Радиоактивті сәулелердің спектрі және ядроның радиоактивті ыдыраудың түрлері

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Радиоактивті сәулелердің спектрі және ядроның радиоактивті ыдыраудың түрлері.

Радиоактивті сулелер көрінбейді. Оларды әртүрлі құбылыстар арқылы көруге болады ( люминоформалардың сәуле тарату немесе сәулеленген экрандардан, заттың ионизациясы, фотоэмульсияның қараюы және т. б) . радиоактивті суле таратушы заттар оңай сіңірілуі мен электромагниттік және магниттік поледе ауытқуымен сипатталады. Көлденең магнитті поледе радиоактивті сәулелену 3 шоғырға бөлініп кететіндігі анықталған. Теріс зарядталған пластинкаға ауытқыған сәулелерді - альфа-сәулелер, оң зарядталған пластинкаға ауытқыған сәулелерді - бета-сәулелер, ал тіптен ауытқымаған сәулелерді - гамма-сәулелер деп атаған. Электромагниттік поледе ралиоактивті сәулелердің бұлай бөлінуі қатты электромагниттік және магниттік поледе ауытқымайтынын көрсетті, ал альфа- және бета-сәулелер жұқпалы бөлшектер де бола алады және ауытқи да береді.

Альфа-бөлшектер ( -бөлшектер) гелий атом ядросынан және екі протон мен екі нейтроннан тұрады; оларды екі оң зарядтары болады (2*4, 8*10 ^-10 =9, 6*10 ^-10 бірл. СГСЭ) және 4, 003-ге тең массасы бар. Бұл бөлшектердің массасы электрон массасынан 7300 есе көбірік; олардың эенргиясы 2 . . . 11 аралығында тербеледі. Берілген изотоптың альфа-бөлшектерді эенргиясы әрқайсысына тұрақты. Альфа-бөлшектерде қысқааралық және ұзынаралық бөлшектердің көрінбейтін пайызы бар, сондықтан альфа-сәулелер монохроматикалық болып саналады. Ауадаға альфа-бөлшектердің аралығы 2 . . . 10 см эенргияға байланысты, биологиялық тканьдерде бірнеше ондық микрометрлер болады.

Альфа-бөлшектер салмағының көп болуы мен салыстырмалы энергияның көбірек болуы, ионизацияның қатты көрсетілген эффектісі мен флуоресценцияны шақыртады. Ауада 1 см альфа-бөлшектердің жолы 100 . . . 250 мың жұп иондарды түзеді. Сондықтан альфа-сәулелердің адам мен жануарлар организміне түсуі үлкен қауіп төндіреді.

Бета-бөлшектер ( -бөлшектер) ядродан пайда болған бөлшектер ағынынан (электрондар немесе позитрондардан) тұрады. Позитрондар - оң заряд белгісі бар, электронға ұқсас элементар бөлшек. Ядродан пайда болған электрондардың физикалық сипаттамасы (масса, заряды) атом қабықшасының электрондарындай. Оларды немесе е ^- , ⁺ немесе е ⁺ деп белгілейді.

Бета-бөлшектер альфа-бөлшектерге қарағанда әртүрлі энергия қорымен ерекшеленеді (нөлден максималды санға дейін) . Бұл құбылыс бета-ыдырауы кезінде атом ядросынан бета-бөлшектерімен бірге нейтрино шашырайды. Нейтрино жарық жылдамдығы мен жылжитын, тыныштық массасы мен үлкен сіңірілу қабілеті бар электронейтралды бөлшек; оны тіркеу өте қиын.

Ыдыраудың әр актісінде босаған энергия бета-бөлшектер мен нейтриноға теңдей ыдырап кетеді. Егер бета-бөлшектер ядродан энергияның көп қорымен ұшыраса, онда нейтрино аз энергия жібереді және керісінше. Сондықтан бета-сәлелердің энергетикалық спектрі біртұтас немесе үзілмейтін болады. Спектрдегі бета-бөлшектердің орташа энергисы олардың шамамен 1/3 максималды энергиясына тең. Максималды энергияны - Е _макс. , орташаны - Е _орт. деп белгіленеді.

Бір радиоактивті элементтің бета-бөлшектерінде әртүрлі энергия қоры болатын болса, онда бір ортада олардың аралық көлемдері әртүрлі болады. Заттағы бета-бөлшектердің жолы айналмалы болып келеді, өйткені кейде олардың салмағы аз болған жағдайда, олар өз қимыл бағыттарын қарама-қарсы атомдардың электрлік поле әсері арқасында оңай өзгеріп отырады. Бета-сәулелерде альфа-сәулелерге қарағанда аз ионизация эффектісі болады. Ол ауада «ионизацияның бытыраңқы түрін» құрайды.

Ауадағы бета-бөлшектердің аралығы энергияға байланысты 25 м-ге дейін бола алады, ал биологиялық тканьдерде 1 см-ге дейін. Вакуумдегі бета-бөлшектердің жылдамдығы 1*10 ¹⁰ . . . 2, 9*10 ¹⁰ см/с (жарық жылдамдығының 0, 3 . . . 0, 99) тең.

Әртүрлі радиоактивті изотоптар құрамындағы бета-бөлшектерінің энергиясы әртүрлі болады.

Гамма-сәулелер ( ) электромагниттік толқындар ағынынан құралады, сонымен қатар радио толқындар, көрінетін жарық, ультракүлгін және инфрақызыл сәулелер, рентген сәулелер.

Электромагниттік сәулелердің әртүрлі топтары қалыптасу шарттары мен белгілі бір айырмашылықтарымен ерекшеленеді (толқын ұзындықтарымен, энергиясымен) .

Рентген сәулелері электр полесінде электрондар кедергісінен немесе ионизаиця кезіндегі атомның электронды қабықшасының қайта құрылуы кезінде пайда болады. Әртүрлі атомдар мен молекулалар қозғаннан қозбаған күйіне ауысқанда көрінетін жарық, инфрақызыл және ультракүлгін сәулелерінің шығуын байқауға болады.

Гамма-кванттар - бұл ядродан пайда болған сәулелер, бұлардың тыныштық массасы болмайды. Сондықтан фотондар тек қимыл кезінде бар болады. Олардың заряды болмағандықтан электрлі және магниттік поледе ауытқымайды. Затта және вакуумде гамма-сәулелер энергия көзінен барлық жаққа бірсызықты және бірқалыпты тарайды. Олардың вакуумдегі таралу жылдамдығы жарық жылдамдығына тең (3*10 ¹⁰ см/c) .

Гамма-кванттардың тербелу тазалығы олардың толқын ұзындықтарымен байланысты. Неғұрлым толқын ұзындықтары ұзын болса, соғырлым тербеліс тазалығы аз болады және керісінше, яғни тербеліс тазалығы толқын ұзындығына кері пропорционал. Неғұрлым толқын ұзындығы қысқа болып және сәулелердің тербеліс тазалығы көбірек болса, соғұрлым оның энергиясы мен сіңірілу қабілеті жоғарырақ болады.

Гамма-сәулелердің құрамына әртүрлі квант энергиялары кіреді. Бірақ әр изотоп үшін олардың «жиынтығы» тұрақты және сызықты спектр сәулелі болып келеді.

Ядроның өзгеру түрлері

Ядроның атомдары тұрақты, бірақ протондар мен нейтрондардың белгілі бір қарым-қатынастарының бұзылуынан өзгеріске ұшырайды. Жеңіл атомдарда протондар мен нейтрондар саны тейдей болу керек. Егер ядрода протон мен нейтрондар саны көбейіп кетсе, онда мұндай ядролар тұрақсыз және өздігінен радиоактивті өзгерістерге ұшырайды, ал соңында ядро құрамы өзгеріп, бір элементтің атом ядросы басқа элементтің атом ядросы болып өзгереді. Бұл процесте ядро радиоактивті сәуле шашыратады.

Ядро өзгеруінің немесе радиоактивті ыдыраудың 3 түрі бар : альфа-ыдырау, бета-ыдырау (электронды, позитронды), электронмен қоршап алу, ішкі конверсия.

Альфа-ыдырау. Тұрақсыз элементтің ядросынан гелий атомдарының көрсеткіші альфа-бөлшектер шашырайды. Альфа-бөлшектер ұшыраған кезде ядро екі протонын және екі нейтронын жоғалтып, екі протонға азайған, массалық саны 4-ке теңеп, басқа элементтің ядросына ауысады. Сәйкесінше, радиоактивті ыдырауда Фаянс пен Содди (1913) құраған жылжыту ережесіне сай, альфа-ыдырауда элемент өз орнынан сол жаққа 2 ұяшыққа жылжиды, Менделеев системасында.

Альфа-ыдыраудың ең көп тараған түрі - ауыр ядролардың өзгерісі; қазіргі кезде ядроның 160 альфа-активінің түрі бар. Реттік номері 82-ден жоғары ( Рв үшін Z=82) ядролар - альфа-актив, ал Z 82-ден аз болса, альфа-ыдырау пайда болады.

Бета-ыдырау. Бірқатар табиғи және жасанды радиоактивті элементтер электрондарын шашыратып, өзгеріске ұшырайды. Кейбір жасанды радиоактивті изотоптардан позитрондар шашырап, ыдырайды. Ядродан шашырайтын электрондар мен позитрондарды бета-бөлшектер немесе бета-сәулелер деп, ал ядроны - бета-активі деп атайды. Электрон мен позитронды ыдыраулар ұқсас болғандықтан оларды бета-ыдырау деп атайды.

Егер ядрода нейтрондар артық болса, онда электронды ^- -ыдырау болады, онда бір нейтрон протонға айналады да, ал ядродан электрон мен антинейтрино шығарады.

₀ ¹ n- ₁ ¹ p + e ^- + v ^-

Бұл ыдырауда атом заряды мен элементтің атомдық номері бір санға өзгереді (Менделеев системасындағы элемент өз орнынан оңға қарай 1 ұяшыққа жылжиды), ал массалық саны өзгеріссіз қалады.

Электронды бета-ыдырауға мысал ретінде калий изотробы кальцийға айналуын айтуға болады.

Егер ядродағы протондар саны көбейіп, протондар мен нейтрондар тепе-теңдігі бұзылса, онда позитронды ( ⁺ ) ыдырау пайда болады. Бұл жағдайда ядродан позитрон (+1 заряды бар) мен нейтрино шашырайды да, және протондардың біреуі нейтронға айналады :

₁ ¹ p- ₀ ¹ n + e ⁺ + v ⁺ .

Ядроның заряды мен элементтің атомдық номері бір санға азаяды да өз орнынан онға қарай бір санға жылжиды, ал массалық саны өзгеріссіз қалады.

Позитронды ыдырау тек кейбір жасанды изотоптарда байқалады. Мысалы, фосфор изотобының кремнийге айналуы.

Позитрон ядродан ұшқан соң, атом қабықшасынан «артық» электронды жұлып алып немесе бос электронмен алмасып, «позитро-электрон» жұбын құрап, лезде энергиясы бар екі гамма-квантқа айналады. «позитрон-электрон» жұбының екі гамма-квантқа айналу процесіне «аннигиляция» (жойылу) деген ат берді, ал пайда болған электромагниттік сәулені - аннигиляционды деп атаған. Материяның бір формадан екіншісіне ауысуын - гамма-фотондар деп атайды. Осының арқасында қарама-қарсы реакция жүреді, мұнда жоғары энергиясы бар гамма-фотондар зат арқылы ұшқанда, қатты электрлі поледе «электрон-позитрон» жұбына айналады.

Электронмен қоршап алу. Ядро электронмен қоршалған жағдайда да өзгере алады, ядро қабаттарының электроны ядро протонын қоршап алып, нейтронға айналдырады, көп жағдайда К, кейде L қабатының электрондарымен алмасып кетеді. Бұл процесті К немесе L электронмен қоршап алу деп атайды. Келесі реакция арқылы протон нейтронға айналады :

₁ ¹ p + _-1 ⁰ e - ₀ ¹ n + v ^-

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.