Fizik nuklear ialah cabang fizik yang mengkaji struktur dan sifat nukleus atom. Fizik nuklear juga mengambil berat tentang kajian transformasi bersama nukleus atom, yang berlaku kedua-duanya sebagai hasil daripada pereputan radioaktif dan sebagai hasil daripada pelbagai tindak balas nuklear. Tugas utamanya adalah berkaitan dengan penjelasan sifat daya nuklear yang bertindak antara nukleon dan keanehan gerakan nukleon dalam nukleus. Proton dan neutron ialah zarah asas asas yang membentuk nukleus atom. Nukleon ialah zarah yang mempunyai dua keadaan cas yang berbeza: proton dan neutron. Caj teras- bilangan proton dalam nukleus, sama dengan nombor atom unsur dalam sistem berkala Mendeleev. isotop- nukleus mempunyai cas yang sama, jika bilangan jisim nukleon berbeza.

isobar- ini adalah nukleus dengan bilangan nukleon yang sama, dengan cas yang berbeza.

nuklida ialah kernel khusus dengan nilai. Tenaga pengikat khusus ialah tenaga pengikat bagi setiap nukleon nukleus. Ia ditentukan secara eksperimen. Keadaan Dasar Inti- ini adalah keadaan nukleus, yang mempunyai tenaga yang paling rendah, sama dengan tenaga pengikat. Keadaan nukleus yang teruja- ini adalah keadaan nukleus, yang mempunyai tenaga, tenaga pengikat yang besar. Dualisme gelombang korpuskular. kesan fotoelektrik Cahaya mempunyai sifat gelombang korpuskular dwi, ​​iaitu dualisme gelombang korpuskular: pertama: ia mempunyai sifat gelombang; kedua: ia bertindak sebagai aliran zarah - foton. Sinaran elektromagnet bukan sahaja dipancarkan oleh quanta, tetapi merambat dan diserap dalam bentuk zarah (korpuskel) medan elektromagnet - foton. Foton sebenarnya adalah zarah sedia ada medan elektromagnet. Kuantisasi ialah kaedah memilih orbit elektron yang sepadan dengan keadaan pegun atom.

RADIOAKTIVITI

Radioaktiviti - dipanggil keupayaan nukleus atom untuk mereput secara spontan dengan pelepasan zarah. Pereputan spontan isotop nukleus dalam persekitaran semula jadi dipanggil radioaktiviti semula jadi - ia adalah radioaktiviti yang boleh diperhatikan dalam isotop tidak stabil yang berlaku secara semula jadi. Dan dalam keadaan makmal akibat aktiviti manusia – radioaktiviti buatan - ialah keradioaktifan isotop yang diperoleh hasil daripada tindak balas nuklear. Radioaktiviti disertakan

perubahan satu unsur kimia kepada unsur kimia yang lain dan sentiasa disertai dengan pembebasan tenaga. Anggaran kuantitatif telah ditetapkan untuk setiap unsur radioaktif. Jadi, kebarangkalian pereputan satu atom dalam satu saat dicirikan oleh pemalar pereputan unsur ini, dan masa yang separuh daripada sampel radioaktif mereput dipanggil separuh hayat. Bilangan pereputan radioaktif dalam sampel dalam satu kedua dipanggil aktiviti dadah radioaktif. Unit aktiviti dalam sistem SI ialah Becquerel (Bq): 1 Bq = 1 pereputan / 1 s.

pereputan radioaktif ialah satu proses yang statik, di mana nukleus unsur radioaktif mereput secara bebas antara satu sama lain. JENIS-JENIS REPUTAN RADIOAKTIF

Jenis utama pereputan radioaktif ialah:

Alpha - pereputan

Zarah alfa dipancarkan hanya oleh nukleus berat, i.e. mengandungi sejumlah besar proton dan neutron. Kekuatan nukleus berat adalah rendah. Untuk meninggalkan nukleus, nukleon mesti mengatasi daya nuklear, dan untuk ini ia mesti mempunyai tenaga yang mencukupi. Apabila menggabungkan dua proton dan dua neutron menjadi zarah alfa, daya nuklear dalam gabungan sedemikian adalah yang paling kuat, dan ikatan dengan nukleon lain lebih lemah, jadi zarah alfa dapat "melarikan diri" daripada nukleus. Zarah alfa yang dipancarkan membawa pergi cas positif sebanyak 2 unit dan jisim 4 unit. Akibat pereputan alfa, unsur radioaktif bertukar menjadi unsur lain, nombor sirinya ialah 2 unit, dan nombor jisimnya kurang 4 unit. Nukleus yang mereput dipanggil induk, dan anak yang terbentuk. Nukleus anak perempuan biasanya juga radioaktif dan mereput selepas beberapa ketika. Proses pereputan radioaktif berterusan sehingga nukleus yang stabil, selalunya nukleus plumbum atau bismut, muncul.

pereputan beta

Fenomena pereputan beta ialah nukleus beberapa unsur secara spontan mengeluarkan elektron dan zarah asas jisim yang sangat kecil - antineutrino. Oleh kerana tiada elektron dalam nukleus, penampilan sinar beta daripada nukleus atom boleh dijelaskan oleh keupayaan neutron nukleus untuk mereput menjadi proton, elektron dan antineutrino. Proton yang muncul masuk ke dalam nukleus yang baru terbentuk. Elektron yang dipancarkan daripada nukleus adalah zarah sinaran beta. Proses pereputan neutron ini adalah tipikal untuk nukleus dengan sejumlah besar neutron. Hasil daripada pereputan beta, nukleus baru terbentuk dengan nombor jisim yang sama, tetapi dengan cas yang lebih besar mengikut kesatuan.

Pereputan gamma- tidak wujud. Dalam proses pelepasan radioaktif, nukleus atom boleh mengeluarkan gamma quanta. Pembebasan sinar gamma tidak disertai oleh pereputan nukleus atom. Sinaran gamma selalunya mengiringi fenomena pereputan alfa atau beta. Semasa pereputan alfa dan beta, nukleus yang baru terbentuk pada mulanya berada dalam keadaan teruja dan, apabila ia masuk ke dalam keadaan normal, ia mengeluarkan gamma quanta. Oleh kerana sinaran radioaktif terdiri daripada zarah alfa, zarah beta dan gamma quanta, fenomena radioaktiviti disertai dengan kehilangan jisim dan tenaga nukleus, atom dan jirim secara keseluruhan.

γ pereputan– pelepasan γ-quanta oleh nukleus atom;

pembelahan spontan- pereputan nukleus atom kepada dua atau tiga serpihan jisim sebanding.

16 Kimia - ini adalah satu daripada industri sains semula jadi, subjeknya ialah unsur kimia ( atom), bahan mudah dan kompleks (molekul) yang dibentuk oleh mereka, perubahannya dan undang-undang yang mana transformasi ini tertakluk.

Kimia- sains unsur kimia, sebatian dan transformasinya yang berlaku akibat tindak balas kimia. Ia mengkaji bahan apa yang terdiri daripada objek ini atau itu; kenapa dan bagaimana ia berkarat besi, dan mengapa timah tidak berkarat; apa yang berlaku kepada makanan dalam badan; mengapa larutan garam mengalirkan elektrik, tetapi larutan gula tidak; mengapa beberapa perubahan kimia berlaku dengan cepat dan yang lain perlahan.

Kimia- Sains komposisi, struktur, perubahan dan transformasi, serta pembentukan bahan mudah dan kompleks baharu. Kimia, kata Engels, boleh dipanggil sains perubahan kualitatif dalam badan yang berlaku di bawah pengaruh perubahan dalam komposisi kuantitatif.

Kimia.- Yunani. sains penguraian dan komposisi bahan, badan, pencarian unsur-unsur yang tidak boleh terurai, asas.

Kimia secara agak sewenang-wenangnya dibahagikan kepada beberapa bahagian yang tidak dapat dibezakan dengan jelas sama ada dari bidang kimia lain atau dari sains lain (fizik, geologi, biologi). Kimia tak organik berkaitan dengan kajian sifat kimia unsur dan sebatiannya, kecuali kebanyakan sebatian karbon.

Kimia organik mengkaji sebatian yang terdiri terutamanya daripada karbon dan hidrogen. Oleh kerana atom karbon boleh bergabung antara satu sama lain untuk membentuk cincin dan rantai panjang, kedua-dua linear dan bercabang, terdapat ratusan ribu sebatian tersebut. Arang batu dan minyak terdiri daripada sebatian organik, ia membentuk asas organisma hidup. Ahli kimia organik telah mempelajari cara mendapatkan gentian sintetik, racun perosak, pewarna, dadah, plastik dan banyak lagi perkara berguna daripada arang batu, minyak, bahan tumbuhan.

Radiokimia - ia adalah sains tindakan kimia sinaran tenaga tinggi pada bahan; ia juga mengkaji kelakuan isotop radioaktif Kimia fizikal menggunakan kaedah fizikal untuk mengkaji sistem kimia. Tempat yang besar di dalamnya diduduki oleh persoalan tenaga proses kimia; cabang kimia yang sepadan dipanggil termodinamik kimia. Bidang yang paling penting termasuk kinetik kimia dan struktur molekul. Elektrokimia ialah kajian proses kimia yang berlaku di bawah pengaruh arus elektrik, serta kaedah penjanaan elektrik dengan kaedah kimia. Antara bidang lain, kita harus perhatikan kimia koloid (ia berkaitan dengan kajian kelakuan sistem tersebar), kimia fenomena permukaan, dan mekanik statistik.

Kimia Analisis - cabang kimia tertua. Ia berkaitan dengan penguraian bahan kompleks kepada yang lebih mudah, analisis bahan itu sendiri dan komponennya. Hari ini, ia secara meluas menggunakan peralatan fizikal dan komputer yang kompleks untuk mengautomasikan proses rutin, pengumpulan dan pemprosesan data.

Biokimia mengkaji proses kimia paling kompleks yang berlaku dalam organisma hidup. Seorang ahli biokimia mesti mengetahui kimia organik secara terperinci, menguasai banyak kaedah analisis kimia dan fizikal. Biokimia dan biologi molekul bersebelahan dengan biokimia.

Geokimia berkaitan dengan kajian proses kimia yang berlaku dalam kerak bumi. Ia mengkaji pembentukan mineral, metamorfosis batuan, pembentukan minyak, bersilang dengan kimia organik dan biokimia, serta fizik dan kimia fizikal.

Unsur kimia ialah bahan ringkas yang terdiri daripada atom-atom yang sama.

Sifat unsur kimia yang berbeza adalah berbeza, contohnya, banyak unsur kimia ditemui dalam alam semula jadi dalam bentuk tulennya, beberapa unsur kimia boleh diasingkan daripada bahan kompleks melalui penguraian, atau unsur kimia baru boleh disintesis secara buatan.

Atom unsur kimia adalah sejenis bahan binaan dari mana semua badan di sekeliling kita dibina.

Secara semula jadi, terdapat kira-kira seratus unsur kimia yang berbeza. Dan seratus elemen inilah yang menjadi asas kepada segala sesuatu yang mengelilingi kita. Atom boleh digabungkan menjadi molekul dengan cara yang sama sekali berbeza, yang tidak bernombor.

Antara lain, masing-masing unsur kimia mempunyai nama tersendiri. Semua orang mungkin pernah mendengar nama seperti: sulfur, hidrogen, merkuri, arsenik dan lain-lain. Ini adalah nama-nama unsur kimia. Tetapi sebagai tambahan kepada nama bahasa Rusia mereka, unsur kimia juga mempunyai sebutan standard antarabangsa. Sebagai contoh, hidrogen dilambangkan sebagai H, oksigen sebagai O, dan seterusnya.

Bahan paling kerap mengelaskan mengikut dua penunjuk yang paling penting - struktur dan komposisi mereka.

molekul dan bukan molekul . Bahan molekul, iaitu, bahan yang terdiri daripada molekul, adalah sebahagian besar. Dalam bahan bukan molekul, atom serta-merta membentuk badan makroskopik, tanpa terlebih dahulu bergabung menjadi molekul.

Untuk bahan struktur bukan molekul, hanya formula empirik yang menjadi ciri, menunjukkan atom dan dalam kuantiti apa yang terkandung dalam serpihan berulang. Dalam contoh kami, formula empirik bahan itu ialah SiO 2, dan ini tidak lebih daripada pasir yang paling biasa.

organik dan bukan organik. Perkataan organik berasal dari perkataan organisma, iaitu hidup, hidup. Sesungguhnya, semua bahan hidup di Bumi terdiri daripada pelbagai jenis bahan organik. Beberapa abad yang lalu, dipercayai bahawa bahan organik hanya boleh didapati dalam tumbuh-tumbuhan dan haiwan, tetapi hari ini kita bertemu dengannya jauh melebihi hidupan liar: ini adalah plastik, plastik, pelekat, cat, fabrik sintetik dan banyak bahan lain.

Bahan organik berhutang kewujudannya kepada satu unsur - karbon. Tidak seperti unsur lain, ia adalah karbon yang mempunyai sifat yang menakjubkan: atomnya dapat bergabung secara langsung antara satu sama lain, membentuk semua jenis rantai dan cincin.

rantai karboncincin karbon

Bahan yang berasaskan rantai karbon dan cincin dipanggil organik. Sebagai contoh, rantai di atas boleh menjadi asas kepada molekul organik tersebut

Semua bahan lain, iaitu, tidak mengandungi rantai karbon dan cincin, dipanggil bukan organik . Walau bagaimanapun, adalah salah untuk berfikir bahawa mereka tidak boleh menjadi sebahagian daripada organisma hidup. Jadi, air - bahan yang tanpanya kehidupan umumnya tidak dapat difikirkan, jelas bukan organik. Pada carta ( nasi. 2) dapat dilihat bahawa terdapat lebih sedikit bahan bukan organik daripada bahan organik: hanya kira-kira 700 ribu, walaupun pada hakikatnya ia menyumbang kepada semua unsur kimia lain. Bahan bukan organik pula membentuk dua kumpulan yang luas: mudah dan kompleks.

Mudah dipanggil bahan yang terdiri daripada atom hanya satu unsur, contohnya H 2, O 2, Fe, Au. Sebagai peraturan, unsur dan bahan mudah yang dibentuk olehnya mempunyai nama yang sama: hidrogen, oksigen, besi, emas. Bahan mudah, serta unsur kimia yang sepadan, dibahagikan kepada dua kelas: logam dan bukan logam. Logam berbeza daripada bukan logam dalam kekonduksian haba dan elektrik yang baik, kebolehtempaan, ciri kilauan (Rajah 3) dan beberapa sifat lain.

kompleks dipanggil bahan bukan organik yang dibentuk oleh atom unsur yang berbeza. Bahan kompleks, atau, kerana ia juga dipanggil - sebatian kimia, - sangat pelbagai dalam struktur dan sifat. Mereka membentuk sebahagian besar alam semula jadi tidak bernyawa (Rajah 4), walaupun, seperti yang kita sedia maklum, mereka juga boleh ditemui dalam organisma hidup.

Nukleus atom adalah stabil, tetapi berubah keadaannya apabila nisbah tertentu proton dan neutron dilanggar. Dalam nukleus ringan, perlu ada bilangan proton dan neutron yang lebih kurang sama. Sekiranya terdapat terlalu banyak proton atau neutron dalam nukleus, maka nukleus tersebut tidak stabil dan mengalami transformasi radioaktif spontan, akibatnya komposisi nukleus berubah dan, akibatnya, nukleus atom satu unsur bertukar menjadi nukleus daripada atom unsur lain. Semasa proses ini, sinaran nuklear dipancarkan.

Terdapat jenis utama transformasi nuklear atau jenis pereputan radioaktif berikut: pereputan alfa dan pereputan beta (elektron, positron dan K-capture), penukaran dalaman.

Pereputan alfa - ialah pelepasan isotop radioaktif zarah alfa daripada nukleus. Disebabkan kehilangan dua proton dan dua neutron dengan zarah alfa, nukleus yang mereput bertukar menjadi nukleus lain, di mana bilangan proton (cas nuklear) berkurangan sebanyak 2, dan bilangan zarah (nombor jisim) sebanyak 4. Oleh itu , untuk pereputan radioaktif tertentu, mengikut peraturan anjakan (anjakan), yang dirumuskan oleh Fajans dan Soddy (1913), unsur (anak perempuan) yang terhasil dialihkan ke kiri berbanding dengan asal (induk) dua sel ke kiri dalam sistem berkala D. I. Mendeleev. Proses pereputan alfa secara umum ditulis seperti berikut:

di mana X ialah simbol nukleus awal, Y ialah simbol nukleus hasil pereputan; 4 2 Dia ialah zarah alfa, Q ialah tenaga berlebihan yang dibebaskan.

Sebagai contoh, pereputan nukleus radium-226 disertai dengan pelepasan zarah alfa, manakala nukleus radium-226 bertukar menjadi nukleus radon-222:

Tenaga yang dibebaskan semasa pereputan alfa dibahagikan antara zarah alfa dan nukleus dalam perkadaran songsang kepada jisimnya. Tenaga zarah alfa berkait rapat dengan separuh hayat radionuklid tertentu (hukum Geiger-Nettol) . Ini menunjukkan bahawa, mengetahui tenaga zarah alfa, adalah mungkin untuk menetapkan separuh hayat, dan untuk mengenal pasti radionuklid mengikut separuh hayat. Sebagai contoh, nukleus polonium-214 dicirikan oleh nilai tenaga zarah alfa E = 7.687 MeV dan T 1/2 = 4.510 -4 s, manakala untuk nukleus uranium-238 E = 4.196 MeV dan T 1 /2 = 4, 510 9 tahun. Di samping itu, didapati bahawa semakin tinggi tenaga pereputan alfa, semakin cepat ia berlaku.

Pereputan alfa ialah transformasi nuklear yang agak biasa bagi nukleus berat (uranium, torium, polonium, plutonium, dll. dengan Z > 82); lebih 160 nukleus pemancar alfa kini diketahui.

Pereputan beta - transformasi spontan neutron menjadi proton atau proton menjadi neutron di dalam nukleus, disertai dengan pelepasan elektron atau positron dan antineutrino atau neutrino e.

Sekiranya terdapat lebihan neutron dalam nukleus ("neutron overload" nukleus), maka pereputan beta elektron berlaku, di mana salah satu neutron bertukar menjadi proton, memancarkan elektron dan antineutrino:

.

Semasa pereputan ini, caj nukleus dan, dengan itu, nombor atom nukleus anak perempuan meningkat sebanyak 1, tetapi nombor jisim tidak berubah, iaitu, unsur anak dialihkan dalam sistem berkala D. I. Mendeleev oleh satu sel ke hak yang asal. Proses pereputan beta secara umum ditulis seperti berikut:

.

Dengan cara ini, nukleus dengan lebihan neutron akan mereput. Sebagai contoh, pereputan nukleus strontium-90 disertai dengan pelepasan elektron dan perubahannya menjadi yttrium-90:

Selalunya, nukleus unsur-unsur yang terbentuk semasa pereputan beta mempunyai tenaga yang berlebihan, yang dikeluarkan oleh pancaran satu atau lebih sinar gamma. Sebagai contoh:

Pereputan beta elektronik adalah ciri banyak unsur radioaktif semula jadi dan buatan.

Jika nisbah neutron dan proton yang tidak menguntungkan dalam nukleus adalah disebabkan oleh lebihan proton, maka pereputan beta positron berlaku, di mana nukleus mengeluarkan positron dan neutrino akibat daripada perubahan proton menjadi neutron di dalam nukleus. :

Caj nukleus dan, dengan itu, nombor atom unsur kanak-kanak berkurangan sebanyak 1, nombor jisim tidak berubah. Elemen anak akan menduduki tempat dalam sistem berkala D. I. Mendeleev satu sel di sebelah kiri induk:

Pereputan positron diperhatikan dalam beberapa isotop yang dihasilkan secara buatan. Sebagai contoh, pereputan isotop fosforus-30 dengan pembentukan silikon-30:

Positron, terbang keluar dari nukleus, mengoyakkan elektron "tambahan" (terikat lemah ke nukleus) dari kulit atom atau berinteraksi dengan elektron bebas, membentuk pasangan "positron-elektron". Disebabkan fakta bahawa zarah dan antizarah serta-merta musnah dengan pembebasan tenaga, pasangan yang terbentuk bertukar menjadi dua gamma quanta dengan tenaga yang setara dengan jisim zarah (e + dan e -). Proses transformasi sepasang "positron-elektron" kepada dua gamma quanta dipanggil penghapusan (annihilation), dan sinaran elektromagnet yang terhasil dipanggil penghapusan. Dalam kes ini, satu bentuk jirim (zarah jirim) diubah menjadi yang lain (radiasi). Ini disahkan oleh kewujudan tindak balas terbalik - tindak balas pembentukan pasangan, di mana sinaran elektromagnet tenaga yang cukup tinggi, melepasi dekat nukleus di bawah tindakan medan elektrik yang kuat atom, bertukar menjadi pasangan elektron-positron.

Oleh itu, semasa pereputan beta positron, pada akhirnya, bukan zarah yang terbang keluar dari nukleus induk, tetapi dua gamma quanta dengan tenaga 0.511 MeV setiap satu, sama dengan tenaga yang setara dengan jisim zarah yang lain - positron dan elektron. E \u003d 2m e c 2 \u003d 1.022 MeV .

Transformasi nukleus boleh dilakukan dengan penangkapan elektron, apabila salah satu proton nukleus secara spontan menangkap elektron dari salah satu cangkang dalam atom (K, L, dll.), Selalunya dari cangkang K, dan bertukar menjadi neutron. Proses ini juga dipanggil K-capture. Proton bertukar menjadi neutron mengikut tindak balas berikut:

Dalam kes ini, cas nuklear berkurangan sebanyak 1, dan nombor jisim tidak berubah:

Sebagai contoh,

Dalam kes ini, tempat yang dikosongkan oleh elektron diduduki oleh elektron dari kulit luar atom. Hasil daripada penyusunan semula kulit elektron, kuantum sinar-x dipancarkan. Atom masih mengekalkan neutraliti elektrik, kerana bilangan proton dalam nukleus semasa penangkapan elektron berkurangan sebanyak satu. Oleh itu, pereputan jenis ini membawa kepada keputusan yang sama seperti pereputan beta positron. Ia adalah tipikal, sebagai peraturan, untuk radionuklid tiruan.

Tenaga yang dikeluarkan oleh nukleus semasa pereputan beta radionuklid tertentu sentiasa malar, tetapi disebabkan oleh fakta bahawa pereputan jenis ini menghasilkan bukan dua, tetapi tiga zarah: nukleus mundur (anak perempuan), elektron (atau positron) dan neutrino, tenaga adalah berbeza dalam setiap tindakan pereputan, ia diagihkan semula antara elektron (positron) dan neutrino, kerana nukleus anak perempuan sentiasa membawa pergi bahagian tenaga yang sama. Bergantung pada sudut pengembangan, neutrino boleh membawa lebih atau kurang tenaga, akibatnya elektron boleh menerima sebarang tenaga dari sifar hingga beberapa nilai maksimum. Akibatnya, semasa pereputan beta, zarah beta radionuklid yang sama mempunyai tenaga yang berbeza, daripada sifar kepada beberapa ciri nilai maksimum bagi pereputan radionuklid tertentu. Dengan tenaga sinaran beta, hampir mustahil untuk mengenal pasti radionuklid.

Sesetengah radionuklid boleh mereput secara serentak dalam dua atau tiga cara: melalui pereputan alfa dan beta dan melalui K-capture, gabungan tiga jenis pereputan. Dalam kes ini, transformasi dijalankan dalam nisbah yang ditentukan dengan ketat. Jadi, sebagai contoh, radioisotop semula jadi berumur panjang potassium-40 (T 1/2 \u003d 1.4910 9 tahun), yang kandungannya dalam kalium semulajadi ialah 0.0119%, mengalami pereputan beta elektronik dan penangkapan K:

(88% - pereputan elektronik),

(12% - K-capture).

Daripada jenis pereputan yang diterangkan di atas, dapat disimpulkan bahawa pereputan gamma dalam "bentuk tulen" tidak wujud. Sinaran gamma hanya boleh mengiringi pelbagai jenis pereputan. Apabila sinaran gamma dipancarkan dalam nukleus, nombor jisim mahupun casnya tidak berubah. Akibatnya, sifat radionuklid tidak berubah, tetapi hanya tenaga yang terkandung dalam nukleus berubah. Sinaran gamma dipancarkan semasa peralihan nukleus daripada aras teruja ke aras yang lebih rendah, termasuk aras tanah. Sebagai contoh, semasa pereputan cesium-137, nukleus barium-137 yang teruja terbentuk. Peralihan daripada keadaan teruja kepada stabil disertai dengan pelepasan gamma quanta:

Oleh kerana jangka hayat nukleus dalam keadaan teruja adalah sangat singkat (biasanya t10 -19 s), maka semasa pereputan alfa dan beta, kuantum gamma terbang keluar hampir serentak dengan zarah bercas. Prosiding daripada ini, proses sinaran gamma tidak dibezakan sebagai jenis pereputan bebas. Dengan tenaga sinaran gamma, dan juga dengan tenaga sinaran alfa, adalah mungkin untuk mengenal pasti radionuklid.

penukaran dalaman. Keadaan teruja (akibat daripada satu atau satu lagi transformasi nuklear) nukleus atom menunjukkan kehadiran lebihan tenaga di dalamnya. Nukleus teruja boleh berpindah ke keadaan dengan tenaga yang lebih rendah (keadaan normal) bukan sahaja dengan memancarkan sinar gamma atau lemparan zarah, tetapi juga melalui penukaran dalaman, atau penukaran dengan pembentukan pasangan elektron-positron.

Fenomena penukaran dalaman terdiri daripada fakta bahawa nukleus memindahkan tenaga pengujaan ke salah satu elektron lapisan dalam (K-, L- atau M-lapisan), yang, akibatnya, pecah dari atom. Elektron sedemikian dipanggil elektron penukaran. Akibatnya, pelepasan elektron penukaran adalah disebabkan oleh interaksi elektromagnet langsung nukleus dengan elektron kulit. Elektron penukaran mempunyai spektrum tenaga garis, berbeza dengan elektron pereputan beta, yang memberikan spektrum berterusan.

Jika tenaga pengujaan melebihi 1.022 MeV, maka peralihan nukleus ke keadaan normal boleh disertai dengan pelepasan pasangan elektron-positron, diikuti dengan penghapusan mereka. Selepas penukaran dalaman telah berlaku, tapak "kosong" bagi elektron penukaran yang dikeluarkan muncul dalam kulit elektron atom. Salah satu elektron lapisan yang lebih jauh (dari tahap tenaga yang lebih tinggi) melakukan peralihan kuantum ke tempat "kosong" dengan pancaran sinaran sinar-X ciri.

Kuliah 5. Pereputan radioaktif. Corak umum

5.1. Intipati fenomena radioaktiviti. Penemuan dan kajian fenomena pereputan radioaktif merupakan langkah pertama ke arah memahami struktur nukleus dan sifat zarah asas. Perkembangan penyelidikan dalam bidang ini berlaku pada kadar yang semakin meningkat, bermula dari akhir abad ke-19, dan berterusan pada masa sekarang.

Pada tahun 1896, Henri Becquerel menemui keradioaktifan uranium (92 U). Tidak lama kemudian, didapati bahawa sebatian torium (90 Th) juga mempunyai radioaktiviti. Pada tahun 1898, Pierre Curie dan Maria Sklodowska-Curie mengasingkan radium (88 Ra) dan polonium (84 Po) daripada bijih uranium, yang radioaktivitinya ternyata berjuta-juta kali lebih kuat daripada uranium dan torium. Walau bagaimanapun, sifat keradioaktifan menjadi jelas hanya selepas Rutherford dan Soddy menunjukkan bahawa keradioaktifan unsur disertai dengan perubahannya kepada unsur kimia lain (dengan itu postulat kebolehubah atom telah disangkal).

Fenomena radioaktiviti terdiri daripada pereputan spontan nukleus dengan pelepasan satu atau lebih zarah. Akibat pereputan, nukleus boleh mengubah cara cas Z, dan nombor jisim DAN. Nukleus yang mengalami pereputan spontan dipanggil radioaktif, dan tidak mengalami - stabil. Walau bagaimanapun, pembahagian sedemikian sebahagian besarnya adalah sewenang-wenangnya, dan dalam praktiknya, nukleus tersebut dianggap sebagai radioaktif, yang pereputannya boleh dikesan oleh kaedah fizikal sedia ada pada masa ini.

Julat jangka hayat radionuklid meliputi selang masa daripada panjang sewenang-wenangnya kepada ketara lebih lama daripada masa nuklear. τ i= 10 -22 saat. Adalah dipercayai bahawa perubahan dalam komposisi nukleus akibat pereputan radioaktif harus berlaku tidak lebih awal daripada 10-12 s selepas kelahirannya: dalam masa ini (sangat lama pada skala nuklear), semua proses intranuklear berlalu, dan nukleus telah masa untuk membentuk sepenuhnya. Jika purata jangka hayat nukleus kurang daripada 10–12 s, pereputan tidak lagi dianggap sebagai radioaktif. Oleh itu, dalam tindak balas nuklear, agregat jangka pendek nukleon terbentuk, yang sangat teruja dan mereput dengan begitu cepat sehingga tidak boleh dianggap sebagai nukleus atom yang terbentuk.

Pereputan radioaktif dicirikan oleh kadarnya, jenis zarah yang dipancarkan dan tenaganya, dan apabila beberapa zarah dipancarkan daripada nukleus, juga oleh sudut relatif antara arah pelepasan zarah. Terdapat jenis utama pereputan radioaktif berikut: 1) α- pereputan; 2) β- pereputan; 3) γ- pereputan; 4) pembelahan spontan. Terdapat beberapa jenis pereputan lain, yang diperhatikan agak jarang.

Semasa pereputan α, nukleus mengeluarkan zarah α ():

.

Nukleus baru terbentuk, nombor jisimnya kurang daripada yang asal sebanyak 4 unit, dan cas - sebanyak 2 unit, i.e. Δ DAN= –4, ∆ Z= –2.

Dalam pereputan β, salah satu daripada tiga proses berikut adalah mungkin:

a) pelepasan elektron dan antineutrino (β - - pereputan)

;

b) pelepasan positron dan neutrino (β + - pereputan)

;

c) penangkapan elektron orbit dan pelepasan neutrino ( tangkapan elektronik)

.

Oleh itu, dalam proses pereputan β Δ DAN= 0, dan Δ Z= ±1 (tanda “+” sepadan dengan β – pereputan, dan tanda “–” sepadan dengan pereputan β + dan penangkapan elektron).

Peralihan isomer ialah pancaran foton bertenaga tinggi (γ- kuantum):

Dalam kes ini, cas dan nombor jisim nukleus tidak berubah, hanya keadaan tenaganya sahaja yang berubah.

Hasil pembelahan spontan ialah pembentukan dua serpihan yang setanding dalam jisim dan pelepasan beberapa (dua atau tiga) neutron:

Keadaan yang perlu (tetapi tidak selalu mencukupi) untuk pereputan radioaktif ialah kecekapan tenaga: jisim pereputan ( ibu) nukleus mesti melebihi jumlah jisim yang terbentuk ( anak syarikat) nukleus dan zarah yang dipancarkan:

.

Ia berikutan bahawa pereputan radioaktif adalah proses eksotermik, i.e. datang dengan pembebasan tenaga

Tenaga yang dilepaskan E ialah jumlah tenaga kinetik semua hasil pereputan. Seperti yang telah dinyatakan, keadaan positif itu sendiri E tidak mencukupi untuk nukleus mengalami pereputan jenis ini. Pereputan yang dibenarkan secara bertenaga boleh dilarang oleh undang-undang pemuliharaan lain: momentum sudut, cas elektrik, dsb. Sebaliknya, jika tiada larangan yang ketat, sebarang proses yang menggalakkan secara bertenaga semestinya akan berlaku dengan satu atau yang lain (walaupun semakin kecil) kebarangkalian.

5.2. Undang-undang asas pereputan radioaktif. Aktiviti. Pereputan radioaktif adalah akibat daripada ketidakstabilan nukleus, atau, lebih tepat lagi, keadaannya. Adalah mustahil untuk mempengaruhi perjalanan pereputan tanpa mengubah keadaan nukleus atom, oleh itu, perubahan suhu, tekanan atau keadaan pengagregatan bahan, medan elektrik dan magnet, mahupun tindak balas kimia di mana radionuklid tidak mempengaruhi. pereputan radioaktif.

Pemerhatian menunjukkan bahawa pereputan radioaktif adalah proses statistik. Jadi, sebagai contoh, di bawah keadaan yang sama untuk tempoh masa yang sama, anda boleh mendaftarkan beberapa pereputan, atau anda tidak boleh mendaftar apa-apa. Namun begitu purata kadar pereputan radionuklid, dikira daripada pemerhatian sejumlah besar pereputan nukleus individu, ternyata malar dalam sebarang ukuran bebas di bawah sebarang keadaan. Dalam kes ini, kinetik pereputan akan diterangkan seperti berikut. Biarkan pada satu ketika t terdapat ensemble daripada N nukleus radioaktif yang sama. Mari kita andaikan bahawa semasa dt putus cinta dN nukleus. Nilai dN akan berkadar dengan masa dt dan bilangan teras N:

di mana λ ialah pekali kekadaran yang mencirikan purata kadar pereputan radionuklid tertentu dan dipanggil pemalar pereputan. Tanda tolak bermakna bilangan nukleus yang tidak reput berkurangan dengan masa. Mengasingkan pembolehubah dan menyepadukan, kita dapat:

, (5.3)

di mana N 0 ialah bilangan nukleus radioaktif pada t= 0. Kesamaan (5.3) dipanggil undang-undang asas pereputan radioaktif.

Malar pereputan λ boleh dikaitkan dengan purata masa hidup nukleus radioaktif τ . Untuk melakukan ini, kami merancang lengkung pereputan radioaktif dalam koordinat N/N 0 – t(Gamb. 5.1). Selaras dengan takrifan matematik bagi nilai min sesuatu fungsi (dalam julat dari 0 hingga 1),

.

Diberi bahawa nilai kamiran adalah sama dengan luas S(berlorek dalam Rajah 5.1), serta hakikat bahawa kawasan itu tidak bergantung pada kaedah pengiraannya, kami mempunyai:

.

Menggunakan (5.3), kita dapati nilai kamiran terakhir:

.

Oleh itu, purata jangka hayat nukleus

Sebagai ciri kadar pereputan radionuklid, dalam amalan, nilai lain sering digunakan - separuh hayat T 1/2. Ini adalah masa di mana bilangan teras dibelah dua. Terdapat juga hubungan mudah antara separuh hayat dan pemalar reputan: dari (5.3) selepas menggantikan N = N 0 /2 dan mengambil logaritma, kita dapat

Kami menekankan sekali lagi bahawa pereputan berterusan λ - kuantiti yang tidak bergantung pada masa, kerana momen masa yang berbeza tidak dikhususkan di hadapan satu sama lain dari segi pereputan nukleus yang akan datang. Oleh kerana itu, tiada konsep umur untuk nukleus radioaktif: mereka tidak "menjadi tua dan tidak merosot." Radionuklid yang dihasilkan dalam reaktor dan pemecut mereput pada kadar purata yang sama seperti radionuklida asal semula jadi yang terbentuk bertahun-tahun yang lalu. Itulah sebabnya separuh hayat boleh digunakan untuk mengenal pasti radionuklid. Walau bagaimanapun, sebelum beralih kepada kaedah pengukuran T 1/2 , kami memperkenalkan satu definisi yang lebih penting.

Dalam amalan, seseorang sering perlu berurusan dengan sejumlah kecil radionuklid, apabila unit biasa untuk mengukur jisim atau jumlah bahan (gram, tahi lalat, dll.) ternyata lebih daripada berlebihan. Sebaliknya, untuk menentukan jumlah radionuklid, pendaftaran sinaran yang dipancarkan olehnya (α-, β-, γ-, neutron, dll.) paling kerap digunakan. Oleh itu, adalah lebih suai manfaat untuk mencirikan kuantiti ini mengikut unit aktiviti, iaitu bilangan teras n mereput per unit masa. Aktiviti radionuklid adalah berkaitan dengan bilangan nukleusnya seperti berikut:

. (5.6)

Unit aktiviti dalam sistem SI ialah satu perpecahan sesaat, atau satu becquerel(Bq). Selalunya digunakan dan unit luar sistem - curie(Ki). 1 Ci ialah aktiviti sampel radioaktif sedemikian, di mana 3.7 10 10 pereputan berlaku dalam 1 saat (1 Ci = 3.7 10 10 Bq). Dari segi sejarah, unit terakhir berhutang penampilannya dengan penemuan radium: satu curie kira-kira sepadan dengan aktiviti satu gram isotop 226 Ra.

Penentuan eksperimen separuh hayat (pemalar pereputan) radionuklid dijalankan menggunakan pengesan sinaran nuklear. Mengetahui bilangan teras N dan mengukur aktiviti dengan pengesan DAN, seseorang boleh menentukan pemalar pereputan daripada kesamaan (5.6). Kaedah sedemikian akaun mutlak sesuai untuk radionuklid tahan lama yang aktivitinya semasa eksperimen (termasuk, mengikut definisi, N) kekal hampir tidak berubah. Jika tidak, kaedah itu digunakan definisi langsung. Bilangan zarah (α-, β-, γ - quanta, neutron) direkodkan oleh pengesan dalam selang masa yang singkat, berkadaran dengan aktiviti pada masa pengukuran. Sebaliknya,

. (5.7)

Oleh itu, pergantungan kadar kiraan zarah oleh pengesan dalam koordinat semilogaritma ialah garis lurus, cerunnya ialah pemalar reputan. λ .

Kaedah penentuan langsung digunakan apabila separuh hayat berjulat dari beberapa minit hingga beberapa hari atau minggu. Untuk radionuklid hidup lebih pendek, kesukaran yang berkaitan dengan menentukan masa yang telah berlalu sejak permulaan eksperimen pada masa ini membantu mengatasi litar elektronik yang menghidupkan dan mematikan pengesan pada selang masa yang pendek dan ketat.

5.3. Sifat statistik pereputan radioaktif. Seperti yang dinyatakan di atas, undang-undang mengurangkan bilangan nukleus radioaktif dipenuhi secara statistik, i.e. lebih tepat lagi besar nombornya. Pereputan berasingan berlaku sepenuhnya secara rawak: adalah mustahil untuk meramalkan pada masa yang mana nukleus ini atau itu akan mereput. Oleh itu, bilangan pereputan seunit masa adalah pembolehubah rawak. Dalam bahagian ini, kita akan mencari bentuk taburan pembolehubah rawak ini dan menentukan berapa besar sisihan kadar pereputan daripada nilai min.

Pertimbangkan pereputan dalam ensemble N 0 nukleus radioaktif dari semasa ke semasa t. Teras ensembel boleh dibahagikan kepada dua kumpulan. Yang pertama termasuk nukleus yang akan mereput dalam masa t, dalam yang kedua - yang tidak akan runtuh pada masa ini. Kebarangkalian pereputan satu nukleus hlm = 1 – q. Kemudian kebarangkalian peristiwa kompleks itu, apabila selepas tamat masa t runtuh n teras daripada N 0 , akan sama dengan

, (5.8)

di manakah kebarangkalian pereputan n nukleus kumpulan pertama, ialah kebarangkalian bahawa nukleus kumpulan kedua tidak akan reput,

(5.9)

- bilangan cara untuk dipilih n teras daripada jumlah bilangan N 0 . Ketagihan W(n) kebarangkalian kejadian rawak daripada ciri kuantitatif n dalam borang yang kami terima dipanggil taburan binomial pembolehubah rawak diskret, kerana ia boleh diwakili sebagai salah satu istilah pengembangan binomial Newton:

(daripada kesamaan terakhir dapat dilihat bahawa jumlah kebarangkalian semua kejadian yang mungkin adalah sama dengan satu). Ia boleh ditunjukkan (lihat LAMPIRAN D) bahawa bagi taburan binomial nilai min

. (5.10)

Bilangan sebenar pereputan, sebagai pembolehubah rawak, sentiasa lebih kurang berbeza daripada purata. Untuk menganggar sebaran nilai pembolehubah rawak, varians digunakan D, ditakrifkan sebagai kuasa dua min sisihan daripada min:

.

Untuk taburan binomial

Hukum taburan binomial boleh dipermudahkan jika syarat berikut dipenuhi: n << N 0 dan 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)

Berbeza dengan taburan binomial (5.8), yang dicirikan oleh dua parameter ( N 0 dan R), ia mengandungi hanya satu parameter. Eksperimen untuk menentukan bilangan sebenar pereputan seunit masa memberikan hasil yang sesuai dengan taburan ini. Varians pembolehubah rawak yang diedarkan mengikut hukum Poisson,

Keputusan ini mengikuti terus daripada (5.11) jika R<< 1.

Taburan Poisson ditakrifkan untuk nilai integer n. Dalam kes ini, lengkung licin boleh dilukis melalui titik yang sepadan. Untuk nilai kecil, lengkung asimetri diperolehi. Apabila , dan dengan itu bilangan titik, bertambah, lengkung menjadi lebih simetri, dan maksimumnya jatuh pada (Rajah 5.2). Oleh itu, untuk >> 1, bilangan pereputan boleh dianggap sebagai pembolehubah rawak berterusan yang diedarkan secara normal, atau mengikut hukum Gauss:

. (5.14)

Varians taburan normal (5.14) dikaitkan dengan min dengan cara yang sama seperti dalam taburan Poisson: .

Terbitan min dan varian bagi taburan binomial, serta hubungan antara tiga taburan, diberikan dalam LAMPIRAN D.

Untuk menentukan selang keyakinan bagi kuantiti taburan normal n gunakan ungkapan berikut:

di mana k P ialah kuantiti taburan normal yang sepadan dengan tahap keyakinan yang dipilih R. Dalam amalan, apabila memproses data eksperimen, seseorang sering menggunakan sisihan piawai Δ n, untuk yang mana k P= 1, dan R≈ 0.683 (iaitu, purata bilangan pereputan dengan kebarangkalian 68.3% berbeza daripada yang diperoleh secara eksperimen dengan tidak lebih daripada ). Nilai

mewakili ralat pengukuran relatif. Jika bilangan pereputan yang cukup besar didaftarkan dalam eksperimen, maka nilai itu sendiri boleh digunakan dan bukannya min yang tidak diketahui untuk menentukan ralat n. Sejak , ralat relatif

Oleh itu, untuk mencapai tahap ketepatan pengukuran tertentu, adalah perlu untuk mendaftar 1/ r 2 pereputan (cth. untuk pengukuran dengan ralat 1%. n hendaklah sama dengan 10 4).

Kuliah 6. Pereputan radioaktif. Corak umum (akhir)

6.1. Pecahan yang rumit. Transformasi berurutan dan selari. Mari kita beralih lagi kepada eksperimen untuk menentukan separuh hayat radionuklid. Sifat statistik pereputan radioaktif membawa kepada fakta bahawa dalam pengukuran sebenar aktiviti dengan peralatan canggih sewenang-wenangnya, titik eksperimen diplot pada graf dalam koordinat ln A – t, akan sentiasa mempunyai hamparan pada kedua-dua belah garis lurus yang dilukis dengan kaedah kuasa dua terkecil. Dalam kes ini, seseorang harus memastikan bahawa sisihan piawai tidak melebihi , i.e. garis lurus terletak dalam selang keyakinan yang ditentukan untuk setiap titik. Sekiranya mustahil untuk melukis garis lurus (Rajah 6.1), maka peralatan itu mencatatkan fenomena yang lebih kompleks daripada pereputan mudah nukleus jenis yang sama. Pertimbangkan pelbagai jenis pereputan kompleks.

Pertama, pereputan kompleks mungkin disebabkan oleh fakta bahawa bahan yang dikaji mengandungi bukan satu, tetapi beberapa radionuklid yang berbeza. Kemudian pergantungan aktiviti pada masa akan kelihatan seperti ini:

mana ada aktiviti i radionuklid ke- pada saat awal masa. Dalam kes campuran dua radionuklid

Jika separuh hayat radionuklid berbeza agak kuat ( λ 1 >> λ 2), kemudian untuk kecil t eksponen di DAN 02 menghampiri sifar. Kemudian

Pada umumnya t kita boleh mengabaikan sebutan pertama di bawah logaritma dalam (6.1):

Oleh itu, berterusan λ 1 dan λ 2 ditentukan oleh pekali cerun tangen kepada graf pada titik itu t= 0 dan asimtot pada (Rajah 6.1).

Kedua, akibat daripada keruntuhan nukleus induk E 1 nukleus anak perempuan yang baru lahir E 2 juga mungkin radioaktif. Dalam kes ini, kita berurusan dengan urutan transformasi radioaktif, sebagai contoh

E 1 (l 1) → E 2 (l 2) → E 3 (l 3) → …

Bilangan nukleus anak perempuan setiap jenis sebagai fungsi masa ditentukan, dalam satu pihak, dengan kadar pereputannya dan, sebaliknya, dengan kadar pembentukannya, yang sama dengan kadar pereputan nukleus induk yang sepadan. Kemudian, selaras dengan (5.2), kita memperoleh sistem persamaan pembezaan berikut:

, (6.2)

dan lain-lain. Penyelesaiannya untuk kes termudah dua pereputan berturut-turut di bawah keadaan awal dan mempunyai bentuk:

,

. (6.3)

Ambil perhatian bahawa sebutan pertama dalam (6.3) menerangkan perubahan masa dalam bilangan nukleus anak yang telah wujud pada saat awal masa. Jika (belum ada radionuklid anak perempuan), maka jumlah aktiviti akan ditentukan oleh ungkapan berikut:

A. Biarkan radionuklid induk berumur pendek berbanding anak perempuan yang berumur panjang, i.e. λ 1 >> λ 2. Kemudian daripada (6.4) kita perolehi

Ungkapan ini serupa dalam bentuk kepada (6.1). Oleh itu, pergantungan aktiviti pada masa dalam kes ini akan kelihatan sama seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 6.1: Radionuklid induk mereput dengan sangat cepat, dan aktiviti jangka panjang ditentukan oleh kadar pereputan radionuklid anak perempuan.

b. Yang paling menarik ialah kes yang bertentangan, apabila radionuklid anak perempuan berumur pendek berbanding dengan ibu bapa yang berumur panjang, i.e. bila λ 2 > λ 1 . Daripada (6.3) kita dapati bahawa

Logaritma jumlah aktiviti kemudiannya dinyatakan sebagai

Nilai eksponen dalam sebutan kedua cepat cenderung kepada sifar, jadi dalam tempoh masa awal aktiviti meningkat dengan cepat dan kemudian perlahan-lahan berkurangan mengikut perubahan. DAN 1 (Rajah 6.2).

Jika masa berlalu sejak itu t= 0, adalah beberapa kali lebih besar daripada separuh hayat nukleus anak perempuan, maka

, (6.6)

Itu. aktiviti radionuklid ibu bapa dan anak perempuan pada bila-bila masa adalah sama dengan faktor malar λ 2 /(λ 2 – λ 1).

ln A

Perkaitan (6.6) menyatakan hukum keseimbangan radioaktif. Dengan aktiviti radionuklid ibu bapa dan anak perempuan, mereka hampir sama: DAN 2 = DAN 1 . Jika, dalam kes ini, selang masa yang dipertimbangkan adalah sangat kecil berbanding dengan separuh hayat radionuklid induk sehingga perubahan dalam aktivitinya dari semasa ke semasa boleh diabaikan, seseorang bercakap tentang keseimbangan sekular(jika tidak, keseimbangan dipanggil mudah alih). Dalam keadaan keseimbangan sekular, kadar pereputan nukleus anak perempuan adalah sama dengan kadar pembentukannya disebabkan oleh pereputan nukleus induk, i.e. dN 2 /dt= 0 dan N 2 = const.

Akhir sekali, pertimbangkan kes apabila nukleus yang sama mengalami beberapa jenis transformasi radioaktif (contohnya ialah persaingan pereputan α- dan β dalam nukleus berat, β - - dan β + -pereputan dalam nukleus ganjil, pembentukan pelbagai nuklear. isomer dsb.). Adalah penting bahawa setiap transformasi dicirikan oleh pemalar pereputannya sendiri, yang menentukan kebarangkaliannya.

Biar inti E 1 mampu bertukar menjadi salah satu nukleus E i. Persamaan kadar pereputan kemudiannya akan kelihatan seperti

,

mereka. pemalar pereputan λ 1 ialah hasil tambah pemalar λ 1i dalam setiap cara yang mungkin, atau saluran pereputan. Jika pula, E i ialah nukleus radioaktif

.

nilai

dipanggil keluar i-produk transformasi ke-. Adalah jelas bahawa jumlah output untuk semua saluran (sebagai jumlah kebarangkalian penukaran)

6.2. rantai radioaktif. Transformasi selari dan berjujukan nukleus radioaktif sering membawa kepada agak kompleks rantai radioaktif, sebagai contoh

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

E 4 (l 4) → E 6 (l 6)

Seperti yang ditunjukkan oleh G. Bateman (1910), untuk rantai tidak bercabang yang terdiri daripada dua atau lebih pautan, apabila t= 0 hanya terdapat radionuklid E 1, bilangan teras n-radionuklid ke-

. (6.9)

Apabila penyelesaian umum diperlukan untuk N 02 ,N 03 ,… ≠ 0, ia boleh diperolehi dengan menambah (6.9) penyelesaian yang serupa untuk rantai yang lebih pendek bermula dengan E 2 , E 3 dll.

Jika dalam rantaian transformasi berturut-turut untuk mana-mana i- nukleus kanak-kanak ke- λi >> λ 1 , maka dari semasa ke semasa, keseimbangan diwujudkan untuk semua radionuklid anak perempuan, i.e. di t >> T 1/2 produk pereputan paling lama hidup

Undang-undang keseimbangan sekular, yang ditulis dalam bentuk (6.10), boleh digunakan untuk menentukan separuh hayat nukleus induk yang berumur panjang, jika kandungan relatif mana-mana nukleus anak perempuan dalam sampel radioaktif ditentukan terlebih dahulu. Sebagai contoh, dalam mineral yang mengandungi uranium, untuk setiap 2.8 10 6 nukleus 238 U, terdapat satu nukleus 226 Ra - hasil daripada pereputannya dengan separuh hayat 1620 tahun. Menggunakan (6.10), kita dapati bahawa separuh hayat 238 U ialah kira-kira 4.5·10 9 tahun.

Jika rantai mengandungi cawangan kerana saluran pereputan yang berbeza, penyelesaian (6.9) juga boleh digunakan untuknya, tetapi pemalar λi, sebelum tanda jumlah, di titik cawangan i hendaklah didarabkan dengan nilai keluaran y i+ 1 . Setiap cabang rantai mesti dikira secara bebas. Jika, selepas bercabang selepas satu siri pereputan, cawangan rantai disambung semula, bilangan nukleus di luar titik sambungan diperoleh dengan menjumlahkan penyelesaian ke atas semua cawangan.

6.3. keluarga radioaktif. Radionuklid dalam alam semula jadi. Seperti yang dinyatakan dalam Kuliah 2, tenaga pengikat nuklear setiap nukleon berkurangan dengan peningkatan bilangan jisim A disebabkan oleh peningkatan peranan Coulomb tolakan proton. Akibatnya, nukleus berat menjadi tidak stabil berkenaan dengan pelepasan zarah-α dan menjadi stabil oleh satu atau lebih pereputan α berturut-turut. Walau bagaimanapun, akibat pereputan α, nukleus kehilangan bilangan proton dan neutron yang sama, yang membawa kepada pelanggaran nisbah optimum Z/A: nukleus anak yang terhasil mengandungi lebihan bilangan neutron dan distabilkan oleh β − -pereputan. Oleh itu, dalam proses transformasi nukleus radioaktif berat (uranium, torium, dll.) kepada yang stabil, proses pereputan α- dan β - silih berganti diperhatikan.

Semasa pereputan α, nombor jisim nukleus berkurangan sebanyak empat, dan tidak berubah semasa pereputan β. Oleh itu, semua nukleus radioaktif berat boleh dibahagikan kepada empat kumpulan, atau keluarga radioaktif(Jadual 6.1), mengikut nombor jisim mereka, di mana n ialah beberapa integer, dan m− baki bahagian A oleh empat, i.e. 0, 1, 2 atau 3. Transformasi radionuklid satu keluarga kepada radionuklid kepunyaan yang lain adalah mustahil, kerana ini memerlukan menukar nombor jisim kepada nombor selain daripada 4. Walaupun jenis transformasi radioaktif sedemikian diketahui, hasil produk yang sepadan adalah diabaikan.

Jadual 6.1

Keluarga radioaktif

DAN	Nama	Nenek moyang yang paling lama hidup ( T 1/2)	nuklida stabil akhir
4n	Torium	Th (1.4 10 10 tahun)	Pb
4n+1	Neptunus	Np (2.2 10 6 tahun)	Bi
4n+2	Uranium-radium	U (4.5 10 9 tahun)	Pb
4n+3	Uranium-aktinium	U (7 10 8 tahun)	Pb

Radionuklid tiga keluarga - torium, uranium-radium dan uranium-actinium - terdapat di alam semula jadi. Kandungan uranium dalam kerak bumi ialah 3·10 −4 , dan torium ialah 1·10 −3 % jisim. Kandungan radionuklid anak perempuan boleh ditentukan daripada hubungan (6.10), yang menyatakan keseimbangan sekular, kerana semua radionuklid anak perempuan mempunyai separuh hayat yang jauh lebih pendek daripada progenitor yang berumur panjang. Keluarga neptunus tidak wujud secara semula jadi, dan oleh itu ia telah disiasat kemudian daripada yang lain, hanya selepas teknik untuk mendapatkan radionuklid tiruan mencapai tahap yang cukup tinggi.

Isotop plumbum adalah hasil akhir pereputan dalam keluarga radioaktif semula jadi. Ini disebabkan oleh peningkatan kestabilan nukleus yang mengandungi nombor ajaib proton ( Z= 82). Bagi 209 Bi (keluarga Neptunian), nukleus ini mengandungi nombor ajaib neutron ( N= 126). Itulah sebabnya 209 Bi ialah nukleus stabil yang paling berat. Kandungan ketara 209 Bi dalam kerak bumi mungkin menunjukkan bahawa berjuta-juta tahun dahulu, radionuklid keluarga neptunium-237 juga terdapat di dalamnya, tetapi kerana separuh hayat moyangnya yang pendek, ia tidak lagi wujud.

Sebagai tambahan kepada wakil tiga keluarga radioaktif, terdapat kira-kira dua puluh lebih radionuklid yang berumur panjang di kerak bumi, yang, sebagai peraturan, memberikan nukleus yang stabil semasa pereputan. Yang paling penting daripada mereka ialah 40 K ( T 1/2 = 1.28 10 9 tahun) dan 87 Rb ( T 1/2 = 4.75 10 10 tahun).

Di bawah pengaruh sinar kosmik di atmosfera Bumi, tindak balas nuklear berlaku, yang membawa kepada pembentukan banyak radionuklid dengan separuh hayat yang agak pendek: 3 H (12.3 tahun), 10 Be (1.6 10 6 tahun), 14 C, dsb. Radionuklid ini mendapat nama kosmogenik. Disebabkan oleh pembentukan berterusan yang mengimbangi pereputannya, radionuklid kosmogenik terdapat di Bumi dalam kuantiti yang mencukupi untuk pengesanannya.

6.4. Geokronologi nuklear. Geokronologi nuklear menggunakan fenomena pereputan radioaktif untuk menentukan umur objek geologi. Kadar pereputan radioaktif kekal malar dalam semua zaman geologi, bebas daripada keadaan luaran. Oleh itu, bacaan "jam nuklear" yang dibuat oleh alam semula jadi boleh dianggap sangat boleh dipercayai.

Pada masa ini, beberapa kaedah digunakan untuk tarikh objek geologi. Geokronologi nuklear telah menjadi cabang bebas sains Bumi. Generalisasi dan sistematisasi hasil penyelidikan geokronologi nuklear membawa kepada penciptaan skala kronologi mutlak Bumi. Penambahbaikan dalam teknik analisis (terutamanya spektrometri jisim) telah memungkinkan untuk menggunakan beberapa kaedah untuk analisis sampel yang sama. Hanya jika keputusan yang diperoleh melalui kaedah yang berbeza adalah konsisten antara satu sama lain, umur mutlak tertentu diberikan kepada sampel yang diberikan.

Untuk menyelesaikan masalah nuklear-geokronologi, tatatanda berikut bagi undang-undang asas pereputan radioaktif (5.3) adalah lebih mudah:

terkumpul dari semasa ke semasa t bilangan nukleus nukleus anak perempuan ditentukan oleh perbezaan D= N 0 – N, yang mengikut formula untuk umur sampel:

. (6.11)

Apabila memperoleh (6.11), diandaikan bahawa pada masa pembentukan objek (mineral, batu), tiada atom nuklida anak ditemui dalam komposisinya. Jika objek yang baru terbentuk sudah terkandung D 0 atom tersebut, maka D=D 0 + N 0 – N, dan

. (6.12)

Oleh itu, sehingga kini sampel, adalah perlu untuk mengukur kandungan nuklida induk (radioaktif) dan anak perempuan (stabil) di dalamnya. Untuk ini, analisis spektrometri jisim paling kerap digunakan. Ketepatan masa t, yang diambil sebagai umur geologi mutlak mineral atau batu, bergantung pada ketepatan menentukan D dan N, serta tentang ketepatan pemalar reputan diketahui λ .

Prasyarat penting untuk kejayaan penggunaan kaedah geokronologi nuklear ialah pengasingan sampel yang dikaji untuk nuklida ibu bapa dan anak perempuan. Ini bermakna bahawa sepanjang tempoh "kehidupan" objek, tidak satu pun atau yang lain dikeluarkan atau ditambah dari luar. Kemungkinan "pembukaan" separa dalam selang masa tertentu harus sentiasa diambil kira. Jadi, pada suhu tinggi, resapan menjadi mungkin, dan dengan itu penyingkiran unsur-unsur tertentu daripada mineral. Pengesahan yang boleh dipercayai tentang penutupan sistem adalah kebetulan umur yang diperolehi dengan kaedah yang berbeza, i.e. apabila menggunakan nuklida ibu bapa dan anak perempuan yang berbeza.

Secara keseluruhan, lebih daripada sedozen kaedah nuklear-geokronologi telah dibangunkan. Kesesuaian satu atau kaedah lain untuk menganggar umur mutlak bergantung pada masa kewujudan objek kajian. Apabila menentukan umur pembentukan muda, radionuklid dengan separuh hayat yang agak pendek harus digunakan. Sebaliknya, dalam kajian mineral atau batu purba, radionuklid dengan separuh hayat 1 bilion tahun atau lebih diperlukan. Antara kaedah yang paling banyak digunakan ialah kaedah yang dikaitkan dengan pereputan isotop uranium, 40 K dan 14 C.

Adalah jelas bahawa umur maksimum yang ditetapkan untuk batuan daratan menunjukkan had bawah umur Bumi sebagai sebuah planet. Untuk menentukan had atas umur Bumi, keteraturan pengedaran isotop plumbum dalam mineral plumbum diperiksa. Mengikut anggaran moden yang diperolehi dengan kaedah ini, umur Bumi ialah 4.53 - 4.55 bilion tahun.

Temu janji uranium-plumbum. Pentarikhan uranium dan plumbum adalah kaedah geokronologi nuklear terawal yang digunakan untuk menentukan umur mutlak. Pada tahun 1907, B. Boltwood mengukur umur mineral uranium dengan kaedah ini dan membuat kesimpulan bahawa masa geologi harus dikira dalam ratusan juta dan berbilion tahun.

Komposisi isotop purata plumbum di Bumi dicirikan oleh data berikut: 204 Pb - 1.5%; 206Pb - 23.6%; 207Pb - 22.6%; 208Pb - 52.3%. Nukleus tiga isotop terakhir (atau sebahagian daripadanya) ialah radiogenik, mewakili produk akhir pereputan keluarga radioaktif semula jadi.

Apabila menganalisis sampel untuk kandungan isotop U, Th, dan Pb, tiga nisbah isotop boleh diperolehi: 206 Pb/ 238 U, 207 Pb/ 235 U, 208 Pb/ 232 Th. Menggantikannya kepada (6.11) memberikan tiga anggaran bebas umur geologi mutlak. Disebabkan oleh separuh hayat Th yang sangat panjang, nisbah 208 Pb/232 Th tidak begitu sensitif, jadi ia tidak selalu digunakan. Oleh itu, intipati pentarikhan uranium-plumbum terdiri, pertama sekali, dalam menentukan nisbah 206 Pb/ 238 U dan 207 Pb/ 235 U; maka nama kaedah itu: "uranium-plumbum". Objek yang sesuai untuk kegunaannya ialah mineral yang mengandungi uranium seperti uraninit, zirkon, monazit, dll.

Jika penutupan sistem rosak, mungkin terdapat kehilangan plumbum akibat resapan. Walau bagaimanapun, jika dalam kes ini semua isotop plumbum hilang dalam perkadaran yang sama, maka kesamaan itu kekal sah

. (6.13)

Nisbah 238 U/235 U untuk zaman geologi moden adalah malar dan bersamaan dengan 137.8 untuk hampir semua objek. Oleh itu, nisbah 207 Pb/ 206 Pb boleh berfungsi sebagai faktor tambahan yang membolehkan menggunakan persamaan (6.13) untuk mengira umur t. Jika nisbah yang diperolehi bersetuju dengan nilai berikut dari (6.11), ini menunjukkan bahawa sistem telah ditutup.

Kehadiran plumbum utama asal bukan radiogenik membawa, menurut (6.11), kepada anggaran terlalu tinggi umur mineral uranium. Seseorang boleh membetulkan anggaran berlebihan ini dengan mengukur kandungan isotop 204 Pb bukan radiogenik. Nisbah 206 Pb/ 204 Pb dan 207 Pb/ 204 Pb (serta 208 Pb/ 204 Pb, jika umur ditentukan tambahan daripada 208 Pb/ 232 Th) dalam mineral radioaktif dibandingkan dengan nisbah yang sama dalam mineral berkaitan, di mana kandungan U dan Th boleh diabaikan kecil, dan semua isotop plumbum boleh dianggap bukan radiogenik.

Dengan adanya kehilangan uranium, umur yang dikira daripada pelbagai nisbah hendaklah seperti berikut: t(206 Pb/ 238 U) > t(207 Pb/ 235 U) > t(207 Pb/ 206 Pb). Dalam kes kehilangan plumbum, urutan nilai t terbalik.

Pentarikhan kalium-argon. Kaedah kalium-argon untuk menentukan umur geologi telah dibangunkan oleh E.K. Gerling (1949). Kalium semulajadi mempunyai isotop radioaktif 40 K, kandungan purata dalam campuran semula jadi ialah 0.012%. Pereputan 40 K berlaku oleh pereputan β - - atau tangkapan elektron. Saluran pertama dengan pembentukan 40 Ca tidak mempunyai kepentingan praktikal, kerana mineral yang mengandungi kalium biasanya mengandungi 40 Ca bukan radiogenik, yang sumbangannya tidak dapat dikira dengan tepat. Saluran kedua membawa kepada pembentukan 40 Ar dan digunakan untuk dating. Perkadaran 40 K ditukar kepada 40 Ar boleh dikira daripada nisbah antara hasil pereputan β y β(88%) dan output tangkapan elektronik y e(12%):

. (6.14)

Jumlah bilangan isotop radiogenik 40 Ar dan 40 Ca yang terbentuk dari semasa ke semasa t, sama

(λ ialah pemalar pereputan 40 K). Sebaliknya, ia mengikuti daripada (6.14) bahawa

. (6.16)

Membandingkan (6.15) dan (6.16), kami memperoleh formula untuk menentukan umur:

. (6.17)

Kaedah kalium-argon adalah lebih serba boleh daripada kaedah plumbum uranium, kerana mineral yang mengandungi kalium lebih meluas.

Argon yang dihasilkan oleh pereputan 40 K cenderung meresap keluar daripada mineral. Bagi kebanyakan mineral, resapan menjadi ketara pada suhu > 300°C. Kadar resapan argon daripada mineral bergantung pada saiz butirannya: mineral berbutir halus kehilangan argon lebih cepat disebabkan nisbah kawasan kepada isipadu yang lebih besar. Kehilangan argon akibat resapan membawa kepada fakta bahawa untuk jenis mineral yang sama bagi batuan tertentu, hasil pentarikhan tidak konsisten antara satu sama lain. Nilai-nilai usia sedemikian biasanya dipandang remeh berbanding dengan yang sebenar, dan semakin besar kehilangan argon, semakin banyak umur yang kelihatan dipandang remeh. Dalam sesetengah kes, adalah mungkin untuk mengenal pasti sebab khusus untuk ketidakkonsistenan dalam keputusan penentuan umur.

pentarikhan radiokarbon. Di lapisan atas atmosfera, komposisi sinar kosmik berubah. Zarah sinaran kosmik primer (terutamanya proton), yang mempunyai tenaga tinggi, boleh membelah nukleus atom yang ditemui dalam perjalanannya. Hasil daripada pembelahan, neutron terhasil, yang seterusnya boleh menyebabkan tindak balas nuklear. Tindak balas terpenting yang disebabkan oleh neutron ialah penukaran 14 N kepada 14 C. Kosmogenik 14 C, dipanggil radiokarbon, mempunyai separuh hayat 5730 tahun. Memancarkan zarah β, ia bertukar menjadi stabil 14 N. Dibentuk di atmosfera Bumi, radiokarbon cepat teroksida, bertukar menjadi karbon dioksida radioaktif 14 CO 2, yang dalam 10-15 tahun sepenuhnya bercampur dengan keseluruhan jisim karbon dioksida atmosfera. Melalui karbon dioksida, 14 C memasuki tumbuhan, dan dari sana ke organisma hidup yang lain. Kepekatan keseimbangan 14 C dalam karbon boleh tukar biosfera ialah 1.2∙10 -10%.

Sebaik sahaja metabolisme berhenti dalam badan, kepekatan radiokarbon dalam tisu mula berkurangan. Oleh itu, dengan jumlah 14 C yang terdapat dalam sisa organisma, adalah mungkin untuk menentukan momen penamatan pertukaran karbon dengan atmosfera, i.e. detik kematian. Masa berlalu sejak detik itu diberikan oleh:

, (6.18)

di mana DARI arr dan DARI atm ialah kepekatan 14С dalam sampel dan karbon atmosfera; λ - pemalar pereputan 14 C.

Kaedah pentarikhan radiokarbon telah dicadangkan pada tahun 1951 oleh W. Libby dan pertama kali digunakan untuk menentukan umur objek arkeologi asal organik. Kaedah radiokarbon adalah sangat penting untuk kronologi Kuaternari mutlak. Bulatan objek untuk dating dengan 14 C adalah sangat lebar. Biasanya, sisa organik yang terdapat dalam batu digunakan - kayu, gambut, humus, dll. Separuh hayat radiokarbon yang agak pendek mengehadkan had atas kebolehgunaan kaedah, yang, dengan tahap teknologi pengukuran semasa, adalah 50 ribu tahun. Had bawah kebolehgunaan kaedah dianggarkan pada 1 ribu tahun; adalah tidak sesuai untuk tarikh objek yang lebih muda daripada 1000 tahun dengan 14 C, kerana ralat pengukuran perbezaan antara DARI atm dan DARI arr menjadi besar.

Asas kaedah radiokarbon adalah andaian bahawa kandungan 14 C dalam persekitaran luaran (udara, air) pada masa ini apabila pemberhentian metabolisme dalam objek direkodkan adalah sama seperti pada masa sekarang. Andaian ini tidak begitu ketat. Sepanjang 200 tahun yang lalu, hasil daripada pembakaran bahan api fosil, atmosfera telah dicairkan dengan CO 2 teknikal, yang boleh dikatakan tidak mengandungi isotop 14 C (kepekatan radiokarbon dalam arang batu dan minyak boleh diabaikan). Letupan termonuklear, di mana sejumlah besar neutron dihasilkan, sebaliknya, dalam tempoh tertentu dengan ketara meningkatkan kandungan 14 C di atmosfera.

Di samping itu, kepekatan keseimbangan 14 C di atmosfera bergantung kepada keamatan sinaran kosmik. Proton sinaran kosmik dipesongkan oleh medan magnet Bumi, yang bertindak seperti skrin. Berdasarkan data paleomagnetik, keamatan medan magnet Bumi telah terus berubah sejak 10 ribu tahun yang lalu. Sejajar dengan itu, keamatan fluks proton kosmik yang mencapai lapisan atas atmosfera juga berubah, dan oleh itu bilangan neutron sekunder yang bertanggungjawab untuk pembentukan 14 C. Keadaan ini boleh menyebabkan ralat (daripada urutan 10%) ke dalam keputusan penentuan umur dengan kaedah radiokarbon.

Penggunaan meluas kaedah pentarikhan radiokarbon memungkinkan untuk mencipta skema klimatokronologi peringkat terkini sejarah geologi. Pada masa yang sama, hasil penyelidikan yang paling penting ialah bukti perubahan iklim segerak di kawasan yang berbeza di Bumi. Sebagai contoh, penyejukan yang ketara antara 33 dan 30 ribu tahun yang lalu dan pemanasan antara 16.5 dan 15 ribu tahun yang lalu boleh dikesan di semua bahagian dunia.

Peraturan anjakan untuk pereputan radioaktif dalam radiokimia dan fizik nuklear, juga dikenali sebagai undang-undang Soddy-Fajans, ialah peraturan yang mengawal perubahan satu unsur kepada unsur lain semasa pereputan radioaktif. Ia telah dibentangkan pada tahun 1913 secara bebas oleh dua saintis: ahli radiokimia Inggeris Frederick Soddy dan ahli kimia fizikal Amerika dengan akar Poland Casimir Fayans.

Pencapaian Frederick Soddy dalam bidang radioaktiviti

Soddy, bersama-sama dengan Rutherford, adalah pada asal usul penemuan transformasi atom radioaktif. Jadi, pada tahun 1903, Soddy mendapati bahawa radium mengeluarkan nukleus helium semasa pereputannya. Juga, saintis ini menunjukkan bahawa atom unsur kimia yang sama boleh mempunyai jisim yang berbeza, yang membawanya untuk membangunkan konsep isotop. Soddy menetapkan peraturan untuk anjakan unsur kimia semasa pereputan radioaktif alfa dan beta, yang merupakan langkah penting dalam memahami hubungan antara keluarga unsur radioaktif.

Pada tahun 1921, Frederick Soddy telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Kimia untuk penemuan pentingnya dalam fizik unsur radioaktif dan untuk penyiasatannya tentang sifat isotop.

Karya oleh Casimir Faience

Saintis ini menjalankan kajian penting tentang radioaktiviti pelbagai isotop dan membangunkan teori kuantum struktur elektronik molekul. Pada tahun 1913, secara serentak dengan dan secara bebas daripada Frederick Soddy, Faience menemui peraturan anjakan yang mengawal perubahan satu unsur kimia kepada unsur lain semasa pereputan radioaktif. Faience juga menemui unsur kimia baharu - protactinium.

Konsep radioaktiviti

Sebelum mempertimbangkan undang-undang pereputan radioaktif dan peraturan anjakan, adalah perlu untuk memahami konsep radioaktiviti. Dalam fizik, perkataan ini difahami sebagai keupayaan nukleus beberapa unsur kimia untuk memancarkan sinaran yang mempunyai sifat berikut:

• keupayaan untuk menembusi tisu manusia, menyebabkan kesan yang merosakkan;
• keupayaan untuk mengionkan gas;
• rangsangan proses pendarfluor;
• melalui pelbagai jasad pepejal dan cecair.

Disebabkan kebolehan ini, sinaran ini biasanya dipanggil pengionan. Sifat sinaran radioaktif boleh sama ada elektromagnet, contohnya, sinar-x atau sinaran gamma, atau bersifat korpuskular, pelepasan nukleus helium, proton, elektron, positron dan zarah asas lain.

Oleh itu, radioaktiviti adalah fenomena yang diperhatikan dalam nukleus atom yang tidak stabil, yang secara spontan dapat berubah menjadi nukleus unsur yang lebih stabil. Secara ringkas, atom yang tidak stabil mengeluarkan sinaran radioaktif untuk menjadi stabil.

Isotop atom yang tidak stabil

Isotop tidak stabil, iaitu atom unsur kimia yang sama yang mempunyai jisim atom yang berbeza, berada dalam keadaan teruja. Ini menunjukkan bahawa mereka telah meningkatkan tenaga, yang mereka cuba menyerah untuk bergerak ke keadaan keseimbangan. Memandangkan semua tenaga atom dikuantisasi, iaitu, ia mempunyai nilai diskret, maka pereputan radioaktif itu sendiri berlaku kerana kehilangan tenaga kinetik tertentu.

Isotop yang tidak stabil dalam proses pereputan radioaktif menjadi lebih stabil, tetapi ini tidak bermakna nukleus yang baru terbentuk tidak akan mempunyai radioaktiviti, ia juga boleh mereput. Contoh yang ketara bagi proses ini ialah nukleus uranium-238, yang mengalami beberapa siri pereputan selama beberapa abad, akhirnya bertukar menjadi atom plumbum. Ambil perhatian bahawa, bergantung kepada jenis isotop, ia boleh mereput secara spontan, kedua-duanya selepas sepersejuta saat dan selepas berbilion tahun, sebagai contoh, uranium-238 yang sama mempunyai separuh hayat (masa di mana separuh daripada nukleus itu mereput. ) bersamaan dengan 4.468 bilion tahun, pada masa yang sama, untuk isotop kalium-35, tempoh ini ialah 178 milisaat.

Pelbagai jenis radioaktiviti

Penggunaan satu atau satu peraturan anjakan radioaktif bergantung pada jenis pereputan radioaktif yang dialami oleh unsur tertentu. Secara umum, jenis radioaktiviti berikut dibezakan:

• pereputan alfa;
• pereputan beta;
• pereputan gamma;
• pereputan dengan pelepasan neutron bebas.

Semua jenis pereputan radioaktif ini (kecuali pelepasan neutron bebas) telah ditubuhkan oleh ahli fizik New Zealand Ernest Rutherford pada awal abad ke-20.

Jenis pereputan badan

Pereputan alfa dikaitkan dengan pelepasan nukleus helium-4, iaitu, kita bercakap tentang sinaran korpuskular, zarah yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Ini bermakna jisim zarah ini ialah 4 dalam unit jisim atom (AMU), dan cas elektrik ialah +2 dalam unit cas elektrik asas (1 cas asas dalam sistem SI ialah 1.602*10 − 19 C). Nukleus helium yang dipancarkan adalah sebahagian daripada teras isotop yang tidak stabil sebelum pereputan.

Sifat pereputan beta ialah memancarkan elektron yang mempunyai jisim 1/1800 AMU dan cas -1. Oleh kerana cas negatif elektron, pereputan ini dipanggil beta-negatif. Tidak seperti zarah alfa, elektron tidak wujud sebelum pereputan dalam nukleus atom, tetapi telah terbentuk hasil daripada perubahan neutron kepada proton. Yang terakhir kekal dalam nukleus selepas pereputan, dan elektron meninggalkan nukleus atom.

Selepas itu, pereputan beta-positif ditemui, yang terdiri daripada pelepasan antizarah positron-elektron. Positron radioaktif terbentuk akibat tindak balas terbalik daripada elektron, iaitu, proton dalam nukleus bertukar menjadi neutron, sambil kehilangan cas positifnya.

Dalam satu siri transformasi radioaktif satu nukleus kepada nukleus lain, neutron pelbagai tenaga dipancarkan. Seperti proton, neutron mempunyai jisim 1 AMU (untuk lebih tepat, neutron adalah 0.137% lebih berat daripada proton) dan mempunyai cas elektrik sifar. Oleh itu, dalam jenis pereputan ini, nukleus induk kehilangan hanya 1 unit jisimnya.

Pereputan gamma, tidak seperti jenis pereputan sebelumnya, adalah sifat elektromagnet, iaitu, sinaran ini serupa dengan sinar-X atau cahaya boleh dilihat, namun, panjang gelombang sinaran gamma jauh lebih pendek daripada gelombang elektromagnet yang lain. Sinar gama tidak mempunyai jisim rehat atau cas. Malah, sinar gamma adalah tenaga berlebihan yang wujud sebelum pereputan dalam nukleus atom, menyebabkan ketidakstabilannya. Unsur kimia mengekalkan kedudukannya dalam jadual berkala D. I. Mendeleev semasa pereputan gamma.

Peraturan Anjakan Radioaktif

Dengan menggunakan peraturan ini, seseorang boleh dengan mudah menentukan unsur kimia yang harus diperolehi daripada isotop induk tertentu dalam jenis pereputan radioaktif tertentu. Mari kita terangkan peraturan anjakan ini dalam fizik:

• Semasa pereputan alfa, kerana nukleus kehilangan 4 AMU jisim dan +2 unit cas, unsur kimia terbentuk iaitu 2 kedudukan ke kiri dalam sistem berkala D. I. Mendeleev. Sebagai contoh, 92 U 238 \u003d 90 Th 234, di sini indeks bawah adalah caj, yang atas adalah jisim nukleus.
• Dalam kes pereputan beta-negatif, cas nukleus induk meningkat sebanyak 1 unit, manakala jisim kekal tidak berubah (jisim elektron yang dipancarkan semasa pereputan ini hanya 0.06% daripada jisim proton). Dalam kes ini, peraturan anjakan keseimbangan menyatakan bahawa isotop unsur kimia harus dibentuk, berdiri satu sel di sebelah kanan unsur induk dalam jadual D. I. Mendeleev. Contohnya, 82 Pb 212 = 83 Bi 212.
• Peraturan anjakan untuk pereputan beta-positif (sinaran positron) menyatakan bahawa akibat daripada proses ini, unsur kimia terbentuk, iaitu 1 kedudukan di sebelah kiri unsur induk, dan mempunyai jisim nuklear yang sama dengannya. Sebagai contoh, 7 N 13 \u003d 6 C 13.

pereputan radioaktif ussr, pereputan radioaktif yugoslavia
pereputan radioaktif(dari radius Latin "sinar" dan āctīvus "berkesan") - perubahan spontan dalam komposisi (cas Z, nombor jisim A) atau struktur dalaman nukleus atom yang tidak stabil dengan memancarkan zarah asas, gamma quanta dan / atau serpihan nuklear. Proses pereputan radioaktif juga dipanggil radioaktiviti, dan nukleus yang sepadan (nuklida, isotop dan unsur kimia) adalah radioaktif. Bahan yang mengandungi nukleus radioaktif juga dipanggil radioaktif.

• 1 Teori
• 2 Sejarah penemuan
• 3 Undang-undang pereputan radioaktif
• 4 Jenis zarah yang dipancarkan semasa pereputan radioaktif
• 5 Pereputan alfa
• 6 Pereputan beta
  • 6.1 Beta tolak pereputan
  • 6.2 Pereputan positron dan penangkapan elektron
  • 6.3 Pereputan beta berganda
  • 6.4 Sifat am pereputan beta
• 7 Pereputan gamma (peralihan isomer)
• 8 Jenis radioaktiviti khas
• 9 Lihat juga
• 10 Nota
• 11 Kesusasteraan

Teori

Telah ditetapkan bahawa semua unsur kimia dengan nombor atom lebih besar daripada 82 (iaitu, bermula dengan bismut), dan beberapa unsur yang lebih ringan (promethium dan technetium tidak mempunyai isotop yang stabil, dan beberapa unsur, seperti indium, kalium, rubidium atau kalsium, mempunyai satu isotop semula jadi yang stabil, manakala yang lain adalah radioaktif).

Radioaktiviti semulajadi ialah pereputan spontan nukleus atom yang terdapat di alam semula jadi.

Radioaktiviti buatan ialah pereputan spontan nukleus atom yang diperolehi secara buatan melalui tindak balas nuklear yang sesuai.

Nukleus yang mengalami pereputan radioaktif dan nukleus yang terhasil daripada pereputan ini masing-masing dipanggil nukleus induk dan anak perempuan. Perubahan dalam nombor jisim dan cas nukleus anak perempuan berkenaan dengan nukleus induk diterangkan oleh peraturan sesaran Soddy.

Pereputan yang disertai dengan pelepasan zarah alfa dipanggil pereputan alfa; pereputan yang disertai dengan pelepasan zarah beta dipanggil pereputan beta (kini diketahui bahawa terdapat jenis pereputan beta tanpa pelepasan zarah beta, namun pereputan beta sentiasa disertai dengan pelepasan neutrino atau antineutrino). Istilah "pereputan gamma" jarang digunakan; pancaran sinar gamma oleh nukleus biasanya dipanggil peralihan isomer. Sinaran gamma sering mengiringi jenis pereputan lain, apabila, akibat daripada peringkat pertama pereputan, nukleus anak perempuan yang teruja muncul, kemudian mengalami peralihan ke keadaan dasar dengan pancaran sinar gamma.

Spektrum tenaga zarah-α dan γ-kuanta yang dipancarkan oleh nukleus radioaktif adalah tidak selanjar ("diskrit"), manakala spektrum zarah-β adalah berterusan.

Pada masa ini, sebagai tambahan kepada pereputan alfa, beta dan gamma, pereputan dengan pelepasan neutron, proton (dan juga dua proton), radioaktiviti kelompok, dan pembelahan spontan telah ditemui. Penangkapan elektron, pereputan positron (atau pereputan β+), dan pereputan beta berganda (dan jenisnya) secara amnya dianggap sebagai jenis pereputan beta yang berbeza.

Sesetengah isotop boleh mengalami dua atau lebih pereputan pada masa yang sama. Sebagai contoh, bismut-212 mereput dengan kebarangkalian 64% menjadi thallium-208 (melalui pereputan alfa) dan dengan kebarangkalian 36% menjadi polonium-212 (melalui pereputan beta).

Nukleus anak perempuan yang terbentuk hasil daripada pereputan radioaktif kadangkala juga bertukar menjadi radioaktif dan selepas beberapa ketika juga mereput. Proses pereputan radioaktif akan berterusan sehingga muncul nukleus yang stabil iaitu bukan radioaktif. Urutan pereputan tersebut dipanggil rantaian pereputan, dan urutan nuklida yang timbul dalam kes ini dipanggil siri radioaktif. Khususnya, untuk siri radioaktif bermula dengan uranium-238, uranium-235 dan torium-232, nuklida akhir (stabil) masing-masing ialah plumbum-206, plumbum-207 dan plumbum-208.

Nukleus dengan nombor jisim A (isobar) yang sama boleh masuk ke dalam satu sama lain melalui pereputan beta. setiap rantai isobarik mengandungi daripada 1 hingga 3 nuklida beta-stabil (ia tidak boleh mengalami pereputan beta, tetapi tidak semestinya stabil berkenaan dengan jenis pereputan radioaktif yang lain). Baki nukleus rantai isobarik adalah beta-tidak stabil; oleh pereputan beta-tolak atau beta-plus berturut-turut, ia bertukar menjadi nuklida stabil beta yang terdekat. Nukleus yang terletak dalam rantai isobarik antara dua nuklida beta-stabil boleh mengalami kedua-dua pereputan β− dan β+ (atau penangkapan elektron). Sebagai contoh, radionuklid kalium-40 yang wujud secara semula jadi mampu mereput ke dalam nukleus beta-stabil jiran argon-40 dan kalsium-40:

Sejarah penemuan

Radioaktiviti ditemui pada tahun 1896 oleh ahli fizik Perancis A. Becquerel. Beliau terlibat dalam kajian hubungan antara luminescence dan x-ray yang ditemui baru-baru ini.

Becquerel datang dengan idea: bukankah sebarang luminescence disertai dengan x-ray? Untuk menguji tekaannya, dia mengambil beberapa sebatian, termasuk salah satu garam uranium, yang berpendar cahaya kuning-hijau. Selepas meneranginya dengan cahaya matahari, dia membalut garam itu dengan kertas hitam dan meletakkannya di dalam almari gelap di atas pinggan fotografi, juga dibalut dengan kertas hitam. Beberapa ketika kemudian, setelah menunjukkan pinggan, Becquerel benar-benar melihat imej sekeping garam. Tetapi sinaran pendarfluor tidak dapat melalui kertas hitam, dan hanya sinar-X yang dapat menerangi plat di bawah keadaan ini. Becquerel mengulangi eksperimen beberapa kali dengan kejayaan yang sama.

Pada 24 Februari 1896, pada mesyuarat Akademi Sains Perancis, beliau membuat laporan "Mengenai sinaran yang dihasilkan oleh pendarfluor." Tetapi selepas beberapa hari, pelarasan terpaksa dibuat pada tafsiran keputusan. Pada 26 dan 27 Februari, satu lagi eksperimen telah disediakan di makmal Becquerel dengan perubahan kecil, tetapi disebabkan cuaca mendung, ia telah ditangguhkan. Tanpa menunggu cuaca baik, pada 1 Mac, Becquerel membangunkan plat yang meletakkan garam uranium, yang tidak disinari oleh cahaya matahari. Dia, tentu saja, tidak memfosforus, tetapi jejak pada pinggan ternyata. Sudah pada 2 Mac, Becquerel melaporkan penemuan ini pada mesyuarat Akademi Sains Paris, bertajuk karyanya "Mengenai sinaran tidak kelihatan yang dihasilkan oleh badan pendarfluor."

Selepas itu, Becquerel menguji sebatian dan mineral lain uranium (termasuk yang tidak menunjukkan fosforesensi), serta uranium logam. Pinggan itu sentiasa dinyalakan. Dengan meletakkan salib logam antara garam dan plat, Becquerel memperoleh kontur lemah salib pada plat. Kemudian menjadi jelas bahawa sinar baru ditemui yang melalui objek legap, tetapi bukan sinar-X.

Becquerel menetapkan bahawa keamatan sinaran hanya ditentukan oleh jumlah uranium dalam penyediaan dan tidak bergantung sama sekali pada sebatian apa yang terkandung di dalamnya. Oleh itu, sifat ini tidak wujud dalam sebatian, tetapi dalam unsur kimia - uranium.

Becquerel berkongsi penemuannya dengan saintis yang bekerjasama dengannya. 1898 Marie Curie dan Pierre Curie menemui radioaktiviti torium, kemudian mereka menemui unsur radioaktif polonium dan radium.

Mereka mendapati bahawa semua sebatian uranium dan, pada tahap yang paling besar, uranium sendiri mempunyai sifat radioaktiviti semula jadi. Becquerel kembali kepada luminofor yang menarik minatnya. Benar, dia membuat satu lagi penemuan besar yang berkaitan dengan radioaktiviti. Suatu ketika, untuk kuliah umum, Becquerel memerlukan bahan radioaktif, dia mengambilnya dari Curies dan memasukkan tabung uji itu ke dalam poket jaketnya. Selepas memberi syarahan, dia memulangkan persediaan radioaktif kepada pemilik, dan keesokan harinya dia mendapati kemerahan kulit dalam bentuk tabung uji pada badan di bawah poket vest. Becquerel memberitahu Pierre Curie tentang perkara ini, dan dia membuat eksperimen: selama sepuluh jam dia memakai tabung uji dengan radium terikat pada lengan bawahnya. Beberapa hari kemudian dia juga mengalami kemerahan, yang kemudian berubah menjadi ulser yang teruk, yang mana dia menderita selama dua bulan. Oleh itu, kesan biologi radioaktiviti ditemui buat kali pertama.

Tetapi walaupun selepas itu, Curies dengan berani melakukan tugas mereka. Cukuplah untuk mengatakan bahawa Marie Curie meninggal dunia akibat penyakit radiasi (namun, dia hidup sehingga 66 tahun).

Pada tahun 1955 buku nota Marie Curie telah diperiksa. Mereka masih memancar, terima kasih kepada pencemaran radioaktif yang diperkenalkan apabila mereka diisi. Pada salah satu helaian, cap jari radioaktif Pierre Curie telah dipelihara.

Undang-undang pereputan radioaktif

Simulasi pereputan banyak atom yang serupa. Bermula dengan 4 atom (kiri) dan 400 (kanan). Bilangan separuh hayat ditunjukkan di bahagian atas. Rencana utama: Undang-undang pereputan radioaktif

Undang-undang pereputan radioaktif- undang-undang yang ditemui secara eksperimen oleh Frederick Soddy dan Ernest Rutherford dan dirumuskan pada tahun 1903. Perkataan moden undang-undang:

yang bermaksud bahawa bilangan pereputan dalam selang masa t dalam bahan arbitrari adalah berkadar dengan bilangan N atom radioaktif daripada jenis tertentu yang terdapat dalam sampel.

Dalam ungkapan matematik ini, λ ialah pemalar reputan, yang mencirikan kebarangkalian pereputan radioaktif per unit masa dan mempunyai dimensi s−1. Tanda tolak menunjukkan pengurangan bilangan nukleus radioaktif dari semasa ke semasa. Undang-undang menyatakan kebebasan pereputan nukleus radioaktif antara satu sama lain dan dari masa: kebarangkalian pereputan nukleus tertentu dalam setiap unit masa berikutnya tidak bergantung pada masa yang telah berlalu sejak permulaan eksperimen, dan pada bilangan nukleus yang tinggal dalam sampel.

Undang-undang ini dianggap sebagai undang-undang asas radioaktiviti, beberapa akibat penting telah diekstrak daripadanya, antaranya ialah rumusan ciri-ciri pereputan - purata hayat atom dan separuh hayat.

Pemalar pereputan nukleus radioaktif dalam kebanyakan kes praktikalnya tidak bergantung pada keadaan sekeliling (suhu, tekanan, komposisi kimia bahan, dll.). Contohnya, pepejal tritium T2 pada suhu beberapa kelvin mereput pada kadar yang sama seperti tritium gas pada suhu bilik atau pada suhu beribu-ribu kelvin; tritium dalam komposisi molekul T2 terurai pada kadar yang sama seperti dalam komposisi valine tritiated. Perubahan lemah dalam pemalar pereputan di bawah keadaan makmal didapati hanya untuk penangkapan elektron - suhu dan tekanan yang terdapat di makmal, serta perubahan dalam komposisi kimia, agak boleh mengubah ketumpatan awan elektron dalam persekitaran nukleus, yang membawa kepada perubahan dalam kadar pereputan dengan pecahan peratus. Walau bagaimanapun, dalam keadaan yang agak teruk (pengionan tinggi atom, ketumpatan elektron tinggi, potensi kimia neutrino yang tinggi, medan magnet yang kuat), yang sukar dicapai di makmal, tetapi direalisasikan, sebagai contoh, dalam teras bintang, jenis pereputan lain juga boleh mengubah kebarangkaliannya.

Ketekalan pemalar pereputan radioaktif memungkinkan untuk mengukur umur pelbagai objek semula jadi dan buatan dengan pereputan nukleus radioaktif konstituennya dan pengumpulan produk pereputan. Beberapa kaedah pentarikhan radioisotop telah dibangunkan, yang memungkinkan untuk mengukur umur objek dalam julat dari unit hingga berbilion tahun; antaranya, yang paling terkenal ialah kaedah radiokarbon, kaedah uranium-plumbum, kaedah uranium-helium, kaedah kalium-argon, dsb.

Jenis zarah yang dipancarkan semasa pereputan radioaktif

E. Rutherford secara eksperimen telah menubuhkan (1899) bahawa garam uranium mengeluarkan tiga jenis sinar, yang dipesongkan secara berbeza dalam medan magnet:

• sinar jenis pertama dipesongkan dengan cara yang sama seperti aliran zarah bercas positif; ia dipanggil sinar-α;
• sinar jenis kedua biasanya terpesong dalam medan magnet dengan cara yang sama seperti aliran zarah bercas negatif, ia dipanggil sinar-β (ada, bagaimanapun, sinar beta positron yang menyimpang ke arah yang bertentangan);
• sinar jenis ketiga, yang tidak dipesongkan oleh medan magnet, dipanggil sinaran γ.

Walaupun jenis zarah lain yang dipancarkan semasa pereputan radioaktif ditemui dalam perjalanan penyelidikan, nama yang disenaraikan telah bertahan hingga ke hari ini, kerana jenis pereputan yang sepadan adalah yang paling biasa.

Apabila nukleus yang mereput berinteraksi dengan petala elektron, zarah (foton sinar-X, elektron Auger, elektron penukaran) boleh dipancarkan daripada petala elektron. Dua jenis sinaran pertama timbul apabila kekosongan muncul dalam kulit elektron (khususnya, semasa penangkapan elektron dan semasa peralihan isomer dengan pelepasan elektron penukaran) dan pengisian lata berikutnya bagi kekosongan ini. Elektron penukaran dipancarkan semasa peralihan isomerik dengan penukaran dalaman, apabila tenaga yang dibebaskan semasa peralihan antara aras nuklear tidak dibawa pergi oleh kuantum gamma, tetapi dipindahkan ke salah satu elektron kulit.

Semasa pembelahan spontan, nukleus mereput kepada dua (jarang tiga) nukleus yang agak ringan - yang dipanggil serpihan pembelahan - dan beberapa neutron. Semasa pereputan kelompok (yang merupakan proses perantaraan antara pembelahan dan pereputan alfa), nukleus yang agak ringan (14C, 16O, dsb.) dipancarkan daripada nukleus induk yang berat.

Semasa pereputan proton (dua proton) dan neutron, nukleus mengeluarkan proton dan neutron, masing-masing.

Dalam semua jenis pereputan beta (kecuali neutrinoless yang diramalkan tetapi belum ditemui), neutrino atau antineutrino dipancarkan oleh nukleus.

Pereputan alfa

Rencana utama: Pereputan alfa

Pereputan alfa ialah pereputan spontan nukleus atom menjadi nukleus anak perempuan dan zarah-α (nukleus atom 4He).

Pereputan alfa biasanya berlaku dalam nukleus berat dengan nombor jisim A ≥ 140 (walaupun terdapat beberapa pengecualian). Di dalam nukleus berat, disebabkan oleh sifat ketepuan daya nuklear, zarah-α yang berasingan terbentuk, yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Zarah α yang terhasil adalah tertakluk kepada tindakan daya tolakan Coulomb yang lebih besar daripada proton nukleus daripada proton individu. Pada masa yang sama, zarah-α mengalami tarikan nuklear yang kurang kepada nukleon nukleus berbanding nukleon yang lain. Zarah alfa yang terhasil pada sempadan nukleus dipantulkan ke dalam dari halangan berpotensi, tetapi dengan beberapa kebarangkalian ia boleh mengatasinya (lihat kesan terowong) dan terbang keluar. Apabila tenaga zarah alfa berkurangan, kebolehtelapan halangan berpotensi berkurangan dengan sangat cepat (secara eksponen), jadi jangka hayat nukleus dengan tenaga pereputan alfa yang tersedia lebih rendah, perkara lain yang sama, adalah lebih lama.

Peraturan anjakan Soddy untuk pereputan α:

Contoh (pereputan alfa uranium-238 kepada torium-234):

Hasil daripada pereputan α, atom dialihkan oleh 2 sel ke permulaan jadual berkala (iaitu, cas nuklear Z berkurangan sebanyak 2), nombor jisim nukleus anak berkurangan sebanyak 4.

pereputan beta

Rencana utama: pereputan beta

pereputan beta tolak

Becquerel membuktikan bahawa sinar-β adalah aliran elektron. Pereputan beta adalah manifestasi daya lemah.

Pereputan beta (lebih tepat lagi, pereputan beta tolak, pereputan β −) ialah pereputan radioaktif, disertai dengan pelepasan elektron dan antineutrino elektron daripada nukleus.

Gambar rajah Feynman pereputan beta-tolak: d-quark dalam salah satu neutron nukleus bertukar menjadi u-quark, memancarkan W-boson maya, yang mereput menjadi elektron dan antineutrino elektron.

Pereputan beta ialah proses intranukleon. Pereputan beta-tolak berlaku disebabkan oleh perubahan salah satu kuark d dalam salah satu neutron nukleus kepada kuark-u; dalam kes ini, neutron ditukar kepada proton dengan pelepasan elektron dan antineutrino:

Neutron bebas juga mengalami pereputan β−, bertukar menjadi proton, elektron, dan antineutrino (lihat pereputan beta Neutron).

Peraturan anjakan Soddy untuk pereputan β−:

Contoh (pereputan beta tritium kepada helium-3):

Selepas pereputan β−, unsur dialihkan oleh 1 sel ke penghujung jadual berkala (cas nuklear meningkat sebanyak satu), manakala nombor jisim nukleus tidak berubah.

Pereputan positron dan penangkapan elektron

Gambar rajah Feynman pereputan positron: u-quark dalam salah satu proton nukleus bertukar menjadi d-quark, memancarkan W-boson maya, yang mereput menjadi positron dan neutrino elektron. Gambar rajah tangkapan elektron Feynman: Kuark u dalam salah satu proton dalam nukleus bertukar menjadi kuark d, memancarkan boson W maya yang berinteraksi dengan elektron kulit, mengubahnya menjadi neutrino elektron. Rencana utama: Pereputan positron Rencana utama: Tangkapan elektronik

Terdapat juga jenis pereputan beta yang lain. Dalam pereputan positron (beta tambah pereputan), nukleus mengeluarkan positron dan neutrino elektron. Semasa pereputan β+, cas nuklear berkurangan sebanyak satu (nukleus menggerakkan satu sel ke permulaan jadual berkala), iaitu, salah satu proton nukleus bertukar menjadi neutron, memancarkan positron dan neutrino (pada tahap quark, proses ini boleh digambarkan sebagai transformasi salah satu quark u dalam salah satu proton nukleus menjadi d-quark; perlu diperhatikan bahawa proton bebas tidak boleh mereput menjadi neutron, ini dilarang oleh undang-undang pemuliharaan tenaga, kerana neutron lebih berat daripada proton; walau bagaimanapun, dalam nukleus proses sedemikian mungkin jika perbezaan jisim antara atom induk dan anak perempuan adalah positif). Pereputan positron sentiasa disertai dengan proses bersaing - penangkapan elektron; dalam proses ini, nukleus menangkap elektron daripada petala atom dan mengeluarkan neutrino, manakala cas nukleus juga berkurangan satu. Walau bagaimanapun, sebaliknya adalah tidak benar: bagi kebanyakan nuklida yang mengalami penangkapan elektron (ε-capture), pereputan positron dilarang oleh undang-undang pemuliharaan tenaga. bergantung pada kulit elektron atom yang mana (K, L, M, ...) elektron ditangkap semasa ε-capture, prosesnya ditandakan sebagai K-capture, L-capture, M-capture, ... ; kesemuanya, dengan kehadiran cengkerang yang sesuai dan tenaga pereputan yang mencukupi, biasanya bersaing, tetapi penangkapan-K adalah berkemungkinan besar, kerana kepekatan elektron dalam kulit-K berhampiran nukleus adalah lebih tinggi daripada cengkerang yang lebih jauh. Selepas penangkapan elektron, kekosongan yang terhasil dalam kulit elektron diisi oleh pemindahan elektron dari kulit yang lebih tinggi, proses ini boleh menjadi proses lata (selepas peralihan, kekosongan itu tidak hilang, tetapi beralih ke yang lebih tinggi. shell), dan tenaga dibawa pergi oleh foton sinar-X dan / atau elektron Auger daripada spektrum tenaga diskret.

Peraturan anjakan Soddy untuk pereputan β+ dan penangkapan elektron:

Contoh (ε-penangkapan berilium-7 dalam litium-7):

Selepas pereputan positron dan ε-capture, unsur dialihkan oleh 1 sel ke permulaan jadual berkala (cas nuklear berkurangan sebanyak satu), manakala nombor jisim nukleus tidak berubah.

pereputan beta berganda

Rencana utama: pereputan beta berganda

Yang paling jarang dari semua jenis pereputan radioaktif yang diketahui ialah pereputan beta berganda, ia telah ditemui setakat ini untuk hanya sebelas nuklida, dan separuh hayat bagi mana-mana daripadanya melebihi 1019 tahun. Pereputan beta berganda, bergantung kepada nuklida, boleh berlaku:

• dengan peningkatan cas nuklear sebanyak 2 (dalam kes ini, dua elektron dan dua antineutrino dipancarkan, pereputan 2β−)
• dengan penurunan cas nuklear sebanyak 2, manakala dua neutrino dipancarkan dan
  • dua positron (reputan dua positron, reputan 2β+)
  • pelepasan satu positron disertai dengan penangkapan elektron daripada petala (penukaran elektron-positron, atau pereputan εβ+)
  • dua elektron ditangkap (penangkapan elektron berganda, penangkapan 2ε).

Pereputan beta berganda tanpa neutrino telah diramalkan tetapi belum ditemui.

Sifat am pereputan beta

Semua jenis pereputan beta mengekalkan nombor jisim nukleus, kerana dalam mana-mana pereputan beta jumlah bilangan nukleon dalam nukleus tidak berubah, hanya satu atau dua neutron bertukar menjadi proton (atau sebaliknya).

Pereputan gamma (peralihan isomer)

Rencana utama: Isomerisme nukleus atom

Hampir semua nukleus mempunyai, sebagai tambahan kepada keadaan kuantum tanah, satu set diskret keadaan teruja dengan tenaga yang lebih tinggi (pengecualian adalah nukleus 1H, 2H, 3H, dan 3He). Keadaan teruja boleh dihuni semasa tindak balas nuklear atau pereputan radioaktif nukleus lain. Kebanyakan keadaan teruja mempunyai jangka hayat yang sangat singkat (kurang daripada nanosaat). Walau bagaimanapun, terdapat juga keadaan jangka hayat yang cukup (yang hayatnya diukur dalam mikrosaat, hari atau tahun), yang dipanggil isomer, walaupun sempadan antara mereka dan keadaan jangka pendek adalah sangat sewenang-wenangnya. Keadaan isomer nukleus, sebagai peraturan, mereput ke dalam keadaan dasar (kadang-kadang melalui beberapa keadaan pertengahan). Dalam kes ini, satu atau lebih gamma quanta dipancarkan; pengujaan nukleus juga boleh dikeluarkan dengan pelepasan elektron penukaran daripada petala atom. Keadaan isomer juga boleh mereput melalui pereputan beta dan alfa biasa.

Jenis radioaktiviti khas

• Pembahagian spontan
• Keradioaktifan kelompok
• pereputan proton
• Radioaktiviti dua proton
• Keradioaktifan neutron

lihat juga

• Unit radioaktiviti
• setara pisang

Nota

1. Ensiklopedia Fizikal / Ch. ed. A. M. Prokhorov. - M.: Ensiklopedia Soviet, 1994. - Jilid 4. Poynting - Robertson - Penstrim. - S. 210. - 704 hlm. - 40,000 salinan. - ISBN 5-85270-087-8.
2. Manolov K., Tyutyunnik V. Biografi atom. Atom - dari Cambridge ke Hiroshima. - Lorong yang diolah semula. dari bahasa Bulgaria .. - M .: Mir, 1984. - S. 20-21. - 246 hlm.
3. A.N. Klimov. Fizik nuklear dan reaktor nuklear. - Moscow: Energoatomizdat, 1985. - S. 352.
4. Bartolomey G.G., Baibakov V.D., Alkhutov M.S., Bat G.A. Asas teori dan kaedah untuk mengira reaktor kuasa nuklear. - Moscow: Energoatomizdat, 1982.
5. I.R. Cameron, Universiti New Brunswick. reaktor pembelahan nuklear. - Kanada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.
6. I.Cameron. reaktor nuklear. - Moscow: Energoatomizdat, 1987. - S. 320.

kesusasteraan

• Sivukhin DV Kursus am fizik. - Edisi ke-3, stereotaip. - M.: Fizmatlit, 2002. - T. V. Fizik atom dan nuklear. - 784 hlm. - ISBN 5-9221-0230-3.

p o r Zarah dalam fizik (Senarai zarah Senarai kuasipartikel Senarai baryon Senarai meson)

peringkat rendah zarah
Boson	Boson tolok (γ g W± Z0) Boson Higgs (H0)
hipotesis
Lain-lain	G A0 Dilaton J X Y W’ Z’ Steril neutrino Hantu Bunglon Leptoquark Preon Planck zarah Maximon

Komposit
zarah Sambungan
asas dan/atau
zarah konstituen hipotesis Lain-lain
pengelasan
zarah Kuasipartikel Dropleton Davydov Soliton Exciton Biexciton Magnon Phonon Plasmon Polariton Polaron Kekotoran Roton Biroton Hole Electron Cooper pasangan Orbiton Trion Phazon Fluctuon Enion Holon dan spinon

pereputan radioaktif Uthmaniyyah, pereputan radioaktif Rom, pereputan radioaktif USSR, pereputan radioaktif Yugoslavia