργό στοιχείο μετατρέπεται σε ένα άλλο στοιχείο, ο σειριακός αριθμός του οποίου είναι 2 μονάδες και ο αριθμός μάζας είναι 4 μονάδες μικρότερος. Ο πυρήνας που διασπάται ονομάζεται γονέας και το σχηματισμένο παιδί. Ο θυγατρικός πυρήνας είναι συνήθως επίσης ραδιενεργός και αποσυντίθεται μετά από λίγο. Η διαδικασία της ραδιενεργής διάσπασης προχωρά μέχρι να εμφανιστεί ένας σταθερός πυρήνας, πιο συχνά ένας πυρήνας μολύβδου ή βισμούθιου.

βήτα διάσπαση

Το φαινόμενο της διάσπασης βήτα είναι ότι οι πυρήνες ορισμένων στοιχείων εκπέμπουν αυθόρμητα ηλεκτρόνια και ένα στοιχειώδες σωματίδιο πολύ μικρής μάζας - ένα αντινετρίνο. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια στους πυρήνες, η εμφάνιση ακτίνων βήτα από τον πυρήνα ενός ατόμου μπορεί να εξηγηθεί από την ικανότητα των νετρονίων του πυρήνα να διασπώνται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο. Το αναδυόμενο πρωτόνιο περνά στον νεοσχηματισμένο πυρήνα. Ένα ηλεκτρόνιο που εκπέμπεται από τον πυρήνα είναι ένα σωματίδιο ακτινοβολίας βήτα. Αυτή η διαδικασία διάσπασης νετρονίων είναι χαρακτηριστική για πυρήνες με μεγάλο αριθμό νετρονίων. Ως αποτέλεσμα της διάσπασης βήτα, σχηματίζεται ένας νέος πυρήνας με τον ίδιο μαζικό αριθμό, αλλά με φορτίο μεγαλύτερο κατά μονάδα.

Διάσπαση γάμμα- δεν υπάρχει. Στη διαδικασία της ραδιενεργής εκπομπής, οι πυρήνες των ατόμων μπορούν να εκπέμπουν γάμμα κβάντα. Η εκπομπή των ακτίνων γάμμα δεν συνοδεύεται από τη διάσπαση του ατομικού πυρήνα. Η ακτινοβολία γάμμα συχνά συνοδεύει φαινόμενα διάσπασης άλφα ή βήτα. Κατά τη διάσπαση άλφα και βήτα, ο νεοσχηματισμένος πυρήνας βρίσκεται αρχικά σε διεγερμένη κατάσταση και, όταν μεταβαίνει σε κανονική κατάσταση, εκπέμπει γάμμα κβάντα. Δεδομένου ότι η ραδιενεργή ακτινοβολία αποτελείται από σωματίδια άλφα, σωματίδια βήτα και γάμμα κβάντα, το φαινόμενο της ραδιενέργειας συνοδεύεται από απώλεια μάζας και ενέργειας του πυρήνα, του ατόμου και της ύλης συνολικά.

γ φθορά– εκπομπή γ-κβάντα από τον ατομικό πυρήνα.

αυθόρμητη σχάση- η διάσπαση του ατομικού πυρήνα σε δύο ή τρία θραύσματα παρόμοιας μάζας.

16 Χημεία - αυτό είναιένας από βιομηχανίεςφυσικές επιστήμες, αντικείμενο της οποίας είναι τα χημικά στοιχεία ( άτομα), απλές και σύνθετες ουσίες (μόρια) που σχηματίζονται από αυτές, οι μετασχηματισμοί τους και του νόμουστις οποίες υπόκεινται αυτοί οι μετασχηματισμοί.

Χημεία- η επιστήμη των χημικών στοιχείων, των ενώσεων και των μετασχηματισμών τους που προκύπτουν ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων. Μελετά από ποιες ουσίες αποτελείται αυτό ή εκείνο το αντικείμενο. γιατί και πώς σκουριάζει σίδερο, και γιατί κασσίτεροςδεν σκουριάζει? τι συμβαίνει με τα τρόφιμα στο σώμα; γιατί ένα διάλυμα αλατιού άγει ηλεκτρισμό, αλλά ένα διάλυμα ζάχαρης όχι. γιατί κάποιες χημικές αλλαγές συμβαίνουν γρήγορα και άλλες αργά.

Χημεία- Η επιστήμη της σύνθεσης, της δομής, των αλλαγών και των μετασχηματισμών, καθώς και του σχηματισμού νέων απλών και πολύπλοκων ουσιών. Η χημεία, λέει ο Ένγκελς, μπορεί να ονομαστεί η επιστήμη των ποιοτικών αλλαγών στα σώματα που συμβαίνουν υπό την επίδραση αλλαγών στην ποσοτική σύνθεση.

Χημεία.- Ελληνικά. η επιστήμη της αποσύνθεσης και σύνθεσης ουσιών, σωμάτων, αναζήτηση αδιάσπαστων στοιχείων, θεμελίων.

Η Χημεία χωρίζεται μάλλον αυθαίρετα σε διάφορες ενότητες που δεν μπορούν να διακριθούν σαφώς ούτε από άλλους τομείς της χημείας ούτε από άλλες επιστήμες (φυσική, γεωλογία, βιολογία). Ανόργανη χημεία ασχολείται με τη μελέτη της χημικής φύσης των στοιχείων και των ενώσεων τους, με εξαίρεση τις περισσότερες ενώσεις άνθρακα.

Οργανική χημεία μελετά ενώσεις που αποτελούνται κυρίως από άνθρακα και υδρογόνο. Δεδομένου ότι τα άτομα άνθρακα μπορούν να ενωθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν δακτυλίους και μακριές αλυσίδες, τόσο γραμμικές όσο και διακλαδισμένες, υπάρχουν εκατοντάδες χιλιάδες τέτοιες ενώσεις. Ο άνθρακας και το πετρέλαιο αποτελούνται από οργανικές ενώσεις, αποτελούν τη βάση των ζωντανών οργανισμών. Οι οργανικοί χημικοί έχουν μάθει πώς να αποκτούν συνθετικές ίνες, φυτοφάρμακα, βαφές, φάρμακα, πλαστικά και πολλά άλλα χρήσιμα πράγματα από άνθρακα, λάδι, φυτικά υλικά.

Ραδιοχημεία - Είναι η επιστήμη της χημικής δράσης της ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας σε ουσίες. Μελετά επίσης τη συμπεριφορά των ραδιενεργών ισοτόπων Φυσική χημεία χρησιμοποιεί φυσικές μεθόδους για τη μελέτη χημικών συστημάτων. Μια μεγάλη θέση σε αυτό καταλαμβάνουν ζητήματα σχετικά με την ενέργεια των χημικών διεργασιών. ο αντίστοιχος κλάδος της χημείας ονομάζεται χημική θερμοδυναμική. Οι πιο σημαντικοί τομείς περιλαμβάνουν τη χημική κινητική και τη δομή των μορίων. Η Ηλεκτροχημεία είναι η μελέτη χημικών διεργασιών που συμβαίνουν υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος, καθώς και μεθόδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με χημικές μεθόδους. Μεταξύ άλλων τομέων, πρέπει να σημειωθεί η χημεία των κολλοειδών (ασχολείται με τη μελέτη της συμπεριφοράς των διασκορπισμένων συστημάτων), τη χημεία των επιφανειακών φαινομένων και τη στατιστική μηχανική.

Αναλυτική Χημεία - παλαιότερος κλάδος της χημείας. Ασχολείται με την αποσύνθεση σύνθετων ουσιών σε απλούστερες, την ανάλυση των ίδιων των ουσιών και των συστατικών τους. Σήμερα, χρησιμοποιεί ευρέως πολύπλοκο φυσικό εξοπλισμό και υπολογιστές για να αυτοματοποιήσει τις συνήθεις διαδικασίες, τη συλλογή και την επεξεργασία δεδομένων.

Βιοχημεία μελετά τις πιο περίπλοκες χημικές διεργασίες που συμβαίνουν σε ζωντανούς οργανισμούς. Ένας βιοχημικός πρέπει να γνωρίζει λεπτομερώς την οργανική χημεία, να κατέχει πολλές χημικές και φυσικές μεθόδους ανάλυσης. Η βιοχημεία και η μοριακή βιολογία γειτνιάζουν με τη βιοχημεία.

Γεωχημείαασχολείται με τη μελέτη των χημικών διεργασιών που συμβαίνουν στο φλοιό της γης. Μελετά τον σχηματισμό ορυκτών, τη μεταμόρφωση των πετρωμάτων, το σχηματισμό πετρελαίου, διασταυρώνεται με την οργανική χημεία και τη βιοχημεία, καθώς και τη φυσική και τη φυσική χημεία.

Χημικό στοιχείοείναι μια απλή ουσία που αποτελείται από πανομοιότυπα άτομα.

Η φύση διαφορετικών χημικών στοιχείων είναι διαφορετική, για παράδειγμα, πολλά χημικά στοιχεία βρίσκονται στη φύση στην καθαρή τους μορφή, μερικά από τα χημικά στοιχεία μπορούν να απομονωθούν από μια σύνθετη ουσία με αποσύνθεση ή ένα νέο χημικό στοιχείο μπορεί να συντεθεί τεχνητά.

Τα άτομα χημικών στοιχείων είναι ένα είδος οικοδομικού υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένα όλα τα σώματα γύρω μας.

Στη φύση, υπάρχουν περίπου εκατό διαφορετικά χημικά στοιχεία. Και είναι αυτά τα εκατό στοιχεία που είναι το θεμέλιο όλων όσων μας περιβάλλουν. Τα άτομα μπορούν να συνδυαστούν σε μόρια με εντελώς διαφορετικούς τρόπους, οι οποίοι δεν είναι αριθμημένοι.

Μεταξύ άλλων, το καθένα χημικό στοιχείοέχει το δικό του όνομα. Όλοι πιθανότατα έχουν ακούσει ονόματα όπως: θείο, υδρογόνο, υδράργυρος, αρσενικό και άλλα. Αυτά είναι τα ονόματα των χημικών στοιχείων. Αλλά εκτός από τα ρωσικά τους ονόματα, τα χημικά στοιχεία έχουν επίσης διεθνείς τυποποιημένες ονομασίες. Για παράδειγμα, το υδρογόνο συμβολίζεται ως Η, το οξυγόνο ως Ο, και ούτω καθεξής.

Ουσίες πιο συχνά ταξινόμηση σύμφωνα με τους δύο πιο σημαντικούς δείκτες - τη δομή και τη σύνθεσή τους.

μοριακός και μη μοριακό . Οι μοριακές ουσίες, δηλαδή ουσίες που αποτελούνται από μόρια, αποτελούν τη συντριπτική πλειοψηφία. Στις μη μοριακές ουσίες, τα άτομα σχηματίζουν αμέσως μακροσκοπικά σώματα, χωρίς πρώτα να συνδυάζονται σε μόρια.

Για ουσίες μη μοριακής δομής, χαρακτηριστικοί είναι μόνο οι εμπειρικοί τύποι που δείχνουν ποια άτομα και σε ποια ποσότητα περιέχονται σε ένα επαναλαμβανόμενο θραύσμα. Στο παράδειγμά μας, ο εμπειρικός τύπος της ουσίας είναι SiO 2, και αυτό δεν είναι τίποτα άλλο από την πιο συνηθισμένη άμμο.

οργανική και ανόργανη. Λέξη οργανικόςπροέρχεται από τη λέξη οργανισμός, δηλ. ζώντας, ζώντας. Πράγματι, όλη η ζωντανή ύλη στη Γη αποτελείται από μια τεράστια ποικιλία οργανικών ουσιών. Πριν από αρκετούς αιώνες, πίστευαν ότι οργανικές ουσίες μπορούν να βρεθούν μόνο σε φυτά και ζώα, αλλά σήμερα τις συναντάμε πολύ πέρα ​​από την άγρια ​​ζωή: αυτά είναι πλαστικά, πλαστικά, κόλλες, χρώματα, συνθετικά υφάσματα και πολλά άλλα υλικά.

Οι οργανικές ουσίες οφείλουν την ύπαρξή τους σε ένα μόνο στοιχείο - τον άνθρακα. Σε αντίθεση με άλλα στοιχεία, είναι ο άνθρακας που έχει μια εκπληκτική ιδιότητα: τα άτομα του είναι σε θέση να συνδυάζονται απευθείας μεταξύ τους, σχηματίζοντας όλα τα είδη αλυσίδεςκαι δαχτυλίδια.

αλυσίδα άνθρακαδακτύλιος άνθρακα

Οι ουσίες που βασίζονται σε αλυσίδες άνθρακα και δακτυλίους ονομάζονται οργανικός. Για παράδειγμα, η παραπάνω αλυσίδα μπορεί να αποτελέσει τη βάση ενός τέτοιου οργανικού μορίου

Όλες οι άλλες ουσίες, δηλαδή, που δεν περιέχουν αλυσίδες και δακτυλίους άνθρακα, ονομάζονται ανόργανος . Ωστόσο, θα ήταν λάθος να πιστεύουμε ότι δεν μπορούν να αποτελούν μέρος ζωντανών οργανισμών. Έτσι, το νερό - μια ουσία χωρίς την οποία η ζωή είναι γενικά αδιανόητη, είναι προφανώς ανόργανο. Στο γράφημα ( ρύζι. 2) φαίνεται ότι υπάρχουν πολύ λιγότερες ανόργανες ουσίες από τις οργανικές: μόνο περίπου 700 χιλιάδες, παρά το γεγονός ότι αντιπροσωπεύουν όλα τα άλλα χημικά στοιχεία. Οι ανόργανες ουσίες, με τη σειρά τους, σχηματίζουν δύο μεγάλες ομάδες: απλές και σύνθετες.

Απλός ονομάζονται ουσίες που αποτελούνται από άτομα ενός μόνο στοιχείου, για παράδειγμα H 2, O 2, Fe, Au. Κατά κανόνα, ένα στοιχείο και μια απλή ουσία που σχηματίζεται από αυτό έχουν το ίδιο όνομα: υδρογόνο, οξυγόνο, σίδηρος, χρυσός. Οι απλές ουσίες, καθώς και τα αντίστοιχα χημικά τους στοιχεία, χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: μέταλλακαι αμέταλλα. Τα μέταλλα διαφέρουν από τα μη μέταλλα ως προς την καλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, την ελατότητα, τη χαρακτηριστική στιλπνότητα (Εικ. 3) και μια σειρά από άλλες ιδιότητες.

συγκρότημα ονομάζονται ανόργανες ουσίες που σχηματίζονται από άτομα διαφορετικών στοιχείων. Σύνθετες ουσίες, ή, όπως ονομάζονται επίσης - χημικές ενώσεις, - απίστευτα διαφορετική σε δομή και ιδιότητες. Αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της άψυχης φύσης (Εικ. 4), αν και, όπως ήδη γνωρίζουμε, μπορούν να βρεθούν και σε ζωντανούς οργανισμούς.

Οι πυρήνες των ατόμων είναι σταθεροί, αλλά αλλάζουν την κατάστασή τους όταν παραβιάζεται μια ορισμένη αναλογία πρωτονίων και νετρονίων. Στους ελαφρούς πυρήνες, θα πρέπει να υπάρχουν περίπου ίσοι αριθμοί πρωτονίων και νετρονίων. Εάν υπάρχουν πάρα πολλά πρωτόνια ή νετρόνια στον πυρήνα, τότε αυτοί οι πυρήνες είναι ασταθείς και υφίστανται αυθόρμητους ραδιενεργούς μετασχηματισμούς, ως αποτέλεσμα των οποίων αλλάζει η σύνθεση του πυρήνα και, κατά συνέπεια, ο πυρήνας ενός ατόμου ενός στοιχείου μετατρέπεται σε πυρήνα ενός ατόμου ενός άλλου στοιχείου. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, εκπέμπεται πυρηνική ακτινοβολία.

Υπάρχουν οι ακόλουθοι κύριοι τύποι πυρηνικών μετασχηματισμών ή τύποι ραδιενεργού διάσπασης: διάσπαση άλφα και διάσπαση βήτα (ηλεκτρόνιο, ποζιτρόνιο και σύλληψη Κ), εσωτερική μετατροπή.

Αλφα αποσύνθεση -είναι η εκπομπή ενός ραδιενεργού ισοτόπου σωματιδίων άλφα από τον πυρήνα. Λόγω της απώλειας δύο πρωτονίων και δύο νετρονίων με ένα σωματίδιο άλφα, ο πυρήνας σε διάσπαση μετατρέπεται σε άλλο πυρήνα, στον οποίο ο αριθμός των πρωτονίων (πυρηνικό φορτίο) μειώνεται κατά 2 και ο αριθμός των σωματιδίων (αριθμός μάζας) κατά 4. Επομένως , για μια δεδομένη ραδιενεργή διάσπαση, σύμφωνα με τον κανόνα μετατόπισης (μετατόπιση), που διατυπώθηκε από τους Fajans και Soddy (1913), το στοιχείο (κόρη) που προκύπτει μετατοπίζεται προς τα αριστερά σε σχέση με το αρχικό (γονικό) δύο κύτταρα προς τα αριστερά στο το περιοδικό σύστημα του D. I. Mendeleev. Η διαδικασία της αποσύνθεσης άλφα σε γενικούς όρους γράφεται ως εξής:

όπου X είναι το σύμβολο του αρχικού πυρήνα, Y είναι το σύμβολο του πυρήνα του προϊόντος διάσπασης. 4 2 Είναι ένα σωματίδιο άλφα, το Q είναι η απελευθερωμένη περίσσεια ενέργεια.

Για παράδειγμα, η διάσπαση των πυρήνων του ραδίου-226 συνοδεύεται από την εκπομπή σωματιδίων άλφα, ενώ οι πυρήνες του ραδίου-226 μετατρέπονται σε πυρήνες ραδονίου-222:

Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση άλφα διαιρείται μεταξύ του σωματιδίου άλφα και του πυρήνα σε αντίστροφη αναλογία με τις μάζες τους. Η ενέργεια των σωματιδίων άλφα σχετίζεται αυστηρά με τον χρόνο ημιζωής ενός δεδομένου ραδιονουκλιδίου (νόμος Geiger-Nettol) . Αυτό υποδηλώνει ότι, γνωρίζοντας την ενέργεια των σωματιδίων άλφα, είναι δυνατό να ρυθμιστεί ο χρόνος ημιζωής και να προσδιοριστεί το ραδιονουκλίδιο από τον χρόνο ημιζωής. Για παράδειγμα, ο πυρήνας του πολώνιου-214 χαρακτηρίζεται από τις ενεργειακές τιμές των σωματιδίων άλφα E = 7,687 MeV και T 1/2 = 4,510 -4 s, ενώ για τον πυρήνα του ουρανίου-238 E = 4,196 MeV και T 1 /2 = 4, 510 9 έτη. Επιπλέον, έχει βρεθεί ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια της διάσπασης άλφα, τόσο πιο γρήγορα προχωρά.

Η διάσπαση άλφα είναι ένας αρκετά κοινός πυρηνικός μετασχηματισμός βαρέων πυρήνων (ουράνιο, θόριο, πολώνιο, πλουτώνιο κ.λπ. με Z > 82). πάνω από 160 πυρήνες που εκπέμπουν άλφα είναι επί του παρόντος γνωστοί.

Βήτα διάσπαση -αυθόρμητες μετατροπές ενός νετρονίου σε πρωτόνιο ή ενός πρωτονίου σε νετρόνιο μέσα στον πυρήνα, που συνοδεύονται από την εκπομπή ηλεκτρονίων ή ποζιτρονίων και αντινετρίνων ή νετρίνο ε.

Εάν υπάρχει περίσσεια νετρονίων στον πυρήνα («υπερφόρτωση νετρονίων» του πυρήνα), τότε συμβαίνει διάσπαση ηλεκτρονίων βήτα, κατά την οποία ένα από τα νετρόνια μετατρέπεται σε πρωτόνιο, εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο:

.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διάσπασης, το φορτίο του πυρήνα και, κατά συνέπεια, ο ατομικός αριθμός του θυγατρικού πυρήνα αυξάνεται κατά 1, αλλά ο μαζικός αριθμός δεν αλλάζει, δηλ., το στοιχείο παιδί μετατοπίζεται στο περιοδικό σύστημα του D. I. Mendeleev κατά ένα κύτταρο σε το δικαίωμα του αρχικού. Η διαδικασία της αποσύνθεσης βήτα σε γενικούς όρους γράφεται ως εξής:

.

Με αυτόν τον τρόπο, πυρήνες με περίσσεια νετρονίων διασπώνται. Για παράδειγμα, η διάσπαση των πυρήνων του στροντίου-90 συνοδεύεται από την εκπομπή ηλεκτρονίων και τη μετατροπή τους σε ύττριο-90:

Συχνά, οι πυρήνες των στοιχείων που σχηματίζονται κατά τη διάσπαση βήτα έχουν περίσσεια ενέργειας, η οποία απελευθερώνεται από την εκπομπή μίας ή περισσότερων ακτίνων γάμμα. Για παράδειγμα:

Η ηλεκτρονική διάσπαση βήτα είναι χαρακτηριστική για πολλά φυσικά και τεχνητά παραγόμενα ραδιενεργά στοιχεία.

Εάν η δυσμενής αναλογία νετρονίων και πρωτονίων στον πυρήνα οφείλεται σε περίσσεια πρωτονίων, τότε συμβαίνει διάσπαση βήτα ποζιτρονίων, κατά την οποία ο πυρήνας εκπέμπει ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο ως αποτέλεσμα της μετατροπής ενός πρωτονίου σε νετρόνιο μέσα στον πυρήνα. :

Το φορτίο του πυρήνα και, κατά συνέπεια, ο ατομικός αριθμός του θυγατρικού στοιχείου μειώνεται κατά 1, ο μαζικός αριθμός δεν αλλάζει. Το θυγατρικό στοιχείο θα καταλάβει μια θέση στο περιοδικό σύστημα του D. I. Mendeleev ένα κελί στα αριστερά του γονέα:

Η διάσπαση ποζιτρονίων παρατηρείται σε ορισμένα τεχνητά παραγόμενα ισότοπα. Για παράδειγμα, η διάσπαση του ισοτόπου φωσφόρου-30 με το σχηματισμό πυριτίου-30:

Το ποζιτρόνιο, πετώντας έξω από τον πυρήνα, αποκόπτει το «επιπλέον» ηλεκτρόνιο (ασθενώς συνδεδεμένο με τον πυρήνα) από το κέλυφος του ατόμου ή αλληλεπιδρά με ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, σχηματίζοντας ένα ζεύγος «ποζιτρονίων-ηλεκτρονίου». Λόγω του γεγονότος ότι το σωματίδιο και το αντισωματίδιο εκμηδενίζονται αμέσως με την απελευθέρωση ενέργειας, το σχηματιζόμενο ζεύγος μετατρέπεται σε δύο κβάντα γάμμα με ενέργεια ισοδύναμη με τη μάζα των σωματιδίων (e + και e -). Η διαδικασία μετατροπής ενός ζεύγους «ποζιτρονίων-ηλεκτρονίων» σε δύο γάμμα κβάντα ονομάζεται εκμηδένιση (εκμηδενισμός) και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προκύπτει ονομάζεται εκμηδένιση. Σε αυτή την περίπτωση, μια μορφή ύλης (σωματίδια ύλης) μετατρέπεται σε άλλη (ακτινοβολία). Αυτό επιβεβαιώνεται από την ύπαρξη μιας αντίστροφης αντίδρασης - την αντίδραση σχηματισμού ζεύγους, στην οποία η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία επαρκώς υψηλής ενέργειας, που περνά κοντά στον πυρήνα υπό τη δράση ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου ενός ατόμου, μετατρέπεται σε ζεύγος ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων.

Έτσι, κατά τη διάσπαση βήτα ποζιτρονίων, στο τελικό αποτέλεσμα, δεν πετούν σωματίδια από τον μητρικό πυρήνα, αλλά δύο κβάντα γάμμα με ενέργεια 0,511 MeV το καθένα, ίση με το ενεργειακό ισοδύναμο της υπόλοιπης μάζας των σωματιδίων - ένα ποζιτρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο E \u003d 2m e c 2 \u003d 1,022 MeV .

Ο μετασχηματισμός του πυρήνα μπορεί να πραγματοποιηθεί με σύλληψη ηλεκτρονίων, όταν ένα από τα πρωτόνια του πυρήνα συλλαμβάνει αυθόρμητα ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα εσωτερικά φλοιά του ατόμου (K, L, κ.λπ.), πιο συχνά από το κέλυφος K, και μετατρέπεται σε νετρόνιο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επίσης K-capture. Ένα πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο σύμφωνα με την ακόλουθη αντίδραση:

Σε αυτή την περίπτωση, το πυρηνικό φορτίο μειώνεται κατά 1 και ο μαζικός αριθμός δεν αλλάζει:

Για παράδειγμα,

Σε αυτή την περίπτωση, η θέση που εκκενώνεται από το ηλεκτρόνιο καταλαμβάνεται από ένα ηλεκτρόνιο από τα εξωτερικά κελύφη του ατόμου. Ως αποτέλεσμα της αναδιάταξης των κελυφών ηλεκτρονίων, εκπέμπεται ένα κβάντο ακτίνων Χ. Το άτομο εξακολουθεί να διατηρεί ηλεκτρική ουδετερότητα, καθώς ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα κατά τη σύλληψη ηλεκτρονίων μειώνεται κατά ένα. Έτσι, αυτός ο τύπος διάσπασης οδηγεί στα ίδια αποτελέσματα με τη διάσπαση βήτα ποζιτρονίων. Είναι τυπικό, κατά κανόνα, για τεχνητά ραδιονουκλεΐδια.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται από τον πυρήνα κατά τη βήτα διάσπαση ενός συγκεκριμένου ραδιονουκλιδίου είναι πάντα σταθερή, αλλά λόγω του γεγονότος ότι αυτός ο τύπος διάσπασης παράγει όχι δύο, αλλά τρία σωματίδια: έναν πυρήνα ανάκρουσης (κόρη), ένα ηλεκτρόνιο (ή ποζιτρόνιο) και ένα νετρίνο, η ενέργεια είναι διαφορετική σε κάθε πράξη διάσπασης, ανακατανέμεται μεταξύ ενός ηλεκτρονίου (ποζιτρόνιο) και ενός νετρίνου, αφού ο θυγατρικός πυρήνας μεταφέρει πάντα το ίδιο μέρος ενέργειας. Ανάλογα με τη γωνία διαστολής, ένα νετρίνο μπορεί να παρασύρει περισσότερη ή λιγότερη ενέργεια, ως αποτέλεσμα της οποίας ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να λάβει οποιαδήποτε ενέργεια από μηδέν έως κάποια μέγιστη τιμή. Συνεπώς, κατά τη διάσπαση βήτα, τα σωματίδια βήτα του ίδιου ραδιονουκλιδίου έχουν διαφορετικές ενέργειες,από μηδέν έως κάποια μέγιστη τιμή χαρακτηριστική της διάσπασης ενός δεδομένου ραδιονουκλιδίου. Με την ενέργεια της ακτινοβολίας βήτα, είναι πρακτικά αδύνατο να αναγνωριστεί ένα ραδιονουκλίδιο.

Ορισμένα ραδιονουκλίδια μπορούν να διασπαστούν ταυτόχρονα με δύο ή τρεις τρόπους: μέσω διασπάσεων άλφα και βήτα και μέσω της σύλληψης Κ, ενός συνδυασμού τριών τύπων διασπάσεων. Στην περίπτωση αυτή, οι μετασχηματισμοί πραγματοποιούνται σε αυστηρά καθορισμένη αναλογία. Έτσι, για παράδειγμα, το φυσικό μακρόβιο ραδιοϊσότοπο κάλιο-40 (T 1/2 \u003d 1,4910 9 χρόνια), του οποίου η περιεκτικότητα σε φυσικό κάλιο είναι 0,0119%, υφίσταται ηλεκτρονική διάσπαση βήτα και σύλληψη K:

(88% - ηλεκτρονική αποσύνθεση),

(12% - Κ-σύλληψη).

Από τους τύπους διασπάσεων που περιγράφονται παραπάνω, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η διάσπαση γάμμα στην «καθαρή μορφή» της δεν υπάρχει. Η ακτινοβολία γάμμα μπορεί να συνοδεύει μόνο διάφορους τύπους αποσύνθεσης. Όταν η ακτινοβολία γάμμα εκπέμπεται στον πυρήνα, δεν αλλάζει ούτε ο αριθμός μάζας ούτε το φορτίο του. Κατά συνέπεια, η φύση του ραδιονουκλιδίου δεν αλλάζει, αλλά αλλάζει μόνο η ενέργεια που περιέχεται στον πυρήνα. Η ακτινοβολία γάμμα εκπέμπεται κατά τη μετάβαση των πυρήνων από διεγερμένα επίπεδα σε χαμηλότερα επίπεδα, συμπεριλαμβανομένου του επιπέδου του εδάφους. Για παράδειγμα, κατά τη διάσπαση του καισίου-137, σχηματίζεται ένας διεγερμένος πυρήνας βαρίου-137. Η μετάβαση από μια διεγερμένη σε μια σταθερή κατάσταση συνοδεύεται από την εκπομπή γάμμα κβαντών:

Δεδομένου ότι η διάρκεια ζωής των πυρήνων σε διεγερμένες καταστάσεις είναι πολύ μικρή (συνήθως t10 -19 s), τότε κατά τη διάρκεια των διασπάσεων άλφα και βήτα, ένα γάμμα κβάντο εκτοξεύεται σχεδόν ταυτόχρονα με ένα φορτισμένο σωματίδιο. Κατόπιν αυτού, η διαδικασία της ακτινοβολίας γάμμα δεν διακρίνεται ως ανεξάρτητος τύπος διάσπασης. Με την ενέργεια της ακτινοβολίας γάμμα, καθώς και με την ενέργεια της ακτινοβολίας άλφα, είναι δυνατό να αναγνωριστεί το ραδιονουκλίδιο.

εσωτερική μετατροπή.Η διεγερμένη (ως αποτέλεσμα ενός ή άλλου πυρηνικού μετασχηματισμού) κατάσταση του πυρήνα ενός ατόμου υποδηλώνει την παρουσία περίσσειας ενέργειας σε αυτό. Ένας διεγερμένος πυρήνας μπορεί να περάσει σε μια κατάσταση με χαμηλότερη ενέργεια (κανονική κατάσταση) όχι μόνο εκπέμποντας μια ακτίνα γάμμα ή εκτίναξη ενός σωματιδίου, αλλά και με εσωτερική μετατροπή ή μετατροπή με το σχηματισμό ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων.

Το φαινόμενο της εσωτερικής μετατροπής συνίσταται στο γεγονός ότι ο πυρήνας μεταφέρει την ενέργεια διέγερσης σε ένα από τα ηλεκτρόνια των εσωτερικών στιβάδων (στοιβάδα K-, L- ή M), το οποίο, ως αποτέλεσμα, διασπάται από το άτομο. Τέτοια ηλεκτρόνια ονομάζονται ηλεκτρόνια μετατροπής. Κατά συνέπεια, η εκπομπή ηλεκτρονίων μετατροπής οφείλεται στην άμεση ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση του πυρήνα με τα ηλεκτρόνια του κελύφους. Τα ηλεκτρόνια μετατροπής έχουν ενεργειακό φάσμα γραμμής, σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια βήτα διάσπασης, τα οποία δίνουν ένα συνεχές φάσμα.

Εάν η ενέργεια διέγερσης υπερβαίνει τα 1,022 MeV, τότε η μετάβαση του πυρήνα στην κανονική κατάσταση μπορεί να συνοδεύεται από την εκπομπή ενός ζεύγους ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, ακολουθούμενη από τον εκμηδενισμό τους. Αφού πραγματοποιηθεί η εσωτερική μετατροπή, εμφανίζεται μια «κενή» θέση του εκτινασσόμενου ηλεκτρονίου μετατροπής στο ηλεκτρονιακό κέλυφος του ατόμου. Ένα από τα ηλεκτρόνια πιο απομακρυσμένων στρωμάτων (από υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα) εκτελεί μια κβαντική μετάβαση σε μια «κενή» θέση με την εκπομπή χαρακτηριστικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ.

Διάλεξη 5. Ραδιενεργή διάσπαση. Γενικά μοτίβα

5.1. Η ουσία του φαινομένου της ραδιενέργειας.Η ανακάλυψη και η μελέτη του φαινομένου της ραδιενεργής διάσπασης ήταν το πρώτο βήμα προς την κατανόηση της δομής του πυρήνα και των ιδιοτήτων των στοιχειωδών σωματιδίων. Η ανάπτυξη της έρευνας στον τομέα αυτό έγινε με αυξανόμενους ρυθμούς, ξεκινώντας από τα τέλη του 19ου αιώνα και συνεχίζεται μέχρι σήμερα.

Το 1896, ο Henri Becquerel ανακάλυψε τη ραδιενέργεια του ουρανίου (92 U). Λίγο αργότερα, ανακαλύφθηκε ότι οι ενώσεις θορίου (90 Th) έχουν επίσης ραδιενέργεια. Το 1898, ο Pierre Curie και η Maria Sklodowska-Curie απομόνωσαν ράδιο (88 Ra) και πολώνιο (84 Po) από μετάλλευμα ουρανίου, η ραδιενέργεια του οποίου αποδείχθηκε ότι ήταν εκατομμύρια φορές ισχυρότερη από αυτή του ουρανίου και του θορίου. Ωστόσο, η φύση της ραδιενέργειας έγινε σαφής μόνο αφού οι Rutherford και Soddy έδειξαν ότι η ραδιενέργεια των στοιχείων συνοδεύεται από τη μετατροπή τους σε άλλα χημικά στοιχεία (με αυτό το αξίωμα της αμετάβλητης των ατόμων διαψεύστηκε).

Το φαινόμενο της ραδιενέργειας συνίσταται στην αυθόρμητη διάσπαση ενός πυρήνα με την εκπομπή ενός ή περισσότερων σωματιδίων. Ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης, ο πυρήνας μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο το φορτίο Ζκαι τον μαζικό αριθμό ΑΛΛΑ. Οι πυρήνες που υφίστανται αυθόρμητη διάσπαση ονομάζονται ραδιενεργός, και δεν βιώνω - σταθερός. Ωστόσο, μια τέτοια διαίρεση είναι σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετη και στην πράξη, αυτοί οι πυρήνες θεωρούνται ραδιενεργοί, η διάσπαση των οποίων μπορεί να ανιχνευθεί με τις τρέχουσες φυσικές μεθόδους.

Το εύρος της διάρκειας ζωής των ραδιονουκλεϊδίων καλύπτει χρονικά διαστήματα από αυθαίρετα μεγάλα έως αισθητά μεγαλύτερα από τον πυρηνικό χρόνο. τ i= 10 -22 δευτερόλεπτα. Πιστεύεται ότι μια αλλαγή στη σύνθεση του πυρήνα λόγω ραδιενεργής διάσπασης δεν πρέπει να συμβεί νωρίτερα από 10-12 δευτερόλεπτα μετά τη γέννησή του: κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου (πολύ μεγάλου σε πυρηνική κλίμακα), περνούν όλες οι ενδοπυρηνικές διεργασίες και ο πυρήνας έχει ώρα να διαμορφωθεί πλήρως. Εάν η μέση διάρκεια ζωής ενός πυρήνα είναι μικρότερη από 10-12 δευτερόλεπτα, η διάσπαση δεν θεωρείται πλέον ραδιενεργή. Έτσι, στις πυρηνικές αντιδράσεις, σχηματίζονται βραχύβια συσσωματώματα νουκλεονίων, τα οποία διεγείρονται πολύ και διασπώνται τόσο γρήγορα που δεν μπορούν να θεωρηθούν ως σχηματισμένοι ατομικοί πυρήνες.

Η ραδιενεργή διάσπαση χαρακτηρίζεται από το ρυθμό της, τον τύπο των εκπεμπόμενων σωματιδίων και την ενέργειά τους, και όταν εκπέμπονται πολλά σωματίδια από τον πυρήνα, επίσης από τις σχετικές γωνίες μεταξύ των κατευθύνσεων εκπομπής σωματιδίων. Υπάρχουν οι ακόλουθοι κύριοι τύποι ραδιενεργού διάσπασης: 1) α- φθορά; 2) β- φθορά; 3) γ- φθορά; 4) αυθόρμητη σχάση. Υπάρχουν κάποιοι άλλοι τύποι αποσύνθεσης, που παρατηρούνται αρκετά σπάνια.

Κατά τη διάσπαση α, ο πυρήνας εκπέμπει ένα α-σωματίδιο ():

.

Σχηματίζεται ένας νέος πυρήνας, ο μαζικός αριθμός του οποίου είναι μικρότερος από αυτόν του αρχικού κατά 4 μονάδες και το φορτίο - κατά 2 μονάδες, δηλ. Δ ΑΛΛΑ= –4, ∆ Ζ= –2.

Στη β-διάσπαση, μία από τις ακόλουθες τρεις διαδικασίες είναι δυνατή:

α) εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός αντινετρίνου (β - - φθορά)

;

β) εκπομπή ποζιτρονίων και νετρίνων (β + - φθορά)

;

γ) σύλληψη ενός τροχιακού ηλεκτρονίου και εκπομπή ενός νετρίνου ( ηλεκτρονική σύλληψη)

.

Έτσι, στις διαδικασίες β-διάσπασης Δ ΑΛΛΑ= 0 και Δ Ζ= ±1 (το πρόσημο «+» αντιστοιχεί στη διάσπαση β και το πρόσημο «–» αντιστοιχεί στη διάσπαση β + και στη σύλληψη ηλεκτρονίων).

Μια ισομερής μετάπτωση είναι η εκπομπή ενός φωτονίου υψηλής ενέργειας (γ- ποσοστό):

Στην περίπτωση αυτή, το φορτίο και ο μαζικός αριθμός του πυρήνα δεν αλλάζει, αλλάζει μόνο η ενεργειακή του κατάσταση.

Το αποτέλεσμα της αυθόρμητης σχάσης είναι ο σχηματισμός δύο θραυσμάτων συγκρίσιμων σε μάζα και η εκπομπή αρκετών (δύο ή τριών) νετρονίων:

Μια απαραίτητη (αλλά όχι πάντα επαρκής) προϋπόθεση για τη ραδιενεργή διάσπαση είναι η ενεργειακή απόδοση: η μάζα αποσύνθεσης ( μητρικός) ο πυρήνας πρέπει να υπερβαίνει το άθροισμα των μαζών του σχηματιζόμενου ( θυγατρική) πυρήνας και εκπεμπόμενα σωματίδια:

.

Από αυτό προκύπτει ότι η ραδιενεργή διάσπαση είναι μια εξώθερμη διαδικασία, δηλ. έρχεται με την απελευθέρωση ενέργειας

Απελευθερωμένη ενέργεια μιείναι η συνολική κινητική ενέργεια όλων των προϊόντων διάσπασης. Όπως ήδη σημειώθηκε, η ίδια η συνθήκη θετικότητας μιδεν αρκεί για να υποστεί ο πυρήνας αυτού του τύπου αποσύνθεση. Η ενεργειακά επιτρεπόμενη αποσύνθεση μπορεί να απαγορευτεί από άλλους νόμους διατήρησης: γωνιακή ορμή, ηλεκτρικό φορτίο κ.λπ. Από την άλλη πλευρά, ελλείψει αυστηρής απαγόρευσης, οποιαδήποτε ενεργειακά ευνοϊκή διαδικασία θα συμβεί αναγκαστικά με τη μία ή την άλλη (αν και εξαφανιστικά μικρή) πιθανότητα.

5.2. Βασικός νόμος της ραδιενεργής διάσπασης. Δραστηριότητα.Η ραδιενεργή διάσπαση είναι συνέπεια της αστάθειας του πυρήνα, ή, ακριβέστερα, της κατάστασής του. Είναι αδύνατο να επηρεαστεί η πορεία της αποσύνθεσης χωρίς αλλαγή της κατάστασης του ατομικού πυρήνα, επομένως, ούτε η αλλαγή στη θερμοκρασία, η πίεση ή η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, ούτε τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, ούτε οι χημικές αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχει το ραδιονουκλίδιο δεν επηρεάζουν ραδιενεργή διάσπαση.

Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η ραδιενεργή διάσπαση είναι μια στατιστική διαδικασία. Έτσι, για παράδειγμα, κάτω από τις ίδιες συνθήκες για την ίδια χρονική περίοδο, μπορείτε να καταχωρήσετε πολλές αποσυνθέσεις ή να μην καταχωρήσετε καμία. Ωστόσο μέση τιμήο ρυθμός διάσπασης ενός ραδιονουκλιδίου, που υπολογίζεται από την παρατήρηση ενός πολύ μεγάλου αριθμού διασπάσεων μεμονωμένων πυρήνων, αποδεικνύεται σταθερός σε οποιεσδήποτε ανεξάρτητες μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες. Σε αυτή την περίπτωση, η κινητική διάσπασης θα περιγραφεί ως εξής. Αφήστε κάποια στιγμή tυπάρχει ένα σύνολο από Νπανομοιότυποι ραδιενεργοί πυρήνες. Ας υποθέσουμε ότι κατά τη διάρκεια dtχωρίζει dNπυρήνες. αξία dNθα είναι ανάλογη του χρόνου dtκαι τον αριθμό των πυρήνων Ν:

όπου λ είναι ο συντελεστής αναλογικότητας που χαρακτηρίζει τον μέσο ρυθμό διάσπασης ενός δεδομένου ραδιονουκλιδίου και ονομάζεται σταθερά αποσύνθεσης. Το σύμβολο μείον σημαίνει ότι ο αριθμός των μη αποσυντιθέμενων πυρήνων μειώνεται με το χρόνο. Διαχωρίζοντας τις μεταβλητές και ενσωματώνοντας, παίρνουμε:

, (5.3)

όπου Ν 0 είναι ο αριθμός των ραδιενεργών πυρήνων στο t= 0. Καλείται η ισότητα (5.3). βασικός νόμος της ραδιενεργής διάσπασης.

Σταθερή αποσύνθεσης λ μπορεί να συσχετιστεί με μέσος χρόνος ζωήςραδιενεργό πυρήνα τ . Για να γίνει αυτό, σχεδιάζουμε την καμπύλη ραδιενεργής διάσπασης στις συντεταγμένες Ν/Ν 0 – t(Εικ. 5.1). Σύμφωνα με τον μαθηματικό ορισμό της μέσης τιμής μιας συνάρτησης (στην περιοχή από 0 έως 1),

.

Δεδομένου ότι η τιμή του ολοκληρώματος είναι ίση με το εμβαδόν μικρό(σκιασμένο στο Σχ. 5.1), καθώς και το γεγονός ότι η περιοχή δεν εξαρτάται από τον τρόπο υπολογισμού της, έχουμε:

.

Χρησιμοποιώντας το (5.3), βρίσκουμε την τιμή του τελευταίου ολοκληρώματος:

.

Έτσι, η μέση διάρκεια ζωής του πυρήνα

Ως χαρακτηριστικό του ρυθμού διάσπασης ενός ραδιονουκλιδίου, στην πράξη, χρησιμοποιείται συχνά μια άλλη τιμή - χρόνος ημιζωής Τ 1/2. Αυτός είναι ο χρόνος κατά τον οποίο ο αριθμός των πυρήνων μειώνεται στο μισό. Υπάρχει επίσης μια απλή σχέση μεταξύ της ημιζωής και της σταθεράς διάσπασης: από (5.3) μετά την αντικατάσταση Ν = Ν 0/2 και παίρνοντας λογάριθμους, παίρνουμε

Τονίζουμε για άλλη μια φορά ότι η αποσύνθεση σταθερά λ - μια ποσότητα που δεν εξαρτάται από το χρόνο, αφού διαφορετικές χρονικές στιγμές δεν ξεχωρίζουν η μια μπροστά στην άλλη ως προς την επερχόμενη διάσπαση του πυρήνα. Εξαιτίας αυτού, δεν υπάρχει η έννοια της ηλικίας για τους ραδιενεργούς πυρήνες: δεν «γερνούν και δεν φθείρονται». Τα ραδιονουκλεΐδια που παράγονται σε αντιδραστήρες και επιταχυντές διασπώνται με τον ίδιο μέσο ρυθμό όπως τα ίδια ραδιονουκλεΐδια φυσικής προέλευσης που σχηματίστηκαν πριν από πολλά χρόνια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο χρόνος ημιζωής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναγνώριση ραδιονουκλεϊδίων. Ωστόσο, πριν προχωρήσουμε στις μεθόδους μέτρησης Τ 1/2, εισάγουμε έναν ακόμη σημαντικό ορισμό.

Στην πράξη, συχνά πρέπει κανείς να αντιμετωπίσει τόσο μικρές ποσότητες ραδιονουκλεϊδίων, όταν οι συνήθεις μονάδες μέτρησης της μάζας ή της ποσότητας μιας ουσίας (γραμμάρια, mole κ.λπ.) αποδεικνύονται παραπάνω από περιττές. Από την άλλη πλευρά, για τον προσδιορισμό της ποσότητας ενός ραδιονουκλιδίου, χρησιμοποιείται συχνότερα η καταγραφή της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από αυτό (α-, β-, γ-, νετρόνια κ.λπ.). Επομένως, είναι πιο σκόπιμο να χαρακτηριστεί αυτή η ποσότητα ανά μονάδες δραστηριότητα, δηλ. αριθμός πυρήνων nαποσύνθεση ανά μονάδα χρόνου. Η δραστηριότητα ενός ραδιονουκλιδίου σχετίζεται με τον αριθμό των πυρήνων του ως εξής:

. (5.6)

Η μονάδα δραστηριότητας στο σύστημα SI είναι μία αποσύνθεση ανά δευτερόλεπτο ή μία μπεκερέλ(Bq). Συχνά χρησιμοποιούμενη και εκτός συστήματος μονάδα - μονάδα ραδιοενέργειας(Κι). 1 Ci είναι η δραστηριότητα ενός τέτοιου ραδιενεργού δείγματος, στο οποίο συμβαίνουν 3,7 10 10 διασπάσεις σε 1 δευτερόλεπτο (1 Ci = 3,7 10 10 Bq). Ιστορικά, η τελευταία μονάδα οφείλει την εμφάνισή της στην ανακάλυψη του ραδίου: ένα κιρί αντιστοιχεί περίπου στη δραστηριότητα ενός γραμμαρίου του ισοτόπου 226 Ra.

Ο πειραματικός προσδιορισμός του χρόνου ημιζωής (σταθερά διάσπασης) ενός ραδιονουκλιδίου πραγματοποιείται με τη χρήση ανιχνευτών πυρηνικής ακτινοβολίας. Γνωρίζοντας τον αριθμό των πυρήνων Νκαι μέτρηση της δραστηριότητας με ανιχνευτή ΑΛΛΑ, μπορεί κανείς να προσδιορίσει τη σταθερά διάσπασης από την ισότητα (5.6). Μια τέτοια μέθοδος απόλυτος λογαριασμόςκατάλληλο για μακρόβια ραδιονουκλεΐδια των οποίων η δραστηριότητα κατά τη διάρκεια του πειράματος (συμπεριλαμβανομένων, εξ ορισμού, Ν) παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητο. Διαφορετικά, χρησιμοποιείται η μέθοδος άμεσος ορισμός. Ο αριθμός των σωματιδίων (α-, β-, γ - κβάντα, νετρόνια) που καταγράφονται από τον ανιχνευτή σε μικρά χρονικά διαστήματα, ανάλογα με τη δραστηριότητα τη στιγμή της μέτρησης. Με τη σειρά του,

. (5.7)

Έτσι, η εξάρτηση του ρυθμού καταμέτρησης των σωματιδίων από τον ανιχνευτή σε ημιλογαριθμικές συντεταγμένες είναι μια ευθεία γραμμή, η κλίση της οποίας είναι η σταθερά διάσπασης λ .

Η μέθοδος άμεσου προσδιορισμού χρησιμοποιείται όταν ο χρόνος ημιζωής κυμαίνεται από λίγα λεπτά έως αρκετές ημέρες ή εβδομάδες. Για τα μικρότερης διάρκειας ραδιονουκλεΐδια, οι δυσκολίες που σχετίζονται με τον προσδιορισμό του χρόνου που έχει περάσει από την έναρξη του πειράματος βοηθούν επί του παρόντος να ξεπεραστούν τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν τον ανιχνευτή σε σύντομα και αυστηρά καθορισμένα διαστήματα.

5.3. Στατιστική φύση της ραδιενεργής διάσπασης.Όπως σημειώθηκε παραπάνω, ο νόμος της μείωσης του αριθμού των ραδιενεργών πυρήνων ικανοποιείται στατιστικά, δηλ. όσο πιο ακριβής τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός. Ξεχωριστές διασπάσεις συμβαίνουν εντελώς τυχαία: είναι αδύνατο να προβλεφθεί σε ποιο χρονικό σημείο θα αποσυντεθεί αυτός ή εκείνος ο πυρήνας. Έτσι, ο αριθμός των διασπάσεων ανά μονάδα χρόνου είναι μια τυχαία μεταβλητή. Σε αυτή την ενότητα, θα βρούμε τη μορφή της κατανομής αυτής της τυχαίας μεταβλητής και θα καθορίσουμε πόσο μεγάλες μπορεί να είναι οι αποκλίσεις του ρυθμού αποσύνθεσης από τη μέση τιμή.

Σκεφτείτε τη φθορά σε ένα σύνολο Ν 0 ραδιενεργοί πυρήνες με την πάροδο του χρόνου t. Οι πυρήνες του συνόλου μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες. Το πρώτο θα περιλαμβάνει εκείνους τους πυρήνες που θα καταστραφούν με τον καιρό t, στο δεύτερο - αυτά που δεν θα καταρρεύσουν κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Πιθανότητα αποσύνθεσης ενός πυρήνα Π = 1 – q. Τότε η πιθανότητα ενός τόσο πολύπλοκου γεγονότος, όταν μετά την εκπνοή του χρόνου tκαταρρέω nπυρήνες από Ν 0 , θα ισούται με

, (5.8)

πού είναι η πιθανότητα αποσύνθεσης nπυρήνες της πρώτης ομάδας, είναι η πιθανότητα ότι οι πυρήνες της δεύτερης ομάδας δεν θα διασπαστούν,

(5.9)

- αριθμός τρόπων επιλογής nπυρήνες από τον συνολικό αριθμό Ν 0 . Εθισμός W(n) η πιθανότητα ενός τυχαίου συμβάντος από ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό nμε τη μορφή που έχουμε λάβει ονομάζεται διωνυμική κατανομήδιακριτή τυχαία μεταβλητή, αφού μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένας από τους όρους της επέκτασης του διωνύμου Newton:

(από την τελευταία ισότητα φαίνεται ότι το άθροισμα των πιθανοτήτων όλων των πιθανών γεγονότων είναι ίσο με ένα). Μπορεί να φανεί (βλ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Δ) ότι για τη διωνυμική κατανομή η μέση τιμή

. (5.10)

Ο πραγματικός αριθμός διασπάσεων, ως τυχαία μεταβλητή, είναι πάντα λίγο πολύ διαφορετικός από τον μέσο όρο. Για την εκτίμηση της εξάπλωσης των τιμών μιας τυχαίας μεταβλητής, χρησιμοποιείται η διακύμανση ρε, που ορίζεται ως το μέσο τετράγωνο της απόκλισης από το μέσο όρο:

.

Για διωνυμική κατανομή

Ο νόμος της διωνυμικής κατανομής μπορεί να απλοποιηθεί εάν πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις: n << Ν 0 και R<< 1, т.е. если начальное количество ядер велико, а распадаются они не слишком часто. В этом случае биномиальное распределение переходит в распределение Пуассона

. (5.12)

Σε αντίθεση με τη διωνυμική κατανομή (5.8), η οποία χαρακτηρίζεται από δύο παραμέτρους ( Ν 0 και R), περιέχει μόνο μία παράμετρο . Τα πειράματα για τον προσδιορισμό του πραγματικού αριθμού διασπάσεων ανά μονάδα χρόνου δίνουν αποτελέσματα που συμφωνούν καλά με αυτήν την κατανομή. Η διακύμανση μιας τυχαίας μεταβλητής που κατανέμεται σύμφωνα με τον νόμο Poisson,

Αυτό το αποτέλεσμα προκύπτει απευθείας από το (5.11) εάν R<< 1.

Κατανομή Poisson που ορίζεται για ακέραιες τιμές n. Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να σχεδιαστεί μια ομαλή καμπύλη μέσα από τα αντίστοιχα σημεία. Για μικρές τιμές, προκύπτει μια ασύμμετρη καμπύλη. Καθώς , και επομένως ο αριθμός των σημείων, αυξάνεται, η καμπύλη γίνεται όλο και πιο συμμετρική και το μέγιστο πέφτει επάνω (Εικ. 5.2). Έτσι, για >> 1, ο αριθμός των διασπάσεων μπορεί να θεωρηθεί ως μια συνεχής τυχαία μεταβλητή που κατανέμεται κανονικά ή σύμφωνα με το νόμο του Gauss:

. (5.14)

Η διακύμανση της κανονικής κατανομής (5.14) σχετίζεται με τον μέσο όρο με τον ίδιο τρόπο όπως και στην κατανομή Poisson: .

Η εξαγωγή του μέσου όρου και της διακύμανσης της διωνυμικής κατανομής, καθώς και η σχέση μεταξύ των τριών κατανομών, δίνονται στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Δ.

Για τον προσδιορισμό του διαστήματος εμπιστοσύνης μιας κανονικά κατανεμημένης ποσότητας nχρησιμοποιήστε την ακόλουθη έκφραση:

όπου kPείναι το ποσοστό της κανονικής κατανομής που αντιστοιχεί στο επιλεγμένο επίπεδο εμπιστοσύνης R. Στην πράξη, όταν επεξεργάζεται κανείς πειραματικά δεδομένα, χρησιμοποιεί συχνά τυπική απόκλιση Δ n, για το οποίο kP= 1, και R≈ 0,683 (δηλαδή, ο μέσος αριθμός διασπάσεων με πιθανότητα 68,3% διαφέρει από την πειραματικά ληφθείσα όχι περισσότερο από ). αξία

αντιπροσωπεύει το σχετικό σφάλμα μέτρησης. Εάν ένας αρκετά μεγάλος αριθμός διασπάσεων έχει καταγραφεί στο πείραμα, τότε η ίδια η τιμή μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί του άγνωστου μέσου όρου για τον προσδιορισμό του σφάλματος n. Δεδομένου ότι , το σχετικό σφάλμα

Επομένως, για να επιτευχθεί ένα δεδομένο επίπεδο ακρίβειας μέτρησης, είναι απαραίτητο να καταχωρήσετε 1/ r 2 φθορές (π.χ. για μέτρηση με σφάλμα 1%. nπρέπει να είναι ίσο με 10 4).

Διάλεξη 6. Ραδιενεργή διάσπαση. Γενικά μοτίβα (τέλος)

6.1. Πολύπλοκη βλάβη. Διαδοχικοί και παράλληλοι μετασχηματισμοί.Ας στραφούμε τώρα ξανά στο πείραμα για τον προσδιορισμό του χρόνου ημιζωής ενός ραδιονουκλιδίου. Η στατιστική φύση της ραδιενεργής διάσπασης οδηγεί στο γεγονός ότι σε πραγματικές μετρήσεις δραστηριότητας με αυθαίρετα προηγμένο εξοπλισμό, τα πειραματικά σημεία απεικονίζονται σε ένα γράφημα σε συντεταγμένες ln ΕΝΑ – t, θα έχει πάντα ένα άνοιγμα και στις δύο πλευρές μιας ευθείας γραμμής που σχεδιάζεται με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η τυπική απόκλιση δεν υπερβαίνει το , δηλ. η ευθεία βρίσκεται μέσα στο διάστημα εμπιστοσύνης που ορίζεται για κάθε ένα από τα σημεία. Εάν είναι αδύνατο να χαράξουμε μια ευθεία γραμμή (Εικ. 6.1), τότε ο εξοπλισμός καταγράφει ένα πιο σύνθετο φαινόμενο από την απλή διάσπαση πυρήνων του ίδιου τύπου. Εξετάστε διάφορους τύπους σύνθετης αποσύνθεσης.

Πρώτον, η σύνθετη διάσπαση μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι η υπό μελέτη ουσία δεν περιέχει ένα, αλλά πολλά διαφορετικά ραδιονουκλεΐδια. Τότε η εξάρτηση της δραστηριότητας από το χρόνο θα μοιάζει με αυτό:

πού είναι η δραστηριότητα Εγώου ραδιονουκλιδίου στην αρχική χρονική στιγμή. Στην περίπτωση μείγματος δύο ραδιονουκλεϊδίων

Εάν οι χρόνοι ημιζωής των ραδιονουκλεϊδίων διαφέρουν αρκετά έντονα ( λ 1 >> λ 2), στη συνέχεια για μικρό tεκθέτης σε ΑΛΛΑ 02 είναι κοντά στο μηδέν. Επειτα

Ασύλληπτος tμπορούμε να παραμελήσουμε τον πρώτο όρο κάτω από τον λογάριθμο στην (6.1):

Έτσι, σταθερό λ 1 και λ 2 καθορίζονται από τους συντελεστές κλίσης της εφαπτομένης στο γράφημα στο σημείο t= 0 και ασύμπτωτες στο (Εικ. 6.1).

Δεύτερον, ως αποτέλεσμα της κατάρρευσης του γονικού πυρήνα μι 1 εκκολαπτόμενος πυρήνας κόρης μι 2 μπορεί επίσης να είναι ραδιενεργό. Σε αυτή την περίπτωση, έχουμε να κάνουμε με μια ακολουθία ραδιενεργών μετασχηματισμών, για παράδειγμα

μι 1 (μεγάλο 1) → μι 2 (μεγάλο 2) → μι 3 (μεγάλο 3) → …

Ο αριθμός των θυγατρικών πυρήνων κάθε τύπου σε συνάρτηση με το χρόνο προσδιορίζεται, αφενός, από τον ρυθμό διάσπασής τους και, αφετέρου, από τον ρυθμό σχηματισμού τους, ο οποίος είναι ίσος με τον ρυθμό διάσπασης του τους αντίστοιχους μητρικούς πυρήνες. Στη συνέχεια, σύμφωνα με το (5.2), λαμβάνουμε το ακόλουθο σύστημα διαφορικών εξισώσεων:

, (6.2)

και τα λοιπά. Η λύση του για την απλούστερη περίπτωση δύο διαδοχικών φθορών υπό τις αρχικές συνθήκες και έχει τη μορφή:

,

. (6.3)

Σημειώστε ότι ο πρώτος όρος στο (6.3) περιγράφει τη χρονική αλλαγή στον αριθμό των θυγατρικών πυρήνων που υπήρχαν ήδη κατά την αρχική χρονική στιγμή. Εάν (δεν υπάρχει ακόμη θυγατρικό ραδιονουκλίδιο), τότε η συνολική δραστηριότητα θα καθοριστεί από την ακόλουθη έκφραση:

ΕΝΑ.Αφήστε το μητρικό ραδιονουκλίδιο να είναι βραχύβιο σε σύγκριση με την μακρόβια κόρη, δηλ. λ 1 >> λ 2. Τότε από το (6.4) λαμβάνουμε

Αυτή η έκφραση είναι παρόμοια σε μορφή με την (6.1). Επομένως, η εξάρτηση της δραστηριότητας από τον χρόνο θα φαίνεται σε αυτήν την περίπτωση ίδια όπως φαίνεται στο Σχ. 6.1: Το μητρικό ραδιονουκλίδιο διασπάται πολύ γρήγορα και η μακρόβια δραστηριότητα καθορίζεται από τον ρυθμό διάσπασης του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου.

σι.Το μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η αντίθετη περίπτωση, όταν το θυγατρικό ραδιονουκλίδιο είναι βραχύβιο σε σύγκριση με τον μακρόβιο γονέα, δηλ. πότε λ 2 > λ ένας . Από το (6.3) διαπιστώνουμε ότι

Στη συνέχεια, ο λογάριθμος της συνολικής δραστηριότητας εκφράζεται ως

Η τιμή του εκθέτη στον δεύτερο όρο τείνει γρήγορα στο μηδέν, έτσι στην αρχική χρονική περίοδο η δραστηριότητα αυξάνεται γρήγορα και στη συνέχεια μειώνεται αργά ανάλογα με την αλλαγή ΑΛΛΑ 1 (Εικ. 6.2).

Αν παρέλθει ο χρόνος από τότε t= 0, είναι αρκετές φορές μεγαλύτερος από τον χρόνο ημιζωής των θυγατρικών πυρήνων, λοιπόν

, (6.6)

Εκείνοι. Οι δραστηριότητες των μητρικών και θυγατρικών ραδιονουκλεϊδίων ανά πάσα στιγμή είναι ίσες με έναν σταθερό παράγοντα λ 2 /(λ 2 – λ 1).

ln ΕΝΑ

Η σχέση (6.6) εκφράζει το νόμο ραδιενεργή ισορροπία. Με τη δραστηριότητα των γονικών και θυγατρικών ραδιονουκλεϊδίων, είναι σχεδόν ίσα: ΑΛΛΑ 2 = ΑΛΛΑένας . Εάν, σε αυτή την περίπτωση, το χρονικό διάστημα που εξετάζεται είναι τόσο μικρό σε σύγκριση με τον χρόνο ημιζωής του μητρικού ραδιονουκλεϊδίου που η αλλαγή στη δραστηριότητά του με την πάροδο του χρόνου μπορεί να παραμεληθεί, μιλάμε για κοσμική ισορροπία(αλλιώς λέγεται ισορροπία κινητό). Σε κατάσταση κοσμικής ισορροπίας, ο ρυθμός αποσύνθεσης των θυγατρικών πυρήνων είναι ίσος με τον ρυθμό σχηματισμού τους λόγω της αποσύνθεσης των μητρικών πυρήνων, δηλ. dN 2 /dt= 0 και Ν 2 = συντ.

Τέλος, εξετάστε την περίπτωση όταν οι ίδιοι πυρήνες υφίστανται διάφορους τύπους ραδιενεργών μετασχηματισμών (παραδείγματα είναι ο ανταγωνισμός της διάσπασης α- και β - σε βαρείς πυρήνες, β - - και β + - διάσπαση σε περιττούς-περιττούς πυρήνες, ο σχηματισμός διαφόρων πυρηνικών ισομερή κ.λπ.). Είναι σημαντικό κάθε μετασχηματισμός να χαρακτηρίζεται από τη δική του σταθερά διάσπασης, η οποία καθορίζει την πιθανότητα του.

Αφήστε τον πυρήνα μιΤο 1 μπορεί να μετατραπεί σε έναν από τους πυρήνες E i. Η εξίσωση του ρυθμού αποσύνθεσης θα μοιάζει τότε

,

εκείνοι. σταθερή αποσύνθεσης λ 1 είναι το άθροισμα των σταθερών λ 1Εγώμε κάθε δυνατό τρόπο, ή κανάλια αποσύνθεσης. Αν, με τη σειρά του, E iείναι ένας ραδιενεργός πυρήνας

.

η αξία

που ονομάζεται έξοδος i-ο προϊόν μετασχηματισμού. Είναι προφανές ότι η συνολική έξοδος για όλα τα κανάλια (όπως η συνολική πιθανότητα μετατροπής)

6.2. ραδιενεργές αλυσίδες.Οι παράλληλοι και διαδοχικοί μετασχηματισμοί ραδιενεργών πυρήνων συχνά οδηγούν σε μάλλον περίπλοκους ραδιενεργές αλυσίδες,για παράδειγμα

μι 1 (μεγάλο 1) → μι 2 (μεγάλο 2) → μι 3 (μεγάλο 3) → μι 5 (μεγάλο 5) →…→E n(l n) →….

μι 4 (μεγάλο 4) → μι 6 (μεγάλο 6)

Όπως φαίνεται από τον G. Bateman (1910), για μια μη διακλαδισμένη αλυσίδα που αποτελείται από δύο ή περισσότερους κρίκους, όταν t= 0 υπάρχει μόνο ένα ραδιονουκλίδιο μι 1, αριθμός πυρήνων n-ο ραδιονουκλίδιο

. (6.9)

Όταν απαιτείται γενική λύση για Ν 02 ,Ν 03 ,… ≠ 0, μπορεί να ληφθεί προσθέτοντας σε (6.9) παρόμοιες λύσεις για μικρότερες αλυσίδες ξεκινώντας με μι 2 , μι 3 κλπ.

Αν σε μια αλυσίδα διαδοχικών μετασχηματισμών για οποιαδήποτε Εγώ-ο παιδί πυρήνας λi >> λ 1, τότε με την πάροδο του χρόνου, επιτυγχάνεται ισορροπία για όλα τα θυγατρικά ραδιονουκλίδια, δηλ. στο t >> Τ 1/2 μακροβιότερο προϊόν αποσύνθεσης

Ο νόμος της κοσμικής ισορροπίας, γραμμένος στη μορφή (6.10), μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του χρόνου ημιζωής των μακρόβιων γονικών πυρήνων, εάν πρώτα προσδιοριστεί το σχετικό περιεχόμενο οποιουδήποτε θυγατρικού πυρήνα σε ένα ραδιενεργό δείγμα. Για παράδειγμα, στα ορυκτά που περιέχουν ουράνιο, για κάθε 2,8 10 6 πυρήνες των 238 U, υπάρχει ένας πυρήνας 226 Ra - προϊόν της διάσπασής του με χρόνο ημιζωής 1620 χρόνια. Χρησιμοποιώντας το (6.10), βρίσκουμε ότι ο χρόνος ημιζωής των 238 U είναι περίπου 4,5·10 9 έτη.

Εάν η αλυσίδα περιέχει κλάδους λόγω διαφορετικών καναλιών αποσύνθεσης, η λύση (6.9) εφαρμόζεται επίσης σε αυτήν, αλλά οι σταθερές λi, πριν από το σύμβολο του αθροίσματος, στα σημεία διακλάδωσης Εγώθα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με τις τιμές εξόδου y i+ένας . Κάθε κλάδος της αλυσίδας πρέπει να υπολογίζεται ανεξάρτητα. Εάν, μετά από μια διακλάδωση μετά από μια σειρά διασπάσεων, οι κλάδοι της αλυσίδας συνδέονται ξανά, ο αριθμός των πυρήνων πέρα ​​από το σημείο σύνδεσης προκύπτει αθροίζοντας τις λύσεις σε όλους τους κλάδους.

6.3. ραδιενεργών οικογενειών. Ραδιονουκλεΐδια στη φύση.Όπως σημειώθηκε στη Διάλεξη 2, η πυρηνική ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο μειώνεται με την αύξηση του μαζικού αριθμού ΕΝΑλόγω του αυξανόμενου ρόλου της απώθησης των πρωτονίων Coulomb. Ως αποτέλεσμα, οι βαρείς πυρήνες γίνονται ασταθείς σε σχέση με την εκπομπή των σωματιδίων α και γίνονται σταθεροί με μία ή περισσότερες διαδοχικές α-διασπάσεις. Ωστόσο, ως αποτέλεσμα της α-διάσπασης, ο πυρήνας χάνει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και νετρονίων, γεγονός που οδηγεί σε παραβίαση της βέλτιστης αναλογίας Ζ/ΕΝΑ: ο προκύπτων θυγατρικός πυρήνας περιέχει πλεονάζον αριθμό νετρονίων και σταθεροποιείται με β − -διάσπαση. Επομένως, στον τρόπο μετατροπών βαρέων ραδιενεργών πυρήνων (ουράνιο, θόριο κ.λπ.) σε σταθερούς, παρατηρείται εναλλαγή διεργασιών α- και β - διάσπασης.

Κατά την α-διάσπαση, ο αριθμός μάζας του πυρήνα μειώνεται κατά τέσσερα και δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια της β-διάσπασης. Επομένως, όλοι οι βαρείς ραδιενεργοί πυρήνες μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις ομάδες, ή ραδιενεργών οικογενειών(Πίνακας 6.1), σύμφωνα με τον μαζικό αριθμό τους, όπου nείναι κάποιος ακέραιος και Μ− υπόλοιπο διαίρεσης ΕΝΑκατά τέσσερις, δηλ. 0, 1, 2 ή 3. Η μετατροπή ενός ραδιονουκλεϊδίου μιας οικογένειας σε ραδιονουκλεΐδιο που ανήκει σε μια άλλη είναι πρακτικά αδύνατη, γιατί Αυτό θα απαιτούσε την αλλαγή του αριθμού μάζας σε έναν αριθμό διαφορετικό από το 4. Αν και τέτοιοι τύποι ραδιενεργών μετασχηματισμών είναι γνωστοί, η απόδοση των αντίστοιχων προϊόντων είναι αμελητέα.

Πίνακας 6.1

Ραδιενεργές οικογένειες

ΑΛΛΑ	Ονομα	Ο μακροβιότερος πρόγονος ( Τ 1/2)	Τελικό σταθερό νουκλίδιο
4n	Θόριο	Th (1,4 10 10 έτη)	Pb
4n+1	Ποσειδώνιος	Np (2,2 10 6 έτη)	Bi
4n+2	Ουράνιο-ράδιο	U (4,5 10 9 έτη)	Pb
4n+3	Ουράνιο-ακτίνιο	U (7 10 8 ετών)	Pb

Ραδιονουκλίδια τριών οικογενειών - θόριο, ουράνιο-ράδιο και ουράνιο-ακτίνιο - βρίσκονται στη φύση. Η περιεκτικότητα σε ουράνιο στον φλοιό της γης είναι 3·10 −4 , και σε θόριο είναι 1,10 −3 % μάζα. Η περιεκτικότητα των θυγατρικών ραδιονουκλεϊδίων μπορεί να προσδιοριστεί από τη σχέση (6.10), η οποία εκφράζει την κοσμική ισορροπία, καθώς Όλα τα θυγατρικά ραδιονουκλίδια έχουν πολύ μικρότερο χρόνο ημιζωής από τα μακρόβια πρόγονα. Η οικογένεια των Ποσειδώνων απουσιάζει στη φύση και επομένως ερευνήθηκε αργότερα από τις άλλες, μόνο αφού η τεχνική για τη λήψη τεχνητών ραδιονουκλεϊδίων έφτασε σε αρκετά υψηλό επίπεδο.

Τα ισότοπα μολύβδου είναι το τελικό προϊόν της αποσύνθεσης σε φυσικές ραδιενεργές οικογένειες. Αυτό οφείλεται στην αυξημένη σταθερότητα των πυρήνων που περιέχουν το μαγικό αριθμό πρωτονίων ( Ζ= 82). Όσο για το 209 Bi (οικογένεια Ποσειδώνα), αυτός ο πυρήνας περιέχει τον μαγικό αριθμό νετρονίων ( Ν= 126). Γι' αυτό ο 209 Bi είναι ο βαρύτερος σταθερός πυρήνας. Ένα αξιοσημείωτο περιεχόμενο 209 Bi στον φλοιό της γης μπορεί να υποδεικνύει ότι πριν από πολλά εκατομμύρια χρόνια, υπήρχαν επίσης ραδιονουκλεΐδια της οικογένειας neptunium-237, αλλά λόγω του μικρού χρόνου ημιζωής του προγόνου του, έπαψαν να υπάρχουν.

Εκτός από τους εκπροσώπους των τριών ραδιενεργών οικογενειών, υπάρχουν περίπου είκοσι ακόμη ραδιονουκλεΐδια με μεγάλη διάρκεια ζωής στον φλοιό της γης, τα οποία, κατά κανόνα, δίνουν σταθερούς πυρήνες κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης. Τα πιο σημαντικά από αυτά είναι 40 K ( Τ 1/2 = 1,28 10 9 έτη) και 87 Rb ( Τ 1/2 = 4,75 10 10 χρόνια).

Υπό την επίδραση των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα της Γης, συμβαίνουν πυρηνικές αντιδράσεις, που οδηγούν στο σχηματισμό πολλών ραδιονουκλεϊδίων με σχετικά σύντομο χρόνο ημιζωής: 3 H (12,3 έτη), 10 Be (1,6 10 6 έτη), 14 C κ.λπ. Αυτά τα ραδιονουκλίδια πήραν το όνομα κοσμογονική. Λόγω του συνεχούς σχηματισμού που αντισταθμίζει τη διάσπασή τους, τα κοσμογονικά ραδιονουκλίδια υπάρχουν στη Γη σε ποσότητες επαρκείς για την ανίχνευσή τους.

6.4. Πυρηνική γεωχρονολογία.Η πυρηνική γεωχρονολογία χρησιμοποιεί το φαινόμενο της ραδιενεργής διάσπασης για να προσδιορίσει την ηλικία των γεωλογικών αντικειμένων. Ο ρυθμός της ραδιενεργής διάσπασης παρέμεινε σταθερός σε όλες τις γεωλογικές εποχές, ανεξάρτητος από τις εξωτερικές συνθήκες. Ως εκ τούτου, οι μετρήσεις των «πυρηνικών ρολογιών» που γίνονται από την ίδια τη φύση μπορούν να θεωρηθούν πολύ αξιόπιστες.

Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για τη χρονολόγηση γεωλογικών αντικειμένων. Η πυρηνική γεωχρονολογία έχει γίνει ένας ανεξάρτητος κλάδος της επιστήμης της Γης. Η γενίκευση και η συστηματοποίηση των αποτελεσμάτων της πυρηνικής γεωχρονολογικής έρευνας οδήγησε στη δημιουργία της κλίμακας της απόλυτης χρονολογίας της Γης. Οι βελτιώσεις στις αναλυτικές τεχνικές (κυρίως φασματομετρία μάζας) κατέστησαν δυνατή την εφαρμογή πολλών μεθόδων για την ανάλυση του ίδιου δείγματος. Μόνο εάν τα αποτελέσματα που λαμβάνονται με διαφορετικές μεθόδους είναι συνεπή μεταξύ τους, ορίζεται μια ορισμένη απόλυτη ηλικία σε ένα δεδομένο δείγμα.

Για την επίλυση πυρηνικών-γεωχρονολογικών προβλημάτων, η ακόλουθη σημείωση του βασικού νόμου της ραδιενεργής διάσπασης (5.3) είναι πιο βολική:

συσσωρεύονται με την πάροδο του χρόνου tο αριθμός των πυρήνων του θυγατρικού νουκλιδίου καθορίζεται από τη διαφορά ρε= Ν 0 – Ν, από τον οποίο ακολουθεί ο τύπος για την ηλικία του δείγματος:

. (6.11)

Κατά την εξαγωγή (6.11), υποτέθηκε ότι κατά τη στιγμή του σχηματισμού ενός αντικειμένου (ορυκτό, πέτρα), δεν βρέθηκαν άτομα του θυγατρικού νουκλεϊδίου στη σύνθεσή του. Εάν το νεοσχηματισμένο αντικείμενο ήδη περιείχε ρε 0 τέτοια άτομα, λοιπόν ρε=ρε 0 + Ν 0 – Ν, και

. (6.12)

Ως εκ τούτου, για τη χρονολόγηση ενός δείγματος, είναι απαραίτητο να μετρηθεί η περιεκτικότητα των μητρικών (ραδιενεργών) και θυγατρικών (σταθερών) νουκλεϊδίων σε αυτό. Για αυτό, χρησιμοποιείται συχνότερα η φασματομετρική ανάλυση μάζας. Ακρίβεια χρονισμού t, που λαμβάνεται ως η απόλυτη γεωλογική ηλικία ενός ορυκτού ή πετρώματος, εξαρτάται από την ακρίβεια του προσδιορισμού ρεκαι Ν, καθώς και για την ακρίβεια με την οποία είναι γνωστή η σταθερά διάσπασης λ .

Σημαντική προϋπόθεση για την επιτυχή χρήση των μεθόδων πυρηνικής γεωχρονολογίας είναι η απομόνωση του υπό μελέτη δείγματος για τα μητρικά και θυγατρικά νουκλεΐδια. Αυτό σημαίνει ότι για όλη την περίοδο της «ζωής» του αντικειμένου, ούτε το ένα ούτε το άλλο βγήκε ούτε προστέθηκε από έξω. Θα πρέπει πάντα να λαμβάνεται υπόψη η πιθανότητα μερικού «ανοίγματος» σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Έτσι, σε υψηλές θερμοκρασίες, η διάχυση καθίσταται δυνατή και ως εκ τούτου η απομάκρυνση ορισμένων στοιχείων από τα ορυκτά. Μια αξιόπιστη επιβεβαίωση της κλειστότητας του συστήματος είναι η σύμπτωση ηλικιών που λαμβάνονται με διαφορετικές μεθόδους, δηλ. όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικά γονικά και θυγατρικά νουκλεΐδια.

Συνολικά, έχουν αναπτυχθεί περισσότερες από δώδεκα πυρηνικές-γεωχρονολογικές μέθοδοι. Η καταλληλότητα μιας ή άλλης μεθόδου για την εκτίμηση της απόλυτης ηλικίας εξαρτάται από το χρόνο ύπαρξης του αντικειμένου μελέτης. Κατά τον προσδιορισμό της ηλικίας των νεαρών σχηματισμών, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται ραδιονουκλεΐδια με σχετικά μικρό χρόνο ημιζωής. Αντίθετα, στη μελέτη αρχαίων ορυκτών ή πετρωμάτων απαιτούνται ραδιονουκλεΐδια με χρόνο ημιζωής 1 δισεκατομμύριο χρόνια και άνω. Μεταξύ των πιο ευρέως χρησιμοποιούμενων μεθόδων είναι αυτές που σχετίζονται με τη διάσπαση των ισοτόπων ουρανίου, 40 K και 14 C.

Είναι προφανές ότι η μέγιστη ηλικία που έχει καθοριστεί για τα χερσαία πετρώματα υποδηλώνει το κατώτερο όριο ηλικίας της Γης ως πλανήτη. Για τον προσδιορισμό του ανώτατου ορίου ηλικίας της Γης, εξετάζονται οι κανονικότητες της κατανομής των ισοτόπων μολύβδου στα ορυκτά του μολύβδου. Σύμφωνα με σύγχρονες εκτιμήσεις που λαμβάνονται με αυτή τη μέθοδο, η ηλικία της Γης είναι 4,53 - 4,55 δισεκατομμύρια χρόνια.

Χρονολόγηση με μόλυβδο ουρανίου.Η χρονολόγηση με ουράνιο και μόλυβδο είναι η αρχαιότερη πυρηνική γεωχρονολογική μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της απόλυτης ηλικίας. Το 1907, ο B. Boltwood μέτρησε την ηλικία ενός ορυκτού ουρανίου με αυτή τη μέθοδο και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι γεωλογικοί χρόνοι πρέπει να υπολογίζονται σε εκατοντάδες εκατομμύρια και δισεκατομμύρια χρόνια.

Η μέση ισοτοπική σύνθεση του μολύβδου στη Γη χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα δεδομένα: 204 Pb - 1,5%; 206Pb - 23,6%; 207Pb - 22,6%; 208Pb - 52,3%. Οι πυρήνες των τριών τελευταίων ισοτόπων (ή μέρος αυτών) είναι ραδιογόνος, που αντιπροσωπεύει τα τελικά προϊόντα της αποσύνθεσης των φυσικών ραδιενεργών οικογενειών.

Κατά την ανάλυση ενός δείγματος για την περιεκτικότητα των ισοτόπων U, Th και Pb, μπορούν να ληφθούν τρεις ισοτοπικές αναλογίες: 206 Pb/ 238 U, 207 Pb/ 235 U, 208 Pb/ 232 Th. Η αντικατάστασή τους στην (6.11) δίνει τρεις ανεξάρτητες εκτιμήσεις της απόλυτης γεωλογικής ηλικίας. Λόγω του πολύ μεγάλου χρόνου ημιζωής του Th, η αναλογία 208 Pb/232 Th δεν είναι πολύ ευαίσθητη, επομένως δεν χρησιμοποιείται πάντα. Έτσι, η ουσία της χρονολόγησης με μόλυβδο ουρανίου συνίσταται, πρώτα απ 'όλα, στον προσδιορισμό των αναλογιών 206 Pb/ 238 U και 207 Pb/ 235 U. εξ ου και το όνομα της μεθόδου: «ουράνιο-μόλυβδος». Βολικά αντικείμενα για τη χρήση του είναι ορυκτά που περιέχουν ουράνιο όπως ο ουρανίτης, το ζιρκόνιο, ο μοναζίτης κ.λπ.

Εάν σπάσει το κλείσιμο του συστήματος, μπορεί να υπάρξει απώλεια μολύβδου λόγω διάχυσης. Ωστόσο, εάν σε αυτή την περίπτωση όλα τα ισότοπα μολύβδου χαθούν στην ίδια αναλογία, τότε η ισότητα παραμένει έγκυρη

. (6.13)

Η αναλογία 238 U/235 U για τη σύγχρονη γεωλογική εποχή είναι σταθερή και ισούται με 137,8 για σχεδόν όλα τα αντικείμενα. Επομένως, η αναλογία 207 Pb/206 Pb μπορεί να χρησιμεύσει ως πρόσθετος παράγοντας που επιτρέπει τη χρήση της εξίσωσης (6.13) για τον υπολογισμό της ηλικίας t. Εάν η αναλογία που προκύπτει συμφωνεί με τις τιμές που ακολουθούν από το (6.11), αυτό σημαίνει ότι το σύστημα είναι κλειστό.

Η παρουσία πρωτογενούς μολύβδου μη ραδιογενούς προέλευσης οδηγεί, σύμφωνα με το σημείο 6.11, σε υπερεκτίμηση της ηλικίας των ορυκτών ουρανίου. Κάποιος μπορεί να διορθώσει αυτή την υπερεκτίμηση μετρώντας την περιεκτικότητα του μη ραδιογόνου ισοτόπου 204 Pb. Οι αναλογίες 206 Pb/ 204 Pb και 207 Pb/ 204 Pb (καθώς και 208 Pb/ 204 Pb, εάν η ηλικία προσδιορίζεται επιπλέον από 208 Pb/ 232 Th) σε ραδιενεργά ορυκτά συγκρίνονται με τις ίδιες αναλογίες σε συναφή ορυκτά, όπου η περιεκτικότητα σε U και Th είναι αμελητέα μικρή και όλα τα ισότοπα μολύβδου μπορούν να θεωρηθούν μη ραδιογόνα.

Παρουσία απωλειών ουρανίου, οι ηλικίες που υπολογίζονται από διάφορες αναλογίες θα πρέπει να είναι οι εξής: t(206 Pb/ 238 U) > t(207 Pb/ 235 U) > t(207 Pb/ 206 Pb). Στην περίπτωση απωλειών μολύβδου, η ακολουθία των τιμών tΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ.

Χρονολόγηση καλίου-αργού.Η μέθοδος καλίου-αργού για τον προσδιορισμό της γεωλογικής ηλικίας αναπτύχθηκε από τον Ε.Κ. Gerling (1949). Το φυσικό κάλιο έχει ραδιενεργό ισότοπο 40 K, η μέση περιεκτικότητα του οποίου στο φυσικό μείγμα είναι 0,012%. Η διάσπαση των 40 K συμβαίνει με διάσπαση β - - ή σύλληψη ηλεκτρονίων. Το πρώτο κανάλι με το σχηματισμό 40 Ca δεν έχει πρακτική σημασία, καθώς τα ορυκτά που περιέχουν κάλιο συνήθως περιέχουν μη ραδιογόνο 40 Ca, του οποίου η συμβολή δεν μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια. Το δεύτερο κανάλι οδηγεί στο σχηματισμό 40 Ar και χρησιμοποιείται για χρονολόγηση. Η αναλογία 40 K που μετατρέπεται σε 40 Ar μπορεί να υπολογιστεί από την αναλογία μεταξύ της απόδοσης της β-διάσπασης y β(88%) και ηλεκτρονική σύλληψη y e(12%):

. (6.14)

Ο συνολικός αριθμός των ραδιογονικών ισοτόπων 40 Ar και 40 Ca σχηματίστηκαν με την πάροδο του χρόνου t, ίσον

(λ είναι η σταθερά διάσπασης 40 K). Από την άλλη πλευρά, από την (6.14) προκύπτει ότι

. (6.16)

Συγκρίνοντας τα (6.15) και (6.16), λαμβάνουμε έναν τύπο για τον προσδιορισμό της ηλικίας:

. (6.17)

Η μέθοδος καλίου-αργού είναι πιο ευέλικτη από τη μέθοδο μολύβδου ουρανίου, καθώς τα ορυκτά που περιέχουν κάλιο είναι πιο διαδεδομένα.

Το αργό που παράγεται από τη διάσπαση των 40 Κ τείνει να διαχέεται έξω από τα ορυκτά. Για τα περισσότερα ορυκτά, η διάχυση γίνεται σημαντική σε θερμοκρασίες > 300°C. Ο ρυθμός διάχυσης αργού από ένα ορυκτό εξαρτάται από το μέγεθος των κόκκων του: ένα λεπτόκοκκο ορυκτό χάνει αργό γρηγορότερα λόγω της μεγαλύτερης αναλογίας επιφάνειας προς όγκο. Η απώλεια αργού λόγω της διάχυσης οδηγεί στο γεγονός ότι για τον ίδιο τύπο ορυκτού ενός δεδομένου πετρώματος, τα αποτελέσματα χρονολόγησης δεν είναι συνεπή μεταξύ τους. Οι τιμές μιας τέτοιας ηλικίας συνήθως υποτιμώνται σε σύγκριση με τις αληθινές, και όσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια αργού, τόσο περισσότερο υποτιμάται η φαινομενική ηλικία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι δυνατό να εντοπιστεί ένας συγκεκριμένος λόγος για την ασυνέπεια στα αποτελέσματα του προσδιορισμού της ηλικίας.

χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα.Στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, η σύνθεση των κοσμικών ακτίνων αλλάζει. Τα σωματίδια της πρωτογενούς κοσμικής ακτινοβολίας (κυρίως πρωτόνια), που έχουν υψηλή ενέργεια, μπορούν να διασπάσουν τους πυρήνες των ατόμων που συναντώνται στο δρόμο τους. Ως αποτέλεσμα της διάσπασης, παράγονται νετρόνια, τα οποία με τη σειρά τους μπορούν να προκαλέσουν πυρηνικές αντιδράσεις. Η πιο σημαντική αντίδραση που προκαλείται από τα νετρόνια είναι η μετατροπή των 14 N σε 14 C. Ο κοσμογονικός 14 C, που ονομάζεται ραδιοάνθρακας, έχει χρόνο ημιζωής 5730 χρόνια. Εκπέμποντας σωματίδια β, μετατρέπεται σε σταθερό 14 N. Σχηματισμένος στην ατμόσφαιρα της Γης, ο ραδιενεργός άνθρακας οξειδώνεται γρήγορα, μετατρέπεται σε ραδιενεργό διοξείδιο του άνθρακα 14 CO 2, το οποίο σε 10-15 χρόνια αναμιγνύεται πλήρως με ολόκληρη τη μάζα του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας. Μέσω του διοξειδίου του άνθρακα, ο 14 C εισέρχεται στα φυτά και από εκεί σε άλλους ζωντανούς οργανισμούς. Η συγκέντρωση ισορροπίας των 14 C στον ανταλλάξιμο άνθρακα της βιόσφαιρας είναι 1,2∙10 -10%.

Μόλις σταματήσει ο μεταβολισμός στο σώμα, η συγκέντρωση του ραδιοάνθρακα στους ιστούς αρχίζει να μειώνεται. Έτσι, με την ποσότητα των 14 C που υπάρχει στα υπολείμματα των οργανισμών, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η στιγμή τερματισμού της ανταλλαγής άνθρακα με την ατμόσφαιρα, δηλ. στιγμή του θανάτου. Ο χρόνος που έχει παρέλθει από εκείνη τη στιγμή δίνεται από:

, (6.18)

όπου ΑΠΟαρρ και ΑΠΟ atm είναι οι συγκεντρώσεις 14C στο δείγμα και ο ατμοσφαιρικός άνθρακας. λ - σταθερά διάσπασης 14 C.

Η μέθοδος χρονολόγησης με ραδιενεργό άνθρακα προτάθηκε το 1951 από τον W. Libby και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για τον προσδιορισμό της ηλικίας των αρχαιολογικών αντικειμένων οργανικής προέλευσης. Η μέθοδος του ραδιοάνθρακα έχει μεγάλη σημασία για την απόλυτη Τεταρτογενή χρονολογία. Ο κύκλος των αντικειμένων για χρονολόγηση έως τον 14ο C είναι πολύ ευρύς. Συνήθως, χρησιμοποιούνται οργανικά υπολείμματα που βρίσκονται σε πετρώματα - ξύλο, τύρφη, χούμο κ.λπ. Ο σχετικά σύντομος χρόνος ημιζωής του ραδιοάνθρακα περιορίζει το ανώτατο όριο εφαρμογής της μεθόδου, το οποίο, με το σημερινό επίπεδο τεχνολογίας μέτρησης, είναι 50 χιλιάδες χρόνια. Το κατώτερο όριο εφαρμογής της μεθόδου εκτιμάται σε 1.000 χρόνια. είναι ακατάλληλο να χρονολογούνται αντικείμενα μικρότερα των 1000 ετών στους 14 C, γιατί σφάλμα μέτρησης της διαφοράς μεταξύ ΑΠΟ atm και ΑΠΟΤο arr γίνεται μεγάλο.

Η βάση της μεθόδου του ραδιοάνθρακα είναι η υπόθεση ότι η περιεκτικότητα σε 14 C στο εξωτερικό περιβάλλον (αέρας, νερό) τη στιγμή που καταγράφηκε η διακοπή του μεταβολισμού στο αντικείμενο ήταν η ίδια με αυτήν την εποχή. Αυτή η υπόθεση δεν είναι αρκετά αυστηρή. Τα τελευταία 200 χρόνια, ως αποτέλεσμα της καύσης ορυκτών καυσίμων, η ατμόσφαιρα έχει αραιωθεί με τεχνικό CO 2, το οποίο πρακτικά δεν περιέχει το ισότοπο 14 C (η συγκέντρωση ραδιοάνθρακα στον άνθρακα και το πετρέλαιο είναι αμελητέα). Οι θερμοπυρηνικές εκρήξεις, στις οποίες παράγεται μεγάλος αριθμός νετρονίων, αντίθετα, σε ορισμένες περιόδους αύξησαν σημαντικά την περιεκτικότητα των 14 C στην ατμόσφαιρα.

Επιπλέον, η συγκέντρωση ισορροπίας των 14 C στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από την ένταση της κοσμικής ακτινοβολίας. Τα πρωτόνια της κοσμικής ακτινοβολίας εκτρέπονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο λειτουργεί σαν οθόνη. Κρίνοντας από τα παλαιομαγνητικά δεδομένα, η ένταση του μαγνητικού πεδίου της Γης αλλάζει συνεχώς τα τελευταία 10 χιλιάδες χρόνια. Αντίστοιχα, η ένταση της ροής των κοσμικών πρωτονίων που φθάνουν στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας άλλαξε επίσης, και ως εκ τούτου ο αριθμός των δευτερευόντων νετρονίων που ευθύνονται για το σχηματισμό των 14 C. Αυτή η περίσταση μπορεί να δημιουργήσει ένα σφάλμα (της τάξης του 10%) στο τα αποτελέσματα του προσδιορισμού της ηλικίας με τη μέθοδο του ραδιοάνθρακα.

Η ευρεία χρήση της μεθόδου χρονολόγησης με ραδιενεργό άνθρακα κατέστησε δυνατή τη δημιουργία ενός κλίματος χρονολογικού σχήματος του τελευταίου σταδίου της γεωλογικής ιστορίας. Παράλληλα, το πιο σημαντικό αποτέλεσμα της έρευνας ήταν η απόδειξη των σύγχρονων κλιματικών αλλαγών σε διάφορες περιοχές της Γης. Για παράδειγμα, μια έντονη ψύξη μεταξύ 33 και 30 χιλιάδες χρόνια πριν και η θέρμανση μεταξύ 16,5 και 15 χιλιάδες χρόνια πριν μπορούν να εντοπιστούν σε όλα τα μέρη του πλανήτη.

Ο κανόνας μετατόπισης για τη ραδιενεργή διάσπαση στη ραδιοχημεία και την πυρηνική φυσική, γνωστός και ως νόμος Soddy-Fajans, είναι ένας κανόνας που διέπει τη μετατροπή ενός στοιχείου σε άλλο κατά τη διάρκεια της ραδιενεργής διάσπασης. Παρουσιάστηκε το 1913 ανεξάρτητα από δύο επιστήμονες: τον Άγγλο ραδιοχημικό Frederick Soddy και τον Αμερικανό φυσικοχημικό με πολωνικές ρίζες Casimir Fayans.

Επιτεύγματα του Frederick Soddy στον τομέα της ραδιενέργειας

Ο Soddy, μαζί με τον Rutherford, βρίσκεται στην αρχή της ανακάλυψης των ραδιενεργών ατομικών μετασχηματισμών. Έτσι, το 1903, ο Soddy ανακάλυψε ότι το ράδιο εκπέμπει πυρήνες ηλίου κατά τη διάσπασή του. Επίσης, αυτός ο επιστήμονας έδειξε ότι τα άτομα του ίδιου χημικού στοιχείου μπορεί να έχουν διαφορετικές μάζες, γεγονός που τον οδήγησε να αναπτύξει την έννοια των ισοτόπων. Ο Soddy καθιέρωσε κανόνες για τη μετατόπιση των χημικών στοιχείων κατά τη διάρκεια των ραδιενεργών διασπάσεων άλφα και βήτα, κάτι που ήταν ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση της σχέσης μεταξύ των οικογενειών ραδιενεργών στοιχείων.

Το 1921, ο Frederick Soddy τιμήθηκε με το Νόμπελ Χημείας για τις σημαντικές ανακαλύψεις του στη φυσική των ραδιενεργών στοιχείων και για τις έρευνές του στη φύση των ισοτόπων.

Έργα του Casimir Faience

Αυτός ο επιστήμονας διεξήγαγε σημαντικές μελέτες για τη ραδιενέργεια διαφόρων ισοτόπων και ανέπτυξε μια κβαντική θεωρία της ηλεκτρονικής δομής των μορίων. Το 1913, ταυτόχρονα και ανεξάρτητα από τον Frederick Soddy, ο Faience ανακάλυψε τους κανόνες μετατόπισης που διέπουν τη μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε άλλο κατά τη διάρκεια ραδιενεργών διασπάσεων. Η Faience ανακάλυψε επίσης ένα νέο χημικό στοιχείο - το πρωτακτίνιο.

Η έννοια της ραδιενέργειας

Πριν εξετάσουμε τους νόμους της ραδιενεργής διάσπασης και τους κανόνες μετατόπισης, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε την έννοια της ραδιενέργειας. Στη φυσική, αυτή η λέξη νοείται ως η ικανότητα των πυρήνων ορισμένων χημικών στοιχείων να εκπέμπουν ακτινοβολία που έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:

• την ικανότητα διείσδυσης στους ανθρώπινους ιστούς, προκαλώντας καταστροφικό αποτέλεσμα.
• την ικανότητα ιονισμού αερίων.
• διέγερση της διαδικασίας φθορισμού.
• διέλευση από διάφορα στερεά και υγρά σώματα.

Λόγω αυτών των ικανοτήτων, αυτή η ακτινοβολία συνήθως ονομάζεται ιονίζουσα. Η φύση της ραδιενεργής ακτινοβολίας μπορεί να είναι είτε ηλεκτρομαγνητική, για παράδειγμα, ακτίνες Χ ή ακτινοβολία γάμμα, είτε σωματιδιακή φύση, η εκπομπή πυρήνων ηλίου, πρωτονίων, ηλεκτρονίων, ποζιτρονίων και άλλων στοιχειωδών σωματιδίων.

Έτσι, η ραδιενέργεια είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται στους ασταθείς πυρήνες των ατόμων, οι οποίοι μπορούν αυθόρμητα να μετασχηματιστούν σε πυρήνες πιο σταθερών στοιχείων. Με απλά λόγια, ένα ασταθές άτομο εκπέμπει ραδιενεργή ακτινοβολία για να γίνει σταθερό.

Ασταθή ατομικά ισότοπα

Τα ασταθή ισότοπα, δηλαδή άτομα του ίδιου χημικού στοιχείου που έχουν διαφορετικές ατομικές μάζες, βρίσκονται σε διεγερμένη κατάσταση. Αυτό υποδηλώνει ότι έχουν αυξημένη ενέργεια, την οποία επιδιώκουν να εγκαταλείψουν για να περάσουν σε κατάσταση ισορροπίας. Δεδομένου ότι όλες οι ενέργειες ενός ατόμου είναι κβαντισμένες, δηλαδή έχουν διακριτές τιμές, τότε η ίδια η ραδιενεργή διάσπαση συμβαίνει λόγω της απώλειας μιας συγκεκριμένης κινητικής ενέργειας.

Ένα ασταθές ισότοπο στη διαδικασία της ραδιενεργής διάσπασης γίνεται πιο σταθερό, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι ο νεοσχηματισμένος πυρήνας δεν θα έχει ραδιενέργεια, μπορεί επίσης να διασπαστεί. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτής της διαδικασίας είναι ο πυρήνας του ουρανίου-238, ο οποίος υφίσταται μια σειρά από διασπάσεις κατά τη διάρκεια αρκετών αιώνων, μετατρέποντας τελικά σε άτομο μολύβδου. Σημειώστε ότι, ανάλογα με τον τύπο του ισοτόπου, μπορεί να διασπαστεί αυθόρμητα, τόσο μετά από εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου όσο και μετά από δισεκατομμύρια χρόνια, για παράδειγμα, το ίδιο ουράνιο-238 έχει χρόνο ημιζωής (ο χρόνος κατά τον οποίο διασπώνται οι μισοί πυρήνες ) ίσο με 4,468 δισεκατομμύρια χρόνια, την ίδια στιγμή, για το ισότοπο του καλίου-35, αυτή η περίοδος είναι 178 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Διαφορετικοί τύποι ραδιενέργειας

Η εφαρμογή ενός ή του άλλου κανόνα ραδιενεργού μετατόπισης εξαρτάται από τον τύπο της ραδιενεργής διάσπασης που βιώνει ένα συγκεκριμένο στοιχείο. Γενικά, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ραδιενέργειας:

• άλφα αποσύνθεση?
• βήτα διάσπαση?
• διάσπαση γάμμα?
• διάσπαση με την εκπομπή ελεύθερων νετρονίων.

Όλοι αυτοί οι τύποι ραδιενεργής διάσπασης (με εξαίρεση την εκπομπή ελεύθερων νετρονίων) καθιερώθηκαν από τον Νεοζηλανδό φυσικό Έρνεστ Ράδερφορντ στις αρχές του 20ου αιώνα.

Σωματώδεις τύποι αποσύνθεσης

Η διάσπαση άλφα σχετίζεται με την εκπομπή πυρήνων ηλίου-4, δηλαδή μιλάμε για σωματική ακτινοβολία, τα σωματίδια της οποίας αποτελούνται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Αυτό σημαίνει ότι η μάζα αυτών των σωματιδίων είναι 4 σε μονάδες ατομικής μάζας (AMU), και το ηλεκτρικό φορτίο είναι +2 σε μονάδες στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου (1 στοιχειώδες φορτίο στο σύστημα SI είναι 1,602*10 − 19 C). Ο εκπεμπόμενος πυρήνας ηλίου ήταν μέρος του πυρήνα του ασταθούς ισοτόπου πριν από τη διάσπαση.

Η φύση της διάσπασης βήτα είναι να εκπέμπει ηλεκτρόνια που έχουν μάζα 1/1800 AMU και φορτίο -1. Λόγω του αρνητικού φορτίου του ηλεκτρονίου, αυτή η διάσπαση ονομάζεται βήτα-αρνητική. Σε αντίθεση με το σωματίδιο άλφα, το ηλεκτρόνιο δεν υπήρχε πριν από τη διάσπαση στον ατομικό πυρήνα, αλλά σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της μετατροπής ενός νετρονίου σε πρωτόνιο. Το τελευταίο παρέμεινε στον πυρήνα μετά τη διάσπαση και το ηλεκτρόνιο έφυγε από τον ατομικό πυρήνα.

Στη συνέχεια, ανακαλύφθηκε βήτα-θετική διάσπαση, η οποία συνίσταται στην εκπομπή ενός αντισωματιδίου ποζιτρονίου-ηλεκτρονίου. Ένα ραδιενεργό ποζιτρόνιο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας αντίστροφης αντίδρασης από ένα ηλεκτρόνιο, δηλαδή ένα πρωτόνιο στον πυρήνα μετατρέπεται σε νετρόνιο, ενώ χάνει το θετικό του φορτίο.

Σε μια σειρά ραδιενεργών μετατροπών ενός πυρήνα σε έναν άλλο, εκπέμπονται νετρόνια διαφόρων ενεργειών. Όπως το πρωτόνιο, το νετρόνιο έχει μάζα 1 AMU (για την ακρίβεια, το νετρόνιο είναι 0,137% βαρύτερο από το πρωτόνιο) και έχει μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, σε αυτό το είδος διάσπασης, ο μητρικός πυρήνας χάνει μόνο 1 μονάδα της μάζας του.

Η διάσπαση γάμμα, σε αντίθεση με τους προηγούμενους τύπους διάσπασης, είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσης, δηλαδή, αυτή η ακτινοβολία είναι παρόμοια με τις ακτίνες Χ ή το ορατό φως, ωστόσο, το μήκος κύματος της ακτινοβολίας γάμμα είναι πολύ μικρότερο από αυτό οποιουδήποτε άλλου ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Οι ακτίνες γάμμα δεν έχουν μάζα ηρεμίας ή φορτίο. Στην πραγματικότητα, οι ακτίνες γάμμα είναι περίσσεια ενέργειας που υπήρχε πριν από τη διάσπαση στον πυρήνα ενός ατόμου, προκαλώντας την αστάθειά του. Το χημικό στοιχείο διατηρεί τη θέση του στον περιοδικό πίνακα του D. I. Mendeleev κατά τη διάσπαση γάμμα.

Κανόνες ραδιενεργού εκτόπισης

Χρησιμοποιώντας αυτούς τους κανόνες, μπορεί κανείς εύκολα να προσδιορίσει ποιο χημικό στοιχείο πρέπει να ληφθεί από ένα δεδομένο μητρικό ισότοπο σε έναν ορισμένο τύπο ραδιενεργής διάσπασης. Ας εξηγήσουμε αυτούς τους κανόνες μετατόπισης στη φυσική:

• Κατά τη διάσπαση άλφα, καθώς ο πυρήνας χάνει 4 AMU μάζας και +2 μονάδες φορτίου, σχηματίζεται ένα χημικό στοιχείο που βρίσκεται 2 θέσεις προς τα αριστερά στο περιοδικό σύστημα του D. I. Mendeleev. Για παράδειγμα, 92 U 238 \u003d 90 Th 234, εδώ ο χαμηλότερος δείκτης είναι το φορτίο, ο ανώτερος είναι η μάζα του πυρήνα.
• Στην περίπτωση της βήτα-αρνητικής διάσπασης, το φορτίο του μητρικού πυρήνα αυξάνεται κατά 1 μονάδα, ενώ η μάζα παραμένει αμετάβλητη (η μάζα του ηλεκτρονίου που εκπέμπεται κατά τη διάσπαση είναι μόνο 0,06% της μάζας του πρωτονίου). Σε αυτή την περίπτωση, ο κανόνας μετατόπισης ισορροπίας δηλώνει ότι πρέπει να σχηματιστεί ένα ισότοπο ενός χημικού στοιχείου, που στέκεται ένα κελί στα δεξιά του μητρικού στοιχείου στον πίνακα του D. I. Mendeleev. Για παράδειγμα, 82 Pb 212 = 83 Bi 212.
• Ο κανόνας μετατόπισης για βήτα-θετική διάσπαση (ακτινοβολία ποζιτρονίων) δηλώνει ότι ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, σχηματίζεται ένα χημικό στοιχείο, το οποίο βρίσκεται 1 θέση αριστερά από το μητρικό στοιχείο και έχει την ίδια πυρηνική μάζα με αυτό. Για παράδειγμα, 7 N 13 \u003d 6 C 13.

ραδιενεργή διάσπαση της ΕΣΣΔ, ραδιενεργή διάσπαση της Γιουγκοσλαβίας
ραδιενεργή διάσπαση(από τη λατινική ακτίνα "ακτίνα" και āctīvus "αποτελεσματική") - μια αυθόρμητη αλλαγή στη σύνθεση (φόρτιση Z, αριθμός μάζας Α) ή στην εσωτερική δομή ασταθών ατομικών πυρήνων εκπέμποντας στοιχειώδη σωματίδια, κβάντα γάμμα ή/και πυρηνικά θραύσματα. Η διαδικασία της ραδιενεργής διάσπασης ονομάζεται επίσης ραδιοενέργεια, και οι αντίστοιχοι πυρήνες (νουκλεΐδια, ισότοπα και χημικά στοιχεία) είναι ραδιενεργοί. Οι ουσίες που περιέχουν ραδιενεργούς πυρήνες ονομάζονται επίσης ραδιενεργές.

• 1 Θεωρία
• 2 Ιστορικό ανακάλυψης
• 3 Νόμος της ραδιενεργής διάσπασης
• 4 Τύποι σωματιδίων που εκπέμπονται κατά τη ραδιενεργή διάσπαση
• 5 Αλφα αποσύνθεση
• 6 Αποσύνθεση βήτα
  • 6.1 Βήτα μείον αποσύνθεση
  • 6.2 Διάσπαση ποζιτρονίων και σύλληψη ηλεκτρονίων
  • 6.3 Διπλή διάσπαση βήτα
  • 6.4 Γενικές ιδιότητες της διάσπασης βήτα
• 7 Διάσπαση γάμμα (μετάβαση ισομερούς)
• 8 Ειδικοί τύποι ραδιενέργειας
• 9 Βλ
• 10 Σημειώσεις
• 11 Λογοτεχνία

Θεωρία

Έχει διαπιστωθεί ότι όλα τα χημικά στοιχεία με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο από 82 (δηλαδή ξεκινώντας από το βισμούθιο) και ορισμένα ελαφρύτερα στοιχεία (προμέθιο και τεχνήτιο δεν έχουν σταθερά ισότοπα και ορισμένα στοιχεία, όπως το ίνδιο, το κάλιο, το ρουβίδιο ή ασβεστίου, έχουν ένα φυσικά ισότοπα είναι σταθερά, ενώ άλλα είναι ραδιενεργά).

Η φυσική ραδιενέργεια είναι η αυθόρμητη διάσπαση των ατομικών πυρήνων που βρίσκονται στη φύση.

Τεχνητή ραδιενέργεια είναι η αυθόρμητη διάσπαση των ατομικών πυρήνων που λαμβάνεται τεχνητά μέσω κατάλληλων πυρηνικών αντιδράσεων.

Ο πυρήνας που υφίσταται ραδιενεργή διάσπαση και ο πυρήνας που προκύπτει από αυτή τη διάσπαση ονομάζονται γονικοί και θυγατρικοί πυρήνες, αντίστοιχα. Η αλλαγή στον αριθμό μάζας και στο φορτίο του θυγατρικού πυρήνα σε σχέση με τον γονικό πυρήνα περιγράφεται από τον κανόνα μετατόπισης Soddy.

Η διάσπαση που συνοδεύεται από την εκπομπή σωματιδίων άλφα ονομαζόταν διάσπαση άλφα. η αποσύνθεση που συνοδεύεται από την εκπομπή σωματιδίων βήτα ονομαζόταν βήτα διάσπαση (είναι πλέον γνωστό ότι υπάρχουν τύποι διάσπασης βήτα χωρίς την εκπομπή σωματιδίων βήτα, ωστόσο, η διάσπαση βήτα συνοδεύεται πάντα από την εκπομπή νετρίνων ή αντινετρίνων). Ο όρος "διάσπαση γάμμα" χρησιμοποιείται σπάνια. η εκπομπή ακτίνων γάμμα από τον πυρήνα συνήθως ονομάζεται ισομερική μετάβαση. Η ακτινοβολία γάμμα συχνά συνοδεύει άλλους τύπους διάσπασης, όταν, ως αποτέλεσμα του πρώτου σταδίου αποσύνθεσης, εμφανίζεται ένας διεγερμένος θυγατρικός πυρήνας και στη συνέχεια υφίσταται μετάβαση στη βασική κατάσταση με την εκπομπή ακτίνων γάμμα.

Τα ενεργειακά φάσματα των α-σωματιδίων και των γ-κβάντων που εκπέμπονται από ραδιενεργούς πυρήνες είναι ασυνεχή («διακριτά»), ενώ το φάσμα των β-σωματιδίων είναι συνεχές.

Επί του παρόντος, εκτός από τις διασπάσεις άλφα, βήτα και γάμμα, έχουν ανακαλυφθεί διασπάσεις με την εκπομπή ενός νετρονίου, ενός πρωτονίου (και επίσης δύο πρωτονίων), ραδιενέργεια σμήνων και αυθόρμητη σχάση. Η σύλληψη ηλεκτρονίων, η διάσπαση ποζιτρονίων (ή διάσπαση β+) και η διπλή βήτα διάσπαση (και οι τύποι της) θεωρούνται γενικά ως διαφορετικοί τύποι διάσπασης βήτα.

Μερικά ισότοπα μπορούν να υποστούν δύο ή περισσότερες διασπάσεις ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, το βισμούθιο-212 διασπάται με πιθανότητα 64% σε θάλλιο-208 (μέσω της διάσπασης άλφα) και με πιθανότητα 36% σε πολώνιο-212 (μέσω της διάσπασης βήτα).

Ο θυγατρικός πυρήνας που σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής διάσπασης μερικές φορές αποδεικνύεται επίσης ραδιενεργός και μετά από λίγο επίσης διασπάται. Η διαδικασία της ραδιενεργής διάσπασης θα συνεχιστεί μέχρι να εμφανιστεί ένας σταθερός, δηλαδή, μη ραδιενεργός, πυρήνας. Η ακολουθία τέτοιων διασπάσεων ονομάζεται αλυσίδα διάσπασης και η αλληλουχία νουκλεϊδίων που προκύπτει σε αυτήν την περίπτωση ονομάζεται ραδιενεργή σειρά. Ειδικότερα, για ραδιενεργές σειρές που ξεκινούν με ουράνιο-238, ουράνιο-235 και θόριο-232, τα τελικά (σταθερά) νουκλίδια είναι ο μόλυβδος-206, ο μόλυβδος-207 και ο μόλυβδος-208, αντίστοιχα.

Πυρήνες με τον ίδιο αριθμό μάζας Α (ισοβαρείς) μπορούν να περάσουν ο ένας στον άλλο μέσω της διάσπασης βήτα. κάθε ισοβαρική αλυσίδα περιέχει από 1 έως 3 βήτα-σταθερά νουκλίδια (δεν μπορούν να υποστούν βήτα διάσπαση, αλλά δεν είναι απαραίτητα σταθερά σε σχέση με άλλους τύπους ραδιενεργής διάσπασης). Οι υπόλοιποι πυρήνες της ισοβαρικής αλυσίδας είναι βήτα ασταθείς. με διαδοχικές διασπάσεις βήτα-μείον ή βήτα-συν, μετατρέπονται στο πλησιέστερο βήτα-σταθερό νουκλίδιο. Οι πυρήνες που βρίσκονται σε μια ισοβαρική αλυσίδα μεταξύ δύο βήτα-σταθερών νουκλεϊδίων μπορούν να βιώσουν τόσο β- όσο και β+ διάσπαση (ή σύλληψη ηλεκτρονίων). Για παράδειγμα, το φυσικώς απαντώμενο ραδιονουκλίδιο κάλιο-40 είναι ικανό να διασπαστεί σε γειτονικούς β-σταθερούς πυρήνες αργόν-40 και ασβέστιο-40:

Ιστορικό ανακάλυψης

Η ραδιενέργεια ανακαλύφθηκε το 1896 από τον Γάλλο φυσικό A. Becquerel. Ασχολήθηκε με τη μελέτη της σύνδεσης μεταξύ της φωταύγειας και των ακτίνων Χ που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα.

Ο Μπεκερέλ σκέφτηκε: η φωταύγεια δεν συνοδεύεται από ακτινογραφίες; Για να ελέγξει την εικασία του, πήρε πολλές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένου ενός από τα άλατα ουρανίου, το οποίο φωσφορίζει το κιτρινοπράσινο φως. Αφού το φώτισε με το φως του ήλιου, τύλιξε το αλάτι σε μαύρο χαρτί και το τοποθέτησε σε ένα σκοτεινό ντουλάπι σε ένα φωτογραφικό πιάτο, τυλιγμένο επίσης σε μαύρο χαρτί. Λίγο καιρό αργότερα, έχοντας δείξει το πιάτο, ο Μπεκερέλ είδε πραγματικά την εικόνα ενός κομματιού αλατιού. Αλλά η φωταύγεια ακτινοβολία δεν μπορούσε να περάσει μέσα από το μαύρο χαρτί και μόνο οι ακτίνες Χ μπορούσαν να φωτίσουν την πλάκα υπό αυτές τις συνθήκες. Ο Μπεκερέλ επανέλαβε το πείραμα αρκετές φορές με την ίδια επιτυχία.

Στις 24 Φεβρουαρίου 1896, σε μια συνεδρίαση της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών, έκανε μια έκθεση «Σχετικά με την ακτινοβολία που παράγεται από τον φωσφορισμό». Αλλά μετά από μερικές ημέρες, χρειάστηκε να γίνουν προσαρμογές στην ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Στις 26 και 27 Φεβρουαρίου ετοιμάστηκε άλλο ένα πείραμα στο εργαστήριο του Μπεκερέλ με μικρές αλλαγές, αλλά λόγω συννεφιασμένου καιρού αναβλήθηκε. Χωρίς να περιμένει τον καλό καιρό, την 1η Μαρτίου, ο Μπεκερέλ ανέπτυξε ένα πιάτο στο οποίο βρισκόταν άλας ουρανίου, το οποίο δεν ακτινοβολήθηκε από το φως του ήλιου. Αυτή, φυσικά, δεν φωσφόρισε, αλλά το αποτύπωμα στο πιάτο αποδείχθηκε. Ήδη στις 2 Μαρτίου, ο Μπεκερέλ ανέφερε αυτή την ανακάλυψη σε μια συνάντηση της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού, με τίτλο «Σχετικά με την αόρατη ακτινοβολία που παράγεται από φωσφορίζοντα σώματα».

Στη συνέχεια, ο Μπεκερέλ δοκίμασε άλλες ενώσεις και μέταλλα του ουρανίου (συμπεριλαμβανομένων εκείνων που δεν εμφανίζουν φωσφορισμό), καθώς και μεταλλικό ουράνιο. Το πιάτο ήταν συνεχώς φωτισμένο. Τοποθετώντας έναν μεταλλικό σταυρό μεταξύ του αλατιού και της πλάκας, ο Μπεκερέλ απέκτησε τα αδύναμα περιγράμματα του σταυρού στο πιάτο. Τότε έγινε σαφές ότι ανακαλύφθηκαν νέες ακτίνες που περνούν μέσα από αδιαφανή αντικείμενα, αλλά δεν είναι ακτίνες Χ.

Ο Μπεκερέλ διαπίστωσε ότι η ένταση της ακτινοβολίας καθορίζεται μόνο από την ποσότητα ουρανίου στο παρασκεύασμα και δεν εξαρτάται καθόλου από τις ενώσεις στις οποίες περιλαμβάνεται. Έτσι, αυτή η ιδιότητα ήταν εγγενής όχι σε ενώσεις, αλλά στο χημικό στοιχείο - ουράνιο.

Ο Μπεκερέλ μοιράζεται την ανακάλυψή του με τους επιστήμονες με τους οποίους συνεργάστηκε. 1898 Η Marie Curie και ο Pierre Curie ανακάλυψαν τη ραδιενέργεια του θορίου, αργότερα ανακάλυψαν τα ραδιενεργά στοιχεία πολώνιο και ράδιο.

Διαπίστωσαν ότι όλες οι ενώσεις του ουρανίου και, στο μεγαλύτερο βαθμό, το ίδιο το ουράνιο έχουν την ιδιότητα της φυσικής ραδιενέργειας. Ο Μπεκερέλ επέστρεψε στα φωτοφόρα που τον ενδιέφεραν. Είναι αλήθεια ότι έκανε μια άλλη σημαντική ανακάλυψη που σχετίζεται με τη ραδιενέργεια. Κάποτε, για μια δημόσια διάλεξη, ο Μπεκερέλ χρειαζόταν μια ραδιενεργή ουσία, την πήρε από το Curies και έβαλε τον δοκιμαστικό σωλήνα στην τσέπη του γιλέκου του. Αφού έδωσε μια διάλεξη, επέστρεψε το ραδιενεργό σκεύασμα στους ιδιοκτήτες και την επόμενη μέρα βρήκε ερυθρότητα του δέρματος με τη μορφή δοκιμαστικού σωλήνα στο σώμα κάτω από την τσέπη του γιλέκου. Ο Μπεκερέλ είπε στον Πιερ Κιουρί γι' αυτό και εκείνος έκανε ένα πείραμα: για δέκα ώρες φορούσε έναν δοκιμαστικό σωλήνα με ράδιο δεμένο στον πήχη του. Λίγες μέρες αργότερα εμφάνισε και ερυθρότητα, η οποία στη συνέχεια μετατράπηκε σε σοβαρό έλκος, από το οποίο υπέφερε για δύο μήνες. Έτσι, ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά η βιολογική επίδραση της ραδιενέργειας.

Αλλά και μετά από αυτό, οι Κιουρί έκαναν τη δουλειά τους με θάρρος. Αρκεί να αναφέρουμε ότι η Μαρία Κιουρί πέθανε από ασθένεια ακτινοβολίας (παρόλα αυτά έζησε μέχρι τα 66 της χρόνια).

Το 1955 εξετάστηκαν τα σημειωματάρια της Μαρί Κιουρί. Εξακολουθούν να ακτινοβολούν, χάρη στη ραδιενεργή μόλυνση που εισήχθη όταν γεμίστηκαν. Σε ένα από τα φύλλα, διατηρήθηκε ένα ραδιενεργό δακτυλικό αποτύπωμα του Πιερ Κιουρί.

Νόμος της ραδιενεργής διάσπασης

Προσομοίωση της διάσπασης πολλών πανομοιότυπων ατόμων. Ξεκινώντας με 4 άτομα (αριστερά) και 400 (δεξιά). Ο αριθμός των χρόνων ημιζωής εμφανίζεται στο επάνω μέρος. Κύριο άρθρο: Νόμος της ραδιενεργής διάσπασης

Νόμος της ραδιενεργής διάσπασης- ένας νόμος που ανακαλύφθηκε πειραματικά από τους Frederick Soddy και Ernest Rutherford και διατυπώθηκε το 1903. Η σύγχρονη διατύπωση του νόμου:

που σημαίνει ότι ο αριθμός των διασπάσεων σε ένα χρονικό διάστημα t σε μια αυθαίρετη ουσία είναι ανάλογος με τον αριθμό N των ραδιενεργών ατόμων ενός δεδομένου τύπου που υπάρχουν στο δείγμα.

Σε αυτή τη μαθηματική έκφραση, λ είναι η σταθερά διάσπασης, η οποία χαρακτηρίζει την πιθανότητα ραδιενεργής διάσπασης ανά μονάδα χρόνου και έχει τη διάσταση s−1. Το σύμβολο μείον υποδηλώνει μείωση του αριθμού των ραδιενεργών πυρήνων με την πάροδο του χρόνου. Ο νόμος εκφράζει την ανεξαρτησία της διάσπασης των ραδιενεργών πυρήνων μεταξύ τους και από το χρόνο: η πιθανότητα διάσπασης ενός δεδομένου πυρήνα σε κάθε επόμενη μονάδα χρόνου δεν εξαρτάται από το χρόνο που έχει περάσει από την αρχή του πειράματος και από τον αριθμό των πυρήνων που παραμένουν στο δείγμα.

Αυτός ο νόμος θεωρείται ο βασικός νόμος της ραδιενέργειας, πολλές σημαντικές συνέπειες έχουν εξαχθεί από αυτόν, μεταξύ των οποίων είναι οι διαμορφώσεις των χαρακτηριστικών διάσπασης - η μέση διάρκεια ζωής ενός ατόμου και ο χρόνος ημιζωής.

Η σταθερά διάσπασης ενός ραδιενεργού πυρήνα στις περισσότερες περιπτώσεις πρακτικά δεν εξαρτάται από τις περιβάλλουσες συνθήκες (θερμοκρασία, πίεση, χημική σύνθεση της ουσίας κ.λπ.). Για παράδειγμα, το στερεό τρίτιο Τ2 σε θερμοκρασία μερικών kelvins διασπάται με τον ίδιο ρυθμό όπως το αέριο τρίτιο σε θερμοκρασία δωματίου ή σε θερμοκρασία χιλιάδων kelvins. το τρίτιο στη σύνθεση του μορίου Τ2 αποσυντίθεται με τον ίδιο ρυθμό όπως και στη σύνθεση της τριτιωμένης βαλίνης. Ασθενείς αλλαγές στη σταθερά διάσπασης σε εργαστηριακές συνθήκες βρέθηκαν μόνο για τη σύλληψη ηλεκτρονίων - οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις που είναι διαθέσιμες στο εργαστήριο, καθώς και μια αλλαγή στη χημική σύνθεση, μπορεί να αλλάξει κάπως την πυκνότητα του νέφους ηλεκτρονίων στο περιβάλλον του πυρήνα, που οδηγεί σε αλλαγή του ρυθμού αποσύνθεσης κατά κλάσματα του εκατοστιαίου ποσοστού. Ωστόσο, κάτω από μάλλον σκληρές συνθήκες (υψηλός ιονισμός του ατόμου, υψηλή πυκνότητα ηλεκτρονίων, υψηλό χημικό δυναμικό νετρίνων, ισχυρά μαγνητικά πεδία), που είναι δύσκολο να επιτευχθούν στο εργαστήριο, αλλά πραγματοποιούνται, για παράδειγμα, στους πυρήνες των άστρων, άλλοι τύποι αποσύνθεσης μπορούν επίσης να αλλάξουν την πιθανότητα τους.

Η σταθερότητα της σταθεράς ραδιενεργού αποσύνθεσης καθιστά δυνατή τη μέτρηση της ηλικίας διαφόρων φυσικών και τεχνητών αντικειμένων με τη διάσπαση των ραδιενεργών πυρήνων τους και τη συσσώρευση προϊόντων διάσπασης. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι χρονολόγησης ραδιοϊσοτόπων, οι οποίες καθιστούν δυνατή τη μέτρηση της ηλικίας των αντικειμένων στην περιοχή από μονάδες έως δισεκατομμύρια χρόνια. μεταξύ αυτών, οι πιο γνωστές είναι η μέθοδος ραδιοάνθρακα, η μέθοδος ουρανίου-μόλυβδου, η μέθοδος ουρανίου-ηλίου, η μέθοδος καλίου-αργού κ.λπ.

Τύποι σωματιδίων που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια της ραδιενεργής αποσύνθεσης

Ο E. Rutherford διαπίστωσε πειραματικά (1899) ότι τα άλατα ουρανίου εκπέμπουν τρεις τύπους ακτίνων, οι οποίες εκτρέπονται διαφορετικά σε ένα μαγνητικό πεδίο:

• Οι ακτίνες του πρώτου τύπου εκτρέπονται με τον ίδιο τρόπο όπως ένα ρεύμα θετικά φορτισμένων σωματιδίων. ονομάζονταν ακτίνες α.
• Οι ακτίνες του δεύτερου τύπου συνήθως εκτρέπονται σε ένα μαγνητικό πεδίο με τον ίδιο τρόπο όπως ένα ρεύμα αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων, ονομάζονταν ακτίνες β (υπάρχουν, ωστόσο, ακτίνες βήτα ποζιτρονίων που αποκλίνουν προς την αντίθετη κατεύθυνση).
• Οι ακτίνες του τρίτου τύπου, που δεν εκτρέπονται από μαγνητικό πεδίο, ονομάζονται γ-ακτινοβολία.

Αν και άλλοι τύποι σωματιδίων που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια της ραδιενεργής αποσύνθεσης ανακαλύφθηκαν κατά τη διάρκεια της έρευνας, τα ονόματα που αναφέρονται έχουν επιβιώσει μέχρι σήμερα, καθώς οι αντίστοιχοι τύποι διάσπασης είναι οι πιο συνηθισμένοι.

Όταν ο αποσυντιθέμενος πυρήνας αλληλεπιδρά με το κέλυφος ηλεκτρονίων, σωματίδια (φωτόνια ακτίνων Χ, ηλεκτρόνια Auger, ηλεκτρόνια μετατροπής) μπορούν να εκπέμπονται από το κέλυφος ηλεκτρονίων. Οι δύο πρώτοι τύποι ακτινοβολίας προκύπτουν όταν εμφανίζεται ένα κενό στο ηλεκτρονιακό κέλυφος (ιδιαίτερα, κατά τη σύλληψη ηλεκτρονίων και κατά τη διάρκεια μιας ισομερούς μετάβασης με την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου μετατροπής) και την επακόλουθη καταρράκτη πλήρωση αυτού του κενού. Ένα ηλεκτρόνιο μετατροπής εκπέμπεται κατά τη διάρκεια μιας ισομερούς μετάβασης με εσωτερική μετατροπή, όταν η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη μετάβαση μεταξύ των πυρηνικών επιπέδων δεν μεταφέρεται από ένα κβάντο γάμμα, αλλά μεταφέρεται σε ένα από τα ηλεκτρόνια του κελύφους.

Κατά τη διάρκεια της αυθόρμητης σχάσης, ο πυρήνας διασπάται σε δύο (σπάνια τρεις) σχετικά ελαφρούς πυρήνες - τα λεγόμενα θραύσματα σχάσης - και αρκετά νετρόνια. Κατά τη διάσπαση συστάδων (η οποία είναι μια ενδιάμεση διαδικασία μεταξύ της σχάσης και της διάσπασης άλφα), ένας σχετικά ελαφρύς πυρήνας (14C, 16O, κ.λπ.) εκπέμπεται από έναν βαρύ μητρικό πυρήνα.

Κατά τη διάσπαση πρωτονίων (δύο πρωτονίων) και νετρονίων, ο πυρήνας εκπέμπει πρωτόνια και νετρόνια, αντίστοιχα.

Σε όλους τους τύπους διάσπασης βήτα (εκτός από την προβλεπόμενη αλλά δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμη χωρίς νετρίνο), ένα νετρίνο ή αντινετρίνο εκπέμπεται από τον πυρήνα.

Άλφα αποσύνθεση

Κύριο άρθρο: Άλφα αποσύνθεση

Η διάσπαση άλφα είναι η αυθόρμητη διάσπαση ενός ατομικού πυρήνα σε θυγατρικό πυρήνα και σε σωματίδιο α (ο πυρήνας του ατόμου 4He).

Η διάσπαση άλφα εμφανίζεται συνήθως σε βαρείς πυρήνες με αριθμό μάζας Α ≥ 140 (αν και υπάρχουν λίγες εξαιρέσεις). Μέσα σε βαρείς πυρήνες, λόγω της ιδιότητας του κορεσμού των πυρηνικών δυνάμεων, σχηματίζονται ξεχωριστά σωματίδια α, που αποτελούνται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Το προκύπτον α-σωματίδιο υπόκειται σε μεγαλύτερη δράση των απωστικών δυνάμεων Coulomb από τα πρωτόνια του πυρήνα από τα μεμονωμένα πρωτόνια. Ταυτόχρονα, το α-σωματίδιο βιώνει λιγότερη πυρηνική έλξη προς τα νουκλεόνια του πυρήνα από τα υπόλοιπα νουκλεόνια. Το προκύπτον σωματίδιο άλφα στο όριο του πυρήνα αντανακλάται προς τα μέσα από το φραγμό του δυναμικού, αλλά με κάποια πιθανότητα μπορεί να το ξεπεράσει (βλέπε φαινόμενο τούνελ) και να πετάξει έξω. Καθώς η ενέργεια του σωματιδίου άλφα μειώνεται, η διαπερατότητα του φραγμού δυναμικού μειώνεται πολύ γρήγορα (εκθετικά), επομένως η διάρκεια ζωής των πυρήνων με χαμηλότερη διαθέσιμη ενέργεια διάσπασης άλφα, με άλλα πράγματα ίσα, είναι μεγαλύτερη.

Ο κανόνας μετατόπισης του Soddy για την α-διάσπαση:

Παράδειγμα (άλφα διάσπαση του ουρανίου-238 σε θόριο-234):

Ως αποτέλεσμα της α-διάσπασης, το άτομο μετατοπίζεται κατά 2 κύτταρα στην αρχή του περιοδικού πίνακα (δηλαδή, το πυρηνικό φορτίο Z μειώνεται κατά 2), ο αριθμός μάζας του θυγατρικού πυρήνα μειώνεται κατά 4.

βήτα διάσπαση

Κύριο άρθρο: βήτα διάσπαση

βήτα μείον αποσύνθεση

Ο Μπεκερέλ απέδειξε ότι οι ακτίνες β είναι ένα ρεύμα ηλεκτρονίων. Η αποσύνθεση βήτα είναι μια εκδήλωση της αδύναμης δύναμης.

Η διάσπαση βήτα (ακριβέστερα, βήτα μείον διάσπαση, β − διάσπαση) είναι μια ραδιενεργή διάσπαση, που συνοδεύεται από την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός αντινετρίνου ηλεκτρονίου από τον πυρήνα.

Διάγραμμα Feynman της διάσπασης βήτα-μείον: ένα d-κουάρκ σε ένα από τα νετρόνια του πυρήνα μετατρέπεται σε u-κουάρκ, εκπέμποντας ένα εικονικό W-μποζόνιο, το οποίο διασπάται σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα ηλεκτρονικό αντινετρίνο.

Η αποσύνθεση βήτα είναι μια ενδονουκλεονική διαδικασία. Η διάσπαση βήτα-μείον συμβαίνει λόγω του μετασχηματισμού ενός από τα d-κουάρκ σε ένα από τα νετρόνια του πυρήνα σε u-κουάρκ. Στην περίπτωση αυτή, το νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο με την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός αντινετρίνου:

Τα ελεύθερα νετρόνια υφίστανται επίσης διάσπαση β−, μετατρέποντας σε πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο (βλέπε διάσπαση βήτα νετρονίων).

Ο κανόνας μετατόπισης του Soddy για τη διάσπαση β-:

Παράδειγμα (βήτα διάσπαση του τριτίου σε ήλιο-3):

Μετά τη β−-διάσπαση, το στοιχείο μετατοπίζεται κατά 1 κύτταρο στο τέλος του περιοδικού πίνακα (το πυρηνικό φορτίο αυξάνεται κατά ένα), ενώ ο μαζικός αριθμός του πυρήνα δεν αλλάζει.

Διάσπαση ποζιτρονίων και σύλληψη ηλεκτρονίων

Διάγραμμα Feynman διάσπασης ποζιτρονίων: ένα u-κουάρκ σε ένα από τα πρωτόνια του πυρήνα μετατρέπεται σε d-κουάρκ, εκπέμποντας ένα εικονικό μποζόνιο W, το οποίο διασπάται σε ποζιτρόνιο και νετρίνο ηλεκτρονίων. Διάγραμμα σύλληψης ηλεκτρονίων Feynman: Ένα u-κουάρκ σε ένα από τα πρωτόνια στον πυρήνα μετατρέπεται σε d-κουάρκ, εκπέμποντας ένα εικονικό μποζόνιο W που αλληλεπιδρά με ένα ηλεκτρόνιο φλοιού, μετατρέποντάς το σε νετρίνο ηλεκτρονίων. Κύριο άρθρο: Διάσπαση ποζιτρονίωνΚύριο άρθρο: Ηλεκτρονική λήψη

Υπάρχουν επίσης και άλλοι τύποι βήτα αποσύνθεσης. Στη διάσπαση ποζιτρονίων (βήτα συν διάσπαση), ο πυρήνας εκπέμπει ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο ηλεκτρονίων. Κατά τη διάσπαση β+, το πυρηνικό φορτίο μειώνεται κατά ένα (ο πυρήνας μετακινεί ένα κύτταρο στην αρχή του περιοδικού πίνακα), δηλαδή ένα από τα πρωτόνια του πυρήνα μετατρέπεται σε νετρόνιο, εκπέμποντας ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο (στο επίπεδο κουάρκ, αυτή η διαδικασία μπορεί να περιγραφεί ως ο μετασχηματισμός ενός από τα ου-κουάρκ σε ένα από τα πρωτόνια του πυρήνα σε d-κουάρκ· θα πρέπει να σημειωθεί ότι ένα ελεύθερο πρωτόνιο δεν μπορεί να διασπαστεί σε νετρόνιο, αυτό απαγορεύεται από ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας, επειδή ένα νετρόνιο είναι βαρύτερο από ένα πρωτόνιο· ωστόσο, στον πυρήνα μια τέτοια διαδικασία είναι δυνατή εάν η διαφορά μάζας μεταξύ του γονικού και του θυγατρικού ατόμου είναι θετική). Η διάσπαση ποζιτρονίων συνοδεύεται πάντα από μια ανταγωνιστική διαδικασία - σύλληψη ηλεκτρονίων. σε αυτή τη διαδικασία, ο πυρήνας συλλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο από το ατομικό κέλυφος και εκπέμπει ένα νετρίνο, ενώ το φορτίο του πυρήνα μειώνεται επίσης κατά ένα. Ωστόσο, δεν ισχύει το αντίθετο: για πολλά νουκλεΐδια που βιώνουν σύλληψη ηλεκτρονίων (ε-σύλληψη), η διάσπαση ποζιτρονίων απαγορεύεται από το νόμο διατήρησης της ενέργειας. ανάλογα με το ποια από τα ηλεκτρονιακά κελύφη του ατόμου (K, L, M, ...) συλλαμβάνεται ένα ηλεκτρόνιο κατά την ε-σύλληψη, η διαδικασία συμβολίζεται ως K-σύλληψη, L-σύλληψη, M-σύλληψη, ... ; Όλοι τους, παρουσία κατάλληλων κελυφών και επαρκούς ενέργειας διάσπασης, συνήθως ανταγωνίζονται, αλλά η σύλληψη K είναι πιο πιθανή, καθώς η συγκέντρωση ηλεκτρονίων στο κέλυφος Κ κοντά στον πυρήνα είναι υψηλότερη από ό,τι σε πιο απομακρυσμένα κελύφη. Μετά τη σύλληψη ενός ηλεκτρονίου, η προκύπτουσα κενή θέση στο φλοιό ηλεκτρονίων συμπληρώνεται με τη μεταφορά ενός ηλεκτρονίου από ένα υψηλότερο κέλυφος, αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι μια διαδικασία καταρράκτη (μετά τη μετάβαση, η κενή θέση δεν εξαφανίζεται, αλλά μετατοπίζεται σε υψηλότερη κέλυφος), και η ενέργεια μεταφέρεται από φωτόνια ακτίνων Χ ή/και ηλεκτρόνια Auger από διακριτό ενεργειακό φάσμα.

Κανόνας μετατόπισης Soddy για διάσπαση β+ και σύλληψη ηλεκτρονίων:

Παράδειγμα (ε-σύλληψη βηρυλλίου-7 σε λίθιο-7):

Μετά τη διάσπαση του ποζιτρονίου και την ε-σύλληψη, το στοιχείο μετατοπίζεται κατά 1 κύτταρο στην αρχή του περιοδικού πίνακα (το πυρηνικό φορτίο μειώνεται κατά ένα), ενώ ο μαζικός αριθμός του πυρήνα δεν αλλάζει.

διπλή αποσύνθεση βήτα

Κύριο άρθρο: διπλή αποσύνθεση βήτα

Ο σπανιότερος από όλους τους γνωστούς τύπους ραδιενεργής διάσπασης είναι η διπλή βήτα διάσπαση, έχει ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα μόνο για έντεκα νουκλεΐδια και ο χρόνος ημιζωής για οποιοδήποτε από αυτά υπερβαίνει τα 1019 χρόνια. Η διπλή διάσπαση βήτα, ανάλογα με το νουκλίδιο, μπορεί να συμβεί:

• με αύξηση του πυρηνικού φορτίου κατά 2 (στην περίπτωση αυτή, εκπέμπονται δύο ηλεκτρόνια και δύο αντινετρίνα, 2β- διάσπαση)
• με μείωση του πυρηνικού φορτίου κατά 2, ενώ εκπέμπονται δύο νετρίνα και
  • δύο ποζιτρόνια (διάσπαση δύο ποζιτρονίων, διάσπαση 2β+)
  • η εκπομπή ενός ποζιτρονίου συνοδεύεται από τη σύλληψη ενός ηλεκτρονίου από το κέλυφος (μετατροπή ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου ή διάσπαση εβ+)
  • συλλαμβάνονται δύο ηλεκτρόνια (σύλληψη διπλών ηλεκτρονίων, 2ε-σύλληψη).

Η διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνη έχει προβλεφθεί αλλά δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί.

Γενικές ιδιότητες της αποσύνθεσης βήτα

Όλοι οι τύποι διάσπασης βήτα διατηρούν τον μαζικό αριθμό του πυρήνα, αφού σε οποιαδήποτε διάσπαση βήτα ο συνολικός αριθμός νουκλεονίων στον πυρήνα δεν αλλάζει, μόνο ένα ή δύο νετρόνια μετατρέπονται σε πρωτόνια (ή το αντίστροφο).

Διάσπαση γάμμα (μετάβαση ισομερών)

Κύριο άρθρο: Ισομερισμός ατομικών πυρήνων

Σχεδόν όλοι οι πυρήνες έχουν, εκτός από τη βασική κβαντική κατάσταση, ένα διακριτό σύνολο διεγερμένων καταστάσεων με υψηλότερη ενέργεια (οι εξαιρέσεις είναι οι πυρήνες 1H, 2H, 3H και 3He). Οι διεγερμένες καταστάσεις μπορούν να κατοικηθούν κατά τη διάρκεια πυρηνικών αντιδράσεων ή ραδιενεργού αποσύνθεσης άλλων πυρήνων. Οι περισσότερες διεγερμένες καταστάσεις έχουν πολύ μικρή διάρκεια ζωής (λιγότερο από ένα νανοδευτερόλεπτο). Ωστόσο, υπάρχουν και αρκετά μακρόβιες καταστάσεις (η διάρκεια ζωής των οποίων μετριέται σε μικροδευτερόλεπτα, ημέρες ή χρόνια), οι οποίες ονομάζονται ισομερείς, αν και το όριο μεταξύ αυτών και των βραχύβιων καταστάσεων είναι πολύ αυθαίρετο. Οι ισομερείς καταστάσεις των πυρήνων, κατά κανόνα, διασπώνται στη θεμελιώδη κατάσταση (μερικές φορές μέσω πολλών ενδιάμεσων καταστάσεων). Σε αυτή την περίπτωση, εκπέμπονται ένα ή περισσότερα κβάντα γάμμα. η διέγερση του πυρήνα μπορεί επίσης να αφαιρεθεί με την εκπομπή ηλεκτρονίων μετατροπής από το ατομικό κέλυφος. Οι ισομερείς καταστάσεις μπορούν επίσης να διασπαστούν μέσω των συνηθισμένων διασπάσεων βήτα και άλφα.

Ειδικοί τύποι ραδιενέργειας

• Αυθόρμητη διαίρεση
• Ραδιενέργεια συστάδων
• διάσπαση πρωτονίων
• Ραδιενέργεια δύο πρωτονίων
• Ραδιενέργεια νετρονίων

δείτε επίσης

• Μονάδες ραδιενέργειας
• ισοδύναμο μπανάνας

Σημειώσεις

1. Φυσική Εγκυκλοπαίδεια / Κεφ. εκδ. A. M. Prokhorov. - Μ.: Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια, 1994. - Τόμος 4. Poynting - Robertson - Streamers. - S. 210. - 704 p. - 40.000 αντίτυπα. - ISBN 5-85270-087-8.
2. Manolov K., Tyutyunnik V. Βιογραφία του ατόμου. Atom - από το Κέμπριτζ στη Χιροσίμα. - Επεξεργασμένη λωρίδα. από τα βουλγαρικά .. - M .: Mir, 1984. - S. 20-21. - 246 σ.
3. A.N. Klimov. Πυρηνική φυσική και πυρηνικοί αντιδραστήρες. - Μόσχα: Energoatomizdat, 1985. - S. 352.
4. Bartolomey G.G., Baibakov V.D., Alkhutov M.S., Bat G.A. Βασικές αρχές της θεωρίας και μέθοδοι υπολογισμού των αντιδραστήρων πυρηνικής ενέργειας. - Μόσχα: Energoatomizdat, 1982.
5. I.R. Cameron, Πανεπιστήμιο του New Brunswick. πυρηνικούς αντιδραστήρες σχάσης. - Canada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.
6. Ι. Κάμερον. Πυρηνικοί αντιδραστήρες. - Μόσχα: Energoatomizdat, 1987. - S. 320.

Βιβλιογραφία

• Sivukhin DV Γενικό μάθημα φυσικής. - 3η έκδοση, στερεότυπη. - M.: Fizmatlit, 2002. - T. V. Ατομική και πυρηνική φυσική. - 784 σ. - ISBN 5-9221-0230-3.

p o r Σωματίδια στη φυσική (Κατάλογος σωματιδίων Κατάλογος οιονεί σωματιδίων Κατάλογος βαρυονίων Κατάλογος μεσονίων)

Στοιχειώδης σωματίδια
Μποζόνια	Μποζόνια μετρητή (γ g W± Z0) Μποζόνια Higgs (H0)
Υποθετικός
Αλλα	G A0 Dilaton J X Y W’ Z’ Αποστειρωμένο νετρίνο Ghost Chameleon Leptoquark Preon Planck σωματίδιο Maximon

Σύνθετος
σωματίδια Συνδέσεις
στοιχειώδες και/ή
συστατικών σωματιδίων Υποθετικός Αλλα
ταξινόμηση
σωματίδια Οιονεί σωματίδια Dropleton Davydov Soliton Exciton Biexciton Magnon Phonon Plasmon Polariton Polaron Ακαθαρσία Roton Biroton Τρύπα Electron Cooper ζεύγος Orbiton Trion Phazon Fluctuon Enion Holon και spinon

ραδιενεργή διάσπαση της Οθωμανικής, ραδιενεργή διάσπαση της Ρωμαϊκής, ραδιενεργή διάσπαση της ΕΣΣΔ, ραδιενεργή διάσπαση της Γιουγκοσλαβίας