ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 98
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Радиоактивтік. Радиоактивтік ыдыраудың негізгі заңы
Радиоактивтік – бұл атомдық ядролардың бір немесе бірнеше бөлшек шығарып өздігінен ыдырау (басқа ядроларға түрлену) құбылысы (А. Беккерель, 1896 ж.). Осындай ыдырауға тек орнықсыз ядролар ұшырайды және ыдырауға ұшырайтын ядролар және бұларға сәйкес нуклидтер радиоактивті деп аталады. Радиоактивті ядро аналық ядро деп, ал ыдырау нәтижесінде пайда болған ядролар туынды ядролар деп аталады.
Радиоактивтік табиғи және жасанды болып бөлінеді. Біріншіге табиғатта кездесетін табиғи-радиоактивті ядролар, екіншіге зертханалық жағдайларда ядролық реакциялар арқылы алынған ядролар жатады. Негізінде бұлардың бір-бірінен айырмашылығы жоқ. Екі жағдайда да радиоактивті түрлену бірдей заңдылықтарға бағынады.
Радиоактивтік – ядро ішкі үдеріс. Бұл радиоактивтікке радиоактивті заттың химиялық қосылыс түрі, агрегаттық күйі, үлкен қысымдар, өте жоғары температуралар, электр және магнит өрістері, яғни атомның электрондық қабықшасы күйінің өзгерісін тудыра алатын сыртқы әсерлер ықпал ете алмайтындығын көрсетеді.
Радиоактивті ыдырауда энергияның сақталу заңы орындалады:
, (2.2.1)
Мұндағы,Ма және МТ – аналық және туынды ядролардың массалары, mi – ыдырау кезінде шығарылатын бөлшектердің массалары, Ек–ыдырау өнімдерінің кинетикалық энергиясы. (2.2.1) өрнек аналық ядро тыныштықта тұр деп ұйғарылып алынған.
Радиоактивті ыдырауда энергияның сақталу заңымен қатар, импульстің, импульс моментінің сақталу заңдары орындалуы тиіс.
Ыдырау өздігінен болуы үшін Ек>0 болуы қажет. Бұл ыдырайтын ядро мен ыдырау өнімдері массалары
шартын қанағаттандыруы тиіс екендігін білдіреді.
Демек, радиоактивті ыдырау болудың қажетті шарты: бастапқы ядро массасы ыдырау нәтижесінде пайда болған өнімдер массаларының қосындысынан үлкен болуы тиіс. Сондықтан әрбір радиоактивті ыдырау энергия бөлінуімен өтеді.
Радиоактивті ыдырау заңы. Ядроның ыдырауы – кездейсоқ оқиға, демек, Радиоактивтіктің уақытқа байланысты өзгерісі статистикалық заңдылыққа бағынуы тиіс. Сондықтан да радиоактивті ыдырау заңдарынан шығатын қорытындылар ықтималдық сипатта болады. Мысалы, берілген ядроның дәл қашан ыдырайтынын алдынала болжап айтуға болмайды, оның қарастырылып отырған уақыт аралығында қандай ықтималдылықпен ыдырайтынын ғана көруге болады.
Радиоактивті заттың негізгі сипаттамаларының бірі – радиоактивті ыдырау тұрақтысы λ. Бұл әрбір жеке атомдық ядроның ыдырау ықтималдығын анықтайтын шама. Егер берілген уақыт мезетінде N радиоактивті ядролар болса, онда бұлардың dt уақыт аралығында санының кемуін мына қатынас анықтайды:
(2.2.3)
t=0 болғанда радиоактивті ядролардың бастапқы саны N = N0 деп алып, (2.2.3)-ті интегралдағанда мына өрнек алынады:
, (2.2.4)
яғни радиоактивті изотоптың ыдырамаған ядролар саны уақыт өткенде экспоненттік заң бойынша кемиді.
(2.2.4) өрнегі радиоактивті ыдыраудың негізгі заңы деп аталады.
Радиоактивтің негізгі түрлері.
Радиоактивтің негізгі түрлеріне α-, β- ыдырау және γ-сәуле шығару жатады.
Альфа-ыдырау – атомдық ядролардың өздігінен α-бөлшекті шығарып ыдырауы. α-бөлшектің заряды +2е-ге тең, массасы гелий изотопы ядросының массасымен дәл келеді, яғни α-сәуле – гелий ядроларының ағыны болады.
α-ыдырау мына сызба бойынша іске асады:
, (2.2.8)
Мұндағы,Х– аналық ядроның, Y-туынды ядроның символы, -гелий ядросы (α-бөлшек).
Сонымен, α-ыдырауда аналық ядро массалық саны 4-ке, зарядтың саны 2-ге кем басқа ядроға (туынды ядроға) айналады.
α-ыдырау болуы үшін қажетті шарт: аналық ядро массасы туынды ядро мен α-бөлшектің массаларының қосындысынан үлкен болуы тиіс
.
Бета–ыдырау – радиоактивті ядроның электрон (позитрон) және антинейтрино (нейтрино) шығарып, массалық саны өзгермей, ал зарядтық саныΔZ=±1 -ге өзгеріп, басқа ядроға айналуы. Осы үдерісте ядродағы нейтрондардың біреуі протонға түрленеді немесе протондардың біреуі нейтронға түрленеді.
β-ыдыраудың үш түрі болады: β- – ыдырау, β+ – ыдырау, электрондық қармау.
β- – ыдырау
(2.2.9)
сызба бойынша өтеді.
Мұндағы, е-электрондық символдық белгіленуі; ν –электрондық антинейтрино (антинейтрино электронның шығарылуымен ілесе шығарылады).
β- – ыдырауда туынды ядроның массалық саны өзгермейді, ал зарядтық саны 1-ге өседі. β- – ыдырау мысалы:.
Электрондық β--ыдырау негізіне, жоғарыда аталып өткендей, ядродағы нейтронның протонға айналуы жатады:
. (2.2.9а)
Сондықтан β- – ыдырауды атом ядросы ішінде нейтронның протонға өздігінен айналу процесі ретінде анықтауға болады.
β- – ыдырауда түзілетін туынды ядро қозған күйде бола алады. Ядро негізгі күйге ауысқанда γ–сәуле шығарылады. Сондықтан β- – ыдырау болғанда, α – ыдырау сияқты, γ–кванттар қабаттаса шығарылады.
β+ -ыдырау (позитрондық β – ыдырау)
(2.2.11)
сызба бойынша өтеді.
Мұндағы, е– позитронның символдық белгіленуі (позитрон – электронға қатысты антибөлшек); – νнейтрино (позитронның шығарылуымен ілесе шығарылады).
β+ – ыдырауда туынды ядроның массалық саны өзгермейді, ал зарядтық саны саны 1-ге кемиді.
β+ – ыдырау мысалы: .
β+ – ыдырау негізіне ядродағы протонның нейтронға айналуы жатады:
p→n+e++νe(2.2.12)
Ядролардың гамма –сәуле шығаруы. Бұл сәуле ядролардың қозған күйден энергиясы кішірек күйге ауысқан кезде шығаратын қысқа толқынды электромагниттік сәулесі. Ядро дискретті энергетикалық деңгейлер жиыны бар кванттық жүйе болатындықтан γ – сәуленің спектрі де дискретті болады.
Әртүрлі ядролардың шығаратын γ –кванттар энергиясы Еγ мына аралықта жатады: 10кэВ ≤ Еу ≤ 5МэВ.
γ – сәуленің бұған сәйкес толқын ұзындығы 2∙10-13 ≤ λ ≤10-10 м болады.
γ – кванттардың энергиялар бойынша үлестірілуі γ – спектр болады. Бұл сызықтық спектр атомдық ядролар күйлерінің дискреттігінің дәлелі болып табылады. Еркін нуклон γ – квант шығара алмайды, өйткені энергия мен импульстің сақталу заңдары бірдей бұзылған болар еді. Ядро ішінде бұл мүмкін болады, өйткені шығарылған γ – квант ядро нуклондарымен импульспен алмаса алады. Сондықтан β- ыдырау нуклон ішкі процес болса, ал γ – сәуле шығару ядро ішкі процес болады.
γ – сәулені туынды ядро шығарады. Туынды ядро өзінің түзілуі мезетінде қозған күйде болса, онда 10-13-10-14 с ішінде γ – сәуле шығарып, негізгі күйге ауысады. Негізгі күйге ауысқанда қозған ядро бірқатар аралық күйлер арқылы өте алады. Сондықтан да бір радиоактивті изотоптың γ –сәулесі энергиялары бойынша өзгеше γ –кванттардың бірнеше тобынан тұратын болады.
γ – сәуле шығарылғанда А мен Z өзгермейді, сондықтан ол ешқандай ығысу ережелерімен сипатталмайды.
Радиоактивтік – бұл атомдық ядролардың бір немесе бірнеше бөлшек шығарып өздігінен ыдырау (басқа ядроларға түрлену) құбылысы (А. Беккерель, 1896 ж.). Осындай ыдырауға тек орнықсыз ядролар ұшырайды және ыдырауға ұшырайтын ядролар және бұларға сәйкес нуклидтер радиоактивті деп аталады. Радиоактивті ядро аналық ядро деп, ал ыдырау нәтижесінде пайда болған ядролар туынды ядролар деп аталады.
Радиоактивтік табиғи және жасанды болып бөлінеді. Біріншіге табиғатта кездесетін табиғи-радиоактивті ядролар, екіншіге зертханалық жағдайларда ядролық реакциялар арқылы алынған ядролар жатады. Негізінде бұлардың бір-бірінен айырмашылығы жоқ. Екі жағдайда да радиоактивті түрлену бірдей заңдылықтарға бағынады.
Радиоактивтік – ядро ішкі үдеріс. Бұл радиоактивтікке радиоактивті заттың химиялық қосылыс түрі, агрегаттық күйі, үлкен қысымдар, өте жоғары температуралар, электр және магнит өрістері, яғни атомның электрондық қабықшасы күйінің өзгерісін тудыра алатын сыртқы әсерлер ықпал ете алмайтындығын көрсетеді.
Радиоактивті ыдырауда энергияның сақталу заңы орындалады:
, (2.2.1)Мұндағы,Ма және МТ – аналық және туынды ядролардың массалары, mi – ыдырау кезінде шығарылатын бөлшектердің массалары, Ек–ыдырау өнімдерінің кинетикалық энергиясы. (2.2.1) өрнек аналық ядро тыныштықта тұр деп ұйғарылып алынған.
Радиоактивті ыдырауда энергияның сақталу заңымен қатар, импульстің, импульс моментінің сақталу заңдары орындалуы тиіс.
Ыдырау өздігінен болуы үшін Ек>0 болуы қажет. Бұл ыдырайтын ядро мен ыдырау өнімдері массалары
шартын қанағаттандыруы тиіс екендігін білдіреді.
Демек, радиоактивті ыдырау болудың қажетті шарты: бастапқы ядро массасы ыдырау нәтижесінде пайда болған өнімдер массаларының қосындысынан үлкен болуы тиіс. Сондықтан әрбір радиоактивті ыдырау энергия бөлінуімен өтеді.
Радиоактивті ыдырау заңы. Ядроның ыдырауы – кездейсоқ оқиға, демек, Радиоактивтіктің уақытқа байланысты өзгерісі статистикалық заңдылыққа бағынуы тиіс. Сондықтан да радиоактивті ыдырау заңдарынан шығатын қорытындылар ықтималдық сипатта болады. Мысалы, берілген ядроның дәл қашан ыдырайтынын алдынала болжап айтуға болмайды, оның қарастырылып отырған уақыт аралығында қандай ықтималдылықпен ыдырайтынын ғана көруге болады.
Радиоактивті заттың негізгі сипаттамаларының бірі – радиоактивті ыдырау тұрақтысы λ. Бұл әрбір жеке атомдық ядроның ыдырау ықтималдығын анықтайтын шама. Егер берілген уақыт мезетінде N радиоактивті ядролар болса, онда бұлардың dt уақыт аралығында санының кемуін мына қатынас анықтайды:
(2.2.3)
t=0 болғанда радиоактивті ядролардың бастапқы саны N = N0 деп алып, (2.2.3)-ті интегралдағанда мына өрнек алынады:
, (2.2.4)яғни радиоактивті изотоптың ыдырамаған ядролар саны уақыт өткенде экспоненттік заң бойынша кемиді.
(2.2.4) өрнегі радиоактивті ыдыраудың негізгі заңы деп аталады.
Радиоактивтің негізгі түрлері.
Радиоактивтің негізгі түрлеріне α-, β- ыдырау және γ-сәуле шығару жатады.
Альфа-ыдырау – атомдық ядролардың өздігінен α-бөлшекті шығарып ыдырауы. α-бөлшектің заряды +2е-ге тең, массасы гелий изотопы ядросының массасымен дәл келеді, яғни α-сәуле – гелий ядроларының ағыны болады.
α-ыдырау мына сызба бойынша іске асады:
, (2.2.8)Мұндағы,Х– аналық ядроның, Y-туынды ядроның символы, -гелий ядросы (α-бөлшек).
Сонымен, α-ыдырауда аналық ядро массалық саны 4-ке, зарядтың саны 2-ге кем басқа ядроға (туынды ядроға) айналады.
α-ыдырау болуы үшін қажетті шарт: аналық ядро массасы туынды ядро мен α-бөлшектің массаларының қосындысынан үлкен болуы тиіс
.
Бета–ыдырау – радиоактивті ядроның электрон (позитрон) және антинейтрино (нейтрино) шығарып, массалық саны өзгермей, ал зарядтық саныΔZ=±1 -ге өзгеріп, басқа ядроға айналуы. Осы үдерісте ядродағы нейтрондардың біреуі протонға түрленеді немесе протондардың біреуі нейтронға түрленеді.
β-ыдыраудың үш түрі болады: β- – ыдырау, β+ – ыдырау, электрондық қармау.
β- – ыдырау
(2.2.9)сызба бойынша өтеді.
Мұндағы, е-электрондық символдық белгіленуі; ν –электрондық антинейтрино (антинейтрино электронның шығарылуымен ілесе шығарылады).
β- – ыдырауда туынды ядроның массалық саны өзгермейді, ал зарядтық саны 1-ге өседі. β- – ыдырау мысалы:.
Электрондық β--ыдырау негізіне, жоғарыда аталып өткендей, ядродағы нейтронның протонға айналуы жатады:
. (2.2.9а)Сондықтан β- – ыдырауды атом ядросы ішінде нейтронның протонға өздігінен айналу процесі ретінде анықтауға болады.
β- – ыдырауда түзілетін туынды ядро қозған күйде бола алады. Ядро негізгі күйге ауысқанда γ–сәуле шығарылады. Сондықтан β- – ыдырау болғанда, α – ыдырау сияқты, γ–кванттар қабаттаса шығарылады.
β+ -ыдырау (позитрондық β – ыдырау)
(2.2.11)сызба бойынша өтеді.
Мұндағы, е– позитронның символдық белгіленуі (позитрон – электронға қатысты антибөлшек); – νнейтрино (позитронның шығарылуымен ілесе шығарылады).
β+ – ыдырауда туынды ядроның массалық саны өзгермейді, ал зарядтық саны саны 1-ге кемиді.
β+ – ыдырау мысалы: .
β+ – ыдырау негізіне ядродағы протонның нейтронға айналуы жатады:
p→n+e++νe(2.2.12)
Ядролардың гамма –сәуле шығаруы. Бұл сәуле ядролардың қозған күйден энергиясы кішірек күйге ауысқан кезде шығаратын қысқа толқынды электромагниттік сәулесі. Ядро дискретті энергетикалық деңгейлер жиыны бар кванттық жүйе болатындықтан γ – сәуленің спектрі де дискретті болады.
Әртүрлі ядролардың шығаратын γ –кванттар энергиясы Еγ мына аралықта жатады: 10кэВ ≤ Еу ≤ 5МэВ.
γ – сәуленің бұған сәйкес толқын ұзындығы 2∙10-13 ≤ λ ≤10-10 м болады.
γ – кванттардың энергиялар бойынша үлестірілуі γ – спектр болады. Бұл сызықтық спектр атомдық ядролар күйлерінің дискреттігінің дәлелі болып табылады. Еркін нуклон γ – квант шығара алмайды, өйткені энергия мен импульстің сақталу заңдары бірдей бұзылған болар еді. Ядро ішінде бұл мүмкін болады, өйткені шығарылған γ – квант ядро нуклондарымен импульспен алмаса алады. Сондықтан β- ыдырау нуклон ішкі процес болса, ал γ – сәуле шығару ядро ішкі процес болады.
γ – сәулені туынды ядро шығарады. Туынды ядро өзінің түзілуі мезетінде қозған күйде болса, онда 10-13-10-14 с ішінде γ – сәуле шығарып, негізгі күйге ауысады. Негізгі күйге ауысқанда қозған ядро бірқатар аралық күйлер арқылы өте алады. Сондықтан да бір радиоактивті изотоптың γ –сәулесі энергиялары бойынша өзгеше γ –кванттардың бірнеше тобынан тұратын болады.
γ – сәуле шығарылғанда А мен Z өзгермейді, сондықтан ол ешқандай ығысу ережелерімен сипатталмайды.