Атом ядроларының радиоактивті ыдырауы

Атомдардың ядроларының ө з бетімен екінші бір атомның ядроларына бө лініп, соның нә тижесінде элементар бө лшектерді шығ ару қ ұ былысын радиоактивтілік деп атайды. Осы процесс кезінде орнық сыз ядролар ө зінің бойындағ ы артық энергиядан арылып, орнық ты ядролық кү йге кө шеді. Табиғ и жағ дайда ядрода кездесетін радиоактивтілік табиғ и деп аталады. ал ядролық реакциялардың кө мегімен алынатын ядроның радиоактивтігі жасанды деп саналады. Табиғ и жә не жасанды радиоактивтіліктер арасында ешқ андай принципиалдық айырмашылық жоқ. Екі жағ дайда да радиоактивтілік тү рленулердің заң дылық тары бірдей.

Ең алғ ашқ ы байқ алғ ан радиоактивтілікте (мұ ны 1896ж. француз ғ алымы А. Беккерель ашқ ан) атомның бір тү рден екінші тү рге оң ай айналатын қ абілеті бар екендігін кө рсетті. Радиоактивтілікті зерттеуге зор ү лес қ осқ ан француз ғ алымдары Мария Кюри-Складовская жә не Пьер Кюри болды.

Табиғ атта радиоактивті элементтер тау жыныстарында (1 тонна гранитте шамамен алғ анда 10 г торий, 5 г уран жә не 1, 3 мг радий бар), жер қ ыртысында, мұ хит суларында, тең іздер мен ө зендерде жә не ауа атмосферасында (радиокө міртегі ), сол сияқ ты метеориттерде де бар екен.

Ғ арыш сә улелерімен бірге табиғ аттағ ы радиоактивті заттардың сә уле шығ аруы табиғ и радиоактивтілік фонды қ ұ рады. Заттардың радиоактивтілігіне температура, қ ысым жә не т.б. физикалық факторлар еш ә сер етпейді. Радиоактивтілік химиялық реакциялар процесі кезінде де еш ө згеріске ұ шырамайды. Бұ л радиоактивтілік қ ұ былыстың сыртқ ы электрондық қ абық шаларының ө згерісімен анық талмай, тек ядролық процестермен анық талатынын кө рсетеді.

Радиоактивтік ыдырау кезінде пайда болғ ан ядро да радиоактивті болады. Ыдырау процесі тізбекті радиоактивті тү рлену тү рінде жү ріп, ақ ыр соң ында тұ рақ ты изотоптың тү зілуімен аяқ талады. Ә рбір аралық ядроның ө зінің ыдырау жылдамдығ ы болады. Осындай тізбекті тү рленулерді басынан ө ткізген элементтердің тізбегін радиоактивтілік тұ қ ымдар деп атайды. Табиғ и уран тізбектің басынан 15 тү рленулер (уран тұ қ ымдарын) беріп, ең соң ында орнық ты қ орғ асын изотобына айналады. Сол сияқ ты радиоактивтілік тұ қ ымдарды торий жә не актиноуран тү зеді. Радиоактивтілік процестер санына мыналар жатады:

1) - ыдырау

2) - ыдырау (оның ішінде электрондық қ армалу)

3) ядроның - сә уле шығ аруы

4) ауыр ядролардың ө здігінен (спонтанды) бө лінуі

5) протондық радиоактивтілік.

Радиоактивтілік тү рлену заң ы. Радиоактивті сә уле шығ арудың интенсивтілігі уақ ыт ө ткен сайын нашарлай береді. Радиоактивтік ядролардың жалпы санынан біреуі ерте, біреуі кеш ыдырауы мү мкін, сондық тан қ арастырылатын ядроның дә л қ ай уақ ытта ыдырайтынын алдын ала айту мү мкін емес. Алайда олардың саны ө те кө п болғ анда ыдыраудың статистикалық заң ын тағ айындауғ а болады. Демек ө те аз уақ ыт аралығ ында ыдырағ ан ядролар саны ядроларлың барлық саны -ге жә не осы уақ ыт аралығ ына пропорционал болады

, (1)

мұ ндағ ы: - ә рбір радиоактивті затқ а тиесілі тұ рақ ты, оны ыдырау тұ рақ тысы деп атайды. «-» таң басы -ді ыдырамағ ан ядросының ө сімшесі деп қ арастыру ү шін алынғ ан, шамасы уақ ыт бірлігінде ядролардың қ андай ү лесі ыдырағ анын кө рсетеді, басқ аша айтқ анда 1 с-тағ ы ядролардың ыдырау ық тималдығ ын сипаттайды.

(1) тең деуіндегі айнымалыларды бө ліп интералдасақ, сонда

немесе

.

Осыдан

, (2)

мұ ндағ ы: -бастапқ ы уақ ыт кезең індегі ядролар саны, - уақ ыт кезең індегі ыдырамағ ан ядролар сан.

(2) ө рнек ядролардың радиоактивті тү рленулерінің заң дылығ ын сипаттайды. Бұ л заң ө те қ арапайым: ыдырамағ ан ядролар саны уақ ытқ а байланысты экспоненциалдық заң мен ө згереді. Уақ ыт аралығ ы болғ анда ыдырағ ан ядролар саны мынадай ө рнекпен анық талады.

. (3)

Радиоактивті препараттың толық ыдырауы (), шын мә нінде, ө те ұ зақ уақ ыт () жү реді. Сондық тан ыдырау жылдамдығ ы Т жартылай ыдырау периодымен сипатталады.

Ядроның алғ ашқ ы санының жартысы ыдырайтын уақ ыт жартылай ыдырау периоды деп аталады Бұ л уақ ыт мына шарттан анық талады:

,

осыдан

. (4)

Бү гінгі кү нге дейін бізге белгілі радиоактивтік ядролардың жартылай ыдырау периоды 3·10^-7 с-тан 5·10¹⁵ жыл аралығ ында болады.

Радиоактивті ядроның орташа ө мір сү ру уақ ыты ыдырау тұ рақ тысына кері шама болып шығ ады

. (5)

Радиоактивті препарат уақ ыт бірлігі ішіндегі ыдырау санына тең болатын А ө ршігіштігімен (активтілігімен) сипатталады.

. (6)

Ө ршігіштіктің уақ ытқ а тә уелділігін (1) жә не (2) ө рнектерінен шығ арып алуғ а болады:

. (7)

Препараттың ө ршігіштігі де радиоактивті ядро саны сияқ ты экспоненциалдық заң мен ө згеріп жә не -те ол да нө лге ұ мтыладв. ө ршігіштіктің бірлігіне Кюри (Ки) алынады, яғ ни 1 Ки дегеніміз 1 с-та радиоактивтік препараттың 3, 7·10¹⁰ ыдырауы ө тетінін кө рсетеді. Демек 1 Ки =3, 7·10¹⁰ с^-1.

(7) ө рнектен ө ршігіштік атомның тегіне ғ ана емес, сонымен бірге оның санынан да тә уелді екені кө рінеді. Егер де препараттың ә ртү рлі массасы болса, онда олардың ө ршігіштіктері де ә ртү рлі болады.

Егер қ андай да болмасын объект (қ оршағ ан ортаның бө лігі, механизмдер, т.б.) радиоактивтілікпен ластанғ ан болса, онда адамғ а бұ л аймақ қ а белгілі бір уақ ыттан кейін ғ ана кіруге болады, яғ ни бұ л кезде ө ршігіштік адам ө міріне қ ауіпсіз жағ дайғ а А_қ -ғ а жетеді, демек А_қ = . Осыдан уақ ытын анық таймыз, сонда

Тез ыдырайтын изотоптар ү шін -дың кіші болатындығ ы тү сінікті. Ө ршігіштіктің бірлігі ретінле беккерель (Бк) алынады. Сонда радиоактивті ядролық изотоптың ө ршігіштігі 1 с-та бір ыдырауғ а жеткен жағ дайда 1 беккерельге тең болады. Ө ршігіштік 400 Бк-ден аспайтын жағ дайда адам препаратпен еш қ орқ ынышсыз жұ мыс істеуге болады. А> 10³ Бк болғ анда сақ тану шараларын жасау керек. Ал егер А> 10⁷ Бк болса, онда сақ тану ережелерін ө те мұ қ ият орындауды қ ажет етеді.

Практикада қ олданылатын радиоизотоптардың массалары ө те ү лкен болмайды, мысалы, иодтың изотобының ө ршігіштігі 10⁷ Бк болса, оның массасы небә рі 10^{-8 г шамасында.}

Радиоактивтілік қ ұ былысы ашылғ ан соң кө п кешікпей радиоактивті заттар ү ш тү рлі сә улелер шығ аратыны, ол сә улелердің заттардан ө ту қ абілеті тү рліше екені жә не бір қ атар басқ а да қ асиеттері бар екені табылды. Олардың бірі -сә улелері деп аталады. -сә улелері магнит ө рісінде оң зарядталғ ан бө лшектер ағ ыны бұ рылатын жақ қ а қ арай бұ рылды. Екіншісі, -сулелері, олар магнит ө рісінде теріс бө лшектер ағ ыны бұ рылатын бағ ытқ а бұ рылды. Ең соң ында, радиоактивті сә улелердің ү шінші тү рі -сә улелері магнит ө рісіне ешқ андай сыр бермейді, яғ ни ешқ андай бағ ытқ а бұ рылмайды. Кейіннен бұ л -сә улелерінің ө те қ ысқ а толқ ын ұ зындық ты (10^-3-нен 1Å -ге дейін) электромагниттік толқ ындар екені анық талды.

Тә жірибелердің қ орытындыларына қ арағ анда радиоактивті сә улелердің бә рінің де

а) белгілі бір дә режеде заттарғ а химиялық ә сері бар, мысалы фотопластинканың қ араюын тудырады,

ә) ө зі тесіп ө тетін газдарды, кейде конденсацияланғ ан денелерді иондайды,

б) бірқ атар қ атты денелердің жә не сұ йық тардың флуоресценттік жарқ ылын тудырады.