تبدیلات رادیواکتیو اتمی تبدیلات رادیواکتیو هسته ها زمینه های کاربرد منابع رادیونوکلئیدی

در سال 1900، رادرفورد به رادیو شیمیدان انگلیسی فردریک سودی در مورد تورون مرموز گفت. سودی ثابت کرد که تورون گازی بی اثر شبیه به آرگون است که چندین سال قبل در هوا کشف شده بود. این یکی از ایزوتوپ های رادون، 220 Rn بود. انتشار رادیوم، همانطور که بعدا معلوم شد، ایزوتوپ دیگری از رادون است - 222 Rn (نیمه عمر تی 1/2 = 3.825 روز)، و انتشار اکتینیم ایزوتوپ کوتاه مدت همان عنصر است: 219 Rn ( تی 1/2 = 4 ثانیه). علاوه بر این، رادرفورد و سودی یک عنصر غیرفرار جدید را از محصولات تبدیل توریم جدا کردند که از نظر خواص متفاوت از توریم بود. توریم X نامیده شد (بعدها مشخص شد که ایزوتوپ رادیوم 224 Rac است. تی 1/2 = 3.66 روز). همانطور که مشخص شد، "توریوم emanation" دقیقاً از توریم X آزاد می شود و نه از توریوم اصلی. نمونه‌های مشابه چند برابر شد: در اورانیوم یا توریم که در ابتدا از نظر شیمیایی کاملاً خالص شده بود، با گذشت زمان ترکیبی از عناصر رادیواکتیو ظاهر شد، که به نوبه خود، عناصر رادیواکتیو جدید از جمله عناصر گازی به دست آمد. بنابراین، ذرات a آزاد شده از بسیاری از داروهای رادیواکتیو به گازی مشابه هلیوم تبدیل شدند که در اواخر دهه 1860 روی خورشید (روش طیفی) کشف شد و در سال 1882 در برخی از سنگ ها کشف شد.

نتایج کار مشترک آنها توسط رادرفورد و سودی در سالهای 1902-1903 در تعدادی از مقالات در مجله فیلسوفیک منتشر شد. در این مقالات، پس از تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده، نویسندگان به این نتیجه رسیدند که امکان تبدیل برخی از عناصر شیمیایی به برخی دیگر وجود دارد. آنها نوشتند: «رادیواکتیویته یک پدیده اتمی است که با تغییرات شیمیایی همراه است که در آن انواع جدیدی از مواد متولد می‌شوند... رادیواکتیویته را باید مظهر یک فرآیند شیمیایی درون اتمی دانست... تشعشع با تبدیل اتم‌ها همراه است. در نتیجه یک دگرگونی اتمی، نوع کاملاً جدیدی از ماده تشکیل می‌شود که از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی کاملاً متفاوت از ماده اصلی است.

در آن زمان، این نتایج بسیار جسورانه بود. دانشمندان برجسته دیگر، از جمله کوری، اگرچه پدیده های مشابهی را مشاهده کردند، اما از همان ابتدا آنها را با وجود عناصر "جدید" در ماده اصلی توضیح دادند (به عنوان مثال، کوری پولونیوم و رادیوم موجود در آن را از سنگ معدن اورانیوم جدا کرد). با این وجود، رادرفورد و سودی درست می‌گویند: رادیواکتیویته با تبدیل برخی از عناصر به عناصر دیگر همراه است.

به نظر می رسید که تزلزل ناپذیر در حال فروپاشی است: تغییر ناپذیری و تقسیم ناپذیری اتم ها، زیرا از زمان بویل و لاووازیه، شیمی دانان در مورد تجزیه ناپذیری عناصر شیمیایی (همانطور که در آن زمان می گفتند، "جسم های ساده"، اجزای سازنده، به این نتیجه رسیده بودند. جهان هستی)، در مورد عدم امکان تبدیل آنها به یکدیگر. آنچه در ذهن دانشمندان آن زمان می گذشت به وضوح با اظهارات D.I مندلیف اثبات می شود ، که احتمالاً فکر می کرد امکان "تبدیل" عناصر ، که کیمیاگران قرن ها در مورد آن صحبت می کردند ، سیستم هماهنگ را از بین می برد. مواد شیمیایی که او ایجاد کرده بود و در سراسر جهان شناخته شده بود. در یک کتاب درسی که در سال 1906 منتشر شد مبانی شیمیاو نوشت: «... من اصلاً تمایلی ندارم (براساس انضباط خشن اما پربار دانش استقرایی) حتی تبدیل پذیری فرضی برخی از عناصر به یکدیگر را تشخیص دهم و هیچ امکانی برای منشأ آن نمی بینم. آرگون یا مواد رادیواکتیو از اورانیوم یا بالعکس.

زمان مغالطه نظرات مندلیف را در مورد عدم امکان تبدیل برخی عناصر شیمیایی به عناصر دیگر نشان داده است. در همان زمان، مصونیت کشف اصلی او - قانون دوره ای - را تأیید کرد. کار بعدی فیزیکدانان و شیمیدانان نشان داد که در چه مواردی برخی از عناصر می توانند به عناصر دیگر تبدیل شوند و چه قوانین طبیعت بر این دگرگونی ها حاکم است.

دگرگونی عناصر سری رادیواکتیو

در طول دو دهه اول قرن بیستم. از طریق کار بسیاری از فیزیکدانان و رادیو شیمیدانان، بسیاری از عناصر رادیواکتیو کشف شد. به تدریج مشخص شد که محصولات تبدیل آنها اغلب خود رادیواکتیو هستند و دچار دگرگونی های بیشتری می شوند، گاهی اوقات کاملاً پیچیده. دانستن توالی ای که در آن یک رادیونوکلئید به دیگری تبدیل می شود، ساخت سری به اصطلاح رادیواکتیو طبیعی (یا خانواده های رادیواکتیو) را ممکن ساخته است. آنها سه نفر بودند و به آنها ردیف اورانیوم، ردیف اکتینیم و ردیف توریم می گفتند. این سه سری از عناصر طبیعی سنگین - اورانیوم، شناخته شده از قرن 18، و توریم، که در سال 1828 کشف شد، سرچشمه می گیرند (اکتینیوم ناپایدار اجداد نیست، بلکه عضو واسط سری اکتینیم است). بعداً سری نپتونیوم به آنها اضافه شد که با اولین عنصر ترانس اورانیوم شماره 93 که به طور مصنوعی در سال 1940 به دست آمد، نپتونیوم شروع شد. بسیاری از محصولات تبدیل آنها نیز به نام عناصر اصلی نامگذاری شدند و طرح های زیر را نوشتند:

سری اورانیوم: UI ® UX1 ® UX2 ® UII ® Io (یون) ® Ra ® ... ® RaG.

سری شقایق دریایی: AcU ® UY ® Pa ® Ac ® AcK ® AcX ® An ® AcA ® AcB ® AcC ® AcC "" ® AcD.

سری توریوم: Th ® MsTh1 ® MsTh2 ® RdTh ® ThХ ® ThEm ® ThA ® ThB ® ThC ® ThC» ® ThD.

همانطور که معلوم شد، این ردیف ها همیشه زنجیره های "مستقیم" نیستند: هر از گاهی شاخه می شوند. بنابراین، UX2 با احتمال 0.15٪ می تواند به UZ تبدیل شود، سپس به UII می رود. به طور مشابه، ThC می تواند به دو صورت تجزیه شود: تبدیل ThC ® ThC در 66.3٪ رخ می دهد، و در همان زمان، با احتمال 33.7٪، فرآیند ThC ® ThC""" ® ThD رخ می دهد. به نام "چنگال"، تبدیل موازی یک رادیونوکلئید به محصولات مختلف دشواری در ایجاد توالی صحیح تبدیلات رادیواکتیو در این سری نیز با طول عمر بسیار کوتاه بسیاری از اعضای آن، به ویژه اعضای بتا فعال همراه بود.

روزی روزگاری، هر یک از اعضای جدید سری رادیواکتیو به عنوان یک عنصر رادیواکتیو جدید در نظر گرفته می‌شد و فیزیکدانان و رادیوشیمی‌دانان نام‌های خود را برای آن معرفی کردند: یونیوم Io، مزوتوریوم-1 MsTh1، اکتین‌اورانیوم AcU، تابش توریم ThEm و غیره. و غیره این نامگذاری ها دست و پا گیر و ناخوشایند هستند. با این حال، برخی از آنها هنوز هم گاهی اوقات به طور سنتی در ادبیات تخصصی استفاده می شود. با گذشت زمان، مشخص شد که همه این نمادها به انواع ناپایدار اتم ها (به طور دقیق تر، هسته ها) عناصر شیمیایی معمولی - رادیونوکلئیدها اشاره دارد. برای تمایز بین عناصر شیمیایی غیرقابل تفکیک، اما در نیمه عمر (و اغلب در نوع فروپاشی) عناصر متفاوت، F. Soddy در سال 1913 پیشنهاد کرد که آنها را ایزوتوپ نامید.

پس از انتساب هر یک از اعضای سری به یکی از ایزوتوپ های عناصر شیمیایی شناخته شده، مشخص شد که سری اورانیوم با اورانیوم 238 آغاز می شود. تی 1/2 = 4.47 میلیارد سال) و با سرب پایدار-206 به پایان می رسد. از آنجایی که یکی از اعضای این سری عنصر بسیار مهم رادیوم است، به این سری سری اورانیوم-رادیوم نیز می گویند. سری اکتینیوم (نام دیگر آن سری اکتینورانیوم است) نیز از اورانیوم طبیعی منشأ می گیرد، اما از ایزوتوپ دیگر آن - 235 U ( تی 1/2 = 794 میلیون سال). سری توریم با نوکلید 232 Th ( تی 1/2 = 14 میلیارد سال). در نهایت، سری نپتونیوم که در طبیعت وجود ندارد، با طولانی‌ترین ایزوتوپ نپتونیوم به‌دست‌آمده به‌طور مصنوعی آغاز می‌شود: 237 Np® 233 Pa® 233 U® 229 Th® 225 Ra® 225 Ac® 221 Fr® 2217 At®. Bi ® 213 Po ® 209 Pb ® 209 Bi. در این سری یک "چنگال" نیز وجود دارد: 213 Bi با احتمال 2٪ می تواند به 209 Tl تبدیل شود که در حال حاضر به 209 Pb تبدیل می شود. یکی از ویژگی‌های جالب‌تر سری نپتونیوم عدم وجود "نشات‌های گازی" و همچنین عضو نهایی سری - بیسموت به جای سرب است. نیمه عمر جد این سری مصنوعی "تنها" 2.14 میلیون سال است، بنابراین نپتونیم، حتی اگر در زمان شکل گیری منظومه شمسی وجود داشته باشد، تا به امروز نمی تواند "بقا" داشته باشد، زیرا سن زمین 4.6 میلیارد سال تخمین زده می شود و در این مدت (بیش از 2000 نیمه عمر) حتی یک اتم از نپتونیم باقی نمی ماند.

به عنوان مثال، رادرفورد پیچیدگی رویدادهای زنجیره تبدیل رادیوم را باز کرد (رادیوم-226 ششمین عضو از سری پرتوزای اورانیوم-238 است). نمودار هم نمادهای زمان رادرفورد و هم نمادهای مدرن برای هسته‌ها، و هم نوع پوسیدگی و داده‌های مدرن در نیمه عمر را نشان می‌دهد. در سری فوق یک "چنگال" کوچک نیز وجود دارد: RaC با احتمال 0.04٪ می تواند به RaC""(210 Tl) تبدیل شود که سپس به همان RaD تبدیل می شود ( تی 1/2 = 1.3 دقیقه). این سرب رادیواکتیو نیمه عمر نسبتاً طولانی دارد، بنابراین در طول آزمایش اغلب می توان تغییرات بعدی آن را نادیده گرفت.

آخرین عضو این سری، lead-206 (RaG)، پایدار است. در سرب طبیعی 24.1٪ است. سری توریم به سرب-208 پایدار منتهی می شود (محتوای آن در سرب "معمولی" 52.4٪ است، سری اکتینیوم منجر به سرب-207 می شود (محتوای آن در سرب 22.1٪ است). البته نسبت این ایزوتوپ‌های سرب در پوسته زمین مدرن هم به نیمه عمر هسته‌های اصلی و هم به نسبت اولیه آنها در ماده‌ای که زمین از آن تشکیل شده است، مرتبط است. و سرب "معمولی"، غیر پرتوزا، در پوسته زمین تنها 1.4٪ است. بنابراین، اگر در ابتدا اورانیوم و توریم روی زمین وجود نداشت، سرب موجود در آن 1.6 × 10-3٪ (تقریباً مشابه کبالت) نبود، بلکه 70 برابر کمتر بود (مثلاً فلزات کمیاب مانند ایندیم و تولیوم!). از سوی دیگر، یک شیمیدان خیالی که چندین میلیارد سال پیش به سیاره ما پرواز کرده بود، سرب بسیار کمتر و اورانیوم و توریم بسیار بیشتری در آن پیدا می کرد.

هنگامی که F. Soddy در سال 1915 سرب را از تجزیه توریم از توریت معدنی سیلان (ThSiO 4) جدا کرد، جرم اتمی آن برابر با 207.77 بود، یعنی بیشتر از سرب "معمولی" (207.2). این تفاوت با "تئوری" (208) است که با این واقعیت توضیح داده می شود که توریت حاوی مقداری اورانیوم است که سرب-206 تولید می کند. هنگامی که شیمیدان آمریکایی تئودور ویلیام ریچاردز، یک مرجع در زمینه اندازه گیری جرم اتمی، سرب را از برخی از مواد معدنی اورانیوم که حاوی توریم نبودند جدا کرد، جرم اتمی آن تقریباً دقیقاً 206 بود. چگالی این سرب نیز کمی کمتر بود. ، و با محاسبه شده مطابقت دارد: r (Pb) ґ 206/207.2 = 0.994r (Pb)، که در آن r (Pb) = 11.34 g/cm3. این نتایج به وضوح نشان می دهد که چرا برای سرب، مانند تعدادی از عناصر دیگر، اندازه گیری جرم اتمی با دقت بسیار بالا فایده ای ندارد: نمونه های گرفته شده در مکان های مختلف نتایج کمی متفاوت خواهند داشت. سانتی مترواحد کربن).

در طبیعت، زنجیره های تبدیل نشان داده شده در نمودارها به طور مداوم رخ می دهد. در نتیجه، برخی از عناصر شیمیایی (رادیواکتیو) به عناصر دیگر تبدیل می شوند و چنین دگرگونی هایی در کل دوره وجود زمین رخ می دهد. اعضای اولیه (که آنها را والد می نامند) سری پرتوزا بیشترین عمر را دارند: نیمه عمر اورانیوم 238 4.47 میلیارد سال است، توریم 232 14.05 میلیارد سال است، اورانیوم 235 (همچنین به عنوان "اکتین اورانیوم" نیز شناخته می شود. جد سری اکتینیوم) - 703.8 میلیون سال. تمام اعضای بعدی ("دختر") این زنجیره طولانی به طور قابل توجهی زندگی کوتاه تری دارند. در این حالت حالتی رخ می دهد که رادیوشیمی دانان آن را "تعادل رادیواکتیو" می نامند: سرعت تشکیل یک رادیونوکلئید میانی از اورانیوم مادر، توریم یا اکتینیم (این میزان بسیار کم است) برابر است با سرعت فروپاشی این هسته. در نتیجه برابری این نرخ ها، محتوای یک رادیونوکلئید معین ثابت است و فقط به نیمه عمر آن بستگی دارد: غلظت اعضای کوتاه مدت سری پرتوزا کم است و غلظت اعضای با عمر طولانی بزرگتر این ثبات محتوای محصولات پوسیدگی میانی برای مدت بسیار طولانی حفظ می شود (این زمان با نیمه عمر هسته اصلی تعیین می شود و بسیار طولانی است). تبدیل های ریاضی ساده به این نتیجه می رسد: نسبت تعداد مادر ( ن 0) و کودکان ( ن 1, ن 2, ن 3...) اتم ها با نیمه عمر آنها نسبت مستقیم دارند: ن 0:ن 1:ن 2:ن 3... = تی 0:تی 1:تی 2:تی 3... بنابراین نیمه عمر اورانیوم 238 4.47 10 9 سال، رادیوم 226 1600 سال است، بنابراین نسبت تعداد اتم های اورانیوم 238 و رادیوم 226 در سنگ معدن اورانیوم 4.47 10 9 است: 1600، که از آن به راحتی می توان (با در نظر گرفتن جرم اتمی این عناصر) محاسبه کرد که در هر 1 تن اورانیوم، با رسیدن به تعادل رادیواکتیو، تنها 0.34 گرم رادیوم وجود دارد.

و بالعکس، با دانستن نسبت اورانیوم و رادیوم در سنگ معدن و همچنین نیمه عمر رادیوم، می توان نیمه عمر اورانیوم را تعیین کرد و برای تعیین نیمه عمر رادیوم نیازی به تعیین نیمه عمر رادیوم نیست. بیش از هزار سال صبر کنید - کافی است (با رادیواکتیویته آن) میزان واپاشی (یعنی مقدار d) اندازه گیری شود. ن/d تی) مقدار کمی شناخته شده از آن عنصر (با تعداد مشخصی اتم ن) و سپس طبق فرمول d ن/d تی= -l نمقدار l = ln2/ را تعیین کنید تی 1/2.

قانون جابجایی

اگر اعضای هر سری رادیواکتیو به صورت متوالی در جدول تناوبی عناصر ترسیم شوند، معلوم می‌شود که رادیونوکلئیدهای این سری به آرامی از عنصر اصلی (اورانیوم، توریم یا نپتونیم) به سرب یا بیسموت تغییر نمی‌کنند، بلکه «پرش» دارند. به سمت راست و سپس به سمت چپ. بنابراین، در سری اورانیوم، دو ایزوتوپ ناپایدار سرب (عنصر شماره 82) به ایزوتوپ های بیسموت (عنصر شماره 83)، سپس به ایزوتوپ های پولونیوم (عنصر شماره 84) و سپس دوباره به ایزوتوپ های سرب تبدیل می شوند. . در نتیجه، عنصر رادیواکتیو اغلب به همان سلول جدول عناصر باز می گردد، اما ایزوتوپی با جرم متفاوت تشکیل می شود. معلوم شد که الگوی خاصی در این "پرش ها" وجود دارد که F. Soddy در سال 1911 متوجه آن شد.

اکنون مشخص شده است که در حین واپاشی، یک ذره (هسته اتم هلیوم) از هسته ساطع می شود، بنابراین، بار هسته 2 کاهش می یابد (تغییر در جدول تناوبی توسط دو سلول به سمت هسته سمت چپ)، و عدد جرمی 4 کاهش می یابد، که به ما امکان می دهد پیش بینی کنیم که چه ایزوتوپی از عنصر جدید تشکیل می شود. یک مثال، واپاشی رادون است: ® + . با واپاشی b، برعکس، تعداد پروتون های هسته یک عدد افزایش می یابد، اما جرم هسته تغییر نمی کند ( سانتی متررادیواکتیویته)، یعنی. یک جابجایی در جدول عناصر با یک سلول به سمت راست وجود دارد. به عنوان مثال دو تبدیل متوالی پلونیوم از رادون تشکیل شده است: ® ® . بنابراین، اگر "چنگال" را در نظر نگیریم، می توان محاسبه کرد که چه تعداد ذرات آلفا و بتا، به عنوان مثال، در نتیجه تجزیه رادیوم 226 (به سری اورانیوم مراجعه کنید) منتشر می شود. نوکلید اولیه، هسته نهایی - . کاهش جرم (یا بهتر است بگوییم عدد جرمی، یعنی تعداد کل پروتون‌ها و نوترون‌های هسته) برابر با 226 - 206 = 20 است، بنابراین، 20/4 = 5 ذره آلفا منتشر شد. این ذرات 10 پروتون را با خود بردند، و اگر واپاشی b وجود نداشت، بار هسته ای محصول فروپاشی نهایی برابر با 88 - 10 = 78 خواهد بود. در واقع، 82 پروتون در محصول نهایی وجود دارد، بنابراین در طول تبدیل، 4 نوترون تبدیل به پروتون و 4 ذره b منتشر شد.

اغلب، یک واپاشی a با دو فروپاشی b دنبال می‌شود و بنابراین عنصر حاصل به سلول اصلی جدول عناصر - به شکل ایزوتوپ سبک‌تر از عنصر اصلی، باز می‌گردد. با تشکر از این حقایق، آشکار شد که قانون تناوبی D.I مندلیف منعکس کننده رابطه بین خواص عناصر و بار هسته آنها است، و نه جرم آنها (همانطور که در ابتدا زمانی که ساختار اتم مشخص نبود).

قانون جابجایی رادیواکتیو سرانجام در سال 1913 در نتیجه تحقیقات پر زحمت بسیاری از دانشمندان تدوین شد. در میان آنها، دستیار سودی، الکساندر فلک، کارآموز سودی، گیورگی هیوسی، شیمیدان فیزیک و رادیو شیمیدان مجارستانی، که در سالهای 1911 تا 1913 با رادرفورد در دانشگاه منچستر کار می کرد، و شیمی دان آلمانی (و بعدها آمریکایی) بودند (کازیمیر فاجان). 1887-1975). این قانون اغلب قانون سودی-فایانس نامیده می شود.

تبدیل مصنوعی عناصر و رادیواکتیویته مصنوعی.

بسیاری از دگرگونی‌های مختلف با دوترون‌ها، هسته‌های ایزوتوپ هیدروژن سنگین دوتریوم، که به سرعت‌های بالا شتاب می‌گرفتند، انجام شد. بنابراین، در طی واکنش + ® +، هیدروژن فوق سنگین برای اولین بار تولید شد - تریتیوم. برخورد دو دوترون می تواند متفاوت باشد: + ® +، این فرآیندها برای مطالعه امکان یک واکنش گرما هسته ای کنترل شده مهم هستند. واکنش + ® () ® 2 مهم است، زیرا قبلاً با انرژی نسبتاً کم دوترون (0.16 مگا ولت) رخ می دهد و با آزاد شدن انرژی عظیم - 22.7 مگا ولت همراه است (به یاد بیاورید که 1 مگا ولت = 106 eV است. و 1 eV = 96.5 کیلوژول بر مول).

واکنشی که هنگام بمباران بریلیم با ذرات a رخ می دهد، اهمیت عملی زیادی پیدا کرده است: + ® () ® +، در سال 1932 منجر به کشف ذره نوترون خنثی شد و معلوم شد که منابع نوترونی رادیوم-بریلیم بسیار راحت هستند. برای تحقیقات علمی نوترون هایی با انرژی های مختلف را نیز می توان در نتیجه واکنش ها به دست آورد + ® + ; + ® + ; + ® + . نوترون‌هایی که بار ندارند به‌راحتی به درون هسته‌های اتمی نفوذ می‌کنند و فرآیندهای مختلفی را ایجاد می‌کنند که هم به هسته‌ای که شلیک می‌شود و هم به سرعت (انرژی) نوترون‌ها بستگی دارد. بنابراین، یک نوترون آهسته می تواند به سادگی توسط هسته گرفته شود، و هسته با انتشار یک کوانتوم گاما از مقداری انرژی اضافی آزاد می شود، به عنوان مثال: + ® + g. این واکنش به طور گسترده در راکتورهای هسته ای برای کنترل واکنش شکافت اورانیوم استفاده می شود: میله ها یا صفحات کادمیوم به داخل دیگ هسته ای فشار داده می شوند تا واکنش را کاهش دهند.

اگر موضوع محدود به این دگرگونی ها بود، پس از توقف تابش a، شار نوترون باید فوراً خشک می شد، بنابراین، با حذف منبع پولونیوم، انتظار توقف همه فعالیت ها را داشتند، اما دریافتند که شمارنده ذرات به پالس هایی را ثبت کنید که به تدریج محو شدند - دقیقا مطابق با قانون نمایی. این را می توان تنها به یک روش تفسیر کرد: در نتیجه تابش آلفا، عناصر رادیواکتیو ناشناخته قبلی با نیمه عمر مشخصه 10 دقیقه برای نیتروژن-13 و 2.5 دقیقه برای فسفر-30 ظاهر شدند. معلوم شد که این عناصر تحت واپاشی پوزیترون قرار می گیرند: ® + e + ، ® + e + . نتایج جالبی با منیزیم به دست آمد که توسط سه ایزوتوپ طبیعی پایدار نشان داده شد و مشخص شد که با تابش a همگی هسته‌های رادیواکتیو سیلیکون یا آلومینیوم تولید می‌کنند که تحت واپاشی 227 یا پوزیترون قرار می‌گیرند:

تولید عناصر رادیواکتیو مصنوعی از اهمیت عملی زیادی برخوردار است، زیرا امکان سنتز رادیونوکلئیدها با نیمه عمر مناسب برای یک هدف خاص و نوع مورد نظر تابش با قدرت مشخص را فراهم می کند. استفاده از نوترون ها به عنوان "پرتابه" به ویژه راحت است. گرفتن یک نوترون توسط یک هسته اغلب آن را چنان ناپایدار می کند که هسته جدید رادیواکتیو می شود. به دلیل تبدیل نوترون "اضافی" به پروتون، یعنی به دلیل تابش 227، می تواند پایدار شود. بسیاری از این واکنش ها شناخته شده است، به عنوان مثال: + ® ® + e. واکنش تشکیل رادیوکربن که در لایه های بالایی جو اتفاق می افتد بسیار مهم است: + ® + ( سانتی مترروش آنالیز رادیوکربن). تریتیوم با جذب نوترون های آهسته توسط هسته های لیتیوم-6 سنتز می شود. بسیاری از دگرگونی های هسته ای را می توان تحت تأثیر نوترون های سریع به دست آورد، به عنوان مثال: + ® + ; + ® + ; + ® + . بنابراین، با تابش کبالت معمولی با نوترون، کبالت رادیواکتیو-60 به دست می‌آید که منبع قدرتمندی از تشعشعات گاما است (از محصول فروپاشی 60 هسته برانگیخته شرکت آزاد می‌شود). برخی از عناصر ترانس اورانیوم در اثر تابش نوترون ها تولید می شوند. به عنوان مثال، از اورانیوم 238 طبیعی، ابتدا اورانیوم 239 ناپایدار تشکیل می شود که در طی فروپاشی b ( تی 1/2 = 23.5 دقیقه) به اولین عنصر ماوراء اورانیوم نپتونیوم-239 تبدیل می شود و به نوبه خود نیز با فروپاشی b ( تی 1/2 = 2.3 روز) به پلوتونیوم 239 بسیار مهم به اصطلاح درجه سلاح تبدیل می شود.

آیا می توان با انجام واکنش هسته ای لازم به طور مصنوعی به طلا دست یافت و در نتیجه آنچه را که کیمیاگران نتوانستند انجام دهند به انجام رساند؟ از نظر تئوری، هیچ مانعی برای این کار وجود ندارد. علاوه بر این، چنین ترکیبی قبلاً انجام شده است، اما ثروت به ارمغان نیاورد. ساده ترین راه برای تولید مصنوعی طلا، تابش عنصر بعدی در جدول تناوبی بعد از طلا با جریانی از نوترون است. سپس، در نتیجه واکنش + ® +، یک نوترون یک پروتون را از اتم جیوه جدا می کند و آن را به اتم طلا تبدیل می کند. این واکنش اعداد جرمی خاصی را نشان نمی دهد ( الف) نوکلیدهای جیوه و طلا. طلا در طبیعت تنها هسته پایدار است و جیوه طبیعی مخلوط پیچیده ای از ایزوتوپ ها با آن است الف= 196 (0.15%)، 198 (9.97%)، 199 (1.87%)، 200 (23.10%)، 201 (13.18%)، 202 (29.86%) و 204 (6.87%). در نتیجه، طبق طرح فوق، فقط می توان طلای رادیواکتیو ناپایدار به دست آورد. این توسط گروهی از شیمیدانان آمریکایی از دانشگاه هاروارد در اوایل سال 1941 بدست آمد و جیوه را با جریانی از نوترون های سریع تابش می کرد. پس از چند روز، تمام ایزوتوپ های رادیواکتیو حاصل از طلا، از طریق واپاشی بتا، دوباره به ایزوتوپ های اصلی جیوه تبدیل شدند.

اما راه دیگری وجود دارد: اگر اتم های جیوه-196 با نوترون های کند تابش شوند، به اتم های جیوه-197 تبدیل می شوند: + ® + g. این اتم ها، با نیمه عمر 2.7 روز، تحت جذب الکترون قرار می گیرند و در نهایت به اتم های طلای پایدار تبدیل می شوند: + e ® . این تحول در سال 1947 توسط کارکنان آزمایشگاه ملی در شیکاگو انجام شد. آنها با تابش 100 میلی گرم جیوه با نوترون های کند، 0.035 میلی گرم 197Au به دست آوردند. در رابطه با تمام جیوه، عملکرد بسیار کوچک است - فقط 0.035٪، اما نسبت به 196Hg به 24٪ می رسد! با این حال، ایزوتوپ 196 جیوه در جیوه طبیعی کمترین است، علاوه بر این، خود فرآیند تابش و مدت زمان آن (پرتودهی به چندین سال نیاز دارد)، و جداسازی "طلای مصنوعی" پایدار از یک مخلوط پیچیده هزینه بسیار زیادی خواهد داشت. جداسازی طلا از فقیرترین سنگ معدن (). بنابراین تولید مصنوعی طلا فقط جنبه نظری دارد.

الگوهای کمی تحولات رادیواکتیو

اگر امکان ردیابی یک هسته ناپایدار خاص وجود داشت، پیش بینی زمان فروپاشی آن غیرممکن بود. این یک فرآیند تصادفی است و تنها در موارد خاصی می توان احتمال پوسیدگی را در یک دوره زمانی مشخص ارزیابی کرد. با این حال، حتی کوچکترین ذره غبار، تقریباً نامرئی در زیر میکروسکوپ، حاوی تعداد زیادی اتم است، و اگر این اتم ها رادیواکتیو باشند، فروپاشی آنها از قوانین دقیق ریاضی تبعیت می کند: قوانین آماری مشخصه تعداد بسیار زیادی از اجسام به اجرا در می آیند. . و سپس هر رادیونوکلئید را می توان با یک مقدار بسیار خاص - نیمه عمر ( تی 1/2) زمانی است که در طی آن نیمی از تعداد هسته های موجود تجزیه می شود. اگر در لحظه اولیه وجود داشت ن 0 هسته، سپس پس از مدتی تی = تی 1/2 آنها باقی خواهد ماند ن 0/2، در تی = 2تی 1/2 باقی خواهد ماند ن 0/4 = ن 0/2 2، در تی = 3تی 1/2 – ن 0/8 = ن 0/2 3 و غیره به طور کلی، چه زمانی تی = nT 1/2 باقی خواهد ماند ن 0/2 nهسته ها، جایی که n = تی/تی 1/2 تعداد نیمه عمر است (لازم نیست عدد صحیح باشد). نشان دادن این فرمول آسان است ن = ن 0/2 تی/تی 1/2 معادل فرمول است ن = ن 0e - ل تی، جایی که l به اصطلاح ثابت واپاشی است. به طور رسمی، به عنوان ضریب تناسب بین نرخ فروپاشی d تعریف می شود ن/d تیو تعداد هسته های موجود: د ن/d تی= - ل ن(علامت منفی نشان دهنده آن است نبا گذشت زمان کاهش می یابد). ادغام این معادله دیفرانسیل، وابستگی نمایی تعداد هسته ها به زمان را نشان می دهد. جایگزینی در این فرمول ن = ن 0/2 در تی = تی 1/2، دریافت می کنیم که ثابت فروپاشی با نیمه عمر نسبت معکوس دارد: l = ln2/ تی 1/2 = 0,693/تی 1/2. مقدار t = 1/l را میانگین طول عمر هسته می گویند. به عنوان مثال، برای 226 Ra تی 1/2 = 1600 سال، t = 1109 سال.

با توجه به فرمول های داده شده، دانستن مقدار تی 1/2 (یا l)، به راحتی می توان مقدار رادیونوکلئید را پس از هر دوره زمانی محاسبه کرد و از روی آنها می توانید نیمه عمر را محاسبه کنید اگر مقدار رادیونوکلئید در مقاطع مختلف زمانی مشخص باشد. به جای تعداد هسته ها، می توانید فعالیت تشعشعی را در فرمول جایگزین کنید، که با تعداد هسته های موجود نسبت مستقیم دارد. ن. فعالیت معمولاً با تعداد کل فروپاشی ها در نمونه مشخص نمی شود، بلکه با تعداد پالس های متناسب با آن مشخص می شود که توسط دستگاه اندازه گیری فعالیت ثبت می شود. اگر مثلاً 1 گرم ماده رادیواکتیو وجود داشته باشد، هر چه نیمه عمر آن کوتاهتر باشد، ماده فعال تر خواهد بود.

سایر قوانین ریاضی رفتار تعداد کمی از رادیونوکلئیدها را توصیف می کنند. در اینجا ما فقط می توانیم در مورد احتمال یک رویداد خاص صحبت کنیم. به عنوان مثال، یک اتم (به طور دقیق تر، یک هسته) از یک رادیونوکلئید وجود داشته باشد تی 1/2 = 1 دقیقه احتمال اینکه این اتم 1 دقیقه زنده بماند 1/2 (50%)، 2 دقیقه - 1/4 (25%)، 3 دقیقه - 1/8 (12.5%)، 10 دقیقه - (1/2 ) 10 = 1/10 24 (0.1٪)، 20 دقیقه - (1/2) 20 = 1/1048576 (0.00001٪). برای یک اتم شانس ناچیز است، اما وقتی تعداد زیادی اتم، مثلاً چندین میلیارد وجود دارد، بدون شک، بسیاری از آنها 20 نیمه عمر یا خیلی بیشتر خواهند داشت. احتمال واپاشی یک اتم در یک بازه زمانی معین با کم کردن مقادیر بدست آمده از 100 به دست می آید. بنابراین، اگر احتمال زنده ماندن یک اتم در مدت 2 دقیقه 25٪ باشد، احتمال واپاشی همان اتم در این مدت وجود دارد. زمان 100 - 25 = 75٪ است، احتمال فروپاشی در عرض 3 دقیقه - 87.5٪، در عرض 10 دقیقه - 99.9٪ و غیره.

اگر چندین اتم ناپایدار وجود داشته باشد، فرمول پیچیده تر می شود. در این مورد، احتمال آماری یک رویداد با فرمولی با ضرایب دو جمله ای توصیف می شود. اگر وجود دارد ناتم ها و احتمال فروپاشی یکی از آنها در طول زمان تیبرابر با ص، سپس احتمال اینکه در طول زمان تیاز ناتم ها تجزیه خواهند شد n(و بر این اساس باقی خواهد ماند ن – n) برابر است با پ = ن!p n(1–ص) ن–n /(ن–n)!n! فرمول های مشابهی باید در سنتز عناصر ناپایدار جدید استفاده شود، اتم های آنها به معنای واقعی کلمه به صورت جداگانه به دست می آیند (به عنوان مثال، هنگامی که گروهی از دانشمندان آمریکایی عنصر جدید مندلویوم را در سال 1955 کشف کردند، آن را تنها به مقدار 17 اتم به دست آوردند. ).

کاربرد این فرمول را می توان در یک مورد خاص نشان داد. مثلاً وجود داشته باشد ن= 16 اتم با نیمه عمر 1 ساعت. شما می توانید احتمال فروپاشی تعداد معینی از اتم ها را مثلا در زمان محاسبه کنید تی= 4 ساعت احتمال اینکه یک اتم در این 4 ساعت زنده بماند به ترتیب 1/2 4 = 1/16 است، احتمال فروپاشی آن در این مدت r= 1 – 1/16 = 15/16. جایگزینی این داده های اولیه در فرمول به دست می آید: آر = 16!(15/16) n (1/16) 16–n /(16–n)!n! = 16!15 n /2 64 (16–n)!n! نتایج برخی از محاسبات در جدول نشان داده شده است:

جدول 1.
اتم های باقی مانده (16– n)	16	10	8	6	4	3	2	1	0
اتم ها پوسیده شدند n	0	6	8	10	12	13	14	15	16
احتمال آر, %	5 · 10 -18	5·10 -7	1.8·10 -4	0,026	1,3	5,9	19,2	38,4	35,2

بنابراین، از 16 اتم پس از 4 ساعت (4 نیمه عمر)، هیچ یک به هیچ وجه باقی نمی ماند، همانطور که ممکن است فرض شود: احتمال این رویداد تنها 38.4٪ است، اگرچه بیشتر از احتمال هر نتیجه دیگری است. همانطور که از جدول مشخص است، احتمال واپاشی تمام 16 اتم (35.2٪) یا تنها 14 اتم نیز بسیار زیاد است. اما احتمال اینکه پس از 4 نیمه عمر همه اتم ها "زنده" باقی بمانند (هیچ یک از آنها تجزیه نشده است) ناچیز است. واضح است که اگر 16 اتم وجود نداشته باشد، اما، فرض کنید، 10 20 اتم وجود داشته باشد، تقریباً با اطمینان 100٪ می توانیم بگوییم که بعد از 1 ساعت نیمی از تعداد آنها باقی خواهد ماند، پس از 2 ساعت - یک چهارم و غیره. یعنی هر چه تعداد اتم ها بیشتر باشد، واپاشی آنها با قانون نمایی مطابقت دارد.

آزمایش‌های متعددی که از زمان بکرل انجام شده نشان داده‌اند که سرعت واپاشی رادیواکتیو عملاً تحت تأثیر دما، فشار یا وضعیت شیمیایی اتم نیست. استثناها بسیار نادر هستند. بنابراین، در مورد جذب الکترون، مقدار تی 1/2 با تغییر حالت اکسیداسیون عنصر کمی تغییر می کند. به عنوان مثال، فروپاشی 7 BeF 2 تقریباً 0.1٪ کندتر از 7 BeO یا فلزی 7 Be رخ می دهد.

تعداد کل هسته های ناپایدار شناخته شده - رادیونوکلئیدها - به دو هزار نزدیک می شود، طول عمر آنها در محدوده های بسیار گسترده ای متفاوت است. هم رادیونوکلئیدهای با عمر طولانی که نیمه عمر آنها به میلیون ها و حتی میلیاردها سال می رسد و هم رادیونوکلئیدهای کوتاه مدت که به طور کامل در کسری از ثانیه تجزیه می شوند، شناخته شده اند. نیمه عمر برخی از رادیونوکلئیدها در جدول آورده شده است.

خواص برخی از رادیونوکلئیدها (برای Tc، Pm، Po و همه عناصر بعدی که ایزوتوپ پایدار ندارند، داده‌هایی برای طولانی‌ترین ایزوتوپ‌های آنها ارائه شده است).

جدول 2.
شماره سریال	نماد	عدد انبوه	نیمه عمر
1	تی	3	12323 سال
6	با	14	5730 سال
15	آر	32	14.3 روز
19	به	40	1.28 10 9 سال
27	شرکت	60	5272 سال
38	پدر	90	28.5 سال
43	Ts	98	4.2 10 6 سال
53	من	131	8.02 روز
61	بعد از ظهر	145	17.7 سال
84	رو	209	102 ساله
85	در	210	8.1 ساعت
86	Rn	222	3825 روز
87	Fr	223	21.8 دقیقه
88	Ra	226	1600 سال
89	Ac	227	21.77 سال
90	Th	232	1.405 10 9 سال
91	Ra	231	32760 سال
92	U	238	4.468 10 9 سال
93	Np	237	2.14 10 6 سال
94	Pu	244	8.26 10 7 سال
95	هستم	243	7370 سال
96	سانتی متر	247	1.56 10 7
97	Bk	247	1380 سال
98	رجوع کنید به	251	898 سال
99	Es	252	471.7 روز
100	Fm	257	100.5 روز
101	MD	260	27.8 روز
102	خیر	259	58 دقیقه
103	Lr	262	3.6 ساعت
104	Rf	261	78 s
105	DB	262	34 ثانیه
106	Sg	266	21 ثانیه
107	Bh	264	0.44 ثانیه
108	Hs	269	9 ثانیه
109	کوه	268	70 میلی‌ثانیه
110	Ds	271	56 میلی‌ثانیه
111	–	272	1.5 میلی ثانیه
112	–	277	0.24 میلی‌ثانیه

کوتاه ترین نوکلید شناخته شده 5 Li است: طول عمر آن 4.4·10-22 ثانیه است. در این مدت، حتی نور فقط 10 تا 11 سانتی متر حرکت می کند، یعنی. فاصله ای که تنها چند ده برابر بیشتر از قطر هسته و به طور قابل توجهی کوچکتر از اندازه هر اتمی است. طولانی ترین طول عمر آن 128 Te است (که در تلوریوم طبیعی به میزان 31.7٪ موجود است) با نیمه عمر هشت سپتیلیون (8·10 24) سال - حتی به سختی می توان آن را رادیواکتیو نامید. برای مقایسه، جهان ما "فقط" 10 10 سال تخمین زده می شود.

واحد رادیواکتیویته یک نوکلید بکرل است: 1 Bq (Bq) مربوط به یک واپاشی در ثانیه است. کوری واحد خارج از سیستم اغلب استفاده می شود: 1 Ci (Ci) برابر است با 37 میلیارد تجزیه در ثانیه یا 3.7 . 10 10 Bq (1 گرم از 226 Ra تقریباً این فعالیت را دارد). در یک زمان، یک واحد خارج از سیستم رادرفورد پیشنهاد شد: 1 Рд (Rd) = 10 6 Bq، اما گسترده نبود.

ادبیات:

سودی اف. تاریخچه انرژی اتمی. م.، اتمیزدات، 1358
Choppin G. et al. شیمی هسته ای. M.، Energoatomizdat، 1984
هافمن ک. آیا امکان ساخت طلا وجود دارد؟? ال.، شیمی، 1984
Kadmensky S.G. رادیواکتیویته هسته های اتمی: تاریخچه، نتایج، آخرین دستاوردها. «مجله آموزشی سوروس»، 1378، شماره 11



در درس قبل، موضوع مربوط به آزمایش رادرفورد را مورد بحث قرار دادیم، در نتیجه اکنون می دانیم که اتم یک مدل سیاره ای است.

این همان چیزی است که مدل سیاره ای اتم نامیده می شود. در مرکز هسته یک هسته عظیم با بار مثبت قرار دارد. و الکترون ها در مدار خود به دور هسته می چرخند.

برنج. 1. مدل سیاره ای رادرفورد از اتم

فردریک سودی همراه با رادرفورد در این آزمایش ها شرکت کرد. سودی یک شیمیدان است، بنابراین کار خود را دقیقاً از نظر شناسایی عناصر به دست آمده از طریق خواص شیمیایی آنها انجام داد. این سودی بود که توانست بفهمد ذرات a که در آزمایش‌های رادرفورد جریان آن‌ها روی صفحه طلا می‌افتد چیست. وقتی اندازه گیری ها انجام شد، معلوم شد که جرم یک ذره a 4 واحد جرم اتمی است و بار یک ذره a 2 بار اولیه است. با مقایسه این چیزها، دانشمندان با جمع آوری تعداد معینی از ذرات a، دریافتند که این ذرات به یک عنصر شیمیایی - گاز هلیوم تبدیل می شوند.

پس از آن، تلاش اصلی دانشمندان در مطالعه هسته اتم بود. مشخص شد که تمام فرآیندهایی که در طول تابش رادیواکتیو رخ می دهد نه با پوسته الکترونی، نه با الکترون هایی که هسته ها را احاطه کرده اند، بلکه با خود هسته ها اتفاق می افتد. در هسته ها است که برخی دگرگونی ها رخ می دهد که در نتیجه عناصر شیمیایی جدید تشکیل می شود.

اولین چنین زنجیره ای برای تبدیل عنصر رادیوم، که در آزمایشات رادیواکتیویته استفاده می شد، به گاز بی اثر رادون با گسیل یک ذره به دست آمد. واکنش در این مورد به صورت زیر نوشته می شود:

اولاً، یک ذره a دارای 4 واحد جرم اتمی و یک بار اولیه دو برابر شده است و بار مثبت است. رادیوم دارای شماره سریال 88، عدد جرمی آن 226، و رادون دارای شماره سریال 86، عدد جرمی 222 و یک ذره a ظاهر می شود. این هسته اتم هلیوم است. در این حالت به سادگی هلیوم می نویسیم. شماره ترتیبی 2، جرمی شماره 4.

واکنش هایی که در نتیجه آنها عناصر شیمیایی جدید تشکیل می شوند و در عین حال تشعشعات جدید و سایر عناصر شیمیایی نیز تشکیل می شوند. واکنش های هسته ای.

وقتی مشخص شد که فرآیندهای رادیواکتیو در داخل هسته اتفاق می افتد، آنها به عناصر دیگر و نه فقط رادیوم روی آوردند. با مطالعه عناصر شیمیایی مختلف، دانشمندان متوجه شدند که نه تنها واکنش هایی با انتشار، تابش یک ذره a از هسته اتم هلیوم، بلکه سایر واکنش های هسته ای نیز وجود دارد. به عنوان مثال، واکنش هایی با انتشار یک ذره b. اکنون می دانیم که اینها الکترون هستند. در این حالت، یک عنصر شیمیایی جدید نیز تشکیل می شود، به ترتیب، یک ذره جدید، این یک ذره b است، آن نیز یک الکترون است. در این مورد همه عناصر شیمیایی که عدد اتمی آنها بزرگتر از 83 است، مورد توجه خاص قرار دارند.

بنابراین، ما می توانیم به اصطلاح فرموله کنیم قوانین سودی یا قوانین جابجایی برای تبدیلات رادیواکتیو:

. در طی واپاشی آلفا، عدد اتمی عنصر 2 و وزن اتمی آن 4 کاهش می یابد.

برنج. 2. فروپاشی آلفا

در طول واپاشی بتا، عدد اتمی 1 افزایش می یابد، اما وزن اتمی تغییر نمی کند.

برنج. 3. فروپاشی بتا

فهرست ادبیات اضافی

1. برونشتاین M.P. اتم ها و الکترون ها. “کتابخانه “کوانت””. جلد 1. M.: Nauka، 1980
2. Kikoin I.K.، Kikoin A.K. فیزیک: کتاب درسی نهم دبیرستان. م.: "روشنگری"
3. کیتایگورودسکی A.I. فیزیک برای همه فوتون ها و هسته ها کتاب 4. م.: علم
4. Myakishev G.Ya.، Sinyakova A.Z. فیزیک. اپتیک فیزیک کوانتومی. پایه یازدهم: کتاب درسی مطالعه عمیق فیزیک. م.: باستارد
5. رادرفورد ای. آثار علمی منتخب. رادیواکتیویته م.: علم
6. رادرفورد ای. آثار علمی منتخب. ساختار اتم و تبدیل مصنوعی عناصر. م.: علم

رادیواکتیویته

هانری بکرل رادیواکتیویته اورانیوم طبیعی را در سال 1896 کشف کرد. هر عنصر جدول تناوبی مندلیف از چندین نوع اتم تشکیل شده است. هسته هایی با تعداد پروتون یکسان می توانند تعداد نوترون های متفاوتی داشته باشند و بر این اساس تعداد جرمی متفاوتی دارند. نوکلئون هایی با عدد اتمی یکسان اما اعداد جرمی متفاوت را ایزوتوپ می نامند . به عنوان مثال، اورانیوم طبیعی دارای سه ایزوتوپ است. 234 U, 235 U, 238 U. در حال حاضر حدود 3000 ایزوتوپ شناخته شده است. برخی از آنها پایدار هستند (276، متعلق به 83 عنصر طبیعی)، برخی دیگر ناپایدار، رادیواکتیو هستند. بسیاری از عناصر با اعداد اتمی بیشتر از سرب (Z = 82) رادیونوکلئید هستند. رادیواکتیویته به این معناست که هسته‌های عناصر رادیواکتیو توانایی تبدیل خود به خود به عناصر دیگر را با انتشار ذرات آلفا، بتا و کوانتوم‌های گاما یا شکافت دارند. در این حالت، هسته اصلی به هسته عنصر دیگری تبدیل می شود.

خود پدیده رادیواکتیویته فقط توسط ساختار داخلی هسته اتم تعیین می شود و به شرایط خارجی (دما، فشار و غیره) بستگی ندارد.رادیواکتیویته طبیعی

. ایزوتوپ های رادیواکتیو طبیعی بخش کوچکی از همه ایزوتوپ های شناخته شده را تشکیل می دهند. حدود 70 رادیونوکلئید در پوسته زمین، آب و هوا یافت می شود. به دنباله ای از نوکلیدها که هرکدام به دلیل واپاشی رادیواکتیو خود به خود به بعدی می روند تا ایزوتوپ پایدار به دست آید، سری رادیواکتیو می گویند. نوکلید اصلی را نوکلید مادر و سایر نوکلیدهای این سری را نوکلیدهای دختر می نامند. در طبیعت، سه سری (خانواده) رادیواکتیو وجود دارد: اورانیوم، اکتینورانیم و توریم.رادیواکتیویته مصنوعی

رادیواکتیویته مصنوعی اولین بار توسط ایرن و فردریک ژولیوت کوری در سال 1934 کشف شد. از نقطه نظر رادیولوژی، هیچ تفاوت خاصی بین رادیواکتیویته طبیعی و مصنوعی وجود ندارد. ایزوتوپ های رادیواکتیو مصنوعی در واکنش های هسته ای تولید می شوند. هنگام بمباران هسته های هدف با ذرات (نوترون، پروتون، ذرات آلفا و غیره) می توان دگرگونی های هسته ای را مشاهده کرد. اکثر ایزوتوپ های رادیواکتیو به طور مصنوعی در راکتورهای هسته ای و تاسیسات شتاب دهنده در نتیجه برهم کنش پرتوهای یونیزان با ایزوتوپ های پایدار تولید می شوند.

واپاشی آلفا، واپاشی بتا، جذب الکترون (K-capture)، انتقال ایزومری و شکافت خود به خودی.

فروپاشی آلفا. پدیده واپاشی آلفا اولین بار در مطالعه رادیواکتیویته طبیعی مشاهده شد. واپاشی آلفا مشخصه هسته عناصر واقع در انتهای جدول تناوبی است. در واپاشی آلفا، یک هسته رادیواکتیو یک ذره آلفا، که هسته یک اتم هلیوم است، با بار مثبت دو برابر و چهار واحد جرم اتمی ساطع می کند. با تغییر به هسته ای تبدیل می شود که بار الکتریکی آن دو واحد کمتر از بار اصلی و عدد جرمی آن چهار واحد کمتر از بار اصلی است.

فروپاشی بتا. در طول واپاشی بتا، هسته ها می توانند الکترون (e -) - واپاشی الکترون یا پوزیترون (e +) - واپاشی پوزیترون را ساطع کنند. پوزیترون برخلاف الکترون دارای بار مثبت اما جرم برابر است. در نتیجه فروپاشی الکترونیکی، تعداد جرمی هسته بدون تغییر باقی می ماند، اما هسته عنصر اصلی به یک هسته با عدد اتمی یک بیشتر می شود. در نتیجه فروپاشی پوزیترون، تعداد جرمی هسته نیز بدون تغییر باقی می ماند و بار یک کاهش می یابد. هسته عنصر اصلی به هسته ای با شماره سریال یک کمتر تبدیل می شود. واپاشی پوزیترون تنها مشخصه بخش کوچکی از رادیونوکلئیدهای مصنوعی است. الکترون ها و پوزیترون هایی که در طی واپاشی بتا گسیل می شوند ذرات بتا نامیده می شوند. علاوه بر ذرات بتا، هسته نوترینوها ("نوترون"، همانطور که فرمی این ذره را نامیده است) منتشر می کند - یک ذره بدون بار با جرم نزدیک به صفر. فرآیند واپاشی آلفا و بتا اغلب با تشعشعات گاما همراه است.

ضبط الکترونیکی (K-capture).در برخی رادیونوکلئیدها، هسته اتم یک الکترون را از نزدیکترین پوسته K به خود می گیرد. این پدیده به واپاشی پوزیترون مربوط می شود. در نتیجه گرفتن الکترون، یکی از پروتون های هسته به نوترون تبدیل می شود، تعداد جرمی هسته بدون تغییر باقی می ماند و بار یک بار کاهش می یابد. فرآیند گرفتن الکترون از پوسته K یک اتم نیز K-capture نامیده می شود.

فرآیند جذب الکترون با انتشار تشعشعات پرتو ایکس مشخصه همراه است.

انتقال ایزومریانتقال ایزومری در یک منبع رادیواکتیو، انتقال یک هسته (به نام ایزومر) از حالت برانگیخته به حالت پایه با گسیل یک فوتون پرتو گاما است که در آن نه عدد اتمی و نه عدد جرمی تغییر می‌کند. انتقال ایزومری نوعی واپاشی رادیواکتیو است.

تقسیم خود به خود.در طول شکافت خود به خود، هسته به طور خود به خود به قطعاتی با جرم متوسط ​​متلاشی می شود، که به نوبه خود می تواند با انتشار ذرات بتا و کوانتوم های گاما تجزیه شود. این فرآیند فقط با هسته های سنگین اتفاق می افتد. همه انواع دگرگونی های هسته ای که در طی واپاشی رادیواکتیو رخ می دهند با انتشار تشعشعات یونیزان همراه هستند.

تبدیلات رادیواکتیو هسته ها

ساختار ماده

همه چیز در طبیعت از مواد ساده و پیچیده تشکیل شده است. مواد ساده شامل عناصر شیمیایی، مواد پیچیده شامل ترکیبات شیمیایی است. شناخته شده است که مواد موجود در دنیای اطراف ما از اتم هایی تشکیل شده اند که کوچکترین بخش یک عنصر شیمیایی هستند. اتم کوچکترین ذره یک ماده است که خواص شیمیایی آن را تعیین می کند. در طبیعت، تنها گازهای بی اثر به شکل اتم یافت می شوند، زیرا پوسته های بیرونی آنها بسته است.

در سال 1911، ای. رادرفورد یک مدل سیاره ای از اتم را پیشنهاد کرد که توسط N. Bohr (1913) توسعه یافت. با توجه به مدل پذیرفته شده کلی ساختار یک اتم، دو ناحیه در آن متمایز می شود: یک هسته سنگین با بار مثبت، واقع در مرکز، که تقریباً کل جرم اتم در آن متمرکز است، و یک پوسته الکترونی سبک، متشکل از ذرات با بار منفی - الکترون ها که با سرعت بسیار زیادی در اطراف هسته می چرخند.

الکترون (e –)- یک ذره بنیادی پایدار با جرم سکون برابر با 9.1·10 -31 کیلوگرم یا 0.000548 amu. (واحد جرم اتمی مقدار بی بعد جرم اتمی است که نشان می دهد چند بار یک اتم از یک عنصر یا ذره معین از 1/12 اتم ایزوتوپ کربن 12 سنگین تر است؛ معادل انرژی 1 amu 931 MeV است. ). یک الکترون حامل یک بار منفی اولیه الکتریسیته (q=1.6·10-19 C)، یعنی کمترین مقدار الکتریسیته موجود در طبیعت است. بر این اساس، بار یک الکترون یک واحد ابتدایی بار الکتریکی در نظر گرفته می شود.

بسته به انرژی که الکترون ها را در حین چرخش به دور هسته نگه می دارد، آنها در مدارهای مختلف (سطوح یا لایه) گروه بندی می شوند. تعداد لایه ها برای اتم های مختلف یکسان نیست. در اتم هایی با جرم زیاد، تعداد مدارها به هفت می رسد. آنها با اعداد یا حروف الفبای لاتین مشخص می شوند که از هسته شروع می شوند: K، L، M، N، O، P، Q. تعداد الکترون ها در هر لایه کاملاً مشخص است. بنابراین، لایه K بیش از 2 الکترون ندارد، لایه L - تا 8، لایه M - تا 18، لایه N - 32 الکترون و غیره.

ابعاد یک اتم با ابعاد پوسته الکترونی آن تعیین می شود که مرزهای کاملاً مشخصی ندارد. ابعاد تقریبا خطی یک اتم 10-10 متر است.

هسته- بخش توده مرکزی اتم متشکل از پروتون و نوترون که دارای بار مثبت است. تقریباً کل جرم اتم در هسته متمرکز شده است (بیش از 99.95٪). تعداد کل الکترون های موجود در مدار همیشه برابر با مجموع پروتون های هسته است. برای مثال، یک اتم اکسیژن دارای 8 پروتون در هسته و دارای 8 الکترون در مدار است. به دلیل برابری مجموع بارهای مثبت و منفی، اتم یک سیستم الکتریکی خنثی است. هر یک از الکترون‌هایی که در اطراف هسته حرکت می‌کنند توسط دو نیروی مساوی با جهت مخالف وارد عمل می‌شوند: نیروی کولن الکترون‌ها را به سمت هسته جذب می‌کند و نیروی گریز از مرکز اینرسی یکسان تمایل دارد تا الکترون را از اتم خارج کند. علاوه بر این، الکترون‌ها که در یک مدار به دور هسته حرکت می‌کنند (در حال چرخش) هستند، به طور همزمان دارای لحظه حرکتی خاص خود هستند که به آن اسپین می‌گویند، که به صورت چرخشی شبیه به یک بالا حول محور خود نشان داده می‌شود. اسپین های تک تک الکترون ها می توانند به صورت موازی (چرخش در یک جهت) یا ضد موازی (چرخش در جهات مختلف) باشند. به شکل ساده شده، همه اینها حرکت پایدار الکترون ها را در یک اتم تضمین می کند.

مشخص است که اتصال بین یک الکترون و یک هسته نه تنها تحت تأثیر نیروی جاذبه کولن و نیروی گریز از مرکز اینرسی است، بلکه تحت تأثیر نیروی دافعه سایر الکترونها نیز قرار دارد. این اثر غربالگری نامیده می شود. هرچه مدار الکترون از هسته دورتر باشد، غربالگری الکترون های واقع در آن قوی تر و اتصال انرژی بین هسته و الکترون ضعیف تر می شود. در مدارهای بیرونی، انرژی اتصال الکترون ها از 1-2 eV تجاوز نمی کند، در حالی که برای الکترون های لایه K چندین برابر بیشتر است و با افزایش عدد اتمی عنصر افزایش می یابد. به عنوان مثال، برای کربن انرژی اتصال الکترون های لایه K 0.28 کو، برای استرانسیم - 16 کو، برای سزیم - 36 کو، برای اورانیوم - 280 کو است. بنابراین، الکترون‌های موجود در مدار بیرونی نسبت به عوامل خارجی، به‌ویژه تشعشعات کم انرژی، حساس‌تر هستند. هنگامی که انرژی اضافی از خارج به الکترون ها داده می شود، آنها می توانند از یک سطح انرژی به سطح دیگر حرکت کنند یا حتی از مرزهای یک اتم معین خارج شوند. اگر انرژی تأثیر خارجی ضعیف تر از انرژی پیوند الکترون با هسته باشد، الکترون فقط می تواند از یک سطح انرژی به سطح دیگر حرکت کند. چنین اتمی خنثی می ماند، اما از نظر انرژی اضافی با سایر اتم های این عنصر شیمیایی تفاوت دارد. اتم‌هایی که انرژی اضافی دارند برانگیخته می‌گویند و انتقال الکترون‌ها از یک سطح انرژی به سطح دیگر که از هسته دورتر است، فرآیند تحریک نامیده می‌شود. از آنجایی که در طبیعت هر سیستمی تمایل به انتقال به حالت پایداری دارد که در آن انرژی آن کمترین خواهد بود، پس اتم پس از مدتی از حالت برانگیخته به حالت پایه (اولیه) می‌رود. بازگشت اتم به حالت پایه با آزاد شدن انرژی اضافی همراه است. انتقال الکترون ها از مدارهای خارجی به مدارهای داخلی با تابش با طول موج مشخصه تنها این انتقال از یک سطح انرژی به سطح دیگر همراه است. انتقال الکترون در دورترین مدارها از هسته، تابش متشکل از پرتوهای فرابنفش، نور و مادون قرمز را تولید می کند. تحت تأثیرات قوی خارجی، زمانی که انرژی از انرژی اتصال الکترون‌ها به هسته فراتر رود، الکترون‌ها از اتم جدا شده و از مرزهای آن خارج می‌شوند. اتمی که یک یا چند الکترون را از دست داده است به یون مثبت تبدیل می شود و اتمی که یک یا چند الکترون را به خود متصل کرده است به یون منفی تبدیل می شود. در نتیجه، برای هر یون مثبت، یک یون منفی تشکیل می شود، یعنی یک جفت یون ظاهر می شود. فرآیند تشکیل یون از اتم های خنثی نامیده می شود یونیزاسیون. یک اتم در حالت یونی در شرایط عادی برای مدت زمان بسیار کوتاهی وجود دارد. فضای آزاد در مدار یون مثبت با یک الکترون آزاد پر می شود (الکترونی که با اتم مرتبط نیست) و اتم دوباره به یک سیستم خنثی تبدیل می شود. این فرآیند را نوترکیبی یونی (دییونیزاسیون) می نامند و با آزاد شدن انرژی اضافی به شکل تابش همراه است. انرژی آزاد شده در طول بازترکیب یون ها تقریباً برابر با انرژی صرف شده برای یونیزاسیون است.

پروتون(r) یک ذره بنیادی پایدار با جرمی برابر با 1.6725·10 -27 کیلوگرم یا 1.00758 amu است که تقریباً 1840 برابر جرم یک الکترون است. بار پروتون مثبت و از نظر قدر با بار یک الکترون برابر است. یک اتم هیدروژن دارای یک هسته حاوی یک پروتون است که یک الکترون به دور آن می چرخد. اگر این الکترون از بین برود، بقیه اتم یک پروتون خواهد بود، به همین دلیل است که پروتون اغلب به عنوان یک هسته هیدروژن تعریف می شود.

هر اتم هر عنصر حاوی تعداد معینی پروتون در هسته است که ثابت است و خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر را تعیین می کند. به عنوان مثال، 47 عدد از آنها در هسته یک اتم نقره و 92 عدد در هسته اورانیوم وجود دارد عنصر در سیستم تناوبی D.I. مندلیف.

نوترون(n) - یک ذره بنیادی خنثی الکتریکی با جرم کمی بیشتر از جرم یک پروتون و برابر با 1.6749 10 -27 کیلوگرم یا 1.00898 amu. نوترون ها فقط در هسته های اتمی پایدار پایدار هستند. نوترون های آزاد به پروتون و الکترون تجزیه می شوند.

نوترون به دلیل خنثی بودن الکتریکی، تحت تأثیر میدان مغناطیسی منحرف نمی شود، توسط هسته اتم دفع نمی شود و در نتیجه قدرت نفوذ بالایی دارد که به عنوان عاملی در اثرات بیولوژیکی تشعشعات، خطر جدی ایجاد می کند. . تعداد نوترون ها در هسته فقط ویژگی های فیزیکی اصلی عنصر را نشان می دهد، زیرا هسته های مختلف یک عنصر شیمیایی می توانند تعداد نوترون های متفاوتی داشته باشند (از 1 تا 10). در هسته عناصر پایدار نور، تعداد پروتون ها با تعداد نوترون ها 1:1 مرتبط است. با افزایش تعداد اتمی یک عنصر (با شروع از عنصر 21 - اسکاندیم)، تعداد نوترون های موجود در اتم های آن از تعداد پروتون ها بیشتر می شود. در سنگین ترین هسته ها، تعداد نوترون ها 1.6 برابر بیشتر از تعداد پروتون ها است.

پروتون ها و نوترون ها اجزای هسته هستند، بنابراین برای راحتی کار به آنها نوکلئون می گویند. نوکلئون(از لاتین هسته - هسته) - نام رایج برای پروتون ها و نوترون های هسته. همچنین، هنگامی که در مورد یک هسته اتمی خاص صحبت می شود، از عبارت نوکلید استفاده می شود. نوکلید- هر هسته اتمی با تعداد معینی پروتون و نوترون.

هنگام نشان دادن نوکلیدها یا اتم ها، از نماد عنصری که هسته به آن تعلق دارد استفاده می کنند و در بالا عدد جرمی - A، در پایین - عدد اتمی (ترتیبی) - Z را به شکل شاخص ها نشان می دهند، جایی که E نماد عنصر شیمیایی است. A تعداد نوکلئون هایی را نشان می دهد که هسته یک اتم را تشکیل می دهند (A = Z + N). Z نه تنها بار هسته ای و عدد اتمی را نشان می دهد، بلکه تعداد پروتون های هسته و بر این اساس تعداد الکترون های اتم را نیز نشان می دهد. اتم در کل خنثی است. N تعداد نوترون های هسته است که اغلب نشان داده نمی شود. به عنوان مثال، ایزوتوپ رادیواکتیو سزیم، A = 137 است، بنابراین هسته از 137 نوکلئون تشکیل شده است. Z = 55، یعنی 55 پروتون در هسته و بر این اساس، 55 الکترون در اتم وجود دارد. N = 137 - 55 = 82 تعداد نوترون های هسته است. شماره سریال گاهی اوقات حذف می شود، زیرا نماد عنصر به طور کامل مکان آن را در جدول تناوبی تعیین می کند (به عنوان مثال، Cs-137، He-4). اندازه خطی هسته یک اتم 10-15-10-14 متر است که 0001/0 قطر کل اتم است.

پروتون ها و نوترون ها توسط نیروهایی به نام در هسته نگه داشته می شوند هسته ای. در شدت آنها بسیار قدرتمندتر از نیروهای الکتریکی، گرانشی و مغناطیسی هستند. نیروهای هسته ای کوتاه برد با شعاع عمل 10-14-15 متر هستند. آنها به طور مساوی بین یک پروتون و یک نوترون، یک پروتون و یک پروتون، یک نوترون و یک نوترون ظاهر می شوند. با افزایش فاصله بین نوکلئون ها، نیروهای هسته ای خیلی سریع کاهش می یابد و تقریباً برابر با صفر می شود. نیروهای هسته ای دارای خاصیت اشباع هستند، یعنی هر نوکلئون فقط با تعداد محدودی از نوکلئون های همسایه برهم کنش دارد. بنابراین، با افزایش تعداد نوکلئون ها در هسته، نیروهای هسته ای به طور قابل توجهی ضعیف می شوند. این امر پایداری کمتر هسته عناصر سنگین را توضیح می دهد که حاوی تعداد قابل توجهی پروتون و نوترون است.

برای تقسیم یک هسته به پروتون‌ها و نوترون‌های تشکیل‌دهنده آن و حذف آن‌ها از میدان عمل نیروهای هسته‌ای، باید کار کرد، یعنی. انرژی خرج کن این انرژی نامیده می شود انرژی اتصال هسته ای. هنگامی که یک هسته از نوکلئون ها تشکیل می شود، برعکس، انرژی اتصال آزاد می شود.

m i = m p N p + m n N n،

جایی که m i جرم هسته است. m p - جرم پروتون؛ N p - تعداد پروتون ها. m n - جرم نوترون؛ N n تعداد نوترون ها است، سپس برابر با 1.0076·2 + 1.0089·2 = 4.033 amu خواهد بود.

در عین حال، جرم واقعی هسته هلیوم 4.003 amu است. بنابراین، جرم واقعی هسته هلیوم کمتر از مقدار محاسبه شده در 0.03 amu است. و در این صورت می گویند که هسته دارای نقص جرمی (عدم جرم) است. تفاوت بین جرم محاسبه شده و واقعی هسته را نقص جرمی (Dm) می گویند. نقص جرمی نشان می دهد که ذرات موجود در هسته چقدر محکم به هم متصل هستند و همچنین چقدر انرژی در طول تشکیل هسته از تک تک نوکلئون ها آزاد شده است. شما می توانید جرم را با انرژی با استفاده از معادله به دست آمده توسط A. Einstein مرتبط کنید:

که در آن DE تغییر در انرژی است. Dm - نقص جرم؛ c سرعت نور است.

با توجه به اینکه 1 a.u.u. = 1.661 10-27 کیلوگرم، و در فیزیک هسته ای الکترون ولت (eV) به عنوان یک واحد انرژی در نظر گرفته می شود، با 1 a.u.m. معادل 931 مگا ولت است، پس انرژی ای که در طی تشکیل هسته هلیوم آزاد می شود برابر با 28 مگا ولت خواهد بود. اگر راهی برای تقسیم هسته یک اتم هلیوم به دو پروتون و دو نوترون وجود داشته باشد، این امر مستلزم صرف حداقل 28 مگا ولت انرژی است.

انرژی اتصال هسته ها متناسب با تعداد نوکلئون ها افزایش می یابد، اما نه کاملاً متناسب با تعداد آنها. به عنوان مثال، انرژی اتصال هسته نیتروژن 104.56 مگا ولت و انرژی اورانیوم 1800 مگا ولت است.

میانگین انرژی اتصال در هر نوکلئون نامیده می شود انرژی اتصال خاص. برای هلیوم 28:4 = 7 MeV خواهد بود. جدا از سبک ترین هسته ها (دوتریوم، تریتیوم)، انرژی اتصال در هر نوکلئون تقریباً 8 مگا ولت برای همه هسته ها است.

بیشتر عناصر شیمیایی موجود در طبیعت مخلوطی از اتم ها با هسته هایی با جرم های مختلف هستند. تفاوت جرم به دلیل وجود تعداد متفاوت نوترون در هسته است.

ایزوتوپ ها(از یونانی isos - یکسان و توپوس - مکان) - انواع یک اتم از همان عنصر شیمیایی که تعداد پروتونهای یکسان (Z) و تعداد نوترونهای متفاوت (N) دارند. آنها دارای خواص فیزیکی و شیمیایی تقریبا یکسانی هستند که جدا کردن آنها در یک مخلوط طبیعی بسیار دشوار است. تعداد ایزوتوپ های عناصر از 3 برای هیدروژن تا 27 برای پولونیوم متغیر است. ایزوتوپ ها می توانند پایدار یا ناپایدار باشند. ایزوتوپ های پایدار در طول زمان هیچ تغییری نمی کنند مگر اینکه تأثیر خارجی وجود داشته باشد. ایزوتوپ های ناپایدار یا رادیواکتیو به دلیل فرآیندهایی که در داخل هسته اتفاق می افتد، در طول زمان به ایزوتوپ های سایر عناصر شیمیایی تبدیل می شوند. ایزوتوپ های پایدار فقط در عناصر با عدد اتمی Z≤83 یافت می شوند. در حال حاضر حدود 300 ایزوتوپ پایدار و بیش از 2000 ایزوتوپ رادیواکتیو شناخته شده است. برای تمام عناصر جدول تناوبی D.I مندلیف، ایزوتوپ های رادیواکتیو، به نام مصنوعی، سنتز شدند.

پدیده رادیواکتیویته

همه عناصر شیمیایی فقط در محدوده باریکی از نسبت تعداد پروتون ها به تعداد نوترون های هسته پایدار هستند. در هسته های سبک باید تعداد پروتون و نوترون تقریباً مساوی باشد، یعنی نسبت n: p نزدیک به 1 است برای هسته های سنگین این نسبت به 0.7 کاهش می یابد. اگر تعداد زیادی نوترون یا پروتون در هسته وجود داشته باشد، چنین هسته هایی ناپایدار (ناپایدار) می شوند و دچار دگرگونی های رادیواکتیو خود به خودی می شوند که در نتیجه ترکیب هسته تغییر می کند و ذرات باردار یا خنثی ساطع می شوند. پدیده تشعشعات خود به خود را رادیواکتیویته و موادی که تشعشع می کنند را رادیواکتیو می نامند.

رادیواکتیویته(از رادیو لاتین - تشعشع، شعاع - پرتو، فعالوس - موثر) - اینها تبدیلات خود به خودی (واپاشی) هسته های اتمی برخی عناصر شیمیایی به هسته اتمی عناصر دیگر با انتشار نوع خاصی از تابش هستند. رادیواکتیویته باعث تغییر در عدد اتمی و عدد جرمی عنصر شیمیایی اولیه می شود.

کشف پدیده رادیواکتیویته توسط دو اکتشاف مهم در قرن نوزدهم تسهیل شد. در سال 1895، V. Roentgen پرتوهایی را کشف کرد که هنگام عبور جریان ولتاژ بالا بین الکترودهایی که در یک لوله شیشه‌ای مهر و موم شده قرار می‌گرفتند که هوا از آن تخلیه شده بود، ظاهر می‌شد. این اشعه را اشعه ایکس می نامیدند. و در سال 1896، A. Becquerel کشف کرد که نمک های اورانیوم به طور خود به خود پرتوهای نامرئی از خود ساطع می کنند که قدرت نفوذ زیادی دارند و باعث سیاه شدن صفحه عکاسی و درخشش برخی مواد می شوند. او این تشعشع را رادیواکتیو نامید. در سال 1898، پیر کوری و ماری اسکلودوسکا کوری دو عنصر رادیواکتیو جدید را کشف کردند - پلونیوم و رادیوم، که تشعشعات مشابهی را ساطع می کردند، اما شدت آنها چندین برابر شدت اورانیوم بود. علاوه بر این، کشف شد که مواد رادیواکتیو به طور مداوم انرژی را به شکل گرما آزاد می کنند.

تشعشعات رادیواکتیو پرتوهای یونیزه کننده نیز نامیده می‌شوند، زیرا می‌توانند یک محیط یا هسته‌ای را یونیزه کنند و تأکید دارند که تشعشع از یک هسته به جای اتم ساطع می‌شود.

واپاشی رادیواکتیو با تغییرات در هسته اتم و آزاد شدن انرژی همراه است، که ارزش آن، به عنوان یک قاعده، چندین مرتبه بزرگتر از انرژی واکنش های شیمیایی است. بنابراین، با واپاشی کامل رادیواکتیو 1 گرم اتم از 14 C، 3 آزاد می شود. 10 9 کالری، در حالی که وقتی همان مقدار 14 درجه سانتیگراد به دی اکسید کربن می سوزد، تنها 9.4 کالری آزاد می شود. 10 4 کالری.

واحد انرژی واپاشی رادیواکتیو 1 الکترون ولت (eV) و مشتقات آن 1 کو = 103 eV و 1 MeV = 106 eV است. 1 ولت = 1.6. 10-19 J. 1 eV مربوط به انرژی بدست آمده توسط یک الکترون در میدان الکتریکی هنگام عبور از مسیری است که اختلاف پتانسیل آن 1 ولت است. هنگامی که بیشتر هسته های رادیواکتیو تجزیه می شوند، انرژی آزاد شده از چند کو تا چندین مگا الکترون ولت متغیر است.

پدیده های رادیواکتیو که در طبیعت رخ می دهند رادیواکتیویته طبیعی نامیده می شود. فرآیندهای مشابهی که در مواد تولید شده مصنوعی (از طریق واکنش‌های هسته‌ای مربوطه) رخ می‌دهند، رادیواکتیویته مصنوعی هستند. با این حال، هر دو نوع رادیواکتیویته تابع قوانین یکسانی هستند.

انواع واپاشی رادیواکتیو

هسته اتم ها پایدار هستند، اما زمانی که نسبت خاصی از پروتون ها و نوترون ها نقض شود، حالت خود را تغییر می دهند. هسته های سبک باید تعداد پروتون و نوترون تقریباً مساوی داشته باشند. اگر تعداد زیادی پروتون یا نوترون در هسته وجود داشته باشد، چنین هسته هایی ناپایدار هستند و دچار دگرگونی های رادیواکتیو خود به خودی می شوند، در نتیجه ترکیب هسته تغییر می کند و در نتیجه، هسته اتم یک عنصر به هسته تبدیل می شود. یک اتم عنصر دیگر در طی این فرآیند، تشعشعات هسته ای ساطع می شود.

انواع اصلی زیر تبدیل هسته ای یا انواع واپاشی رادیواکتیو وجود دارد: واپاشی آلفا و واپاشی بتا (الکترون، پوزیترون و K-capture)، تبدیل داخلی.

فروپاشی آلفا -این انتشار ذرات آلفا توسط هسته ایزوتوپ رادیواکتیو است. به دلیل از دست دادن دو پروتون و دو نوترون با یک ذره آلفا، هسته در حال فروپاشی به هسته دیگری تبدیل می شود که در آن تعداد پروتون ها (بار هسته ای) 2 و تعداد ذرات (تعداد جرمی) 4 کاهش می یابد. بنابراین برای یک واپاشی رادیواکتیو معین، مطابق با قانون جابجایی (تغییر) که توسط فاجانس و سودی (1913) فرموله شده است، عنصر (دختر) حاصل به وسیله دو سلول به سمت چپ نسبت به اصلی (مادر) به سمت چپ منتقل می شود. در جدول تناوبی D.I. مندلیف. فرآیند واپاشی آلفا به طور کلی به صورت زیر نوشته می شود:

,

که در آن X نماد هسته اصلی است. Y - نماد هسته محصول فروپاشی؛ 4 2 He - ذره آلفا، Q - انرژی اضافی آزاد کرد.

به عنوان مثال، فروپاشی هسته های رادیوم-226 با انتشار ذرات آلفا همراه است، در حالی که هسته های رادیوم-226 به هسته های رادون-222 تبدیل می شوند:

انرژی آزاد شده در طی واپاشی آلفا بین ذره آلفا و هسته به نسبت معکوس جرم آنها تقسیم می شود. انرژی ذرات آلفا به شدت با نیمه عمر یک رادیونوکلئید معین مرتبط است (قانون گایگر-نتول) . این نشان می دهد که با دانستن انرژی ذرات آلفا، می توان نیمه عمر را تعیین کرد و با نیمه عمر آن رادیونوکلئید را شناسایی کرد. به عنوان مثال، هسته پلونیوم-214 با مقادیر انرژی ذرات آلفا E = 7.687 MeV و T 1/2 = 4.5×10 -4 s مشخص می شود، در حالی که برای هسته اورانیوم-238 E = 4.196 MeV و T 1/2 = 4، 5x10 9 سال. علاوه بر این، ثابت شده است که هر چه انرژی واپاشی آلفا بیشتر باشد، سریعتر پیش می رود.

واپاشی آلفا یک تبدیل هسته ای نسبتاً رایج هسته های سنگین (اورانیوم، توریم، پلونیوم، پلوتونیوم و غیره با Z> 82) است. در حال حاضر، بیش از 160 هسته آلفا ساطع کننده شناخته شده است.

فروپاشی بتا -تبدیلات خود به خودی یک نوترون به یک پروتون یا یک پروتون به یک نوترون در داخل هسته، همراه با گسیل الکترون ها یا پوزیترون ها و پادنوترینوها یا نوترینوها n e.

اگر مقدار زیادی نوترون در هسته وجود داشته باشد ("بیش از حد نوترون" هسته)، آنگاه واپاشی الکترون بتا رخ می دهد که در آن یکی از نوترون ها به پروتون تبدیل می شود و یک الکترون و یک ضد نوترینو ساطع می کند:

در طول این فروپاشی، بار هسته و بر این اساس، عدد اتمی هسته دختر به میزان 1 افزایش می یابد، اما عدد جرمی تغییر نمی کند، یعنی عنصر دختر در سیستم تناوبی مندلیف توسط یک سلول جابجا می شود حق اصلی فرآیند فروپاشی بتا به طور کلی به صورت زیر نوشته می شود:

.

به این ترتیب، هسته هایی با نوترون بیش از حد تجزیه می شوند. به عنوان مثال، فروپاشی هسته های استرانسیوم-90 با انتشار الکترون ها و تبدیل آنها به ایتریوم-90 همراه است:

اغلب هسته های عناصر تولید شده توسط واپاشی بتا دارای انرژی اضافی هستند که با انتشار یک یا چند پرتو گاما آزاد می شود. به عنوان مثال:

واپاشی بتا الکترونیکی مشخصه بسیاری از عناصر رادیواکتیو طبیعی و مصنوعی است.

اگر نسبت نامطلوب نوترون‌ها به پروتون‌ها در هسته به دلیل وجود پروتون‌های زیاد باشد، پوزیترون بتا واپاشی رخ می‌دهد که در آن هسته در نتیجه تبدیل پروتون به نوترون درون هسته، یک پوزیترون و یک نوترینو ساطع می‌کند. :

بار هسته و بر این اساس، عدد اتمی عنصر دختر 1 کاهش می یابد، عدد جرمی تغییر نمی کند. عنصر دختر جایی در جدول تناوبی مندلیف یک سلول در سمت چپ والد اشغال خواهد کرد.

واپاشی پوزیترون در برخی ایزوتوپ های مصنوعی به دست آمده مشاهده می شود. به عنوان مثال، تجزیه ایزوتوپ فسفر-30 برای تشکیل سیلیکون-30:

یک پوزیترون که از هسته فرار می کند، یک الکترون «اضافی» (که به هسته پیوند ضعیفی دارد) از پوسته اتم جدا می کند یا با یک الکترون آزاد برهمکنش می کند و یک جفت «پوزیترون-الکترون» را تشکیل می دهد. با توجه به اینکه ذره و پادذره فوراً با آزاد شدن انرژی یکدیگر را از بین می برند، جفت تشکیل شده به دو کوانتا گاما با انرژی معادل جرم ذرات (e + و e -) تبدیل می شود. فرآیند تبدیل یک جفت پوزیترون-الکترون به دو کوانتا گاما را نابودی (نابودی) و تابش الکترومغناطیسی حاصل را نابودی می نامند. در این صورت، تبدیل یک شکل ماده (ذرات ماده) به شکل دیگر (تابش) وجود دارد. این با وجود یک واکنش معکوس تأیید می شود - یک واکنش تشکیل جفت، که در آن تابش الکترومغناطیسی با انرژی کافی بالا، که از نزدیک هسته تحت تأثیر میدان الکتریکی قوی اتم عبور می کند، به یک جفت الکترون-پوزیترون تبدیل می شود.

بنابراین، در حین واپاشی بتا پوزیترون، نتیجه نهایی ذرات نیست، بلکه دو پرتو گاما است، هر یک با انرژی 0.511 مگا ولت، معادل انرژی معادل جرم باقیمانده ذرات - یک پوزیترون و یک الکترون E = 2m e c 2 = 1.022 مگا ولت

تبدیل هسته ای را می توان با گرفتن الکترون انجام داد، زمانی که یکی از پروتون های هسته به طور خود به خود الکترونی را از یکی از لایه های داخلی اتم (K، L، و غیره)، اغلب از پوسته K، گرفته و به آن تبدیل می شود. یک نوترون به این فرآیند K-capture نیز می گویند. یک پروتون با توجه به واکنش زیر به نوترون تبدیل می شود:

در این مورد، بار هسته ای 1 کاهش می یابد، اما عدد جرمی تغییر نمی کند:

به عنوان مثال،

در این حالت، فضای خالی شده توسط الکترون توسط الکترونی از لایه های بیرونی اتم اشغال می شود. در نتیجه بازسازی پوسته های الکترونی، یک کوانتوم پرتو ایکس ساطع می شود. اتم هنوز خنثی الکتریکی خود را حفظ می کند، زیرا تعداد پروتون های هسته در طی گرفتن الکترون یک عدد کاهش می یابد. بنابراین، این نوع واپاشی نتایجی مشابه با واپاشی بتا پوزیترون ایجاد می کند. معمولاً برای رادیونوکلئیدهای مصنوعی معمول است.

انرژی آزاد شده توسط هسته در طول واپاشی بتا یک رادیونوکلئید خاص همیشه ثابت است، اما به دلیل این واقعیت است که این نوع تجزیه نه دو، بلکه سه ذره تولید می کند: یک هسته عقب نشینی (دختر)، یک الکترون (یا پوزیترون) و یک نوترینو، انرژی در هر رویداد فروپاشی تغییر می‌کند و بین الکترون (پوزیترون) و نوترینو توزیع می‌شود، زیرا هسته دختر همیشه همان بخش انرژی را با خود می‌برد. بسته به زاویه پراکندگی، یک نوترینو می تواند انرژی کمتر یا بیشتر را با خود حمل کند، در نتیجه یک الکترون می تواند هر انرژی را از صفر تا یک مقدار حداکثر معین دریافت کند. از این رو، در طی واپاشی بتا، ذرات بتا از همان رادیونوکلئید انرژی های متفاوتی دارند،از صفر تا حداکثر مقدار مشخصی از واپاشی یک رادیونوکلئید معین. شناسایی یک رادیونوکلئید بر اساس انرژی تابش بتا تقریبا غیرممکن است.

برخی از رادیونوکلئیدها می توانند به طور همزمان به دو یا سه روش تجزیه شوند: با واپاشی آلفا و بتا و از طریق جذب K، ترکیبی از سه نوع واپاشی. در این مورد، تبدیل ها در یک نسبت کاملاً تعریف شده انجام می شود. به عنوان مثال، رادیو ایزوتوپ طبیعی با عمر طولانی پتاسیم-40 (T 1/2 = 1.49 × 10 9 سال)، که محتوای آن در پتاسیم طبیعی 0.0119٪ است، تحت واپاشی بتا الکترونیکی و جذب K قرار می گیرد:

(88٪ - پوسیدگی الکترونیکی)،

(12٪ - K-grab).

از انواع واپاشی هایی که در بالا توضیح داده شد، می توانیم نتیجه بگیریم که واپاشی گاما در "شکل خالص" آن وجود ندارد. تشعشعات گاما فقط می تواند انواع مختلفی از پوسیدگی ها را همراهی کند. هنگامی که تابش گاما در هسته ساطع می شود، نه عدد جرمی و نه بار آن تغییر می کند. در نتیجه، ماهیت رادیونوکلئید تغییر نمی کند، بلکه فقط انرژی موجود در هسته تغییر می کند. تابش گاما زمانی منتشر می شود که هسته ها از سطوح برانگیخته به سطوح پایین تر از جمله سطح زمین عبور می کنند. به عنوان مثال، تجزیه سزیم-137 یک هسته برانگیخته باریم-137 تولید می کند. انتقال از حالت برانگیخته به حالت پایدار با انتشار کوانتوم های گاما همراه است:

از آنجایی که طول عمر هسته ها در حالت های برانگیخته بسیار کوتاه است (معمولاً t<10 -19 с), то при альфа- и бета-распадах гамма-квант вылетает практически одновременно с заряженной частицей. Исходя из этого, процесс гамма-излучения не выделяют в самостоятельный вид распада. با انرژی تابش گاما و همچنین با انرژی تابش آلفا، می توان یک رادیونوکلئید را شناسایی کرد..

تبدیل داخلیحالت برانگیخته (در نتیجه یک یا آن تبدیل هسته ای دیگر) هسته یک اتم نشان دهنده وجود انرژی اضافی در آن است. یک هسته برانگیخته می تواند نه تنها از طریق گسیل یک کوانتوم گاما یا پرتاب یک ذره، بلکه از طریق تبدیل داخلی یا تبدیل با تشکیل جفت الکترون-پوزیترون به حالتی با انرژی کمتر (حالت نرمال) تبدیل شود.

پدیده تبدیل داخلی این است که هسته انرژی تحریک را به یکی از الکترون های لایه های داخلی (لایه K-، L- یا M) منتقل می کند که در نتیجه به خارج از اتم می گریزد. به چنین الکترون هایی، الکترون های تبدیلی می گویند. در نتیجه، انتشار الکترون‌های تبدیلی به دلیل برهمکنش مستقیم الکترومغناطیسی هسته با الکترون‌های پوسته است. الکترون‌های تبدیلی برخلاف الکترون‌های واپاشی بتا که طیف پیوسته‌ای می‌دهند، طیف انرژی خطی دارند.

اگر انرژی تحریک بیش از 1.022 مگا ولت باشد، انتقال هسته به حالت عادی می تواند با گسیل یک جفت الکترون-پوزیترون و به دنبال آن نابودی آنها همراه باشد. پس از اینکه تبدیل داخلی رخ داد، یک مکان "خالی" برای الکترون تبدیل خارج شده در پوسته الکترونی اتم ظاهر می شود. یکی از الکترون‌ها در لایه‌های دورتر (از سطوح انرژی بالاتر) انتقال کوانتومی را به یک مکان "خالی" با گسیل تابش پرتو ایکس مشخص انجام می‌دهد.

خواص تشعشعات هسته ای

تابش هسته ای (رادیواکتیو) تابشی است که در نتیجه واپاشی رادیواکتیو ایجاد می شود. تشعشعات همه رادیونوکلئیدهای طبیعی و مصنوعی به دو نوع تقسیم می شود - جسمی و الکترومغناطیسی. تشعشعات هسته ای جریانی از ذرات (ذرات) هستند که با جرم، بار و سرعت مشخص مشخص می شوند. اینها الکترون ها، پوزیترون ها، هسته های اتم های هلیوم، دوترون ها (هسته های ایزوتوپ هیدروژن دوتریوم)، نوترون ها، پروتون ها و سایر ذرات هستند. به عنوان یک قاعده، تشعشعات جسمی به طور مستقیم محیط را یونیزه می کند.

تابش الکترومغناطیسی جریانی از کوانتا یا فوتون است. این تابش نه جرم دارد و نه بار و باعث یونیزاسیون غیرمستقیم محیط می شود.

تشکیل 1 جفت یون در هوا به طور متوسط ​​34 eV نیاز دارد. بنابراین، پرتوهای یونیزان شامل پرتوهایی با انرژی 100 eV و بالاتر است (بدون احتساب نور مرئی و اشعه UV).

برای توصیف تشعشعات یونیزان، از مفاهیم برد و یونیزاسیون خاص استفاده می شود. محدوده - حداقل ضخامت یک جاذب (یک ماده) مورد نیاز برای جذب کامل پرتوهای یونیزان. یونیزاسیون اختصاصی تعداد جفت‌های یونی است که در واحد طول مسیر در یک ماده تحت تأثیر تشعشعات یونیزان تشکیل می‌شوند. توجه داشته باشید که مفهوم مسافت پیموده شده و طول مسیر طی شده مفاهیم یکسانی نیستند. اگر ذرات به صورت مستقیم حرکت کنند، اگر مسیر ذرات یک خط شکسته و پیچ در پیچ باشد، مسافت پیموده شده همیشه کمتر از طول مسیر است.

تابش آلفاجریانی از ذرات a است که هسته اتم های هلیوم هستند (گاهی اوقات اتم های هلیوم یونیزه شده مضاعف نامیده می شوند). یک ذره آلفا از 2 پروتون و 2 نوترون تشکیل شده است، دارای بار مثبت است و دو بار مثبت اولیه را با خود حمل می کند. جرم ذرات m a =4.003 amu. - این بزرگترین ذره است. سرعت حرکت (14.1-24.9) × 106 m/s در ماده، ذرات آلفا به صورت مستقیم حرکت می کنند که با جرم نسبتاً بزرگ و انرژی قابل توجهی همراه است. انحراف فقط در برخورد رو به رو با گلوله های توپ رخ می دهد.

محدوده ذرات آلفا در یک ماده به انرژی ذره آلفا و ماهیت ماده ای که در آن حرکت می کند بستگی دارد. به طور متوسط، محدوده یک ذره آلفا در هوا 2.5-9 سانتی متر است، حداکثر تا 11 سانتی متر، در بافت های بیولوژیکی - 5-100 میکرون، در شیشه - 4. 10 -3 سانتی متر انرژی یک ذره آلفا در محدوده 4-9 مگا ولت است. در طول کل مسیر، یک ذره آلفا می تواند از 116000 تا 254000 جفت یون ایجاد کند.

یونیزاسیون اختصاصی تقریباً 40000 جفت یون در سانتی متر در هوا است، همان یونیزاسیون خاص در بدن در مسیر 1-2 میکرون.

پس از مصرف انرژی، ذره آلفا کند می شود و فرآیند یونیزاسیون متوقف می شود. قوانین مربوط به تشکیل اتم ها اجرا می شود. هسته های اتم های هلیوم 2 الکترون اضافه می کنند و یک اتم هلیوم کامل تشکیل می شود. این واقعیت وجود اجباری هلیوم در سنگ های حاوی مواد رادیواکتیو را توضیح می دهد.

از بین انواع تشعشعات رادیواکتیو، تابش آلفا بیشترین فلورسانس (درخشش) را دارد.

تابش بتاجریانی از ذرات بتا است که الکترون یا پوزیترون هستند. آنها یک بار الکتریکی اولیه را حمل می کنند، m b = 0.000548 amu. آنها با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می کنند، یعنی. (0.87-2.994)×10 8 m/s.

برخلاف ذرات a، ذرات b از همان عنصر رادیواکتیو دارای مقادیر متفاوتی انرژی هستند (از صفر تا یک مقدار حداکثر معین). این با این واقعیت توضیح داده می شود که با هر واپاشی بتا، دو ذره به طور همزمان از هسته اتم ساطع می شوند: یک ذره b و یک نوترینو (n e). انرژی آزاد شده در طول هر رویداد واپاشی بین ذره b و نوترینو به نسبت های مختلف توزیع می شود. بنابراین انرژی ذرات بتا از دهم و صدم مگا الکترون ولت (نرم b-تابش) تا 2-3 مگا ولت (تابش سخت) متغیر است.

با توجه به این واقعیت که ذرات بتا ساطع شده توسط ساطع کننده بتا یکسان دارای ذخایر انرژی متفاوتی هستند (از حداقل تا حداکثر)، هم طول مسیر و هم تعداد جفت یون ها برای ذرات بتا یک رادیونوکلئید معین یکسان نیست. به طور معمول، محدوده هوا ده ها سانتی متر، گاهی اوقات چندین متر (تا 34 متر)، در بافت های بیولوژیکی - تا 1 سانتی متر (تا 4 سانتی متر در انرژی ذرات بتا 8 مگا ولت) است.

تابش بتا اثر یونیزه کمتری نسبت به پرتو آلفا دارد. بنابراین، در هوا، ذرات بتا از 1000 تا 25500 جفت یون در طول مسیر خود تشکیل می دهند. به طور متوسط، برای کل مسیر در هوا، یا 50-100 جفت یون در هر 1 سانتی متر مسیر. درجه یونیزاسیون به سرعت ذره بستگی دارد. دلیل این امر این است که ذرات بتای پرانرژی خیلی سریع از کنار اتم ها عبور می کنند و زمانی برای ایجاد اثر قوی مانند ذرات بتا آهسته ندارند.

از آنجایی که ذرات بتا جرم بسیار کمی دارند، وقتی با اتم ها و مولکول ها برخورد می کنند، به راحتی از جهت اصلی خود منحرف می شوند. این پدیده انحراف را پراکندگی می نامند. بنابراین، تعیین دقیق طول مسیر ذرات بتا، و نه مسافت پیموده شده، بسیار دشوار است، زیرا بسیار پرپیچ و خم است.

وقتی انرژی از بین می رود، یک الکترون یا توسط یک یون مثبت برای تشکیل یک اتم خنثی یا توسط یک اتم برای تشکیل یون منفی جذب می شود.

تابش گاماجریانی از فوتون ها (کوانتا) تابش الکترومغناطیسی است. سرعت انتشار آنها در خلاء برابر است با سرعت نور - 3×10 8 m/s. از آنجایی که تابش گاما یک موج است، با طول موج، فرکانس ارتعاش و انرژی مشخص می شود. انرژی یک کوانتوم g با فرکانس نوسانات متناسب است و بسامد نوسانات با طول موج آنها مرتبط است. هر چه طول موج بیشتر باشد فرکانس نوسان کمتر است و بالعکس، یعنی فرکانس نوسان با طول موج نسبت عکس دارد. هر چه طول موج کوتاهتر و فرکانس نوسان تابش بیشتر باشد، انرژی و در نتیجه توانایی نفوذ آن بیشتر می شود. انرژی تابش گاما از عناصر رادیواکتیو طبیعی از چند کو تا 3-2 مگا ولت متغیر است و به ندرت به 6-5 مگا ولت می رسد.

پرتوهای گاما بدون بار یا جرم استراحت، اثر یونیزه ضعیفی ایجاد می کنند، اما قدرت نفوذ زیادی دارند. در هوا می توانند تا 100-150 متر حرکت کنند این تابش بدون تضعیف از بدن انسان عبور می کند.

اندازه گیری ها

مفهوم دوز

نتیجه تاثیر پرتوهای یونیزان بر روی اجسام تحت تابش تغییرات فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی در این اجسام است. نمونه هایی از چنین تغییراتی عبارتند از گرمایش بدن، واکنش فتوشیمیایی فیلم اشعه ایکس، تغییر در پارامترهای بیولوژیکی یک موجود زنده و غیره. اثر تشعشع به مقادیر فیزیکی بستگی دارد X iمشخص کردن میدان تابش یا برهمکنش تابش با ماده:

مقادیر X i، از نظر عملکردی با اثر تشعشع مرتبط است η ، دزیمتریک نامیده می شوند. هدف دزیمتری اندازه گیری، تحقیق و محاسبات نظری مقادیر دزیمتری برای پیش بینی یا ارزیابی اثر تابش، به ویژه اثر رادیوبیولوژیکی است.

سیستم مقادیر دزیمتری در نتیجه توسعه رادیوبیولوژی، دزیمتری و ایمنی تشعشع شکل گرفته است. معیارهای ایمنی تا حد زیادی توسط جامعه تعیین می شود، به همین دلیل است که کشورهای مختلف سیستم های متفاوتی از مقادیر دزیمتری را توسعه داده اند. نقش مهمی در یکپارچه سازی این سیستم ها توسط کمیسیون بین المللی حفاظت رادیولوژیک (ICRP) ایفا می شود، یک سازمان مستقل که متخصصان را در زمینه اثرات بیولوژیکی تشعشعات، دزیمتری و

سوالات.

1. در نتیجه واپاشی α چه اتفاقی برای رادیوم می افتد؟

هنگامی که رادیوم Ra (فلز) تجزیه می شود، با انتشار ذرات α به رادون Ra (گاز) تبدیل می شود.

2. برای عناصر شیمیایی رادیواکتیو در نتیجه تجزیه α یا β چه اتفاقی می افتد؟

در طول واپاشی α و β، تبدیل یک عنصر شیمیایی به عنصر دیگر رخ می دهد.

3. کدام بخش از اتم - هسته یا پوسته الکترونی - در طی واپاشی رادیواکتیو دچار تغییراتی می شود؟ چرا اینطور فکر می کنید؟

در طول یک تبدیل رادیواکتیو، هسته اتم دستخوش تغییر می شود، زیرا این هسته یک اتم است که خواص شیمیایی آن را تعیین می کند.

4. واکنش واپاشی α رادیوم را بنویسید و توضیح دهید که هر نماد در این نماد به چه معناست.

5. نام اعداد بالا و پایینی که قبل از تعیین حروف عنصر ظاهر می شود چیست؟

به آنها اعداد جرمی و باری می گویند.

6. عدد جرمی چیست؟ شماره شارژ؟

عدد جرمی برابر است با تعداد کل واحدهای جرم اتمی یک اتم معین.
عدد بار برابر با تعداد بارهای الکتریکی اولیه هسته یک اتم است.

7. با استفاده از مثال واکنش a-decay رادیوم، قوانین بقای بار (عدد بار) و عدد جرمی را توضیح دهید.

قانون بقای تعداد جرم و بارها بیان می کند که در طول تبدیلات رادیواکتیو، مقدار مجموع اعداد جرمی اتم ها و مجموع بارهای تمام ذرات شرکت کننده در تبدیل ها یک مقدار ثابت است.

8. از کشف رادرفورد و سودی چه نتیجه ای حاصل شد؟

نتیجه گیری شد که هسته اتم ها ترکیب پیچیده ای دارند.

9. رادیواکتیویته چیست؟

رادیواکتیویته توانایی برخی از هسته های اتم برای تبدیل خود به خود به هسته های دیگر با انتشار ذرات است.

تمرینات

1. جرم (در amu دقیق به اعداد کامل) و بار (در بارهای اولیه) هسته اتم های عناصر زیر را تعیین کنید: کربن 12 6 C. لیتیوم 6 3 لی; کلسیم 40 20 Ca.

2. در اتم های هر یک از عناصر شیمیایی ذکر شده در مسئله قبلی چند الکترون وجود دارد؟

3. تعیین کنید (به اعداد کامل) چند برابر جرم هسته اتم لیتیوم 6 3 Li بزرگتر از جرم هسته اتم هیدروژن 1 1 H است.

4. برای هسته اتم بریلیم 9 4 Be، تعیین کنید: الف) عدد جرمی. ب) جرم هسته در a. e.m (دقیق تا اعداد صحیح)؛ ج) چند برابر جرم هسته بزرگتر از 1/12 جرم اتم کربن 12 6 C (دقیق تا اعداد کامل): د) عدد بار. ه) بار هسته ای در بارهای الکتریکی اولیه. و) بار کل تمام الکترونهای یک اتم در بارهای الکتریکی اولیه. ز) تعداد الکترون های یک اتم.

5. با استفاده از قوانین بقای عدد جرمی و بار، عدد جرمی و بار هسته عنصر شیمیایی X را که در نتیجه واکنش فروپاشی β زیر تشکیل شده است، تعیین کنید:

14 6 C → X + 0 -1 e،

که در آن 0-1 e یک ذره β (الکترون) است. این عنصر را در جدول D.I. Mendeleev روی برگ مگس کتاب درسی پیدا کنید. اسمش چیه؟