Радиоактивдүүлүк. α-, β-,жанаγ-нурдануулары

19-глава

Радиоактивдүүлүк. α-, β-,жанаγ-нурдануулары. Табигый радиоактивдүүлүк

Радиоактивдүүлүк. α-,β-,жанаγ-нурдануулары. Француз физиги А. Беккерель (1852-1908) 1896-жылы фотопластинканын жардамы менен урандын туздарынын бир түрү нур чыгаруунун булагы болорлугун байкаган. Бул нур чыгаруунун жаратылышы белгисиз болгон. Ошондой эле Беккерель ѳзү ачкан нурдануу урандын бардык кошулмаларынан жана металл түрүндѳгү урандын ѳзүнѳн да чыгарыларын аныктаган. Демек, нурдануунун булагы болуп урандын атомдору эсептелери белгилүү болгон.

Урандын нурдануусу үзгүлтүксүз жүрѳт жана ага эч кандай тышкы аракет этүүлѳр (температура, басымдын өзгѳрүүлѳрү ж. б.) таасир этпейт б. а. урандын атомдору ѳзүнѳн өзү (спонтандык түрдѳ) нурданат. Урандын нурдануусу радиоактивдүү деп, ал эми кубулуштун ѳзү радиоактивдүүлүк деп аталат.

Радиоактивдүү ажыроо жүрбѳгөн ядролор стабилдүү (туруктуу) деп аталышат. Ажыроо жүргѳндѳ ядронун атомдук номери Z да, ошондой эле массалык саны А да ѳзгѳрүшү мүмкүн.

Бир химиялык элементтин изотопторунун туруктуу эмес ядролорунун ѳзүнѳн ѳзү башка химиялык элементтердин изотоп­торунун ядролоруна айлануусу радиоактивдүүлүктү берет.

Беккерелдин, Резерфорддун, Пьер Кюринин (1859-1906), Мария Склодовская-Кюринин жана башка илимпоздордун илимий изилдѳѳ иштери радиоактивдүү нурдануу татаал түзүлүшкѳ ээ экендигин жана магнит талаасында үч түрдѳгү нурларга ажырарлыгын кѳргѳзгѳн. Ал нурлар α-, β- жана γ - нурлары деп аталышат. α- нурларын заряддары электрондун зарядынын абсолюттук чондугунун эки эсесине барабар болгон оң заряддуу бѳлүкчѳлөрдүн агымы түзѳт; β- нурларын энергиялары 10 МэВ ге жеткен, вакуумдагы ылдамдыгы жарык ылдамдыгына жакын болгон электрондордун агымы түзѳт; γ- нурларын магнит талаасында кыйшайбоочу, эң эле кыска толкун узундуктагы электр-магниттик толкундар түзүп, алар бардык радиоактивдүү нурдануулардын ичинен эң эле чоң ѳтүмдүүлүк жѳндѳмдүүлүгүнѳ ээ болот, γ- нурларынын жыштыгы рентген нурларынын жыштыгынан да жогору. Рентген нурларына караганда γ - нурларында кванттык касиеттер жогорку даражада байкалат. α-, β- жана γ - нурларынын магнит талаасындагы кѳрүнүшү 1-сүрѳттө берилген. Магнит талаасы сүрѳткѳ перпендикулярдуу багытталган. 1-калын катмарлуу кылып коргошундан жасалган идиш, 2 - радиоактивдүү зат.

1898-жылы М. Кюри жана П. Кюри торийдин радиоактивдүүлүгүн аныктоо менен ошол эле жылы жаңы эки химиялык элементтерди ачышкан, Бул жаңы элементтер уран кенинин курамынан табылып, радиоактивдүүлүк касиетине ээ болушкан. Радиоактивдүүлүгү урандын радиоактивдүүлүгүнѳн болжол менен миллион эсе күчтүү болгон алардын бири - радий деп аталса, экинчиси полоний деп аталган.

1908-жылы Резерфорд спектрдик анализдин жардамы менен радиоактивдүү газ - радонду тапкан.

Радиоактивдүүлүктү ачуу физиктердин алдына радиоактивдүү нурдануу кандай пайда болот? деген суроону койгон. Ѳзгѳчө анын спонтандуулугу (ѳзүнѳн ѳзү нурдануусу) табышмактуу болгон. 1903-жылы Резерфорд жана англиялык физик Ф. Содди (1877-1956) радиоактивдүү нурдануу атомдордун өзүнѳн ѳзү ажыроосунан пайда болот деген гипотезаны айтышкан.

Бул гипотеза боюнча радиоактивдүү эле­менттердин атомдору, кадимки элементтердин атомдорунан айырмаланып туруктуу эмес жана убакыт өткѳн сайын улам бир атом ѳзүнѳн өзү ажыроодо болуп турган. Кийинки жүргүзүлгѳн изилдѳѳлѳр бул гипотезанын тууралыгын далилдеген.

Атомдордун түзүлүшү аныкталгандан кийин радиоактивдүү элементтердин 1-сүрѳт. атомдорунун ядролорунда ажыроо жүргөн учур­да гана радиоактивдүү нурдануу пайда болорлугу белгилүү бол­гон. Анткени оң заряддалган α - бѳлүкчѳлөрү ядродон гана чыгышы мүмкүн. Кийинчерээк (β- бөлүкчѳлѳрү да ядролордун ажы­роосунан пайда болорлугу аныкталган. α— бѳлүкчѳлөрүнүн жаратылышы биротоло 1908-жылы такталган. Кѳптѳгѳн эксперименттердин жыйынтыктары α - бѳлүкчѳлѳрү гелийдин эки жолу иондошкон атомдору, б. а. гелийдин ядролору экендигин кѳргѳзгѳн. Резерфорддун жетекчилиги менен тажрыйба жүргүзүлгѳн. Анда ичинен аба сордурулуп алынган идишке кичине жылчык аркылуу бир нече күнгѳ α - бѳлүкчѳлѳрү киргизилген. Спектралдык анализ бул идиште гелийдин бар экендигин кѳргѳзгѳн.

Эгер бир аз сандагы радонду ампулага бекитип койсок, анда анын радиоактивдүүлүк нурдануусунун интенсивдүүлүгү убакыттын ѳтүшү менен тѳмөндөгѳндүгү байкалган. Бул болсо, радондун атомдук ядросунун ажыроосу менен ажыроого дуушар боло элек ядролордун азайып бараткандыгын кѳргѳзген. Демек, ампулада калган радиоактивдүү заттардын саны кемий берет. Ядролордун ажыроосу канчалык тез жүргөн сайын, нурдануунун интенсивдүүлүгү ошончолук тез тѳмөндѳшү керек. Ар кандай радиоактивдүү элементтер бири- биринен ажыроо ылдамдыктары менен айырмаланышат. Андан тышкары, кээ бир элементтер ар кандай ажыроо ылдамдыктагы бир нече радиоактивдүү изотопторго ээ болушат.

Радиоактивдүүлүктү мүнөздѳѳ үчүн каралып жаткан элемент­тин атомдорунун саны эки эсеге азайууга кеткен убакыт Т кир­гизилген. Бул убакыт жарым ажыроо мезгили деп аталат. Кээ бир элементтердин жарым ажыроо убактысы миллиарддаган жылдар менен ѳлчѳнсо, ал эми башкаларыныкы өтө эле кичине секунданын үлүшү менен ѳлчѳнѳт. Мисалы, радийдин жарым ажыроо мезгили 1620 жылга барабар. Демек, эгер 1 г радийди ала турган болсок, 1620 жылдан кийин анын жарымы гана (0,5 г) калса, ал эми 3240 жылдан кийин тѳрттѳн бири (0,25 г) калат.

Урандын жарым ажыроо мезгили миллиарддаган жылдар менен ѳлчѳнсѳ, радондуку болгону 3,82 күндү түзѳт. Айрым радиактивдүү элементтердин ядролору туруксуз болуп, алардын жарым ажыроо мезгили микросекунда менен ѳлчѳнѳт.

Жогоруда радиоактивдүү заттардын нурдануусу үч компоненттен турарлыгын белгилеп кеткенбиз. Алар альфа - нурлары (α - бѳлүкчѳлѳрү), бета — нурлары (β - бѳлүкчѳлѳрү) жана гам­ма нурлары (γ-нуру). Аларды изилдѳѳ тѳмѳндѳгүлѳрдү кѳргѳзѳт: 1.α — бѳлүкчѳлѳрү, электр жана магнит талааларында кыйшайышат жана 2е оң зарядына ээ болушат. Бул бѳлүкчѳлѳр гелийдин атомдорунун ядролору болуп эсептелишет. α — бѳлүк- чѳлѳрү эң начар ѳтүп кетүүчүлүк жѳндѳмдүүлүгүнѳ ээ. Калындыгы 0,1 мм ге чамалаш болгон кагаз баракчасынан бул бөлүкчѳлѳр ѳтүп кете албай калышат. Эгер фотопластинканы кагаз

менен ороп койсо - нурдануусуна туура келүүчү так түшпѳй калат. α- нурдануусу байкалуучу радиоактивдүүлүк α - ажыроосу деп аталат.

Радиоактивдүү элементтердин ядролору тарабынан чыгарылуучу α - бѳлүкчѳлѳрүнүн энергиясы жөнүндөгү түшүнүктү алардын заттардан ѳтүү узундугун ченѳѳ аркылуу алууга болот. Ядродон ѳтѳ чоң баштапкы ылдамдыкта (20000 км/с ка чейинки) чыгарылган α- бѳлүкчѳлѳрү энергияларын жолдо кезигүүчү заттардын атомдорун иондоштурууга жоготуп токтоп калат. α - бөлүкчөлѳрүнүн энергиялары канчалык чоң болсо ошончолук чоң аралыкка ѳтѳт.

2.β - бѳлүкчѳлѳрү электр жана магнит талааларында кѳбүрѳѳк бурчка кыйшайышат, терс (е) зарядын алып жүрүшѳт, α- нурларына караганда ѳтѳ жогорку ѳтүп кетүү жѳндѳмдүүлүгүнѳ ээ. Алар катуу ылдамдыктагы электрондордун агымы болуп эсептелишет.

Эгер β - ажыроо пайда болсо, анда жаңы алынган ядронун заряды бирге жогорулайт, ал эми анын массасы практика жүзүндѳ ѳзгѳрбөйт. Анткени электрондун массасы протондун массасынан 1836 эсе ге кичинелик кылат. Демек, жаңы пайда болгон элемент баштапкы элементке караганда мезгилдүү системадан бир номерге кийин орун алат.

3.γ - нурлары электр жана магнит талааларында кыйшайышпайт, эң чон ѳтүп кетүүчүлүк жѳндѳмдүүлүгүнө ээ. γ - нурла­рынын жутулуу интенсивдүүлүгү жутуучу заттын атомдук номеринин ѳсүшү менен жогорулайт. Бирок калындыгы 1 см болгон коргошун катмары γ — нурлары үчүн тозмо болуп эсептелбейт. Мындай коргошун катмары аркылуу γ – нурлары ѳткѳндѳ алардын интенсивдүүлүгү болгону эки эсеге гана азаят.

Касиеттери боюнча γ - нурлары рентген нурларына эң эле окшош келет, бирок ѳтүп кетүү жѳндѳмдүүлүгү рентген нурларына караганда бир кыйла жогору. Бул болсо γ - нурлары электромагниттик толкундар болуп эсептелишет деген ойго алып келет. γ - нурларынын кристаллдардагы дифракциясы байкалгандан жана толкун узундуктары ѳлчѳнгѳндөн кийин бул ойдун тууралыгы толугу менен далилге ээ болгон. Ѳлчөөлѳр γ- нурларынын толкун узундуктары эң эле кыска экендигин жана 10^-8 ден 10 ^-11 см ге дейре болорлугун кѳргөзгѳн.

? 1. Радиоактивдүүлүк деп эмнени түшүнөсүңѳр?

2. Радиоактивдүүлүк ким тарабынан жана качан ачылган?

3. Кимдер тарабынан жана качан изилденген?

4. а-, β-, жана γ — нурларына мүнѳздөмѳ бергиле. 5. Жарым ажыроо мезгили деген эмне? Ал алынган элементтин массасынан көз карандыбы?

Табигый радиоактивдүүлүк. Бир элементтин туруктуу эмес ядросунун ѳзүнѳн ѳзү башка элементтин ядросуна ѳтүп кетиши табигый радиоактивдүүлүк болуп эсептелет. Табигый радиоак­тивдүүлүк Менделеевдин мезгилдүү системасынын аягына жайланышкан бир катар оор элементтерден байкалат.

Табигый радиоактивдүүлүк Беккерель тарабынан ачылган. Ал урандын тузу тунук эмес заттардан ѳтүп кетүүгѳ жѳндѳмдүү, абаны иондоштуруучу, фотографиялык пластинкага таасир этүүчү, бир катар заттарга люминесценция пайда кылуучу нурларды чыгарарлыгын байкаган. Узак убакыттар бою изилдѳѳлѳрдүн натыйжасында П. Кюри жана М. Кюри-Складовская уранга караганда ѳтө жогорку даражадагы радиоактивдүүлүккѳ ээ болгон эки химиялык элементти - полоний менен радийди табышкан. Андан кийин табигый радиоактивдүүлүккѳ торий, актиний ж. б. бардыгы болуп кыркка жакын элементтер ээ экендиги аныкталган.

Радиоактивдүүлүк ядролук процесс болуп эсептелет. Эгер элемент кандайдыр бир химиялык кошулмага аралашса, анда ал элементтин радиоактивдүүлүгү ѳзгѳрбѳйт.

Массанын жана электр заряддарынын сакталуу закондорунун негизинде жылышуу эрежеси деп аталган эреже аныкталган. Бул эреженин жардамы менен а - же β - айланууларынын натыйжасында пайда болуучу жаңы элементтин массалык санын жана ядросунун зарядын аныктоого болот.

α - бѳлүкчѳсү гелийдин ядросу болуп эсептелет, ал +2 бирдик зарядды алып жүрѳт жана анын массалык саны 4 бирдикке барабар. Демек, α - ажыроосунун негизинде пайда болуучу элемент, баштапкы элементке караганда, эки бирдик зарядка кем болгон, ал эми массалык саны 4 бирдикке аз ядрого ээ болот. Жаңы элемент Менделеевдин таблицасында баштапкы элементке караганда таблицанын башталыш жагына эки номерге жакын жайланышат.

М исалы, радийдин α- ажыроосунда ₈₈Ra²²⁶ ₂He⁴ + ₈₆Rn²²², радон пайда болот.

Жылышуу эрежеси Менделеевдин таблицасынын акыркы катарындагы табигый радиоактивдүү элементтер үч «радиоактивдүүлүктѳрү жакын топтордун» («радиоактивных семейств») бирине таандык болорлугун аныктоого мүмкүндүк берген. Алар уран-радий топтору, торий топтору жана актиний топтору деп аталышат.

Байкоолор убакыттын ѳтүшү менен радиоактивдүү заттардын активдүүлүгү азаярлыгын кѳргѳзгѳн. Бир элемент үчүн бул азайуу эң эле тез-минута ичинде, ал түгүл секундада болорлугу белгилүү болсо, башка элементтер үчүн жүздѳгѳн жылдар талап кылынат.

1. Табигый радиоактивдүлүк деген эмне?