Радиациялық экологияның теориялық негіздері



1 . ГЛОССАРИЙ (анықтама, сөздік)
2 . КУРСТЫҢ ҚЫСҚАША СИПАТТАМАСЫ
1 МОДУЛЬ
1 . ші ТАҚЫРЫП: (1 . ші дәріс)
РАДИАЦИЯЛЫҚ ЭКОЛОГИЯНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ
2 . ші тақырып (2 дәріс)
РАДИАЦИЯЛЫҚ ЭКОЛОГИЯНЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ
3 . ШІ ТАҚЫРЫП (3 ДӘРІС)
РАДИОАКТИВТІК ТҮРЛЕНУЛЕР
4 . ШІ ТАҚЫРЫП: (4.5 ДӘРІС)
РАДИОАКТИВТІ ТҮРЛЕНУДІҢ ЗАҢДАРЫ. СӘУЛЕЛЕНУДІҢ ЗАТПЕН ӘРЕКЕТТЕСУІ
5 . ШІ ТАҚЫРЫП: (6 ДӘРІС)
ИОНДАУШЫ СӘЛЕЛЕРДІҢ ДОЗИМЕТРИЯСЫ
ІІ . МОДУЛЬ
6 . ШЫ ТАҚЫРЫП: (7 ДӘРІС)
РАДИОНУКЛИДТЕРДІҢ АҒЗАҒА ТҮСУ ЖОЛДАРЫ
7 . ШІ ТАҚЫРЫП: (8 . 9 ДӘРІС)
ҚОРШАҒАН ОРТАДАҒЫ РАДИОНУКЛИДТЕР
8 . ШІ ТАҚЫРЫП: (10 . 11 ДӘРІС) РАДИОКТИВТІ ҚАЛДЫҚТАР
9 . ШІ ТАҚЫРЫП: (12 ДӘРІС)
РАДИАЦИЯЛЫҚ ЖӘНЕ РАДИОХИМИЯЛЫҚ МОНИТОРИНГ
Бүкіл дүниежүзі халқы жақында жаңа ғасырға - ядролық энергия, радиоактивтілік ғасырына аяқ басты. Бұл жаратылыстануда, техникада және технологияда радиациялық деп аталатын жаңа ашылулар тізбегін құрайды. Ядролық зерттеулер және технология жаратылыстану ғылымдарының дамуына үлкен үлес қосады.
Бұрынғы СССР заманында Қазақстанда ядролық зерттеулер проблемалары бойынша өнеркәсіптік және энергетикалық ғылыми - зерттеу қондырғылары, ғылыми-зерттеу институттары ашылған. Ядролық технология және ядролық зерттеулер жаратылыстану ғылымдарының дамуына үлес қосатыны және ғылымда пәнаралық жаңа бағыттың, мысалы, радиациялық экология, туындауына әкелгені сөзсіз.
Бұл қоршаған ортаның табиғи, техногенді және жасанды радионуклидтермен ластануымен және олардың адам денсаулығына - және тірі ағзаларға әсерінен туындаған мәселелерге байланысты пайда болған жалпы экологиядағы жаңа бағыт.
Дүние жүзінде Қазақстан сияқты ешбір мемлекет атом ядросы энергиясын пайдаланудың кері жағын, яғни зардаптарын шеккен емес. Атақты Семей ядролық полигонында 40 жыл бойы 470 ядролық және термоядролық жарылыстар жасалынды. Республикамыздың батыс облыстарында "халықшаруашылық мақсатында" 32 жерасты ядролық қондырғылар жарылды. Аталған жарылыстардан басқа да бүгінгі күні уран өндіретін және оны өңдейтін өнеркәсіптердің жүмыс істеуі I салдарынан радиациялық жағдайлар күрделене түсуде. Құрамында уран бар минералдарға бай мемлекет ретінде Қазақстан дүниежүзінде алдыңғы орындардың бірін алады.
Мұнай өндіретін және оны өңдейтін аудандарда топырақта және пласт суларында табиғи радионуклидтердің мөлшері артып кетті. Медицинада, ауылшаруашылығында, өнеркәсіпте ионданған сәулелену көздері кеңінен қолдануда. Қытай ядролық сынақ полигонының Қазақстан территориясына жақын орналасуы да алаңдатарлық жағдай.
Сонымен, радиоактивтілік және радиация біздің күнделікті өмірімізде кездесетін фактілердің бірі болып табылады, сол себепті өзіміз өмір сүріп отырған ортаның жағдайынан хабардар болу үшін Радиациялық экология ғылымының негіздерін білу қажет.

Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі:  Материал
Тегін:  Антиплагиат
Көлемі: 46 бет
Таңдаулыға:   
ІІ - ДӘРІС КЕШЕНІ

1 - ГЛОССАРИЙ (анықтама, сөздік)
Радиация (латынша - радиус) термині – сәуленену, сәуле;
Атом - химиялық элементтің, химиялық қасиетін бойында сақтайтын өте ұсақ
бөлшек (гректің atomos – бөлінбейтін деген сөзінен шыққан);
Протон (р) – тыныштық күйдегі массасы 1,00758 а.м.б. тең тұрақты элементар
бөлшек;
Нейтрон (n) – тыныштық күйдегі массасы 1,00898 а.м.б. тең электрлі бейтарап
бөлшек;
Массалық сан - ядродағы протондар мен нейтрондар жинтығының саны;
Иондалу - бейтарап атомдардан иондардың түзілу процессі;
Рекомбинациялану - оң зарядталған ионның орбитасындағы бос орын, бос
электрондармен толтырылады, және атом қайтадан электрлік бейтарап жүйе
күйіндегі процесс;
Изотоптар - ядросындағы протондар саны бірдей, бірақ нейтрондар саны
бойынша өзгеше болатын атомдар;
Радионуклидтер – бұл массалық саны және атомдық нөмірі берілген
радиоактивті атомдар;
Изомерлер - атомының массалық саны бірдей, бірақ ядросы әртүрлі
энергетикалық күйде болатын элемент;
Изобарлар - массалық саны бірдей, бірақ атомдық нөмірі әртүрлі болатын
элемент;
Изотондар - әртүрлі элементтердің нейтрондар саны бірдей болатын ядро
атомдары;
Радиоактивтілік – радиоактивті сәуле шығару құбылысы;
Радиоактивтілік – бір химиялық элементтің тұрақсыз изотобының басқа бір
элементтің изотобына өздігінен айналып, қосымша элементарлы бөлшек немесе
ядро бөліп шығаруы;
Меншікті радиоактивтілік – құрамында берілген радиоактивті изотоп атомы
болатын, сол түрдегі молекуланың массалық үлесі немесе элементтің
радиоактивті қоспасындағы радиоактивті изотоп атомдарының салыстырмалы
мөлшері;
Беккерель - СИ жүйесі бойынша активтілік бірлігі ретінде бір ядроның
секунд ішіндегі айналымы алынады (1 ыдыраус). Бұл бірлік радиоактивтілік
құбылысын алғаш ашқан, Француз физигі А. Беккерель құрметіне байланысты
атауымен аталады (Бк); 1 Бк = 1 с-1;
Кюри (Кu) – бұл секунд ішіндегі радиоактивті ыдырау саны 3,7 . 1010 тең
болатын, кез – келген радиоактивті заттың мөлшері. Кюри бірлігі 1 г
радийдің радиоактивтілігіне сәйкес келеді. Кюри өте үлкен шама, сондықтан
бірліктің бөлшектік туындыларын қолданады: милликюри (1мКu = 10-3 Кu = 3,7.
107 ыдыраус); микрокюри (1мкКu = 10-6 Кu = 3,7. 104 ыдыраус); нанокюри
(1нКu = 10-9 Кu = 3,7. 101 ыдыраус); пикокюри (1пКu = 10-12 Кu = 0,037
ыдыраус), 1Ku = 3,7 . 1010 (ыдыраус) = 3,7 . 1010 Бк.
Абсолютті активтілік - Бк немесе Ku бірліктерімен өрнектелген активтілік;
Гамма сәулелері - табиғаты бойынша толқын ұзындығы қысқа электромагнитті
сәулелер;
Кванттар - рентген және гамма сәулелері энергия шоғырлары;
Тікелей иондайтын сәуле – соқтығысу кезінде бөлінетін кинетикалық
энергиясы, иондау үшін жеткілікті зарядталған бөлшектер;
Жанама иондайтын сәуле – ядролық айналымдар тудыратын немесе тікелей
иондайтын бөлшектер түзе алатын зарядталмаған бөлшектер немесе фотондар;
Сәуле шоғырларының энергиясы (Е) – көлденең қимасының ауданы (S болатын
сфераға өтетін бөлшектің тыныштық күйіндегі энегиясынан басқа, барлық
энергияларының қосындысы;
Бөлшектердің немесе фотон шоғырлары (фльюенс) (Ф) – көлденең қимасының
ауданы (S болатын элементарлы сфера көлеміне өтетін бөлшектер немесе
фотондар санының (N, осы көлемге қатынасын көрсетеді;
Спин - электрондар орбита бойымен айнала отырып, бір мезгілде өзіндік
қозғалыс мөлшерінің моментіне ие болып, осі бойынша айналуы;
Артық энергияға ие болған атомдар – қозған деп, ал электрондардың бір
энергетикалық деңгейден, ядродан қашық деңгейге ауысуы – қозу процессі деп
аталады.
Альфа-ыдырау - дегеніміз радиоактивті бөлшектердің ( - бөлшектерін шығаруы.

Бета-бөлшектер – бұл электрондарды шығару;
Жартылай ыдырау периоды - алынған радиоактивті заттың жартысы ыдырауға
кететін уақыттың мөлшері(Т12);
Өте жылдам нейтрондар – ядролық реакторларда алады; олар ядрлық
жарылыстарда пайда болады
Жылдам нейтрондар – ядролық реакциялар нәтижесінде түзіледі;
Аралық нейтрондар – энергиясы 100 эВ-тан 1 кэВ дейін жетеді. Олар затпен
тығыз шашырау арқылы әрекеттеседі.
Баяу және жылулық нейтрондар – баяу нейтрондар энергиясы 1 кэВ-тан
артпайды;
Дозиметрия - (грек тілінен аударғанда dosis – доза, порция + metro -
өлшеу);
Сәуле дозасы – бұл сәулеленетін заттың көлем (масса) бірлігінде сіңірілген
энергия шамасы;
Сіңірілген доза (Dсіңір.) – массасы (m болатын кез - келген затқа берілген
қандай да бір иондаушы сәуленің орташа энергиясы (Е;
Экспозициялық доза (Dэксп.) – массасы (m болатын ауа көлемінде, элемент
құрамында болатын фотондар арқылы босатылған позитрондардың және
электрондардың толық тежелуі кезінде ауада түзілетін таңбасы бірдей
иондардың толық зарядтарының абсолютті шамасы (Q:
Эквивалентті доза (Dэкв.) – белгілі бір сәуле түрлерінің биологиялық
ұлпаларға сіңірілген дозаларын Dі, осы сәуле түрлерінің сапалық
коэффициенттерінің мәніне ККі көбейтінділерінің қосындысына тең:
Dэкв. = Эквивалентті дозаның арнайы өлшем бірлігі - Бэр.
Сапалық коэффициенті ККі – ағзаны сәулелейтін белгілі бір иондаушы сәуленің
биологиялық әсерінің, осы сәуле түрінің энергиясына тәуелділігін анықтайтын
шама.
Доза қуаттылығы (Р) – бұл t - уақыт бірлігіндегі сәулелену дозасы D;
Радиометрлер – радиоактивті заттардың активтілігін, иондаушы сәуле
шоғырларының тығыздығын, сонымен қатар газдардың, сұйықтардың,
аэрозольдардың көлемдік және меншікті активтіліктерін өлшеуге арналған
Дозиметрлер – рентген және гамма-сәулелерінің экспозициялық дозаларын,
сәулеленудің сіңірілген дозасын, экспозициялық дозаның қуатын және
сәулелену қарқандылығын өлшеуге арналған;
Радиоактивті қалдықтар – құрамында адамдардың іс-әрекеттері нәтижесінде
түзілетін радионуклидтер болатын, қосымша биологиялық немесе техникалық
зиянды заттар;
Радиоактивті қатар - радиоактивті ыдырау нәтижесінде келесі тұрақты изотоп
алынғанға дейін өздігінен жүретін процесс нәтижесінде қалыптасатын
нуклидтердің тізбегі;
Туынды нуклидтер - радиоактивті қатардағы бастапқы нуклидтен басқа, қалған
нуклидтер;
Жасанды радиоактивтілік - ядролық радиация өнімдерінің радиоактивтілігі;
Тиімді көлденең қима (() - деп бөлшектің ядромен әрекеттесу мүмкіншілігі;
Біріншілік космостық сәулелер - жұлдыздар бетінен және космостық
кеңістіктен материяның атқылауы және булануы нәтижесінде түзуі;
Екіншілік космостық сәулелер - өте күрделі және осы уақыта белгілі болып
отырған барлық элементарлы бөлшектер мен сәулелерден тұрады;

2 - КУРСТЫҢ ҚЫСҚАША СИПАТТАМАСЫ
Бүкіл дүниежүзі халқы жақында жаңа ғасырға - ядролық энергия,
радиоактивтілік ғасырына аяқ басты. Бұл жаратылыстануда, техникада және
технологияда радиациялық деп аталатын жаңа ашылулар тізбегін құрайды.
Ядролық зерттеулер және технология жаратылыстану ғылымдарының дамуына үлкен
үлес қосады.
Бұрынғы СССР заманында Қазақстанда ядролық зерттеулер проблемалары бойынша
өнеркәсіптік және энергетикалық ғылыми - зерттеу қондырғылары, ғылыми-
зерттеу институттары ашылған. Ядролық технология және ядролық зерттеулер
жаратылыстану ғылымдарының дамуына үлес қосатыны және ғылымда пәнаралық
жаңа бағыттың, мысалы, радиациялық экология, туындауына әкелгені сөзсіз.
Бұл қоршаған ортаның табиғи, техногенді және жасанды радионуклидтермен
ластануымен және олардың адам денсаулығына - және тірі ағзаларға әсерінен
туындаған мәселелерге байланысты пайда болған жалпы экологиядағы жаңа
бағыт.
Дүние жүзінде Қазақстан сияқты ешбір мемлекет атом ядросы энергиясын
пайдаланудың кері жағын, яғни зардаптарын шеккен емес. Атақты Семей ядролық
полигонында 40 жыл бойы 470 ядролық және термоядролық жарылыстар жасалынды.
Республикамыздың батыс облыстарында "халықшаруашылық мақсатында" 32 жерасты
ядролық қондырғылар жарылды. Аталған жарылыстардан басқа да бүгінгі күні
уран өндіретін және оны өңдейтін өнеркәсіптердің жүмыс істеуі I салдарынан
радиациялық жағдайлар күрделене түсуде. Құрамында уран бар минералдарға бай
мемлекет ретінде Қазақстан дүниежүзінде алдыңғы орындардың бірін алады.
Мұнай өндіретін және оны өңдейтін аудандарда топырақта және пласт
суларында табиғи радионуклидтердің мөлшері артып кетті. Медицинада,
ауылшаруашылығында, өнеркәсіпте ионданған сәулелену көздері кеңінен
қолдануда. Қытай ядролық сынақ полигонының Қазақстан территориясына жақын
орналасуы да алаңдатарлық жағдай.
Сонымен, радиоактивтілік және радиация біздің күнделікті өмірімізде
кездесетін фактілердің бірі болып табылады, сол себепті өзіміз өмір сүріп
отырған ортаның жағдайынан хабардар болу үшін Радиациялық экология
ғылымының негіздерін білу қажет.

1. модуль
1 – ші Тақырып: (1 – ші дәріс)
Радиациялық экологияның теориялық негіздері
дәріс мақсаты: Студенттер радиацияның қоршаған ортаға және тірі жүйеге
әсерін тереңірек түсіну үшін, радиациялық экологияның
теориялық негізгі түсініктерінмен таныстыру.
дәріс жоспары:
1. Радиациялық экология (радиоэкология, экологиялық радиохимия) пәні және
оның міндеттері.
2. Жалпы экология жүйесіндегі радиациялық экологияның орны және ролі.
3. Радиациялық экология ғылымының даму тарихы;
4. Экологияның негізгі түсініктері. Экожүйені ұйымдастырудың деңгейі.

дәрістің қысқаша мазмұны:
Радиация (radiation) термині – сәуле, сәулелену дегенді
білдіреді, сондықтан радиациялық экология иондаушы радиацияның тірі
организмдерге әсері немесе тірі организмдердің қоршаған ортаның радиациялық
факторларымен өзара қарымқатынасы туралы ғылым ретінде анықталады.
Радиациялық экология – биосферада радионуклидтердің таралуын және
миграциялануын зерттеу, олардың тірі организмдерде жинақталуын, сол сияқты
иондаушы радиацияның экожүйенің организмдеріне әсерін зерттеу сияқты
проблемаларды қарастыратын экологияның бір бөлімі. В.К.Рентген,
А.Беккерель, Кюридің алғашқы жұмыстарынан бастап, радиация деңгейінің
артуының зиянды әсерлері байқалған.
Радиациялық экология термині алғаш рет 1959 жылы Б. Иоганзеннің
оқу құралында кездеседі. Онда автор Физика саласындағы ашылған жаңалықтар,
иондаушы сәулелердің: рентген сәлелерінің, гамма сәулелерінің, альфа-
бөлшектердің, бета-бөлшектердің және нейтрондардың организмге әсерін
зерттеу міндетін – радиациялық экология деп атауды ұсынады.
В.В. Докучаев, В.И. Вернадский ілімдерінің негізінде радиациялық
экология, ХХ ғасырдың 50 – 60-шы жылдарда ғылыми бағыт ретінде қалыптасты,
ал радиациялық экологияның проблемеларын алға қою және оларды шешу Н.В.
Тимофеев – Ресовский есімімен байланысты. Ғалымдардың ғылымға қосқан үлесі,
табиғи радиоактивтілік, жасанды радиоактивтілік, радиацияның биологиялық
әсері, радиациялық қорғаныс, радиациялық қауіпсіздік сияқты кардинальды
түсініктерді ғылыми айналымға енгізу болып табылады.
Радиациялық экология ғылымының даму тарихы бес кезеңнен тұрады:
- екінші дүниежүзілік соғысқа дейінгі аралық;
- ХХ ғасырдың 50 – 60-шы жылдар аралығы;
- ХХ ғасырдың 60-шы жылдардың аяғынан басталатын аралық;
- 1986 жылдан басталатын аралық.
Радиациялық экология ғылымының дамуының бесінші кезеңі Семей сынақ
полигонының жабылуымен және оның радиациялық әсерінің жергілікті
тұрғындарға әсерін түсіндіру салдарымен байланысты.
Радиациялық экология, жалпы экология сияқты жаратылыстану
ғылымдарының: химия, физика, математика, биология және басқа да пәндердің
әдістерін, заңдарын және концепцияларын қолданады.
Иондаушы сәулелердің экожүйеге және жалпы биосфераға әсері,
радиациялық экологияның зерттеу пәні болып табылады. Сәйкесінше
радиоэкологиялық зерттеу пәні болып табылатын объектілер жиынтығы - өсімдік
және жануарлар организмдері, адамзат, экожүйе және биосфера.
Иондаушы сәулелердің физикалық қасиеттерін және тірі жүйеге
биологиялық әсерін түсіну үшін, жалпы және ядролық физиканың, химияның,
биологияның негізгі түсініктерін білу қажет.
Радиациялық экологияны, сол сияқты экологияны гуманитарлы ғылымдарға
жатқызуға болады, себебі экожүйенің және биосферанаң құрылысына және
функциясына адамдардың іс - әрекеттері әсер етеді.
Егер осы уақытқа дейін радиациялық экологияның элементтері
жаратылыстану ғылымдарының аясында дамыған болса, глобальды экологиялық
кризистердің бір бөлігін, адамдардың іс - әректтері тарапынан радиациялық
ластану құратындықтан, оның зерттеу аймағы кеңейеді.
Қазіргі замандағы радиациялық экологияның әдістемелік негіздерін,
жалпы экологиядағы сияқты бақылау, тәжірибе жүргізу және модельдеу сияқты
жүйелік зерттеулер құрады.
Қоршаған ортаның радиациялық жағдайларын тіркеу және бағалу әдістері
радиаоэкологиялық зертеудің негізгі бөлігі болып табылады.
Метрологиялық бақылаулар: атфосмераның табиғи радиациялық фонын
өлшеу, топырақ және сулы ортаның нуклидтік құрамын және олардың радиациялық
ластануын анықтау.
Радиациялық экологияның келесі әдісі – бұл экологиялық объектінің
жағдайын және ортаның радиациялық сапасын периодты немесе үздіксіз
бақылауға мүмкіндік беретін, радиациялық мониторинг.
Антропогенді радиациялық ластану аймақтарында, ауадағы, судағы,
топырақтағы және өсімдіктер мен жануарлардағы радиация деңгейін,
радионулидтердің құрамын тіркеудің, сол сияқты әр түрлі региондарда
таралуын және миграциялануын зерттеудің үлкен тәжірибелік мәні бар.
Радиациялық экология ғылымы – бұл қоршаған ортаның табиғи,
техногенді және жасанды радионуклидтермен ластануы салдарынан және олардың
адам денсаулығына, тірі организмдерге әсерінен туындайтын проблемаларға
байланысты пайда болған жалпы экологиядағы жаңа бағыт.

Бақылау сұрақтары

1. Радиациялық экология пәні, мақсаты, міндеті.
2. Радиациялық экология деген не? Оны ашқан ғалым кім?
3. Радиациялық экологияның даму кезеңдері?
4. Радиациялық экологияның әдістері?

Әдебиеттер: [ 1-4]

2. – ші тақырып (2 дәріс)
Радиациялық экологияның физикалық негіздері

(АТОМ ҚҰРЫЛЫСЫ, РАДИОАКТИВТІЛІК)

дәріс мақсаты: Студенттерді радиациялық экологияның физикалық негіздерімен
таныстыру.
дәріс жоспары:
1. Атом құрылысы: электрон қабаты, атом ядросы;
2. Изотоптар, изомерлер, изобарлар және изотондар туралы түсініктер;
3. Радиоактивтілік құбылысы;
4. Радиоактивті сәулелердің сипаттамалары

дәрістің қысқаша мазмұны:

Табиғаттағы барлық материя жай және күрделі заттардан тұрады. Жай
заттарға химиялық элементтер, ал күрделі заттарға химиялық қосылыстар
жатады. Химиялық элементтің, химиялық қасиетін бойында сақтайтын өте ұсақ
бөлшек атом (гректің atomos – бөлінбейтін деген сөзінен шыққан) деп
аталады. Күрделі заттың өте үсақ бөлшектері – молекула; ол бір немесе
бірнеше элементтердің атомдарынан тұрады.
1991 ж. Э. Резерфорд атомның планетарлық моделін ұсынды. Бұл
теорияны ары қарай Н. Бор (1913 ж.) дамытты. Осы модельге сәйкес атомның
ортасында, электрлік оң зарядталған ядро орналасқан. Ядро маңайында
эллиптикалық орбита бойымен, атомның электрондық қабатын түзе, электрондар
қозғалып жүреді.
Электрон қабаты.
Ядроны айналған кезде, электрондарды ұстап тұратын энергияға
байланысты, олар сол немесе басқа электрондық орбиталарда топтасады.
Электрондық орбиталарды, басқаша деңгей немесе қабат деп атайды. Әр түрлі
атомдардағы қабаттар саны бірдей болмайды. Атомдық массасы үлкен атомдарда
орбиталар саны жетіге жетеді. Оларды цифралармен немесе латын әріптерімен:
K, L, M, N, O, P,Q; ядроға жақын - К-қабаты. Әрбір қабаттағы электрондар
саны қатаң анықталған. Мысалы, K-қабатында – екі электрон; L-қабатында – 8
электронға дейін; M-қабатында – 18 электронға дейін; N-қабатында – 32
электрон болады (1 – сурет).

1 сурет – Электрондық құрылым қабатының схемалық көрінісі

Электрон – тыныштық күйдегі массасы 0,000548 атомдық массалық
бірлікке (а.м.б.) тең тұрақты элементарлы бөлшек. Электронның энергетикалық
эквиваленті 0,000548 . 931 = 0,511 МэВ құрайды. Электронның бір элементарлы
электрлік теріс заряды болады. Сондықтан ядролық физикада электрон заряды -
1 тең деп қабылданған.
Қозғалыс мөлшерінің өзіндік моменті спин деп аталады.
Электрондардың спиндары бір-біріне параллельді немесе анитпараллельді болуы
мүмкін. Бұлардың барлығы атомдағы электрондар қозғалысының тұрақтылығын
қамтамасыз етеді.
Электронның ядромен байланысына тек кулондық тартылыс күші және
инерцияның ортадан тебіліс күші ғана әсер етіп қоймайды, басқа
электрондардың тебіліс күштері де әсер етеді. Бұл эффект экрандалу деп
аталады. Электрондық орбита ядродан қашық болған сайын, бұл электрондардың
экрандалуы жоғары және ядромен энергетикалық байланысы әлсіз болады.
Сондықтан сыртқы орбитаның электрондары энергиясы төмен сәулер әсеріне тез
ұшырайды. Электрондарға сырттан қосымша энергия берілген кезде, олар бір
энергетикалық деңгейден басқа деңгейге ауысуы немесе тіпті берілген атом
деңгейінен шығып кетуі де мүмкін.
Егер сырттан берілетін энергия, электронның ядромен байланыс
энергиясынан әлсіз болатын болса, онда электрон бір энергетикалық деңгейден
басқа деңгейге көшеді. Мұндай атом бейтарап күйінде қалады, бірақ осы
химиялық элементтің қалған бейтарап атомдарынан, ол артық энергиясымен
ерекшеленеді. Артық энергияға ие болған атомдар – қозған деп, ал
электрондардың бір энергетикалық деңгейден, ядродан қашық деңгейге ауысуы –
қозу процессі деп аталады.
Табиғаттағы барлық жүйе энергиясы төмен жағдайға ұмтылады, сондықтан
атом қозған күйінен бастапқы күйіне ауысады. Атомның кәдімгі күйіне
қайтадан оралуы, артық энергиясын шығаруымен жүреді. Электрондардың сыртқа
орбитадан ішік орбитаға ауысуы, берілген атомның әрбір энергетикалық
деңгейіне тән, толқын ұзындығы болатын рентген сәулелерімен іске асады (2 –
сурет).

2 сурет – Атомдаға электрондық ауысулар схемасы
Электрондардың ядродан өте қашық орбиталарға ауысуы, ультракүлгін,
жарық және инфрақызыл сәулелерден тұратын оптикалық спектрларды береді.
Күшті электрлік әсер еткен кезде, электрондарды атомнан жұлып және оның
деңгейінен шығып кетеді. Бір немесе бірнеше электрондарынан айырылған атом,
оң зарядталған ионға, ал өзіне бір немесе бірнеше электронды қосып алса,
теріс зарядталған ионға айналады. Бейтарап атомдардан иондардың түзілу
процессі иондалу деп аталады. Кәдімгі жағдайда атом ион түрінде аз уақыт
ғана өмір сүреді. Оң зарядталған ионның орбитасындағы бос орын, бос
электрондармен толтырылады, және атом қайтадан электрлік бейтарап жүйе
күйінде болады. Бұл процесс иондардың рекомбинациялануы деп аталады және
артық энергиясын сәуле түрінде шығарылады.
Атом ядросы.
Атом ядросы екі бөлшектен тұрады: өзара үлкен күштермен байланысқан
протондар мен нейтрондардан. Протондар мен нейтрондарды жалпы нуклон деп
атайды (ядролық бөлшек гректің nucleus – ядро сөзінен шыққан); олар ядрода
бір-біріне айналуы мүмкін.
Протон (р) – тыныштық күйдегі массасы 1,00758 а.м.б. тең тұрақты
элементар бөлшек. Протон бір элементарлы оң электрлік зарядқа ие болады.
Сутегі атомы маңайында бір электрон қозғалатын, бір протоны бар ядро
түрінде болады. Егер осы электронды жұлып алатын болса, атомның қалған
бөлігі протон болады. Сондықтан протонды көбінесе сутегі ядросы сияқты
анықтайды. Кез келген элементтің атомында белгілі бір протондар саны
болады. Олар тұрақты және элементтің физикалық, химиялық қасиеттерін
анықтайды. Ядродағы протондар санын Z атом нөмері немесе заряд саны деп
атайды; ол Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіндегі элементтердің реттік
нөміріне сәйкес келеді.
Нейтрон (n) – тыныштық күйдегі массасы 1,00898 а.м.б. тең электрлі
бейтарап бөлшек. Өзінің электрлік бейтараптығы арқасында нейтрон, магнит
өрісінің әсерінен ауытқымайды, атом ядросымен тебілмейді және соның
салдарынан өтімділік қабілеті жоғары болады. Сондықтан сәулеленудің
биологиялық әсерінің факторы ретінде, қауіпті болып табылады. Ядродағы
нейтрондар саны негізінен тек қана элементтің физикалық сипаттамасын
береді, себебі бір ғана элементтің әртүрлі ядроларындағы нейтрондар саны
бірдей болмауы мүмкін. Жеңіл тұрақты элементтердің ядроларында протондар
санының нейтрондар санына қатынасы 1:1 болады. Д.И.Менделеевтің элементтер
периодтық жүйесінде, элемент неғұрлым алыс орналасқан болса (21-ші элемент
– скандийден бастап), оның атомындағы нейтрондар саны протондармен
салыстырғанда соғұрлым көп болады. Өте ауыр ядроларда нейтрондар саны,
протондар санынан 1,6 есе көп болады. Ядродағы протондар мен нейтрондар
жинтығының саны – массалық сан деп аталады және А әрпімен (немесе М)
белгіленеді. Ядродағы нейтрондар саны N элементтің атомдық саны мен атомдық
нөмірі Z арасындағы айырымға тең: N = A – Z.
Атомдарды белгілеген кезде негізінен элементтің символын қолданады,
оның сол жағының, жоғары жағына массалық саны А, ал төменгі жағына –
атомдық нөмірі Z индекстері түрінде көрсетіледі: , мұндағы Х –
берілген элементтің символы. Мысалы, уран ядросында 92 протон және
146 нейтрон (238 нуклон) болады.
Изотоптар, изомерлер, изобарлар және изотондар туралы түсініктер.
Көптеген химиялық элементтер табиғатта олардың ядроларындағы нейтрондар
саны әртүрлі болатындықтан, белгілі бір атомдар қоспасы түрінде болады.
Ядросындағы протондар саны бірдей, бірақ нейтрондар саны бойынша өзгеше
болатын атомдар изотоптар деп аталады. Мұндай элементтер Д.И.Менделеевтің
кестесінде бірдей нөмірге ие болады, бірақ массалық саны әртүрлі болады.
Химиялық элементтердің барлық изотоптарының ядроларын нуклидтер деп атайды.

Радионуклидтер – бұл массалық саны және атомдық нөмірі берілген
радиоактивті атомдар. Ядролық реакциялардың көмегімен әрбір химиялық
элементтің бірнеше радиоактивті изотоптарын алуға болады. Қазіргі кезде 300
жуық тұрақты изотоптар белгілі болса, ал радиоактивті изотоптар мөлшері
1500 асып кетеді. Элемент атомының массалық саны бірдей, бірақ ядросы
әртүрлі энергетикалық күйде болатын болса, олар изомерлер деп аталады.
Артық энергиясы болатын изомерлерді, метастабильді күйі деп атайды. Мұндай
күйді символ түрінде массалық санымен қатар қойылған латын әрпімен (m)
белгілейді (80mBr).
Табиғатта әртүрлі элементтердің массалық саны бірдей, бірақ атомдық
нөмірі әртүрлі болатын атом-ядролары кездеседі. Мұндай атомдар изобарлар
деп аталады. Мысалы, .
Әртүрлі элементтердің нейтрондар саны бірдей болатын ядро атомдары
изотондар деп аталады. Мысалы, және - бірінші элементтің
ядросында алты протон және жеті нейтрон, ал екінші элементтің ядросында
жеті протон және сегіз нейтрон болады.
Радиоактивтілік құбылысы.
Күн – өте жоғары жылдамдықпен қозғалатын электрондар, иондар,
нейтрондар, кванттар сияқты бөлшектердің өте көп мөлшерін шығарады.
Ең алғаш рет радиация құбылысын 1896 ж. Анри Беккерель байқаған. А.
Беккерель жұмыстарының басы Рентген сәулелері ашылғаннан кейін,
флуоресценцияланатын заттарды фотографиялық пластинкаларда зерттеу
жұмыстарымен байланысты. Ол флуоресценция рентген сәулелерін шығарумен
жүреді - деген тұжырым жасады. Егер флуоресценция рентген сәулелерімен
іске асатын болса, зерттеу жұмыстары үшін алынған уран тұздарының үлгісі
фотопластинкада із қалдыру керек болды. Бұл тәжірибе жүзінде оның идеясының
дұрыстығы дәлелденді.
А. Беккерель, сәуле көзі химиялық элемент – Уран екенін дәлелдеді.
Бұл сәлелер жұқа металл экрандардан тікелей өту қабілетіне ие болды. Уран
сәулелері газдар арқылы өткен кезде, оларды иондап, электр өткізгіштерге
айналдырады.
Анри Беккерель ашқан сәулелерді – радиоактивті сәуле деп, ал оларды
шығару құбылысын радиоактивтілік деп атайды.
Сонымен радиоактивтілік деп – бір химиялық элементтің тұрақсыз
изотобының басқа бір элементтің изотобына өздігінен айналып, қосымша
элементарлы бөлшек немесе ядро бөліп шығаруын айтады.
Радиоактивтілік терминін 1898 ж. Мария Складовская – Кюри ұсынған.
Мария Кюри белгілі элементтердің және олардың қосылыстарының
радиоактивтілігінің жүйелі зерттеулерін жүргізді. Тұрақты ядро атомдары,
ядролық бөлшектердің әсерінен радиоактивтілікке ауысуы мүмкін. Бұл кезде
ядро заряды және оның химиялық қасиеті өзгермейді, себебі ядро құрамына
кіретін нейтрон оның зарядын өзгертпейді.
Радиоактивтілік – бір уақытта болатын ядролық айналу актілерінің
санымен өрнектелетін, радиоактивті зат мөлшерінің шамасы.
Радиоактивті заттардың мөлшерін негізінен массалық бірлікте емес
(грамм, миллиграмм т.б.), ал уақыт бірлігіндегі ыдырау санына тең болатын
берілген заттың активтілігімен анықтайды.
Радиоактивті изотоптың массасы және оның активтілігі төмендегі
теңдеу арқылы байланысады:

(1)

Мұндағы, m – радиоактивті изотоп массасы, г;
М – радиоактивті изотоптың массалық саны, гмоль;
( - радиоактивтілік ыдырау тұрақтысы, с-1;
6,02.1023 – Авогадро саны, атоммоль.

СИ жүйесі бойынша активтілік бірлігі ретінде бір ядроның секунд
ішіндегі айналымы алынады (1 ыдыраус). Бұл бірлік радиоактивтілік
құбылысын алғаш ашқан, Француз физигі А. Беккерель құрметіне байланысты
Беккерель атауымен аталады (Бк); 1 Бк = 1 с-1.
СИ жүйесінен тыс ең көп қолданылатын Халықаралық бірлік – Кюри.
Кюри (Кu) – бұл секунд ішіндегі радиоактивті ыдырау саны 3,7 . 1010
тең болатын, кез – келген радиоактивті заттың мөлшері. Кюри бірлігі 1 г
радийдің радиоактивтілігіне сәйкес келеді. Кюри өте үлкен шама, сондықтан
бірліктің бөлшектік туындыларын қолданады: милликюри (1мКu = 10-3 Кu = 3,7.
107 ыдыраус); микрокюри (1мкКu = 10-6 Кu = 3,7. 104 ыдыраус); нанокюри
(1нКu = 10-9 Кu = 3,7. 101 ыдыраус); пикокюри (1пКu = 10-12 Кu = 0,037
ыдыраус).
1Ku = 3,7 . 1010 (ыдыраус) = 3,7 . 1010 Бк.
Тәжірибеде минут ішіндегі ыдырау саны жиі қолданылады. Онда кюри
радиоактивтілік бірлігі және оның бөлшектік туындылары келесі мәндерді
қабылдайды: 1Кu=2,22.1012 ыдыраумин.; 1мКu=2,22.109 ыдыраумин.; 1мкКu =
2,22.106 ыдыраумин.; 1нКu = 2,22.103 ыдыраумин.; 1пКu = 2,22 ыдыраумин.
Бк немесе Ku бірліктерімен өрнектелген активтілік абсолютті
активтілік деп аталады. Кез-келген радиоактивті препараттың t уақыт
өткеннен кейінгі активтілігін, негізгі радиоактивті ыдырау заңына сәйкес
келесі формула бойынша анықтайды:
(2)

мұндағы, At – t уақыттан кейінгі препараттың активтілігі;
A0 – препараттың бастапқы активтілігі;
T – жартылай ыдырау периоды; Т және t мәндерінің өлшемдері
бірдей болу керек (минут, секунд, тәулік т.б.).
Мысалы. 32Р радиоактивті элементінің белгілі бір күнге дейінгі А0
активтілігі 5 мKu тең. Осы элементтің бір аптадан кейінгі активтілігін
анықта. 32Р элементінің жартылай ыдырау периоды 14,3 күнді құрайды.
Шешуі: 32Р элементінің 7 тәуліктен кейінгі активтілігі мынаған тең болады:

Кюри бірліктері объектінің гамма-активтіліктерін сипаттау үшін
жарамайды.
Көптеген тәжірибелік жұмыстарда өлшегіш аспаптардың көмегімен
абсолютті активтілікті (А) анықтау мүмкін емес, сондықтан оған
пропорционалды шама, есептеу жылдамдығы (I) анықтау қажет:
(3)
( - пропорционалдық коэффициен есептеу коэффициенті деп аталады.
Меншікті радиоактивтілік – құрамында берілген радиоактивті
изотоп атомы болатын, сол түрдегі молекуланың массалық үлесі немесе
элементтің радиоактивті қоспасындағы радиоактивті изотоп атомдарының
салыстырмалы мөлшері.
Меншікті активтілік – Бккг; Бкмоль; Бкмл немесе Бксм3
өрнектеледі.
Радиоактивті сәулелердің сипаттамалары.
Радиоактивті сәулелер көзге көрінбейді. Ол затқа әсер еткен кезде
болатын, әртүрлі құбылыстардың көмегімен байқалады. Радиоактивті сәулелерге
электр өрісімен әсер еткенде, олар әртүрлі бағытқа бағытталған екі сәуле
шоғырларына бөлінетіндігі байқалған. Бұл олардың біреуінің оң
зарядталғанын, ал екіншісінің – теріс зарядқа ие болатындығын білдіреді.
Сонымен қатар оларды магнит өрісіне орналастыру арқылы, олардың табиғатының
да біркелкі болмайтындығы және массалары әртүрлі болатындығы анықталған
(альфа- және бета-сәулелер).
Кейіннен радиоактивті сәуленің үшінші компоненті ашылды. Олар
рентген сәулелеріне ұқсас, бірақ олардың жиілігі және сәйкесінше өту
қабілеті жоғары. Олар – Гамма сәулелері деп аталады.
Радиоактивті изотоптар ағзаға химиялық қасиеттеріне сәйкес әсер
етеді. Оларды, изотоптардың сәулеленуін фотопластинкада тіркейтін
авторадиография әдісімен немесе арнай санағыштардың көмегімен сәлеленуі
бойынша анықтайды.
Иондаушы радиация өзінің физикалық табиғаты жағынан әртүрлі болып
келетін сәулелердің түрлерін біріктіреді. Олар электромагнитті (рентгендік
және гамма сәулелер) және корпускулярлы болып бөлінеді.
Рентген және гамма - сәулелерінің іс жүзінде бір-бірінен
айырмашылығы болмайды. Жалғыз айрмашылығы – олардың түзілу жолдарында:
рентген сәулелері электронды аппараттардың көмегімен алынса, гамма
сәулелері тұрақсыз немесе радиоактивті изотоптармен шығарылады. Рентген
және гамма сәулелері энергия шоғырлары түрінде шығарылады және кванттар деп
аталады. Мысалы, Co – 60 изотопының гамма-квант энергиясы 1330 000 эВ.
Күн – рентген сәулелерінің негізгі көзі болып табылады. Ол жер
бетіне жеткенше жолындағы жер атмосферасына сіңіріліп, қуаты төмендейді.
Олай болмаған жағдайда жер бетіндегі тірі ағзаларға зиянды әсерін тигізер
еді.
Корпускулярлық сәулелер әр түрлі ядролық бөлшектердің (альфа- және
бета-бөлшектер, протондар, нейтрондар) аяқ астынан ыдырауы кезінде
туындайды.
Альфа – сәуле ішкі ағзаға тамақ арқылы, дем алатын ауа арқылы және
ашық жараға келіп түсетін болса өте қауіпті. Бірақ, оның өту қабілеті өте
төмен болғандықтан, оны қағаз бетімен де тоқтатуға болады. Бета-сәлелер – 2
см-ге дейінгі тереңдікке барады. Гамма-сәуле, сол сияқты рентген сәулелері
жарық жылдамдығымен бірдей таралады. Олардың өту қабілеттері өте жоғары
болатындықтан, тек қалың қорғасын немесе бетон төсеніштердің көмегімен ғана
тоқтатылуы мүмкін.
Сәуленің затпен әрекеттесу типіне байланысты тікелей және жанама
иондаушы болып бөлінеді.
Тікелей иондайтын сәуле – соқтығысу кезінде бөлінетін кинетикалық
энергиясы, иондау үшін жеткілікті зарядталған бөлшектер.
Жанама иондайтын сәуле – ядролық айналымдар тудыратын немесе тікелей
иондайтын бөлшектер түзе алатын зарядталмаған бөлшектер немесе фотондар.
Иондаушы сәуле флюенс (ағын) шамасымен, сәуле шоғырларының
тығыздығымен, энергиясымен және қарқындылығымен сипатталады.
Бөлшектердің немесе фотон шоғырлары (флюенс) (Ф) – көлденең
қимасының ауданы (S болатын элементарлы сфера көлеміне өтетін бөлшектер
немесе фотондар санының (N, осы көлемге қатынасын көрсетеді.
(4)

Сәуле шоғырларының тығыздығы (F) – флюенстің (Ф уақытқа қатынасы:

(5)

Сәуле шоғырларының энергиясы (Е) – көлденең қимасының ауданы (S
болатын сфераға өтетін бөлшектің тыныштық күйіндегі энегиясынан басқа,
барлық энергияларының қосындысы:

(6)

Мұндағы, Pi – спектрдағы энегриясы Еi-ге тең бөлшектердің немесе
фотондардың салыстырмалы мөлшері.
Сәулелену шоғырының қарқындылығы (I) – сәуле шоғырлары энергиясының
уақытқа қатынасы:
(7)
Бақылау сұрақтары
1. Атомның құрамына қандай элементарлы бөлшектер кіреді?
2. Изотоптар, изомерлер, изобарлар және изотондар дегеніміз не?
3. Радиоактивтілік құбылысы деген не және оның
4. Радиоактивтіліктің өлшем бірліктері қандай?
5. Қандай процесс қозу процессі деп аталады?
6. Радиоактивті сәулелердің негізгі сипаттамалары қандай?
7. Радиоактивті айналымдардың түрлері қандай?
3. - ші тақырып (3 дәріс)
Радиоактивтік түрленулер
Дәріс мақсаты: Радиоактивтілік ыдырау түрлері және олардың табиғатта
таралу қабілеті, жүріп өту жылдамдығы, тірі ағзаға
әсерімен таныстыру.
Дәріс жоспары:
1. Ядролық түрленулердің типтері: α-ыдырау, β-түрлену, изомерлі
ауысу, түрленулердің басқа түрлері.
2. Жылжу ережесі. Ыдырау сызбанұсқалары.
3. Ішкі конверсия кұбылысы, конверсия электрондары. Сәулеленудің
затпен әрекеттесуі. α -бөлшектердің сіңірілуі.
4. Зат арқылы β -сәулелену өткен кездегі энергия шығыны
5. Тежеуіш сәулелену β -бөлшектердің максимальды жүрісі. β -бөлшектің
жүрісі-мен энергиясы арасындағы байланыс.

Радиоактивтілік құбылысы ашылғаннан кейін, бірнеше жылдан соң
ғалымдар радиоактивтілік айналымдардың үш түрін бөліп көрсетті.
1. Альфа-ыдырау дегеніміз радиоактивті бөлшектердің ( - бөлшектерін
шығаруы. ( - бөлшек – гелий атомының ядросы . ( - бөлшек ұшып шыққан
кезде бастапқы ядроның екі протоны мен екі нейтроны жоғалады, демек ядро
заряды 2-ге, ал массалық саны 4-ке кемиді. Туынды ядро, аналық элементпен
салыстырғанда периодтық системаның басына қарай екі клеткаға ығысқан
элементке жатады.
( - айналымды төмендегідей схемамен көрсетуге болады:

Мысалы,

( - бөлшектердің иондау қабілеті жоғары, ал өту қабілеті аз болады.
Олар ауа қабатында 11 см қалыңдыққа дейін немесе су қабатында 150 мкм дейін
өте алады. ( - бөлшектер зат қабаты арқылы өткен кезде негізінен
молекулалар мен атомдардың сыртқы электрондарымен әрекеттеседі.
Осы кезде ( - бөлшектерінің электр өрісі, осы электрондардың атом
ядросымен кулондық әсерін жоя отырып, оларды жылдам электрондарға
айналдырады. Нәтижесінде заттың иондану процесіне әкеледі.
Тұрақсыз ядро екі нейтрон және екі протоннан тұратын, гелий атомының
ядросын шығарады. Соңында ( - бөлшектің энергиясы азайып, иондау қабілеті
жойылады және өзіне екі бос электронды қосып алып, гелий атомына айналады.
Альфа радиоактивті ядролар шығаратын ( - бөлшектерінің кинетикалық
энергиялары 4 – 9 МэВ аралығында болады. Олардың жартылай ыдырау периоды
Т0,5 = 10-7-нен 2 . 017 жылға дейін өзгереді.
2. Бета-бөлшектер – бұл электрондарды шығару. Бета-активті изотоптың
массасы өзгермейді, тек қана заряды өзгереді, олардың заряды -1
(электрондар) немесе +1 (позитрондар) болуы мүмкін;
Бета- ыдыраудың үш түрі болады:
а) электрондардың ұшып шығуы ()
б) позитрондардың ұшып ()
в) электрондарды іліп әкету (К-захват)
Электрондық ыдырау кезінде, электрон бөлініп, ядро заряды бірге
артады да, массалық саны өзгермейді.
(- - айналымды келесі сызба-нұсқамен көрсетуге болады:

Ядрода өтетін бұл процесс гамма-сәулелерін шығара жүреді, осы кезде
ішкі айналымдар нәтижесінде нейтрон протонға айналады:

Туынды ядро – бастапқының изобары болып табылады және аналық
элементтің, орынынан периодтық системаның соңына қарай бір клеткаға ығысқан
элементке жатады. Мысалы,
(--бөлшектердің өту қабілеті ( - бөлшектерге қарағанда жоғары. Олар
терінің базаль қабатынан (0,77 мм) өтуі мүмкін. Энергетикалық бета-
бөлшектер алюминий қабаты арқылы 5 мм дейін өте алады, ал иондау қабілеті (-
бөлшектермен салыстырғанда жүз есе аз болады, сондықтан олардың жүріп өту
жолдары жоғары. (- - бөлшек – электрон. Бұл өзгерістің жартылай ыдырау
периоды Т0,5 = 10,5 мин.
Позитронды ыдырау кезінде ішкі айналымдар нәтижесінде протон
нейтронға айналады:

Түзілген ядро қозған күйде болғандықтан, соңында (-кванттарын шығарады.
Позитрондық ыдырауда ядродағы протондар саны бірге кеміп, массалық саны
өзгермейді. Түзілген туынды ядро, бастапқы ядроның изобары – аналық
элементтен периодтық системаның басына қарай бір клетка ығысқан элементке
жатады. Мысалы, .
3. Электрондарды іліп әкету (К-захват) кезінде ядроға жақын жатқан К-
қабаттан электронды қосып алғанда келесі процесс жүреді:

Нәтижесінде ядродағы протондардың біреуі нейтронға айналады да,
ядродағы протондар саны азаяды. Ядро заряды бірге кеміп, массалық саны
өзгеріссіз қалады. Туынды ядро аналық ядромен салыстырғанда периодтық
жүйенің басына қарай бір клеткаға ығысқан элементке (бастарқы элементтің
изобарына) жатады. Мысалы, h(.
Ядродан алыс орналасқан электрон К-қабатындағы босаған орынға
ауысқанда, рентген сәулелерінің квант түріндегі энергиясы бөлінеді.
4. Гамма ыдырау – табиғаты бойынша толқын ұзындығы қысқа электромагнитті
сәулелер. Периодтық системадағы ауыр элементтердің табиғатта кездесетін
барлық радиоактивті изотоптары альфа бөлшектерін немесе электрондарды
шығара ыдырайды.
Гамма сәулелері ядролық табиғатта болады. Атом ядросы энергияның
артық мөлшерін сіңіріп, қозған күйге көшуі мүмкін. Мұндай ядролар, артық
ядросынан босап, бастапқы күйіне көшуге тырысады. Осы ауысу орындалғанда, (-
кванттары бөлінеді. Осылай гамма – сәулелері пайда болады. (-кванттары
атомның шегінен шықпауы мүмкін. Ол өзінің энергиясын атом электрондарының
біреуіне береді. Мұндай құбылысты ішкі конверсия деп атайды. (-кванттарын
сіңірген электрон атомнан ұшып шығады да, атом рентген сәулелерінің көзі
болып табылады. Себебі ұшып шыққан электронның орынына, атомның басқа басқа
қабатындағы электрондар орналасады. Оның энергетикалық баланысы бұзылады
және рентген сәулелерінің пайда болуына әкеледі. Гамма-сәулелерінің массасы
және заряды болмайды. Сондықтан гамма-сәулелену кезінде элементтердің
айналымы болмайды. Гамма-сәулелері жарық жылдамдығымен тарайды, магнит және
электр өрісінің әсерінен бағытын өзгертпейді, кристалдарда дифракцияланады.

Бақылау сұрақтары:
1. Ядролық түрленулердің типтерне сипаттама бер
2. α-ыдырау дегенімізне?
3. Бета-бөлшектер, олардың түрлері: (электрондық ыдырау,
позитронды ыдырау, электрондарды іліп әкету (К-захват))
4. Гамма ыдыру деген не?
5. Ішкі конверсия кұбылысы, конверсия электрондарын сипатта.

ӘДЕБИЕТТЕР: [1-4]

4 - ші тақырып: (4-5 дәріс)
Радиоактивті түрленудің заңдары. сәулеленудің затпен әрекеттесуі

Дәріс мақсаты: Студенттерді радиоактивті түрленулердің заңдарымен, ядролық
сәулелердің затпен әрекеттесу түрлерімен таныстырып,
радиоактивті ыдыраулар қоршаған ортаның кез-келген әсеріне
тәуелсіз екенін, басқаша айтқанда радиоактивті ыдырауларды
реттеуге болмайтынын дәлелдеу.
Дәріс жоспары:
1. Радиоактивті ыдыраудың негізгі заңы.
2. Радиоактивті ыдырау түрақтылығы және жартылай ыдырау
периоды.
3. Нейтрондардың затпен әрекеттесуі.
4. Гамма-сәулелердің затпен әрекеттесуі.
Радиоактивті ыдырау (ядролық айналымдар) әсерінен уақыт өткен сайын
кез-келген радиоактивті изотоп мөлшері азаяды. Жай заттың айналуының
негізгі заңы, уақыт бірлігінде айналған зат мөлшері, оның барлық мөлшеріне
пропорциональды екенін көрсетеді.
Ыдырау жылдамдығы ядроның құрылысымен анықталады. Сондықтан Бұл
процесске атом ядросының күйін өзгертпей, ешқандай физикалық немесе
химиялық әдістермен әсер етуге болмайды. Әрбір радиоактивті изотоп үшін,
оның атомдарының орташа ыдырау жылдамдығы тұрақты, өзгермейді және тек қана
берілген изотопқа ғана тән болады. Радиоактивті ыдырау процессі кезінде
әрбір тұрақсыз ядро белгілі бір жылдамдықпен ыдырайды:

(1)
Мұндағы, At – радиоактивті ыдырау активтілігі деп аталады.
Бұл жылдамдық берілген уақыттағы (t) ыдыраған ядролар санына (N)
пропорционалды болады:

(2)
Мұндағы, ( - уақыт бірлігіндегі ядроның ыдырау мүмкіндігін сипаттайтын
радиоактивтілік ыдырау тұрақтысы. - таңбасы N 0; t 0 болғандықтан
қойылады. Белгілі бір изотоп үшін, радиоактивтілік ыдырау тұрақтысы (, бір
уақыт ішінде ядроның қанша үлесі ыдырайтындығын көрсетеді. Радиоактивтілік
ыдырау тұрақтысы уақыттың кері бірлігімен өрнектеледі: с-1; мин-1 және т.б.
Бұл радиоактивті ядролар мөлшерінің жоғарыламай, кемитіндігін көрсетеді.
Ыдырау тұрақтысына кері шама, ядроның орташа өмір сүру уақыты деп
аталады: .
Радиоактивті ыдыраудың негізгі заңы, уақыт бірлігінде ядроның
белгілі бір үлесі ғана ыдырайтындығын көрсетеді:

(3)

Бұл теңдеуді интегралдау арқылы келесі қатынас алынады:

(4)
Мұндағы, Nt - өткен уақыт (t) бойынша қалған радиоактивті атомдар саны;
N0 – бастапқы уақыттағы t = 0 радиоактивті элементтер

атомының саны;
e = 2,718 натуралды логарифм негізі;
( - радиоактивті ыдырау тұрақтысы;
t – уақыт.
Бұл 4-ші қатынас радиоактивті ыдырау заңы деп аталады. Бұл формула
бойынша берілген уақыт мезгіліндегі ыдырамаған радиоактивті атомдар санын
есептеуге болады.
Практикада элементтердің радиоактивті ыдырау жылдамдығын сипаттау
үшін, ыдырау тұрақтысының орынына жартылай ыдырау периоды қолданылады.
Алынған радиоактивті заттың жартысы ыдырауға кететін уақыттың
мөлшерін жартылай ыдырау периоды деп атайды (Т12).
Жартылай ыдыраудың бірінші периодында ядро изотопының бастапқы
санының N0 ½ бөлігі ыдырайды да ½ N0 = 2-1 N0 ядролары қалады. Екінші
периодында 2-1 N0 ядроларының тағы да жартысы ыдырап, ½ 2-1 N0 = 2-2 N0
ядролары қалады т.с.с. Осылай жартылай ыдыраудың n периоды өткеннен кейін,
алғашқы изотоптан 2-n N0 ядролар қалады.
Изотоптың ыдырамай қалған массасын (m) төмендегі формула арқылы
өрнектеуге болады:

мұндағы, m0 – алынған изотоптың бастапқы массасы.
Мысалы. Қандайда бір радиоактивті изотоптың жартылай ыдырау периоды
3 сағ. тең. Егер изотоптың бастапқы массасы 200 г болса, 18 сағат өткеннен
кейін, оның қанша массасы ыдырамай қалады ?.
Шешуі. Радиоактивті изотопты сақтау уақыты кезінде қанша жартылай
ыдырау периоды өтетінін анықтаймыз: 18 : 3 = 6 жартылай ыдырау периоды
өтті. Сонда 18 сағат өткеннен кейін ыдырамай қалған изотоптың массасы
мынаған тең:

Жартылай ыдырау периоды мен ыдырау тұрақтысы арасындағы байланыс
радиоактивті ыдырау заңы теңдеуінен қорытып шығарылады.
Егер осы өрнектегі t = T0,5 және Nt = N02 қойсақ, онда жартылай
ыдырау периоды (Т0,5) келесі өрнекпен анықталады:

(5)
бұл теңдікті N0-ге қысқартып және натурал логарифм табатын болсақ, келесі
түрге көшеді:
(6)

яғни, (Т = 0,693

Бұдан және (7)

Бұл қатынастар ыдырау тұрақтысы және жартылай ыдырау периоды
арасындағы қарама-қарсы тәуелділікті көрсетеді, яғни ( шамасы артқан сайын,
Т0,5 шамасы төмен болады немесе керісінше.
Радиоактивті ыдырау заңы теңдеуіндегі ( -ны, оның шамасымен
ауыстырғанда келесі қатынас алынады:
(8)

Осылай, экспоненциальды заң бойынша, радиоактивті изотоптың ядролар
саны, уақыт өткен сайын азаяды.
Радиоактивті ыдыраудың ерекшелегі, бір элемент ядросының барлығы
бірден ыдырамай, әртүрлі уақыт аралықтарында біртіндеп ыдырауында. Әрбір
ядроның ыдырау кезеңін алдын-ала болжау мүмкін емес. Сондықтан кез-келген
радиоактивті элементтің ыдырауы статистикалық заңдылықтарға бағынады.
Басқаша айтқанда ядролардың ыдырауы біркелкі болмайды. Олар біресе көп
немесе аз мөлшерлерде ыдырайды.
Әрбір радионуклид өзіне тән, 3. 10-7-нен 5. 1015 жыл аралығында
болатын жартылай ыдырау периодына ие болады. Бұл болашақта белгілі бір
уақытқа дейін өмір сүретін радионуклид активтілігінің шамасын есептеуге
және алдын – ала болжауға мүмкіндік береді.
Сонымен қатар ыдырайтын молекулалардың үлкен саны үшін, орташа өмір
сүру шамасын анықтауға болады. Бұл шама барлық ядролардың өмір сүру
қосындысымен анықталады. Осы кезде орташа өмір сүру уақыты мынаған тең
болады:
(9)

Ядроның жартылай ыдырау периоды, оның орташа өмір сүру уақытынан ln2
сандық көбейткішпен ерекшеленеді.
(- және (+ - ыдырау жолдарымен ыдырайтын радиоизотоптардың басым
көпшілігінің жартылай ыдырау периоды 10-нан 100 минутқа дейінгі уақытқа ие
болады.
Электронды іліп әкету жолымен ыдырайтын радиоизотоптар үшін жартылай
ыдырау периоды 100 минут – 17 сағат аралығында, ал ( - активті изотоптар
үшін, 1 – 10 минут аралығында болады.
Радиоактивті ыдырауға температура және қысым әсер етеді, бірақ олар
радиоактивті ыдырауды бағындыруда әлсіз қару болып табылады. Сонымен қатар
радиоактивті ыдырауға күшті магнит және электр өрістерінің әсерін тексерген
кезде, олардың ешқандай әсері байқалмайтындығы, яғни радиоактивті
айналымдар тұрақты қарқындылықпен өтетіндігі анықталған.
Осыдан кейінгі ғалымдардың зерттеу жұмыстарында, радиоактивтілікті
3500 м биіктікте өлшеуде, космос сәулелерін және барлық мүмкін болатын
сәулелерді қолданған кезде де, ыдырау жылдамдығында ешқандай өзгерістер
байқалмай, тұрақты күйінде қалатыны дәлелденген.
Бұдан радиоактивті ыдыраулар қоршаған ортаның кез-келген әсеріне
тәуелсіз болады деген қортынды жасауға болады. Басқаша айтқанда
радиоактивті ыдырауларды реттеуге болмайды.
Ядролық сәулелердің барлық түрлерін (альфа-, бета - бөлшектер, гамма-
кванттар, нейтрондар және т.б.) байқау және тіркеу, қорғаныс материалдарын
таңдау, сәулеленудің биологиялық әсерін бағалау, сәуленің затпен
әрекеттсеуі кезінде туындайтын, әсерлерге негізделген. Бұл құбылыстардың
принциптарын түсіну үшін, табиғаты жағынан әртүрлі сәулелердің затпен қалай
әрекеттесетінін білу қажет.
Зарядталған бөлшектердің затпен әрекеттесуі. Зарядталған бөлшектер затпен
екі түрлі әрекеттеседі: бірінші жағдайда әрекеттескенге дейінгі
бөлшектердің кинетикалық энергияларының жиынтығы, әрекеттесуден кейінгі
бөлшектердің кинетикалық энергияларының жиынтығына тең болады. Бұндай
әрекеттесу салдарынан тек бөлшектердің қозғаласының бағыты ғана өзгереді
(3-сурет). , мұндағы және - әрекеттесуге дейінгі
бөлшектердің кинетикалық энергиясы; және - әрекеттесуден
кейінгі бөлшектердің кинетикалық энергиясы.

3 сурет – Зарядталған бөлшектердің затпен әрекеттесу схемасы
1, 2 – зарядталған бөлшектер; А1, А2 – атомдар

Екінші жағдайда – бөлшектердің кинетикалық энергияларының бір бөлігі
атомдарды қоздыруға және ионизациялауға, ядроларды қоздыруға, ядролардың
бөлінуіне немесе сәлелердің тежелуіне жұмсалады. Бұндай әрекеттесу кезінде,
әрекеттесуге дейінгі бөлшектердің кинетикалық энергияларының қосындысы,
әрекеттесуден кейінгі бөлшектердің кинетикалық энергияларының қосындысына
атомдарды қоздыруға және ионизациялауға, ядроларды қоздыруға немесе
сәулелрдің тежелуіне жұмсалған энергияны Е қосқанға тең:

Альфа-бөлшектер.
Альфа бөлшектерге сәуленің затпен әрекеттесуінің екі түрі де тән:
біріншіден альфа-бөлшектер орбитальды электрондармен әрекеттесіп,
нәтижесінде атомдарды қоздыруы және ионизациялауы мүмкін. Екіншіден альфа-
бөлшектер оң зарядталғандықтан, ядромен әрекеттесуі кезінде кулондық күштер
пайда болады және бөлшек өзінің қозғалыс бағытын өзгерте тебіледі де,
нәтижесінде альфа-бөлшектердің шашырауы мүмкін. Егер альфа-бөлшектер,
әрекеттесулердің кулондық күшін жеңуге жеткілікті энергияға ие болатын
болса, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Семей ядролық полигонының экологиялық проблемалары
Экология ғылымының жеке ғылым ретінде қалыптасуы
Қоршаған ортаны радиациялық ластанудан қорғау
Экологияның даму тарихы мен кезеңдері
Өндірістік экология туралы жалпы түсінік
Экологияның ғылым ретінде анықтамасы
Биоэкологиялық зерттеуледің жаппай сипат алу кезеңі
Экологияның негізгі бөлімдері
Экология туралы жалпы түсінік
Төтенше жағдайларда халықты қорғау әдістерін меңгерту
Пәндер