Alfa un beta starojumu parasti sauc par radioaktīvo sabrukšanu. Šis ir process, kas ir subatomisku daļiņu emisija no kodola, kas notiek ar milzīgu ātrumu. Tā rezultātā atoms vai tā izotops var mainīties no viena ķīmiskā elementa uz citu. Kodolu alfa un beta sabrukšana ir raksturīga nestabiliem elementiem. Tie ietver visus atomus, kuru lādiņa skaitlis ir lielāks par 83 un masas skaitlis ir lielāks par 209.
Reakcijas apstākļi
Sadalīšanās, tāpat kā citas radioaktīvās pārvērtības, ir dabiska un mākslīga. Pēdējais rodas dažu svešķermeņu iekļūšanas dēļ kodolā. Cik daudz alfa un beta sabrukšanas atoms var iziet, ir atkarīgs tikai no tā, cik ātri tiek sasniegts stabils stāvoklis.
Dabiskos apstākļos notiek alfa un beta mīnus sabrukšana.
Mākslīgos apstākļos notiek neitronu, pozitronu, protonu un citi, retāki kodolu sabrukšanas un transformāciju veidi.
Šos vārdus devis Ernests Raterfords, kurš pētīja radioaktīvo starojumu.
Atšķirība starp stabilu un nestabilukodols
Spēja sabrukt ir tieši atkarīga no atoma stāvokļa. Tā sauktais "stabilais" jeb neradioaktīvais kodols ir raksturīgs nesadalošiem atomiem. Teorētiski šādus elementus var novērot bezgalīgi, lai galīgi pārliecinātos par to stabilitāti. Tas ir nepieciešams, lai atdalītu šādus kodolus no nestabiliem, kuriem ir ārkārtīgi ilgs pussabrukšanas periods.
Kļūdas dēļ šādu "lēnu" atomu var sajaukt ar stabilu. Tomēr telūrs un, konkrētāk, tā izotopa numurs 128, kura pussabrukšanas periods ir 2,2·1024 gadi, var būt spilgts piemērs. Šis gadījums nav izolēts. Lantāna-138 pussabrukšanas periods ir 1011 gadi. Šis periods ir trīsdesmit reizes lielāks par esošā Visuma vecumu.
Radioaktīvās sabrukšanas būtība
Šis process notiek nejauši. Katrs bojājošais radionuklīds iegūst ātrumu, kas ir nemainīgs katrā gadījumā. Sabrukšanas ātrums nevar mainīties ārējo faktoru ietekmē. Nav svarīgi, vai reakcija notiks milzīga gravitācijas spēka ietekmē, pie absolūtās nulles, elektriskā un magnētiskā laukā, jebkuras ķīmiskas reakcijas laikā utt. Procesu var ietekmēt tikai tieša ietekme uz atoma kodola iekšpusi, kas praktiski nav iespējams. Reakcija ir spontāna un ir atkarīga tikai no atoma, kurā tā norisinās, un tā iekšējā stāvokļa.
Atsaucoties uz radioaktīvo sabrukšanu, bieži tiek lietots termins "radionuklīds". Tiem, kas navPārzinot to, jums jāzina, ka šis vārds apzīmē atomu grupu, kam ir radioaktīvās īpašības, savs masas skaitlis, atomskaitlis un enerģijas statuss.
Dažādi radionuklīdi tiek izmantoti tehniskajās, zinātnes un citās cilvēka dzīves jomās. Piemēram, medicīnā šos elementus izmanto slimību diagnostikā, medikamentu, instrumentu un citu priekšmetu apstrādē. Ir pat vairākas terapeitiskas un prognostiskas radiozāles.
Ne mazāk svarīga ir izotopa definīcija. Šis vārds attiecas uz īpašu atomu veidu. Viņiem ir tāds pats atomu skaits kā parastam elementam, bet atšķirīgs masas skaitlis. Šo atšķirību izraisa neitronu skaits, kas neietekmē lādiņu, piemēram, protonus un elektronus, bet maina to masu. Piemēram, vienkāršajam ūdeņradim to ir pat 3. Šis ir vienīgais elements, kura izotopiem ir doti nosaukumi: deitērijs, tritijs (vienīgais radioaktīvais) un protijs. Citos gadījumos nosaukumi tiek doti atbilstoši atomu masām un galvenajam elementam.
Alfa sabrukšana
Šī ir sava veida radioaktīva reakcija. Tas ir raksturīgs dabas elementiem no ķīmisko elementu periodiskās tabulas sestā un septītā perioda. Īpaši mākslīgiem vai transurāna elementiem.
Elementi, kas pakļauti alfa samazinājumam
Metālu skaits, ko raksturo šī sabrukšana, ietver toriju, urānu un citus sestā un septītā perioda elementus no ķīmisko elementu periodiskās tabulas, skaitot no bismuta. Procesā tiek pakļauti arī izotopi no smagajiempreces.
Kas notiek reakcijas laikā?
Kad sākas alfa sabrukšana, daļiņu kodola emisija, kas sastāv no 2 protoniem un neitronu pāra. Pati emitētā daļiņa ir hēlija atoma kodols, kura masa ir 4 vienības un lādiņš +2.
Rezultātā parādās jauns elements, kas periodiskajā tabulā atrodas divas šūnas pa kreisi no oriģināla. Šo izkārtojumu nosaka tas, ka sākotnējais atoms ir zaudējis 2 protonus un līdz ar to arī sākotnējo lādiņu. Rezultātā iegūtā izotopa masa salīdzinājumā ar sākotnējo stāvokli tiek samazināta par 4 masas vienībām.
Piemēri
Šīs sabrukšanas laikā no urāna veidojas torijs. No torija nāk rādijs, no tā nāk radons, kas galu galā dod poloniju, un visbeidzot svins. Šajā procesā veidojas šo elementu izotopi, nevis tie paši. Tātad, izrādās, urāns-238, torijs-234, rādijs-230, radons-236 un tā tālāk, līdz parādās stabils elements. Šādas reakcijas formula ir šāda:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Izvēlētās alfa daļiņas ātrums emisijas brīdī ir no 12 līdz 20 tūkstošiem km/sek. Atrodoties vakuumā, šāda daļiņa ap zemeslodi apbrauktu 2 sekundēs, virzoties pa ekvatoru.
Beta sabrukšana
Šo daļiņu un elektronu atšķirība ir parādīšanās vietā. Beta sabrukšana notiek atoma kodolā, nevis to aptverošajā elektronu apvalkā. Visizplatītākā no visām esošajām radioaktīvajām pārvērtībām. To var novērot gandrīz visās šobrīd esošajāsķīmiskie elementi. No tā izriet, ka katram elementam ir vismaz viens sabrukšanai pakļauts izotops. Vairumā gadījumu beta samazināšanās izraisa beta-mīnus samazināšanos.
Reakcijas plūsma
Šajā procesā no kodola tiek izmests elektrons, kas radies spontānas neitrona pārvēršanās rezultātā par elektronu un protonu. Šajā gadījumā lielākas masas dēļ protoni paliek kodolā, un elektrons, ko sauc par beta mīnus daļiņu, atstāj atomu. Un, tā kā uz vienību ir vairāk protonu, pats elementa kodols mainās uz augšu un periodiskajā tabulā atrodas pa labi no oriģināla.
Piemēri
Beta sabrukšana ar kāliju-40 pārvērš to par kalcija izotopu, kas atrodas labajā pusē. Radioaktīvais kalcijs-47 kļūst par skandiju-47, kas var pārvērsties par stabilu titānu-47. Kā izskatās šī beta sabrukšana? Formula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Beta daļiņas ātrums ir 0,9 reizes lielāks par gaismas ātrumu, kas ir 270 000 km/s.
Dabā nav pārāk daudz beta aktīvo nuklīdu. Nozīmīgu ir ļoti maz. Piemērs ir kālijs-40, kas dabiskā maisījumā ir tikai 119/10 000. Starp nozīmīgajiem dabiskajiem beta mīnus aktīvajiem radionuklīdiem ir arī urāna un torija alfa un beta sabrukšanas produkti.
Beta sabrukšanai ir tipisks piemērs: torijs-234, kas alfa sabrukšanas laikā pārvēršas par protaktīniju-234 un tādā pašā veidā kļūst par urānu, bet tā otra izotopa numurs ir 234. Šis urāns-234 atkal alfa dēļ. pagrimums kļūsttorijs, bet jau cita tā šķirne. Pēc tam šis torijs-230 kļūst par rādiju-226, kas pārvēršas radonā. Un tādā pašā secībā, līdz tallijam, tikai ar dažādām beta pārejām atpakaļ. Šī radioaktīvā beta sabrukšana beidzas ar stabila svina-206 veidošanos. Šai transformācijai ir šāda formula:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-2433452 At-2433452 At-2433452 At-2033452 At-203452 At-218 -26-34-318-643 Pb-206
Dabiski un nozīmīgi beta aktīvie radionuklīdi ir K-40 un elementi no tallija līdz urānam.
Beta-plus samazinājums
Ir arī beta plus transformācija. To sauc arī par pozitronu beta sabrukšanu. Tas no kodola izstaro daļiņu, ko sauc par pozitronu. Rezultātā sākotnējais elements tiek pārveidots par kreisajā pusē esošo elementu, kuram ir mazāks skaitlis.
Piemērs
Kad notiek elektronu beta sabrukšana, magnijs-23 kļūst par stabilu nātrija izotopu. Radioaktīvais eiropijs-150 kļūst par samāriju-150.
Iegūtā beta sabrukšanas reakcija var radīt beta+ un beta emisijas. Daļiņu izplūdes ātrums abos gadījumos ir 0,9 reizes lielāks par gaismas ātrumu.
Citi radioaktīvie sabrukumi
Papildus tādām reakcijām kā alfa sabrukšana un beta sabrukšana, kuru formula ir plaši zināma, ir arī citi procesi, kas ir retāki un raksturīgāki mākslīgajiem radionuklīdiem.
Neitronu sabrukšana. Tiek emitēta neitrāla daļiņa ar 1 vienībumasu. Tās laikā viens izotops pārvēršas par otru ar mazāku masas skaitli. Piemērs varētu būt litija-9 pārvēršana par litiju-8, hēlija-5 pārvēršana par hēliju-4.
Kad stabilu joda-127 izotopu apstaro ar gamma stariem, tas kļūst par izotopu numuru 126 un iegūst radioaktivitāti.
Protonu sabrukšana. Tas ir ārkārtīgi reti. Tās laikā izdalās protons, kura lādiņš ir +1 un 1 masas vienība. Atomu svars samazinās par vienu vērtību.
Jebkura radioaktīvā transformācija, jo īpaši radioaktīvā sabrukšana, tiek pavadīta ar enerģijas izdalīšanos gamma starojuma veidā. Viņi to sauc par gamma stariem. Dažos gadījumos tiek novēroti mazākas enerģijas rentgena stari.
Gamma sabrukšana. Tā ir gamma kvantu plūsma. Tas ir elektromagnētiskais starojums, cietāks par rentgenu, ko izmanto medicīnā. Rezultātā parādās gamma kvanti jeb enerģija plūst no atoma kodola. Rentgenstari ir arī elektromagnētiski, taču tie rodas no atoma elektronu apvalkiem.
Alfa daļiņas darbojas
Alfa daļiņas ar 4 atomu vienību masu un lādiņu +2 pārvietojas pa taisnu līniju. Šī iemesla dēļ mēs varam runāt par alfa daļiņu klāstu.
Skriešanas vērtība ir atkarīga no sākotnējās enerģijas un svārstās no 3 līdz 7 (dažreiz 13) cm gaisā. Blīvā vidē tas ir milimetra simtdaļa. Šāds starojums nevar iekļūt loksnēpapīrs un cilvēka āda.
Savas masas un lādiņa skaitļa dēļ alfa daļiņai ir vislielākā jonizējošā jauda, un tā iznīcina visu, kas atrodas savā ceļā. Šajā sakarā alfa radionuklīdi ir visbīstamākie cilvēkiem un dzīvniekiem, ja tie tiek pakļauti ķermeņa iedarbībai.
Beta daļiņu iespiešanās
Nelielā masas skaitļa, kas ir 1836 reizes mazāks par protonu, negatīvā lādiņa un izmēra dēļ, beta starojums vāji iedarbojas uz vielu, caur kuru tas lido, bet turklāt lidojums ir ilgāks. Arī daļiņas ceļš nav taisns. Šajā sakarā viņi runā par iespiešanās spēju, kas ir atkarīga no saņemtās enerģijas.
Radioaktīvās sabrukšanas laikā radušos beta daļiņu caurlaidības spēja sasniedz 2,3 m gaisā, šķidrumos to skaita centimetros, bet cietās vielās - centimetru daļās. Cilvēka ķermeņa audi pārraida 1,2 cm dziļu starojumu. Lai aizsargātu pret beta starojumu, var kalpot vienkāršs ūdens slānis līdz 10 cm. Daļiņu plūsmu ar pietiekami augstu sabrukšanas enerģiju 10 MeV gandrīz pilnībā absorbē šādi slāņi: gaiss - 4 m; alumīnijs - 2,2 cm; dzelzs - 7,55 mm; svins - 5,2 mm.
Ņemot vērā to nelielo izmēru, beta starojuma daļiņām ir zema jonizācijas spēja salīdzinājumā ar alfa daļiņām. Tomēr, ja tie tiek norīti, tie ir daudz bīstamāki nekā ārējas iedarbības laikā.
Neitroniem un gamma pašlaik ir visaugstākā caurlaidības spēja starp visiem starojuma veidiem. Šo starojumu diapazons gaisā dažkārt sasniedz desmitus un simtusmetri, bet ar zemāku jonizācijas veiktspēju.
Lielākā daļa gamma staru izotopu enerģijas nepārsniedz 1,3 MeV. Reti tiek sasniegtas 6,7 MeV vērtības. Šajā sakarā, lai aizsargātu pret šādu starojumu, vājinājuma koeficientam tiek izmantoti tērauda, betona un svina slāņi.
Piemēram, lai desmitkārtīgi vājinātu kob alta gamma starojumu, nepieciešams aptuveni 5 cm biezs svina ekranējums, 100-kārtīgam vājinājumam nepieciešams 9,5 cm Betona ekranējums būs 33 un 55 cm, bet ūdens - 70 un 115 cm.
Neitronu jonizējošā veiktspēja ir atkarīga no to energoefektivitātes.
Jebkurā situācijā labākais veids, kā aizsargāties pret radiāciju, ir atrasties pēc iespējas tālāk no avota un pēc iespējas mazāk laika pavadīt augsta starojuma zonā.
Atomu kodolu dalīšanās
Ar atomu kodolu skaldīšanu tiek domāts spontāns jeb neitronu ietekmē kodola sadalīšanās divās daļās, kuru izmērs ir aptuveni vienāds.
Šīs divas daļas kļūst par elementu radioaktīvajiem izotopiem no ķīmisko elementu tabulas galvenās daļas. Sākot no vara līdz lantanīdiem.
Izlaišanas laikā izplūst pāris papildu neitroni un rodas enerģijas pārpalikums gamma kvantu veidā, kas ir daudz lielāks nekā radioaktīvās sabrukšanas laikā. Tātad vienā radioaktīvās sabrukšanas aktā parādās viens gamma kvants, un dalīšanās akta laikā parādās 8, 10 gamma kvanti. Arī izkliedētajiem fragmentiem ir liela kinētiskā enerģija, kas pārvēršas termiskos indikatoros.
Atbrīvotie neitroni spēj izraisīt līdzīgu kodolu pāra atdalīšanos, ja tie atrodas tuvumā un neitroni tiem trāpa.
Tas palielina iespēju, ka notiek sazarojoša, paātrinoša ķēdes reakcija, sadalot atomu kodolus un radot lielu enerģijas daudzumu.
Kad šāda ķēdes reakcija tiek kontrolēta, to var izmantot noteiktiem mērķiem. Piemēram, apkurei vai elektrībai. Šādi procesi tiek veikti atomelektrostacijās un reaktoros.
Ja zaudēsiet kontroli pār reakciju, notiks atomsprādziens. Līdzīgu izmanto kodolieročos.
Dabiskos apstākļos ir tikai viens elements - urāns, kuram ir tikai viens skaldāmais izotops ar numuru 235. Tas ir ieroču kvalitātes.
Parastā urāna atomreaktorā no urāna-238 neitronu ietekmē tie veido jaunu izotopu ar numuru 239 un no tā - plutoniju, kas ir mākslīgs un dabā nerodas. Šajā gadījumā iegūtais plutonijs-239 tiek izmantots ieroču vajadzībām. Šis atomu kodolu dalīšanās process ir visu atomu ieroču un enerģijas būtība.
Mūsdienās ir plaši izplatītas tādas parādības kā alfa sabrukšana un beta sabrukšana, kuru formula tiek pētīta skolā. Pateicoties šīm reakcijām, pastāv atomelektrostacijas un daudzas citas nozares, kuru pamatā ir kodolfizika. Tomēr neaizmirstiet par daudzu šo elementu radioaktivitāti. Strādājot ar tiem, nepieciešama īpaša aizsardzība un visu piesardzības pasākumu ievērošana. Pretējā gadījumā tas var novest pienelabojama katastrofa.
