Нэг үндсэн ойлголтуудхими - бараг бүх химийн тооцоонд хэрэглэгддэг элементийн атомын масс. Атомын массыг тооцоолох чадвар нь ихэвчлэн сургуулийн сурагчид болон ирээдүйд химийн чиглэлээр суралцахаар төлөвлөж буй хүмүүст хэрэгтэй болно. Гэсэн хэдий ч атомын массыг тооцоолох томъёо нь маш энгийн.

Тодорхойлолт ба томъёо

Атомын масснь атомыг бүрдүүлдэг бүх протон, нейтрон, электронуудын массын нийлбэр юм. Протон ба нейтроны масстай харьцуулахад электронуудын масс нь өчүүхэн тул тооцоололд электронуудыг харгалздаггүй. Нейтрон ба протоны массыг хязгааргүй 27 тоогоор тооцдог тул сөрөг зэрэг, дараа нь тооцоо хийхэд хялбар байхын тулд харьцангуй атомын массыг ашигладаг бөгөөд үүнийг нүүргүй атомын нэгжээр илэрхийлдэг.

Атомын массын нэгж- Энэ харьцангуй үнэ цэнэ, цөм нь 6 нейтрон, 6 протон агуулсан нүүрстөрөгч-12 цөмийн массын 1/12-тай тэнцүү. Тиймээс атомын массыг тодорхойлох томъёо дараах байдалтай байна.

Масс = нейтроны тоо + протоны тоо.

Энэ томъёог тооцоолоход ашигладаг атомын массхимийн элементүүдийн бие даасан изотопууд. Энэ нь уран-238-ын масс 238 аму, харин уран-235-ын массын тоо 235 гэсэн үг. Энэ химийн элемент нь ерөнхийдөө изотопоор баялаг тул 232, 233, 234, 235 масстай ураны цөмүүд байдаг. 236 ба 238. Энэхүү олон янз байдлыг үл харгалзан уран-238 нь байгаль дээрх нийт ураны 99%-ийг эзэлдэг тул атомын тооны дундаж утгыг тооцвол ураны химийн элемент нь 238.029 атомын жинтэй байна.

Тиймээс атомын масс ба дундаж атомын жингийн ялгааг ойлгох нь чухал юм.

• атомын масс - тодорхой изотопын нейтрон ба протонуудын нийлбэр (үргэлж бүхэл тоо);
• атомын жин - байгальд тохиолддог бүх изотопуудын атомын массын арифметик дундаж (ихэвчлэн бутархай тоо).

Өөр нэг жишээ

Устөрөгч бол орчлон ертөнцөд хамгийн элбэг байдаг элемент юм. Устөрөгчийн 99% нь протиум буюу устөрөгч-1 бөгөөд зөвхөн 1 протон агуулдаг. Түүнчлэн изотопууд байдаг: дейтерий эсвэл устөрөгч-2, тритий эсвэл устөрөгч-3. Эдгээр изотопууд нь 2 ба 3 атомын масстай боловч байгальд маш ховор байдаг тул устөрөгчийн атомын жин 1.00784 байна.

Атомын массыг олох

Тодорхойлох атомын дугаарүечилсэн хүснэгтийг ашиглан сонгосон элементийн хувьд. Хүснэгт дэх элементийн дугаар нь цөм дэх протоны тоотой үргэлж таарч байна. Жишээлбэл, дээр дурдсан устөрөгч нь хүснэгтийн эхний дугаартай бөгөөд зөвхөн 1 протон агуулдаг. Доорх хүснэгтэд элементийн атомын дундаж жинг үргэлж харуулдаг бөгөөд үүнийг тооцоолохдоо хамгийн ойрын бүхэл тоо хүртэл дугуйрсан байх ёстой.

Эхлээд атом дахь протон ба электронуудын тоо, түүний атомын массын талаархи бүх мэдээллийг харуулдаг. Тийм ч учраас дотор сургуулийн даалгаварАтомын массыг тодорхойлохын тулд үечилсэн хүснэгтийг ашиглахад хангалттай бөгөөд тусгай тооцоолол хийхгүй.

Ихэвчлэн химийн хичээл дээр тавьдаг урвуу асуудал: тодорхой изотоп дахь нейтроны тоог хэрхэн тодорхойлох вэ? Энэ тохиолдолд энгийн томъёог хэрэглэнэ:

Нейтроны тоо = атомын масс - атомын дугаар.

Жишээлбэл, устөрөгчийн атом-1 нь нейтрон агуулдаггүй, учир нь атомын тоо нь нэгтэй тэнцүү байдаг. Гэхдээ трити нь аль хэдийн нэг протон, хоёр нейтронтой устөрөгч юм. Тритиум нь тогтворгүй изотоп юм. Энэ нь гелийн атомуудад амархан задардаг. чөлөөт электронуудболон антинейтрино нь тодорхой хэмжээний энерги ялгаруулдаг. Тогтворгүй изотопуудцацраг идэвхт гэж нэрлэдэг.

Нэг жишээ авч үзье

Атомын массыг тодорхойлох

Атомын дугаар 8-тай химийн элемент болох хүчилтөрөгчийг авч үзье үечилсэн хүснэгтМенделеев. Энэ нь хүчилтөрөгчийн цөмд 8 протон, мөн тойрог замдаа 8 электрон байдаг гэсэн үг юм. Хүснэгтэнд үзүүлсэн атомын масс нь 16 а. e. m, тооцоолохын тулд бидэнд тооны машин хэрэггүй. Энэ мэдээллээс бид хүчилтөрөгчийн атом 8 нейтрон агуулдаг болохыг тодорхойлж болно. Гэсэн хэдий ч нейтроны тоо гадаад нөхцөл байдлаас шалтгаалан амархан өөрчлөгдөж болно.

Хэрэв хүчилтөрөгч нэг нейтрон алдаж эсвэл нэмэгдвэл атомын масс нь өөрчлөгддөг шинэ изотопыг олж авна. Тооцоологч ашиглан та хүчилтөрөгчийн янз бүрийн изотопуудын массын тоог тооцоолж болох боловч энэ асуултын хариултыг нэрэндээ багтаасан болно. Байгальд хүчилтөрөгчийн 3 тогтвортой изотоп байдаг: хүчилтөрөгч-16, хүчилтөрөгч-17, хүчилтөрөгч-18. Сүүлийн хоёр нь цөмд "нэмэлт" нейтронтой.

Үүнээс гадна хүчилтөрөгчийн тогтворгүй изотопууд байдаг бөгөөд тэдгээрийн хагас задралын хугацаа нь хэдэн минутаас наносекунд хүртэл байдаг.

Дүгнэлт

Массын тоо - чухал параметртэдгээрийг тооцоолох аливаа элемент молийн массхимийн урвал явуулах үед. Гэсэн хэдий ч массын тоог Менделеевийн үелэх системд байнга зааж өгдөг тул манай тооцоолуур нь химийн гайхалтай шинжлэх ухааныг дөнгөж судалж эхэлж буй сургуулийн хүүхдүүдэд хэрэг болно.

TO Мэдэгдэж байгаагаар изотопууд нь цөм нь ижил тооны протон агуулдаг химийн элементийн атомуудын сортууд юм. З) ба төрөл бүрийн - нейтрон ( Н). нийлбэр А = З + Н– массын тоо – үйлчилнэ хамгийн чухал шинж чанаризотоп. Изотопийн үзэгдлийг 1913 оны 12-р сард Английн радиохимич Ф.Содди үелэх системийн төгсгөлийн цацраг идэвхт элементүүдээс нээсэн. Дараа нь тогтвортой элементүүдээс олж илрүүлсэн. Изотопын түүхийн талаар дэлгэрэнгүй мэдээллийг бүтээлүүдээс үзнэ үү.

Байгалийн цацраг идэвхт изотопуудыг гурван "гэр бүл" болгон хуваадаг бөгөөд тэдгээрийн өвөг дээдэс нь урт насалдаг торий-232, уран-238, уран-235 (тэдгээрийн хагас задралын хугацааг хэдэн тэрбум жилээр хэмждэг) юм. "Гэр бүл" дуусч байна тогтвортой изотопуудхар тугалга ( З= 82) с А= 208, 206, 207 тус тус. Цоорхойд элементүүдийн богино хугацааны изотопууд байдаг З= 81–92, "гинжээр" холбогдсон a - ба б - задрал. "Гэр бүлийн" гишүүдийн нийт тоо (хар тугалганы атомын тогтвортой төрлөөс бусад) 41 байна.

1600 гаруй хиймэл изотопыг янз бүрийн цөмийн урвалаар нийлэгжүүлсэн. З 1-ээс 112 хүртэл (мөн зарим элементийн хувьд 20-оос дээш).

Бидний анхаарлын сэдэв нь тогтвортой изотопууд байх болно. Тэдний нээлтийн гол гавьяа нь Английн физикч Ф.Астонд хамаатай. 1919 онд тэрээр инертийн хийн неон (атомын жин 20.2) нь 20 ба 22 атомын жинтэй хоёр изотопын холимог болохыг тогтоожээ. Эрдэмтэн арван жил хагасын турш судалгаа хийж, ихэнх элементийн 210 тогтвортой изотопыг нээсэн. 37 изотоптой Америкийн эрдэмтэн А.Демпстер ихээхэн хувь нэмэр оруулсан. Бусад судлаачид ч энэ ажилд оролцсон боловч ихэнх нь нэг эсвэл хоёр шинэ төрлийн атомыг тодорхойлохоор хязгаарлагдаж байв. 1929 онд хүчилтөрөгчийн изотопыг нээсэн нь чухал үйл явдал байв А, 17 ба 18-тай тэнцүү, W. Dzhiok, G. Johnston (АНУ); Астон өмнө нь хүчилтөрөгчийн гурван изотоп байгаа нь атомын жингийн хэмжээг сонгоход нөлөөлсөн гэж үзэж байсан. 1932 онд Г.Урей, ​​Ф.Брикведд, Г.Мөрфи (АНУ) нар устөрөгчийн хүнд изотоп болох дейтерийг нээсэн. А= 2. Ванадий-50 нь хамгийн сүүлд нээгдсэн (1949).

Тогтвортой изотопуудын талаарх мэдээллийг хүснэгтэд үзүүлэв (х. 2-ыг үз). Тэдгээрийн заримыг нь одоор тэмдэглэсэн байдаг (кали-40, ванадий-50, рубидий-87, индий-115, сурьма-123, лантан-138, церий-142, неодим-144, самари-147, лютетий-176, рун - 187, цагаан алт-190 ба хар тугалга-204): тэдгээрээс олдсон (эсвэл онолын хувьд боломжтой)б -цацраг идэвхжил буюуа -цацраг идэвхит (Ce, Nd, Sm, Pt) c маш урт хугацаа(> 10 15 жил). Гэсэн хэдий ч үнэн хэрэгтээ тэдгээрийг тогтвортой гэж үзэж болно. Хүснэгтэд мөн дэлхий дээр нэлээд их хэмжээгээр агуулагддаг тори, ураны цацраг идэвхт изотопуудыг оруулсан болно.

Үүнтэй төстэй хүснэгтийг зөвхөн цөөн хэдэн тусгай монографи дээр өгсөн болно. Тогтвортой изотопуудтай холбоотой хэв маягийн шинжилгээ нь заримдаа изотопын статистик гэж нэрлэгддэг тусгай салбар юм.

Хүснэгтэнд 282 тогтвортой изотопууд байдаг бөгөөд тэдгээрийн тоо нь янз бүрийн элементүүдийн хувьд харилцан адилгүй байдаг. Нэг төрөл нь сондгой 21 элементийн шинж чанар юм З(үл хамаарах зүйл бол берилли юм З= 4). 20 элемент нь сондгой хоёр изотоптой З(тэй гелийээс бусад З= 2 ба нүүрстөрөгч s З= 6). Хүчилтөрөгч, неон, магни, цахиур, аргон, кали гэсэн зургаан элементийг гурван изотопоор төлөөлдөг бөгөөд бусад бүх элементүүд нь тэгш хэмтэй байдаг. З 4-10 изотоп байдаг. "Рекорд эзэмшигчид" нь кадми ба теллур (тус бүр 8 изотоп), ксенон (9), цагаан тугалга (10) юм. Хүснэгтэнд элемент дутуу байна З= 43 (технециум) ба З= 61 (прометиум). Тэд тогтвортой изотопгүй бөгөөд цөмийн урвалыг ашиглан зохиомлоор үйлдвэрлэдэг. Изотопуудтай А, 5 ба 8-тай тэнцүү.

Ихэнх изотопууд (173) тэгш тоотой байдаг А, мөн бараг бүгдээрээ атомын цөмд тэнцүү хэмжээгээр агуулагддаг ЗТэгээд Н. Сонинтой изотопууд Амэдэгдэхүйц бага (109). Тэгш хэмжээтэй элементүүдийн хувьд Зсондгой тоотой хоёроос илүүгүй изотоп байна А(үл хамаарах зүйл - Ar with З= 18 ба Ce s З= 58, тэдгээрийн бүх изотопууд тэгш байна А).

Тодорхой утгатай элементийн изотопуудын цуглуулга З(нэгээс олон байвал) "pleiad" гэж нэрлэдэг. "Pleiad" дахь бие даасан изотопуудын тархалт өөр өөр байдаг. Тогтмол системийн "хөнгөн" төлөөлөгчдийн хувьд ( З < 32) при четных Здавамгайлсан изотопууд жижиг утгууд А. Дараачийн элементүүдэд эсрэгээр байгаль нь илүү өндөр утгатай изотопуудыг илүүд үздэг А. Сондгой хоёр изотопын Зилүү нийтлэг нэг нь нэг юм Абага.

Ерөнхийдөө зураг нь ийм байна. Устөрөгчөөс никель хүртэлх элементүүдийн хувьд ( З= 28) нэг изотопын элбэг дэлбэг байдал огцом нэмэгддэг. Том утгын хувьд З, Хэдийгээр "pleiad" дахь изотопын агууламж өөр өөр байдаг (заримдаа нэлээд мэдэгдэхүйц), үнэмлэхүй "манлайлах" хүчин зүйл харагдахаа больсон.

Байгальд хамгийн түгээмэл элементүүд нь (дэлхийн царцдасын жингийн%): хүчилтөрөгч (47), цахиур (29,5), хөнгөн цагаан (8,05), төмөр (4,65), кальци (2,96), натри (2,5), кали (2.5) ба магни (1.87). Тэдний нийт агууламж 99% -иас дээш байна. Тиймээс үлдсэн хэсэг нь 1% -иас бага хувийг эзэлдэг.

Эдгээр "найман" -аас хөнгөн цагаан, натри нь нэг төрлийн атомаар илэрхийлэгддэг (27 Al ба 23 Na); бусад нь изотопуудын нэг нь огцом давамгайлсан агуулгатай (16 O, 28 Si, 56 Fe, 40 Ca, 39 K, 24 Mg). Тиймээс жагсаасан изотопууд нь "хатуу дэлхий" бүхэлдээ бүтээгдсэн материал юм. Агаар мандлын гол "бүрэлдэхүүн" нь 14 N ба 16 O. Эцэст нь усны орон зай нь ижил хүчилтөрөгчийн изотопын хөнгөн устөрөгчийн изотоптой (1 H) нэгдэл юм. Устөрөгч, хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгч, азотын хамт бүх ургамал, амьтны организмд багтдаг тул тэдгээрийг тусгай бүлэг элементүүдэд хуваадаг. органоген.

Тиймээс зөвхөн арван тогтвортой изотопууд нь органик бус болон органик байгалийн хязгааргүй олон янз байдлыг шийдвэрлэх үүрэгтэй болох нь харагдаж байна.

ПЯагаад дэлхий дээр байгаа элементүүдийн бараг тал хувь нь зөвхөн нэг эсвэл хоёр төрлийн атомаар төлөөлдөг вэ? Дүрмээр бол "pleiades" дахь бие даасан изотопуудын агууламж яагаад эрс ялгаатай байдаг вэ? Эцэст нь, байгаль яагаад ижил утгатай атомын сортуудыг илүүд үздэг вэ? З? Үүнтэй төстэй асуултуудын жагсаалтыг хялбархан үргэлжлүүлж болно. Онолын цөмийн физик нь тэдэнд янз бүрийн бүрэн дүүрэн хариулт өгдөг. Мэдээжийн хэрэг, энэ нийтлэлийн хүрээнд энэ нь бүр боломжгүй юм ерөнхий тоймтэдгээрийн мөн чанарыг тодорхойл. Үүнтэй холбогдуулан бид тогтвортой изотопуудын "статистик" -ыг голчлон тодорхойлдог ганц боловч маш чухал загварыг авч үзэхээр хязгаарлагдах болно.

Цөмийн физикт нэг ойлголт байдаг "изобарууд"- ижил төрлийн атомууд А, гэхдээ өөр ЗТэгээд Н. 1934 онд Германы эрдэмтэн Ж.Матхаух дараах дүрмийг томъёолжээ. хэрэв хоёр изобар нь Z утгаараа 1-ээр ялгаатай бол тэдгээрийн аль нэг нь тогтворгүй байх ёстой. Жишээлбэл, 40 Ar–40 K хос изобарын хувьд сүүлийнх нь цацраг идэвхт бодис юм. Энэ дүрэм нь "изотопын статистик" -ын зарим шинж чанарыг тодорхой болгох боломжийг олгодог.

Яагаад элементүүдийг хийдэг З= 43 ба 61 нь тогтвортой изотоп биш үү? Зарчмын хувьд тэд нэг эсвэл хоёр байж болно тэсвэртэй төрөл зүйлатомууд. Гэсэн хэдий ч технециум ба прометийн зэргэлдээх элементүүд (молибден ба рутений, неодим ба самари тус тус) байгальд өргөн хүрээний олон тооны изотопоор илэрхийлэгддэг. А. Изобар дүрмийн дагуу боломжит утгууд АУчир нь З= 43 ба 61 нь "хориотой" болж хувирдаг. Технециум ба прометийн изотопуудыг нийлэгжүүлэхэд тэдгээрийн ихэнх нь дундаж наслалт багатай байдаг нь тогтоогджээ.

Хүснэгтэнд одоор тэмдэглэгдсэн изотопууд нь зэргэлдээх элементүүдийн изотопуудтай изобар хосуудыг үүсгэдэг (жишээлбэл, 87 Pb 87 Sr, 115 In, 115 Sn гэх мэт), гэхдээ тэдгээр нь маш бага хэмжээгээр цацраг идэвхт байдаг.

Дэлхийн хувьслын хөгжлийн эхэн үед янз бүрийн элементийн изотопуудын элбэг дэлбэг байдал нь орчин үеийнхээс ялгаатай байв. Харьцангуй урт хагас задралтай олон цацраг идэвхт изотопууд бас байсан. Аажмаар тэдгээр нь бусад элементүүдийн тогтвортой изотопууд болж хувирсан бөгөөд үүний үр дүнд "pleiades" дахь агуулга өөрчлөгдсөн. Зөвхөн "анхдагч" торий-232, уран-238, уран-235 хадгалагдан үлдсэн боловч тэдгээрийн газрын нөөцтэрбум жилийн хугацаанд буурсан. Хэрэв тэдгээр нь тийм ч урт наслаагүй байсан бол изотопууд нь цацраг идэвхт "гэр бүл" -ийг бүрдүүлдэг "хоёрдогч" элементүүд байхгүй болно. Энэ тохиолдолд үелэх системийн байгалийн дээд хязгаар нь висмут байх болно З = 83.

Тиймээс изобар дүрэм нь нэг төрлийн "ангилах" үүрэг гүйцэтгэсэн. Энэ нь богино наслалттай атомын сортуудыг "хогийн ургамлыг устгаж", элементүүдийн анхны изотоп найрлагыг өөрчилж, эцэст нь хүснэгтэд үзүүлсэн "тогтвортой изотопуудын ертөнц"-ийн дүр төрхийг бүрдүүлэхэд хувь нэмэр оруулсан.

Ж.Дальтон химийн атомизмыг үүсгэснээс хойш атомын жин (масс) нь элементийн цорын ганц үндсэн тоон шинж чанар байсаар ирсэн. Үүнийг олон элементийн хувьд тодорхойлохын тулд нарийн туршилтын судалгаа шаардагдах бөгөөд тодорхой "лавлагаа цэг" - атомын жингийн хуваарь (хүчилтөрөгч O = 16 эсвэл устөрөгч H = 1) -ийг сонгохоос хамаарна. 1864 онд Английн химич Ж.Ньюландс анх удаа тухайн үед мэдэгдэж байсан элементүүдийг атомын жинг нэмэгдүүлэх дарааллаар байрлуулжээ. Энэхүү байгалийн дараалал нь үелэх хуулийг нээх, үелэх системийн бүтцийг хөгжүүлэхэд ихээхэн хувь нэмэр оруулсан.

Гэсэн хэдий ч гурван тохиолдолд атомын жингийн өсөлтийг зөрчсөн: кобальт нь никельээс хүнд, теллур нь иодоос, аргон нь калиас илүү хүнд байсан. Зарим судлаачдын үзэж байгаагаар ийм "гажиг" нь үечилсэн хуулийн үндсийг сүйрүүлсэн. Д.И.Менделеев өөрөө эрт орой хэзээ нэгэн цагт тайлбар авах болно гэж итгэж эдгээр "гажиг" -д тийм ч чухал ач холбогдол өгөөгүй. Энэ бол үнэндээ болсон явдал юм. Гэсэн хэдий ч хэрэв гурав биш, харин илүү олон "гажиг" байсан бол элементүүдийн шинж чанарын үечилсэн өөрчлөлтийн үзэгдлийн тухай мэдэгдэл тийм ч тодорхой биш байх болно. Гэвч байгаль нь тэдний тоог хязгаарласан нь үнэн юм.

A r = 1/100( aA 1 + бА 2 + cA 3 ...),

Хаана А, б, -тай– массын тоо бүхий изотопуудын “плиад” дахь агуулга (%) А 1 , А 2 , А 3... тус тус. Хүснэгтээс харахад аргон дахь изотоп нь огцом давамгайлдаг А= 40, харин кали нь асаагууртай байдаг А= 39. Бусад “гажиг хосууд”-ын хувьд ижил зураг ажиглагдаж байна ( А= 59 – кобальт болон А= 58 - никелийн хувьд; А= 130 – теллурын хувьд ба А= 127 - иодын хувьд). Энэ шалтгааны улмаас өмнөх элементүүдийн атомын масс хоёр хосоороо дараагийнхаас их болж хувирдаг.

Тогтвортой изотопуудын массын тоо ба тэдгээрийн харьцангуй элбэг дэлбэг байдал

Анхаарна уу. Изотопгүй элементүүд, түүнчлэн "pleiad" дахь хамгийн түгээмэл изотопыг тодоор тодруулсан.

IN 1911–1914 он атомын цөмийн электрон загварыг Э.Рутерфорд - Н.Бор боловсруулж, А.Ван ден Брук, Г.Мозели нар үелэх систем дэх элементийн серийн дугаар нь тоон үзүүлэлттэй болохыг баталсан. цэнэгтэй тэнцүүтүүний атомын цөм. Үүний үр дүнд энэ нь тодорхой болсон: атомын жингийнхээ өсөлтийн дарааллаар байрлуулсан хэд хэдэн химийн элементүүд бараг төгс ("гажиг" -аас бусад нь) монотон өсөлтөд тохирсон элементүүдийн дараалалтай давхцаж байв. З.

Энэхүү гайхалтай давхцлын шалтгаан нь дэлхий дээр байгаа элементүүдийн изотопын найрлагын "тогтмол" байдалд оршдог. Хувьслын эхэн үед энэ найрлага өөр байсан гэдгийг бид аль хэдийн тэмдэглэсэн. Гэсэн хэдий ч энэ нь орчин үеийнхээс эрс ялгаатай байж чадахгүй. Тиймээс тогтвортой изотопуудын анхны элбэг дэлбэг байдал нь астрофизикийн үзэл баримтлалын хүрээнд үндсэн үйл явдлуудтай холбоотой үйл явцын үр дүн байв. Илүү нарийн, элементүүдийн гарал үүслийн асуудалтай.

1920-иод онд. Элементүүд үүсэх нь оддын агаар мандалд маш өндөр температур, даралтын нөхцөлд үүсдэг гэсэн санааг илэрхийлсэн. Хожим нь тэд хөгжиж эхэлсэн ерөнхий онолуудэлементүүдийн гарал үүсэл. Тэдний нэг нь 1948 онд Р.Альфер, Г.Боте, Г.Гамов нарын санал болгосон бөгөөд элементүүдийн нийлэгжилт нь "тэсрэлт"-ийн үр дүнд бий болсон гэж үзсэн. нейтрон од. Гарсан нейтронууд нь протон, электрон болон задарсан. Протон ба электронуудыг илүү төвөгтэй системд бүлэглэсэн - янз бүрийн элементийн атомууд. Онолын зохиогчдын үзэж байгаагаар нейтроныг дараалан барьж авах замаар баб – - үүссэн атомуудын задрал нь асар олон тооны цацраг идэвхт, тогтвортой изотопуудыг, түүний дотор одоо дэлхий дээр байгаа изотопуудыг бий болгосон. Түүнээс гадна бүхэл бүтэн синтезийн процесс 15 минутын дотор дууссан (!). Гэсэн хэдий ч энэхүү ганган онол нь үндэслэлгүй болж хувирав. Тиймээс изотопууд А= 5 ба 8 (дашрамд хэлэхэд тэд хүснэгтэд байхгүй) маш тогтворгүй тул цөмүүд нь дараагийн нейтроныг барьж амжихаас өмнө ялзардаг.

Элементүүдийн нийлэгжилт нь одод, тэдгээрийн хувьслын янз бүрийн үе шатанд байнга явагддаг нь одоо батлагдсан. Төрөл бүрийн цөмийн урвалын улмаас тодорхой изотопууд үүсдэг. Дэлхий дээрхээс мэдэгдэхүйц ялгаатай сансрын элбэг дэлбэг элементүүдийн талаар нэлээд сэтгэл ханамжтай тайлбарыг авсан. Тиймээс сансарт устөрөгч ба гели давамгайлдаг. Гэсэн хэдий ч өсөх тусам Зэнэ ялгаа багасна.

Дэлхий дээрх элементүүдийн орчин үеийн изотоп найрлагын "хүрээ" нь олон тэрбум жилийн өмнө баригдсан бөгөөд түүний "дуусгах" нь манай гаригийн түүхэнд болсон үйл явцтай аль хэдийн холбоотой байдаг.

Эцэст нь хэлэхэд нэг чухал нэр томъёоны "нюанс"-д анхаарлаа хандуулцгаая. "Изотоп" гэсэн ойлголт нь хууль ёсны юм бид ярьж байнатодорхой утгатай атомын зүйлийн тухай З. Хэрэв төрөл зүйл нь ялгаатай бол З, дараа нь энэ тохиолдолд"изотоп" нэрийг ашиглах нь хангалттай үндэслэлгүй (эцэст нь үечилсэн системийн өөр өөр эсүүдэд байрлах атомын төрлийг харьцуулсан болно).

Өнөө үед Америкийн физикч Т.Команы 1947 онд нэвтрүүлсэн “нуклид” гэсэн нэр томьёо өргөн тархсан: “Цөмийн найрлага, ялангуяа агуулагдах протон, нейтроны тоогоор тодорхойлогддог атомын нэг төрөл”. Дээрх хүснэгтэд "изотопууд" гэсэн үгийг "нуклид" гэж сольж болно. Гэсэн хэдий ч, энэ орлуулалт нь дараагийн бүх үндэслэлд нөлөөлөхгүй.

АШИГЛАСАН Уран зохиол

1. Астон Ф. Масс спектр ба изотопууд. М .: Гадаадын хэвлэлийн газар. уран зохиол, 1948 он.
2. Вялцев А.Н., Кривомазов А.Н., Трифонов Д.Н..
3. Шилжилтийн дүрэм ба изотопийн үзэгдэл. М.: Атомиздат, 1976., Кривомазов А.Н., Лисневский Ю.И.Химийн элементүүд ба нуклидууд. Нээлтүүдийн онцлог. М.: Атомиздат, 1980 он.
4. Шилжилтийн дүрэм ба изотопийн үзэгдэл. М.: Атомиздат, 1976.Элементүүдийн үечилсэн систем. Хүснэгт дэх түүх. М .: УИХ-ын гишүүн ВХО им.
5.Д.И.Менделеева, 1992, х. 46.Воронцова Е.Р. . Атомын жин. Хөгжлийн түүхтуршилтын аргууд
6. . М .: Наука, 1984 он.Лисневский Ю.И . Атомын жин ба илрэлцөмийн физик
7. . М .: Наука, 1984 он.Ранкама К
8. . Геологи дахь изотопууд. М .: Гадаадын хэвлэлийн газар. уран зохиол, 1956 он.Гайсинский М.Н.
9. . Цөмийн хими ба түүний хэрэглээ. М .: Гадаадын хэвлэлийн газар. уран зохиол, 1962.Трифонов Д.Н.

. "Аномаль" түүх. Хими, 1996, No 26, 28.

Д.Н. ТРИФОНОВ

Шинжлэх ухааны хөгжлийн явцад химийн урвал явуулах бодисын хэмжээ, тэдгээрийн явцад олж авсан бодисыг тооцоолох асуудал тулгарсан. Ийм тооцооллын хувьд өнөөдөрхимийн урвал

бодис ба хольцын хооронд Д.И.Менделеевийн химийн элементүүдийн үечилсэн системд орсон харьцангуй атомын массын утгыг ашигладаг.

Химийн процесс ба бодис дахь элементийн эзлэх хувь урвалын явцад үзүүлэх нөлөө

Орчин үеийн шинжлэх ухаан нь "химийн элементийн харьцангуй атомын масс" гэсэн тодорхойлолтоор тухайн химийн элементийн атомын масс нь нүүрстөрөгчийн атомын арван хоёрны нэгээс хэд дахин их болохыг хэлнэ. Химийн эрин үе гарч ирснээр хэрэгцээнарийн тодорхойлолтууд

химийн урвалын явц, түүний үр дүн өссөн. Тиймээс химич нар бодис дахь харилцан үйлчлэгч элементүүдийн яг массын асуудлыг шийдэхийг байнга хичээдэг байв. Нэгшилдэг шийдлүүд

тэр үед хамгийн хөнгөн элементийн холбоос байсан. Мөн түүний атомын жинг нэг болгон авсан.

Материалыг тоолох түүхэн замнал

Эхлээд устөрөгч, дараа нь хүчилтөрөгч ашигласан. Гэвч энэ тооцооны арга нь алдаатай болсон. Үүний шалтгаан нь хүчилтөрөгч дэх 17 ба 18 масстай изотопууд байсан.

Тиймээс изотопуудын хольцтой байх нь техникийн хувьд арван зургаагаас өөр тоог гаргаж авсан. Өнөөдөр элементийн харьцангуй атомын массыг үндсэндээ авсан нүүрстөрөгчийн атомын жинд үндэслэн 1/12 харьцаагаар тооцдог.

Далтон элементийн харьцангуй атомын массын үндэс суурийг тавьсан

Лавуазьегийн туршилтаар ус арван таван хувь устөрөгч, наян таван хувь хүчилтөрөгч агуулдаг. Энэ өгөгдлийн дагуу Далтон усыг бүрдүүлдэг элементийн харьцангуй атомын масс, энэ тохиолдолд хүчилтөрөгч нь 5.67 байна гэж тооцоолсон. Түүний тооцоололд гарсан алдаа нь усны молекул дахь устөрөгчийн атомын тоонд буруу итгэдэг байсантай холбоотой юм.

Түүний бодлоор хүчилтөрөгчийн атом бүрт нэг устөрөгчийн атом байдаг. Аммиак нь 20 хувь устөрөгч, 80 хувь азот агуулдаг гэсэн химич Остинийн мэдээллийг ашиглан азотын харьцангуй атом массыг тооцоолжээ. Энэ үр дүнд тэрээр сонирхолтой дүгнэлтэд хүрчээ. Харьцангуй атомын масс (аммиакийн томъёог устөрөгч, азотын нэг молекултай андуурч авсан) дөрөв байсан. Эрдэмтэн тооцоололдоо Менделеевийн үечилсэн системд тулгуурласан. Шинжилгээний дагуу тэрээр нүүрстөрөгчийн харьцангуй атомын массыг урьд өмнө хүлээн зөвшөөрөгдсөн арван хоёр биш харин 4.4 гэж тооцоолжээ.

Хэдийгээр ноцтой алдаа гаргасан ч зарим элементийн хүснэгтийг анх гаргасан хүн бол Далтон юм. Энэ нь эрдэмтний амьдралын туршид олон удаа өөрчлөгдсөн.

Бодисын изотопын бүрэлдэхүүн хэсэг нь атомын жингийн харьцангуй нарийвчлалд нөлөөлдөг

Элементүүдийн атомын массыг авч үзэхэд элемент бүрийн нарийвчлал өөр өөр байгааг анзаарах болно. Жишээлбэл, литийн хувьд дөрвөн оронтой, фторын хувьд найман оронтой байдаг.

Асуудал нь элемент бүрийн изотопын бүрэлдэхүүн хэсэг нь өөр бөгөөд тогтмол биш байдаг. Жишээлбэл, in энгийн усгурван төрлийн устөрөгчийн изотоп агуулдаг. Эдгээрт энгийн устөрөгчөөс гадна дейтерий, тритиум орно.

Устөрөгчийн изотопуудын харьцангуй атомын масс нь хоёр ба гурав байна. "Хүнд" ус (дейтерий ба тритиумаас үүссэн) амархан ууршдаг. Тиймээс уурын төлөвт усны изотоп нь шингэн төлөвтэй харьцуулахад цөөн байдаг.

Амьд организмын өөр өөр изотопыг сонгох чадвар

Амьд организм нь нүүрстөрөгчийг сонгох чадвартай байдаг. Бариулахын тулд органик молекулуудАрван хоёр атомын масстай нүүрстөрөгчийг ашигладаг. Тиймээс органик гаралтай бодисууд, түүнчлэн нүүрс, газрын тос зэрэг олон тооны ашигт малтмал нь органик бус материалаас бага изотопын агууламжтай байдаг.
Хүхрийг боловсруулж хуримтлуулдаг бичил биетүүд хүхрийн изотопыг үлдээдэг 32. Бактери боловсруулдаггүй хэсэгт хүхрийн изотопын эзлэх хувь 34, өөрөөр хэлбэл хамаагүй өндөр байдаг. Геологичид хөрсний чулуулгийн хүхрийн харьцааны үндсэн дээр давхаргын гарал үүслийн шинж чанар - энэ нь магматик эсвэл тунамал шинж чанартай эсэх талаар дүгнэлтэд хүрдэг.

Бүх химийн элементүүдээс зөвхөн нэг нь изотопгүй байдаг - фтор. Тиймээс түүний харьцангуй атомын масс нь бусад элементүүдээс илүү нарийвчлалтай байдаг.

Байгальд тогтворгүй бодис байгаа эсэх

Зарим элементүүдийн хувьд харьцангуй масс-д заасан дөрвөлжин хаалт. Таны харж байгаагаар эдгээр нь ураны дараа байрлах элементүүд юм. Баримт нь тэдгээрт тогтвортой изотоп, задрах шинж чанар байдаггүй цацраг идэвхт цацраг. Тиймээс хамгийн тогтвортой изотопыг хаалтанд тэмдэглэв.

Цаг хугацаа өнгөрөхөд тэдгээрийн заримаас хиймэл нөхцөлд тогтвортой изотоп авах боломжтой болох нь тодорхой болсон. Үелэх систем дэх зарим трансуран элементийн атомын массыг өөрчлөх шаардлагатай байв.

Шинэ изотопуудыг нийлэгжүүлж, тэдгээрийн ашиглалтын хугацааг хэмжих явцад хагас задралын хугацаа хэдэн сая дахин урт нуклидуудыг илрүүлэх боломжтой байв.

Шинжлэх ухаан зогсохгүй, шинэ элементүүд, хууль тогтоомж, харилцаа холбоо байнга нээгддэг янз бүрийн процессуудхими ба байгальд. Тиймээс ямар хэлбэрээр химийн болон үечилсэн хүснэгтИрээдүйд, зуун жилийн дараа болох Менделеевийн химийн элементүүд тодорхойгүй, тодорхойгүй байна. Гэхдээ өнгөрсөн зууны турш хуримтлагдсан химичүүдийн бүтээлүүд бидний хойч үеийнхэнд шинэ, илүү дэвшилтэт мэдлэгт үйлчилнэ гэдэгт би итгэхийг хүсч байна.

Зарим изотопын масс

Бид хүснэгтээс олдог. 26.1 ба 26.2 утгууд:

атомын масс 1 H 2: 2.01410 amu,

протоны масс: 1.00728 аму,

нейтроны масс: 1.00866 аму,

электрон масс: 0.00055 аму

Цөмийн масс 1 H 2 = (атомын масс 1 H 2) – (электрон масс) =

2.01410 – 0.00055 = 2.01355 аму;

(протоны масс + нейтроны масс) = 1.00728 + 1.00866 =

2.01594 ам

Таны харж байгаагаар 2.01594 > 2.01355!

Цөмийг бүрдүүлдэг нуклонуудын масс ба цөмийн өөрийн массын хоорондох ялгааг гэнэ. массын согог .

Асуудал 26.4.Массын согогийг тооцоолох, холбох энерги ба тодорхой энергигелийн цөмийн холбоо 2 He 4 (MeV-д).

Атомын масс нь цөмийн масс ба массын нийлбэр юм Зэлектронууд:

т а = Тби + Зм э Þ Т I = t a – Zm e.

Дараа нь үндсэн массын согог нь дараахтай тэнцүү байна.

Д Т = Zm p +(А-З)м н – (t a – Zm e) =

= З(м х + өөрөөр хэлбэл) + (А-З)м н – т а.

Устөрөгчийн атом 1 H 1 нь зөвхөн "протон + электрон" гэдгийг анхаарч үзээрэй. м х + өөрөөр хэлбэл = ТН, хаана Т H нь устөрөгчийн атомын масс 1 H 1 . Дараа нь массын согогийн томъёо нь дараах хэлбэртэй болно.

Д Т = Зм n + (А-З)м н – т а. (26.3)

(26.3) томъёог өөрт тохиолдсон тохиолдолд хэрэглэцгээе. З = 2, А= 4, бид олж авна

Д Т = 2м n + (4 – 2)м н – т а.

1 H 1 ба 2 He 4 устөрөгчийн атомын массыг хүснэгтэд үзүүлэв. 26.2, нейтроны массын утгыг хүснэгтэд үзүүлэв. 26.1. Томъёонд орлуулъя тоон утгуудмөн бид авдаг

Д Т= 2×1,00783 + (4 – 2)×1,00866 – 4,00260 » 0,03038 аму

1 аму гэдгийг санацгаая = (g) = кг.

Д-г орчуулъя Ткг хүртэл: D Т= 5.05×10 – 29 кг.

Одоо дараах томъёог ашиглан холболтын энергийг олъё.

Э sv = D ts 2 , (26.4)

Э St = 5.05×10 –29 кг × (3.0×10 8 м/с) 2 "4.55×10 –12 Ж.

Жоульыг электрон вольт болгон хөрвүүлье:

Э sv = эВ » 28.4 МэВ.

(26.2) томъёог ашиглан бид тусгай холболтын энергийг олно.

7.1 МэВ.

Хариулт:D Т» 0.03038 аму; Эгэрэл » 28.4 МэВ; Эцохилт » 7.1 МэВ.

ЗОГС! Өөрөө шийд: A5–A7, B6–B8.

Асуудал 26.5.Эрчим хүч ялгардаг эсвэл шингэдэг цөмийн урвал 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1?

Шийдэл. Асуудлын асуултанд хариулахын тулд энэ нь байгаа эсэхийг олж мэдэх шаардлагатай системийн массурвалын үр дүнд. Урвалын өмнөх атомын масс

Урвалын дараа атомын масс:

18,00696 > 18,00567.

Энэ нь эрчим хүч нэмэгдсэн гэсэн үг юм: Э 2 > Э 1, тиймээс урвал явагдахын тулд "гадаад" энерги нэмэгдэх ёстой. Мөн урвалын явцад энэ нэмэлт энерги шингээгдэх болно: энэ нь системийн массыг нэмэгдүүлэх болно.

Хариулт: Эрчим хүч шингэсэн.

ЗОГС! Өөрөө шийд: Асуулт 9.

Асуудал 26.6. 7 N 14 + 2 He 4 ® 8 O 17 + 1 H 1 цөмийн урвалд хэр их энерги шингээх вэ?

Шийдэл. Шингээсэн энерги нь системийн массыг нэмэгдүүлэхэд зарцуулсан энерги юм. E =Д ts 2 .

Утга D Түр дүнг ашиглан олж болно өмнөх даалгавар:

Д t = 18.00696 – 18.00567 » 1.29×10 –3 ам.

a.u.m гэж орчуулъя. килограммаар:

Д t = кг.

E =Д ts 2 = 2.14×10 –30 × (3.0×10 8 м/с) 2 » 1.93×10 –13 Ж.

Энэ энергийг электрон вольт болгон хувиргацгаая.

E = eV = 1.2 МэВ.

Хариулт: E =Д ts 2 » 1.2 МэВ.

ЗОГС! Өөрөө шийд: B10, C1, C2.

Асуудал 26.7.Хамгийн бага кинетик энергийг ол Вдейтерийн цөмийг протон ба нейтрон болгон "эвдэх" чадвартай протон руу.

Шийдэл.

Уншигч: Энэ бол энгийн: В k = D ts 2 хаана Д Т -Дейтерийн цөмийн массын согог.

Зохиогч: Үнэхээр тийм биш. Эцсийн эцэст, хуваагдлын "хэсэг" - протон ба нейтрон нь тодорхой хурдтай байх болно, энэ нь тэд байх болно гэсэн үг юм. кинетик энерги. Үүнээс гадна мөргөлдөөний дараа "орж ирж буй" протон тодорхой хурдтай байх болно.

Болъё анхны хурдпротон υ 0 . Цөмтэй харьцах үйл явцыг хоёр үе шатанд хувааж үзье: эхлээд цөм нь протоныг барьж, түүнтэй нэг бүхэл болж, дараа нь 2 протон, 1 нейтрон гэсэн гурван хэсэг болгон задалдаг.

Хүснэгт 1.1

Төрөл цацраг идэвхт задралцөм

M. Pfutzner, E. Badura нар. Давхар β задралын үзэгдлийг 1950 онд нээсэн.М.Инграм, Ж.Рэйнолдс нар 130Te-ийн задралын бүтээгдэхүүнээс 130Xe изотопыг нээсэн бөгөөд үүнийг 130Te изотопыг 130Xe изотоп болгон хувиргасантай холбон тайлбарлав. хоёр электрон ба хоёр антинейтрино нэгэн зэрэг ялгарах. Түүнээс хойш давхар β задралын үзэгдлийг судлах ажил тэдний нэг болсонүр дүнтэй аргууд

нейтриногийн шинж чанарыг судлах, Стандарт загварыг турших.

Атомын цөмийн N-Z диаграмм ЗОдоогийн байдлаар протоны тооны янз бүрийн хослолыг төлөөлдөг ~3500 атомын цөм мэдэгдэж байна Нба нейтронууд

• . Одоо байгаа тооцоогоор атомын цөмийн тоо ~7000 байж болно. Атомын цөмийг хоёр том бүлэгт хуваадаг -
• тогтвортой цөм,

цацраг идэвхт цөм. -ааснийт тоо
~3500 мэдэгдэж байгаа атомын цөм ~350 цөм тогтвортой байна.Изотопууд
− ижил тооны протон (Z = const) ба өөр тооны нейтронтой атомын цөмүүд.Изотонууд - атомын цөмтэйижил тоо
нейтрон (N = const) ба өөр өөр тооны протон.Изобарууд − ижил массын дугаартай атомын цөмүүд (A = Z + N) баөөр өөр тоо

нейтрон ба протон. Цагаан будаа. 1.1. N-Z диаграм

атомын цөмүүд.

Хүснэгт 1.2

Хүснэгт 1.2-т илэрсэн бүх химийн элементийн илэрсэн изотопын серийн дугаар, тэмдэг, нэр, хамгийн бага ба хамгийн их массын тоог харуулав. Химийн элементүүд-тай З= 113-118 нэрийг хараахан өгөөгүй байна.
Зураг дээр. Зураг 1.1-д атомын цөмийн N-Z диаграммыг үзүүлэв. Хар цэгүүд нь тогтвортой цөмийг илтгэнэ. Тогтвортой цөмүүд байрладаг бүс нутгийг ихэвчлэн тогтвортой байдлын хөндий гэж нэрлэдэг. Тогтвортой байдлын хөндийн цөмүүд нь нейтроны тоо N ба протоны Z тоогоор дараах харьцаагаар тодорхойлогддог.

N/Z = 0/98 + 0/015A 2/3,

Энд A = N + Z нь массын тоо юм.
Хөнгөн тогтвортой цөмүүд (А< 40) имеют приблизительно равные числа нейтронов и протонов. В области более тяжелых ядер отношение числа нейтронов к числу протонов начинает возрастать и достигает величины 1.6 в районе A = 250. Это изменение легко понять, если учесть короткодействующий характер цөмийн хүчнүүдболон өсөн нэмэгдэж буй үүрэг Кулоны харилцан үйлчлэлЦөм дэх массын тоо нэмэгдэж байгаа протонууд A. Хүнд цөмд Z протоны тоотой харьцуулахад N олон тооны нейтрон агуулагдаж байвал энерги нь илүү тогтвортой байдаг. Хамгийн хүнд тогтвортой цөм нь хар тугалга 206, 207, 208 Pb (Z) изотопууд юм. = 82) ба висмут 209 Bi (Z = 83). Атомын цөмийн тогтвортой байдал нь түүний хагас задралын хугацаанд тодорхойлогддог. Хэд хэдэн тогтвортой байдлын хөндийн цөмийг тогтвортой гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь үнэндээ маш урт хагас задралын хугацаатайгаар муудаж, ихэвчлэн Ертөнцийн t = 13.7·10 9 жилээс илүү байдаг. Жишээ нь тогтвортой изотоп гэж тооцогддог 100 Mo, 76 Ge изотопууд боловч давхар β задралын үр дүнд үүссэн хагас задралын хугацааг одоогоор хэмждэг.

T 1/2 (100 Mo → 100 Ru + 2e - + 2) = (7.6±0.4) 10 18 жил,
T 1/2 (76 Ge → 76 Se + 2e - + 2) = (1.5±0.1) 10 21 жил,

Тогтвортой гэж тооцогддог, гэхдээ α задралтай харьцуулахад эерэг энергитэй зарим тэгш, бүр хүнд цөм Z = 64-78 тохиолдолд ижил төстэй нөхцөл байдал үүсдэг. Тэдгээрийг тогтвортой цөм гэж ангилдаг, жишээлбэл, изотопууд 176-179 72 Hf. Тогтвортой цөмийн зүүн талд протоноор хэт ачаалалтай цөмүүд (протоноор баялаг цөмүүд), баруун талд - нейтроноор хэт ачаалалтай цөмүүд (нейтроноор баялаг цөм) байдаг. Харанхуй өнгөЗураг дээр. 1.1-д одоо олдсон атомын цөмүүдийг онцлон харуулав. Үндэслэн янз бүрийн загваруудатомын цөмийн нийт тоо ~7000 байж магадгүй гэж үздэг.
Холбоотой төлөвАтомын цөм нь нейтрон эсвэл протон ялгаралтын хувьд тогтвортой төлөв гэж тодорхойлогддог. B p = 0 (B p нь протоныг тусгаарлах энерги) шугам нь зүүн талын атомын цөмүүдийн оршин тогтнох бүсийг хязгаарладаг (протоны дуслын шугам). B шугам n = 0 (B n – нейтрон тусгаарлах энерги) – баруун талд (нейтрон дуслын шугам). Эдгээр хил хязгаараас гадна атомын цөмүүд нь тодорхой шинж чанартай ялзардаг тул оршин тогтнох боломжгүй юм. цөмийн цаг(~ 10 -22 сек) нэг буюу хэд хэдэн нуклон ялгаруулдаг. Хэрэв цөмийн дундаж наслалт τ бол< 10 -22 c, обычно считается, что ядро не существует, т.к. за это время не успевает образоваться структура характерная для данного ядра. Обычно считается, что времена жизни радио­актив­ных ядер τ >10-16 цаг Нуклоны ялгаралтаас үүдэлтэй цөмийн ашиглалтын хугацаа, 10 -23 сек< τ < 10 -16 c. Ядра, имеющие такие времена жизни, обычно наблюдаются в виде резонансов в сечениях ядерных реакций. Среднее время жизни ядра τ и ширина резонанса Г связаны соотношением

τ = ћ/ Г, τ[c] = 6.6·10 -22 /Г[МеВ].

Нуклон ялгаралтын хил хязгаарыг тооцоолох нь нэлээд хэцүү байдаг, учир нь бөөмүүдийн холболтын энергийг (хэдэн зуун кеВ) мэдэж байгаа нарийвчлал нь цөм нь цацраг идэвхт байх уу, эсвэл нуклон ялгарах үед задрах уу гэдгийг тодорхойлоход хангалтгүй юм.
Тиймээс атомын цөмийн оршин тогтнох хил хязгаарыг урьдчилан таамаглах нарийвчлал нь 4-5 нэгж байна. А. Юуны өмнө энэ нь нейтроны ялгаралтын хувьд тогтворгүй атомын цөмүүд байрладаг хил хязгаарт хамаарна.
Баруун талд дээд булан N–Z диаграмм нь хэт хүнд атомын цөмийн одоогоор эрчимтэй судлагдсан бүс нутгийг харуулж байна. Z = 109÷118 хэмжээтэй хэт хүнд атомын цөмийг судлахад цөмийн энэ бүсэд цөмийн бүрхүүл тогтворжилтыг нэмэгдүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулсан. Онолын тооцоо болон саяхан олж авсан туршилтын өгөгдлүүдийн хооронд нэлээд сайн тохирч байгаа нь Z = 110÷116, N = 178÷186 бүсэд тогтвортой байдлын арал байгааг таамаглах боломжийг бидэнд олгодог. Тогтвортой байдлын арлын цөм нь α ба β задрал, аяндаа задралын хувьд тогтвортой байх ёстой. Тогтвортой байдлын арлын төвд байрлах бөөмүүдийн амьдрах хугацаа ~10 5 жил байж болохыг онолын тооцоо харуулж байна. Тогтвортой байдлын арал руу нэвтрэхэд хүндрэлтэй байгаа нь тохирох цөмүүдийн хослолыг сонгоход хэцүү байдаг бөгөөд тэдгээрийг бай болон ослын бөөмс болгон ашиглах нь тогтвортой байдлын арлын төвд орох боломжийг олгодог.

Үл хөдлөх хөрөнгө чөлөөт нейтронба протон

Цацраг идэвхит

Цацраг идэвхит байдал гэдэг нь атомын цөм бөөмс ялгаруулах замаар аяндаа задрах чадварыг хэлнэ.
Цөмийн цацраг идэвхт задрал нь энергийн хувьд таатай үед боломжтой, өөрөөр хэлбэл. энерги ялгарах дагалддаг. Үүний нөхцөл нь анхны цөмийн M масс нь задралын бүтээгдэхүүний m i массын нийлбэрээс их байх явдал юм.

Энэ нөхцөл зайлшгүй шаардлагатай боловч үргэлж хангалттай байдаггүй. Цацраг идэвхт задралыг хадгалалтын бусад хуулиар хориглож болно - өнцгийн импульс хадгалах, цахилгаан цэнэг, барион цэнэг болон бусад.
Цацраг идэвхт задрал нь цацраг идэвхт изотопын ашиглалтын хугацаа, ялгарах бөөмсийн төрөл, тэдгээрийн эрч хүчээр тодорхойлогддог.
Цацраг идэвхт задралын үндсэн төрлүүд нь:

α-задрал - ялгаралт атомын цөмα-бөөмс;

• β задрал - атомын цөмөөс электрон ба антинейтрино, позитрон ба нейтрино ялгарах, цөмд баригдах. атомын электроннейтрино ялгаруулалттай;

γ-задрал – атомын цөмөөс γ-квантын ялгаралт;

• аяндаа хуваагдал- атомын цөмийг харьцуулж болохуйц масстай хоёр буюу гурван хэсэг болгон задлах.

Цацраг идэвхт задралын ховор төрөлд:

• давхар β задрал - атомын цөмөөс хоёр электрон, хоёр антинейтрино ялгаруулах, атомын цөмөөс хоёр позитрон ба хоёр нейтрино ялгаруулах, позитрон ба хоёр нейтрино ялгаруулах замаар атомын цөмд электрон барих,
• бөөгнөрөл цацраг идэвхт байдал - атомын цөмөөс 12 С-аас 32 S хүртэл хөнгөн цөмийн ялгаралт;
• протоны цацраг идэвхт байдал - цөмийн үндсэн төлөвөөс протон ялгаруулах;
• хоёр протоны цацраг идэвхт байдал - цөмийн үндсэн төлөвөөс хоёр протон ялгарах,
• нейтроны цацраг идэвхт байдал - цөмийн үндсэн төлөвөөс нейтроны ялгаралт.

Бүх төрлийн цацраг идэвхт задралд (γ-ялзралаас бусад) цөмийн найрлага өөрчлөгддөг - протоны тоо Z, массын тоо A, эсвэл хоёулаа.
Цацраг идэвхт задралын шинж чанарт задралыг үүсгэдэг харилцан үйлчлэл ихээхэн нөлөөлдөг. α-ялзрал нь үүснэ хүчтэй харилцан үйлчлэл. β задрал нь сул харилцан үйлчлэлээс, гамма задрал нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг.
Байдаг янз бүрийн шалтгаанууд, үүнээс болж тогтворгүй цөмүүдийн амьдрах хугацаа хэд хэдэн дарааллаар өөрчлөгдөж болно.

• Ялзрал үүсдэг тул харилцан үйлчлэлийн эрч хүч бага.
• Хүнд эерэг цэнэгтэй бөөмсийн ялгаралт нь боломжит саадаар хүчтэй дарагддаг.
• Цацраг идэвхит цөмийн амьдралын хугацаа нь задралын үед ялгарах энергиээс ихээхэн хамаардаг. Хэрэв энэ энерги бага байвал амьдралын хугацаа огцом нэмэгддэг. α задрал ба сул харилцан үйлчлэл нь Q задралын энергиээс хүчтэй хамааралтайгаар тодорхойлогддог.
• Цацраг идэвхт цөмийн ашиглалтын хугацаа нь эхний болон эцсийн цөмийн эргэлтүүдийн ялгаанаас ихээхэн хамаардаг.

Цацраг идэвхт задралын хурдыг (магадлал) тодорхойлохын тулд харилцан хамааралтай гурван хэмжигдэхүүнийг ашигладаг - задралын тогтмол λ, дундаж ашиглалтын хугацаа τ, хагас задралын хугацаа T 1/2.

Цацраг идэвхт задралын хууль

Ялзрал тогтмол λ нь цаг хугацааны нэгж дэх цөмийн задралын магадлал юм. Хэрэв t үеийн дээж нь N-г агуулна цацраг идэвхт цөм, тэгвэл dt хугацаанд задарсан цөмийн тоо dN нь Nλ ба dt хугацааны интервалтай пропорциональ байна:

"-" тэмдэг нь задралын үр дүнд дээж дэх цацраг идэвхт бөөмийн тоо буурдаг гэсэн үг юм.
Цацраг идэвхт задралын хууль дараах хэлбэртэй байна.

N(t) = N 0 e −λt ,

Энд N 0 нь дээж дэх анхны t = 0 дахь цацраг идэвхт цөмийн тоо, N(t) нь цацраг идэвхт цөмийн тоо, салаагүй t үед түүвэрт.
Амьдралын дундаж хугацаа τ:

.

Хагас амьдрал T 1/2 - цацраг идэвхт цөмийн анхны тоо хоёр дахин буурах хугацаа:

T 1/2 = ln2/λ=0.693/λ = τln2.

Эх сурвалжийн үйл ажиллагаа

I эх үүсвэрийн идэвхжил нь нэгж хугацаанд эх цөмийн задралын дундаж тоо юм.

Үйл ажиллагааны нэгжийг задралын бүтээгдэхүүнтэй тэнцвэрт байдалд байгаа 1 г радиумд 1 секундын дотор үүсэх задралын тоог авна. Энэ үйл ажиллагааны нэгжийг “Кюри” гэж нэрлэдэг бөгөөд секундэд 3.7·10 10 задралтай тэнцүү байна. SI үйл ажиллагааны нэгж нь Беккерел бөгөөд секундэд 1 задралтай тэнцүү байна.

1 Кюри = секундэд 3.7 10 10 задрал.
1 Беккерел = секундэд 1 задрал.
1 Кюри = 3.7 10 10 Беккерел.

I(t) эх үүсвэрийн идэвхийг хэмжих замаар задралын тогтмол λ-ийг тодорхойлж болно. Бага хэмжээний задралын тогтмол ба үүний дагуу хагас задралын хугацаатай изотопуудын хувьд (1.1) хамаарлыг ашиглана. Энэ тохиолдолд N цөмийн тоо хэмжилтийн явцад бараг өөрчлөгддөггүй бөгөөд масс спектрометрийн аргаар тодорхойлж болно. Их хэмжээний задралын тогтмолтой изотопуудын хувьд хамаарлыг ашиглана

I(t) = I 0 e −λt .

Хэрэв бид I(t)-ийн эх үүсвэрийн идэвхжилийн t хугацаанаас хамаарах хамаарлыг ln I(t) хагас логарифмын масштабаар зурвал шулуун шугамын t тэнхлэгт φ хазайх өнцөг нь λ-ийн утгыг тодорхойлно.

Цагаан будаа. 1.2. Хагас логарифмын масштабаар цацраг идэвхт эмийн задралын график. Хатуу шугам нь цацраг идэвхт задралын I(t) = I 0 e −λt хуультай тохирч байна.

Дээрх нь нэг задралын сувагтай нэг изотопод хамаарна. Үйл ажиллагааны цаг хугацааны хамаарлыг хоёр ба түүнээс дээш экспоненциалын нийлбэрээр илэрхийлж болно, өөрөөр хэлбэл.

Сүүлийнх нь эх үүсвэр нь өөр өөр хагас задралын хугацаатай хэд хэдэн цацраг идэвхт изотопуудыг агуулдаг болохыг харуулж байна. Энэ тохиолдолд цацраг идэвхт элемент бүрийн задрал нь бие даасан байдлаар явагддаг.
тохиолдолд цацраг идэвхт эмдараалсан задралын гинжин хэлхээгээр өөр хоорондоо холбоогүй хоёр өөр цацраг идэвхт изотопыг агуулдаг

Хэрэв изотопуудын хагас задралын хугацаа λ 1 >> λ 2 их ялгаатай ба изотоп бүрийн цацраг идэвхт цөмийн анхны тоо харьцуулах боломжтой бол бага t үед хамаарал байна.

log(−dI/dt) ≈ log(N 1 λ 1).

Томоохондоо т

ln(−dI/dt) ≈ ln(N 2 λ 2).

Зураг дээр. Зураг 1.3-т өөр өөр задралын тогтмол λ 1 ба λ 2 бүхий хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэх эх үүсвэрийн үйл ажиллагааны хугацааны өөрчлөлтийг хагас логарифм масштабаар үзүүлэв.

Зураг.1.3. Дараалсан задралын гинжин хэлхээгээр өөр хоорондоо холбоогүй хоёр изотопоос бүрдэх эх үүсвэрийн дундаж идэвхжилийн цаг хугацааны өөрчлөлт. Эдгээр шулуун шугамын налуугийн φ 1 ба φ 2 өнцгийн тангенсууд нь λ 1 ба λ 2 задралын тогтмолуудтай тэнцүү байна, өөрөөр хэлбэл. tgφ 1 = λ 1, tgφ 2 = λ 2.

Цацраг идэвхт изотопууд генетикийн хувьд хамааралгүй тохиолдолд л (1.2) хамаарал хүчинтэй байна. Ихэнхдээ I цөмийн цацраг идэвхт задралын үр дүнд үүссэн II цөм нь мөн цацраг идэвхт бөгөөд задралын өөр тогтмол λ 2 байдаг. Хэд хэдэн тохиолдолд цацраг идэвхт цөмийн ийм дараалсан өөрчлөлт нь үүсэхэд хүргэдэг их тооянз бүрийн цацраг идэвхт изотопууд (Зураг 1.4). Энэ тохиолдолд эх үүсвэрийн үйл ажиллагааны цаг хугацааны хамаарал нь илүү төвөгтэй байх болно.

Цагаан будаа. 1.4. Дараалсан β - задралын гинж изобар цөмийн A = 92.

N 1 (t) → N 2 (t) → N 3 (t) гэсэн хоёр дараалсан задралын хувьд N 1 (t) бөөмийн тоо, N 2 (t) цөмийн тооны өөрчлөлтийг дараах системээр тодорхойлно. тэгшитгэл

Тэдний задралын улмаас N 1 (t) бөөмийн тоо буурдаг. N 2 (t) бөөмийн тоо задралын улмаас буурч, N 1 бөөмийн задралын улмаас нэмэгддэг.
тохиолдолд анхны нөхцөл t = 0, N 1 (0) = N 10, N 2 (0) = 0 тэгшитгэлийн системийн шийдэл (1.3) хэлбэртэй байна.

Хэрэв λ 1 > λ 2 бол задралын муруй нь хагас задралын хугацаа нь өөр өөр хоёр изотопын бие даасан задралтай ижил хэлбэртэй байна. Хэрэв λ 1< λ 2 , кривая логарифма активности будет иметь максимум (рис. 1.5). Подъём на эхний хэсэг N 2 бөөмийн хуримтлалаас үүдэлтэй. Удаан хугацааны туршид (λ 1 t >> 1) λ 1-тэй экспоненциалаас үзүүлэх хувь нэмэр үл тоомсорлож, цацраг идэвхт тэнцвэрт байдал үүсч, үйл ажиллагааг харьцуулж, N 1 ба N 2 тоонуудын хоорондын хамаарал цаг хугацаанаас хамааралгүй болдог.

N 1 /N 2 = λ 2 /λ 1.

Цагаан будаа. 1.5. N 1 (t) → N 2 (t) → N 3 (t) үед задралын гинжин хэлхээний үйл ажиллагааны логарифмын t-ээс хамаарах хамаарал.
λ 1< λ 2 .

Хэд хэдэн задралын сувагтай 36 Cl ба 212 Bi изотопуудын задрал.

36 Cl изотоп нь гурван өөр сувгаар задардаг.

• β - - задрал 98.1% магадлалтай
• β+ задрал 1.9% магадлалтай
• 0.001% магадлалтай цахим зураг авалт

212Bi изотоп нь хоёр өөр сувгаар задардаг.

• β - 64% магадлалтай ялзрал
• α задрал 36% магадлалтай

Дэлхийн тэнцвэр

Хэд хэдэн дараалсан задралын үед

N 1 (t) → N 2 (t) → N 3 (t) → ...,

N 1 цөмийн хагас задралын хугацаа бусад цөмийн хагас задралын хугацаанаас хол давсан үед

T 1/2 (N 1) >> T 1/2 (N 2), T 1/2 (N 3),...

өөр өөр изотопуудын цөмийн тоо нь харилцан хамаарлаар харилцан хамааралтай байдаг

N 1 (t) : N 2 (t) : N 3 (t) : ... = T 1/2 (N 1) : T 1/2 (N 2) : T 1/2 (N 3) : . ..

Энэ төлөвийг иргэний тэнцвэрт байдал гэж нэрлэдэг.
Ихэнхдээ цацраг идэвхт изотопжишээлбэл, 36 Cl изотопын задралын нэгэн адил хэд хэдэн өөр задралын сувагтай байж болно. 36 Cl изотоп нь β - задралын үр дүнд 98.1%, β + задралын үр дүнд 1.9% магадлалтайгаар задрах магадлал 0.001% байна. Энэ тохиолдолд нийт магадлал decay λ нь янз бүрийн сувгаар ялзрах магадлалаас бүрдэнэ

λ = λ 1 + λ 2 + λ 3.

Харьцангуй магадлал i сувгийн дагуу ω i-ийн задралыг ω i = λ i /λ хамаарлаар тодорхойлно.
Хэрэв хэмжилтийн явцад изотопын цөмийн тоо бага зэрэг өөрчлөгддөг бол I эх үүсвэрийн идэвхжил ба I 1, I 2, I 3 суваг дахь задралын хэсэгчилсэн эрчмүүд нь харилцан хамааралтай байна.

I = λN = I 1 + I 2 + I 3 = λ 1 N + λ 2 N + λ 3 N,

Энэ тохиолдолд харилцаа биелнэ

I 1: I 2: I 3 = λ 1: λ 2: λ 3.

Хэрэв изотопын эрч хүч цаг хугацааны явцад буурч байвал I i бие даасан суваг дахь задралын эрчмийг хамаарлаар тодорхойлно.

I i (t) = λ i N(t) = λ i N(0)e −λt ,

тэдгээр. i I i (t) сувгийн дагуух задралын эрчмийн өөрчлөлтийг λ-ийн утгаар тодорхойлно. T i = ln2/λ i хэмжигдэхүүнийг хагас задралын хугацаа гэнэ.

Изотопын идэвхжүүлэлт

Идэвхжүүлэх нь хүлээн авах үйл явц юм цацраг идэвхт бодисТогтвортой цөмийг нейтрон, протон болон бусад төрлийн цацрагаар цацруулах үед. Идэвхжүүлсэн цөмийн тоо нь зорилтот атомын тоо, цацрагийн хугацаа, судалж буй изотоп үүсэх цөмийн урвалын үр дүнтэй хөндлөн огтлолоос хамаарна.
Үр дүнтэй хөндлөн огтлол σ Зарим үйл явц нь бөөмийн цөмтэй харилцан үйлчлэх магадлалыг тодорхойлдог бөгөөд үйл явдлын тооны харьцаагаар тодорхойлогддог. энэ төрлийнзорилтот цөмд нэгж хугацаанд, зорилтот хэсгийн нэгж гадаргуугаар дамжин тохиолдох бөөмсийн урсгал хүртэл. Хэрэв n цөм агуулсан материйн давхарга ν-тэй огтлолцвол бөөмс/см 2 сек, тэгвэл нэгж хугацаанд тэдгээрийн үүсгэсэн харилцан үйлчлэлийн тоо m тэнцүү байх болно.

Амбаарт үр дүнтэй хөндлөн огтлолыг хэмждэг. 1 b = 10 -24 см 2.
n бөөм агуулсан дээжинд ν бөөмс/см 2 сек-ийн урсгал унаж, цацраг идэвхт цөм үүсэх үед туссан бөөмсийг барих үр дүнтэй хөндлөн огтлол нь σ-тэй тэнцүү байг. Дараа нь секундэд дээжинд νnσ цацраг идэвхт цөм үүсдэг. Идэвхжүүлэлтийн явцад шинээр үүссэн цөмүүдийн зарим нь задардаг гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. dt хугацааны туршид νnσdt цөмүүд үүсч, λNdt задрах ба N нь t хугацаанд хуримтлагдсан идэвхжсэн цөмийн тоо юм. Үүний үр дүнд цацраг идэвхт цөмийн тооны өөрчлөлтийг хамаарлаар дүрсэлдэг

dN = νnσdt − λNdt, эсвэл
dN/dt = νnσ − λN.

Идэвхжүүлэх хугацаа их байх үед t > 1/λ цацраг идэвхт цөмийн тоо нэмэгдэх нь бараг зогсдог (dN/dt → 0). Энэ нь үүссэн цацраг идэвхт цөмийн тоо нь ялзарч буй цөмийн тоотой бараг тэнцүү байх үед тохиолддог. цацраг идэвхт цөмийн тоо N(t) → N n = νnσ/λ байх үед.

Nn хэмжигдэхүүнийг нэрлэдэг ханасан байдлыг идэвхжүүлэх .
Идэвхжүүлэлтийн N(t)-ийн цацрагийн хугацаанаас хамаарах хамаарал нь t хэлбэртэй байна

N(t) = N n (1 − e −λt).

Цагаан будаа. 1.6. Дээжийг идэвхжүүлэх хугацаанаас хамаарах байдал.

Дээжийг идэвхжүүлэх хугацаанаас хамаарах хамаарлыг Зураг дээр үзүүлэв. 1.6. Бараг ханалт нь 4-5 хагас задралын хугацаатай тэнцэх цацрагийн хугацаанд хүрдэг. t-д<< T распадом можно пренебречь. В этом случае N(t) = νnσt, өөрөөр хэлбэл, цацрагийн эхэн үед цацраг идэвхт цөмийн тоо цаг хугацааны явцад шугаман нэмэгддэг.
Нейтроныг ихэвчлэн цацраг идэвхт изотопыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг, учир нь тэдгээрт цөмөөс электростатик түлхэх хүч байдаггүй. 1935 онд Ферми нейтроны эх үүсвэр болон цацрагийн объектыг парафин гэх мэт устөрөгч агуулсан бодисоор хүрээлүүлбэл өдөөгдсөн цацраг идэвхжил олон дахин нэмэгддэг болохыг олж мэдсэн.
Энэ нь нейтронууд ижил масстай протонтой мөргөлдөхдөө эрчим хүчээ хурдан алдаж, дулааны хурдаар орчинд тархдагтай холбоотой юм. Дулааны нейтроныг атомын цөмд барьж авах магадлал нь тэдний хурдтай урвуу пропорциональ байна.ба хамгийн дээд утгад хүрнэ. Нэмж дурдахад, дулааны нейтронууд нь парафин дахь олон тооны мөргөлдөөнийг мэдэрдэг бөгөөд эмх замбараагүй хөдөлж, цацрагийн байг хэд хэдэн удаа давж чаддаг.
Дулааны нейтроныг массын дугаар А-тай цөмд барьж авбал өдөөгдсөн төлөвт байгаа A+1 цөм болох “нийлмэл” үүснэ. А+1 цөм дэх нейтроныг холбох энергитэй тэнцэх илүүдэл энерги (5–8 МэВ) γ квант хэлбэрээр ялгарч болно. Ийм урвалыг нэрлэдэг цацрагийг барих нейтрон. Тэдгээрийг ерөнхий хэлбэрээр танилцуулж болно

Энд B нь анхны цөм, C* ба C нь өдөөгдсөн болон үндсэн төлөвт байгаа бүтээгдэхүүний цөм юм.

Цацраг идэвхт цөмийн цацрагууд

Цацраг идэвхт цөмийн цацрагийг олж авахад хоёр үндсэн аргыг ашигладаг. Эдгээр хоёр арга нь бие биенээ нөхөж, бие махбодийн тодорхой асуудлаас хамааран ашиглаж болно.
ISOL болон IN-FLIGHT аргуудын харьцуулалтыг Зураг дээр үзүүлэв. 1.7.

Цагаан будаа. 1.7. Хоёрдогч дам нурууг олж авах, салгах аргуудын харьцуулалт
ISOL болон НИСЛЭГТ.

Явах урвалаар үүссэн цацраг идэвхт нейтроноор баялаг цөмийн цацрагийг эрчимтэй нейтроны эх үүсвэр буюу цөмийн реактор эсвэл түргэвчилсэн дейтерон ашиглан үүсгэж болно.

ISOL арга(Iсотоп Стусгаарлах О n Лин).

Энэ арга нь хатуу, шингэн эсвэл хийн орчинд дулааны хурдны ион үүсэхэд суурилдаг; олборлолт, салгах, иончлох, дараа нь туршилтанд шаардагдах энергийн хурдатгал.
Зузаан байг түргэвчилсэн туяагаар бөмбөгдсөний үр дүнд түүний дотор Z ба А өргөн хүрээтэй цацраг идэвхт цөмүүд үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь зорилтот материалд үлддэг. Үүний дараа үүссэн цөмийг зорилтот газраас зайлуулна. Зорилтот хэмжээнээс гаргаж авсны дараа ионуудыг масс тусгаарлагч (Изотоп тусгаарлагч) ашиглан ялгаж, бага энерги (10-500 кеВ) эсвэл хоёр дахь хурдасгуурт хурдасгах нарийвчлалтай туршилтанд ашиглаж болно. Тиймээс ISOL арга нь хурдасгуурын хоёр системийг ашигладаг. Нэг нь анхдагч цацрагийг (Драйверын хурдасгуур) хүлээн авч, зузаан зорилтот хэсэгт хоёрдогч бөөмс үүсгэх, хоёр дахь нь (Post Accelerator) хоёрдогч бөөмсийг хурдасгахад зориулагдсан. Хоёр дахь хурдасгуур нь физик судалгаанд шаардлагатай цацраг идэвхт цөмийн цацрагийн энергийг өгдөг.
ISOL арга нь 25 МэВ/нуклон хүртэл энергитэй өндөр эрчимтэй хоёрдогч бөөмийн цацраг үүсгэдэг. Цацраг идэвхт цөмийг үүссэн байгаас гаргаж авах хугацаа, хоёрдогч цацрагийн хурдасгуур руу тээвэрлэх хугацаа нь энэ аргаар судалж болох чамин цөмүүдийн амьдрах хугацааг тодорхойлдог.

Нислэгийн арга(зорилтот дээр түргэвчилсэн ионуудыг хуваах арга)

Нислэгийн арга нь 100 нс-ийн ашиглалтын хугацаатай богино хугацааны изотопын хоёрдогч цацрагийг авахад оновчтой юм.
Энэ аргын хувьд хүнд цэнэгтэй бөөмийг хөнгөн зорилтот цөмтэй захын мөргөлдөөнд цацраг идэвхт бөөмийн цацрагийг гаргаж авдаг бөгөөд дараа нь тэдгээрийг тусгаарлах замаар ялгадаг. ЗТэгээд Ахуваагдмал бүтээгдэхүүн. Анхдагч цацраг нь 50 МэВ/нуклоноос 1 ГэВ/нуклон хүртэлх энергитэй. Мөргөлдөөний үр дүнд үүссэн цацраг идэвхт фрагментууд нь унах бөөмийн хурдаас ~0.9-1.0 хурдтайгаар унах бөөмийн чиглэлд голчлон урагшаа нисдэг. Энэ арга нь цацраг идэвхт цацраг үүсгэхийн тулд нимгэн бай ашигладаг. Богино хугацааны изотопуудын хувьд Нислэгийн аргын хоёрдогч цацрагийн эрчим нь ISOL аргаар олж авсан цацрагийн эрчмээс давж болно.
Цахилгаан соронзон тусгаарлагч (Fragment Separator) нь изотопуудыг салгаж, тодорхой изотопуудыг тусгаарлахад ашигладаг. Сепараторын гаралтын хэсгүүдийн цацрагийг туршилтанд шууд ашиглаж болно, эсвэл хийн орчинд (хийн ион-stopper) удаашруулсны дараа Au Z-ийн дагуу тусдаа цацрагт хувааж, дахин хурдасгах боломжтой (Postaccelerator) хурдасгасан цацраг идэвхт туяагаар туршилт хийх.

Цацраг идэвхт цөмийг бүртгэх арга

Цацраг идэвхт бодисын судалгааны ахиц дэвшил нь цацраг идэвхт цөм, цацрагийг олж авах, бүртгэх аргыг боловсруулахтай ихээхэн холбоотой юм. Цацраг идэвхит үзэгдлийг гэрэл зургийн хавтан дээрх цацрагт өртсөний үр дүнд илрүүлсэн. Цайрын сульфидээр бүрсэн дэлгэц дээр α-бөөмүүд тусах үед үүссэн гэрлийн гялбааг бүртгэх нь Г.Гейгер, Э.Мардсен нар алтны атомуудаар α-бөөмийн тархалтыг судлах детекторын үндэс болсон.
Аливаа туршилтын мэдээллийн агуулгыг түүнд ашигладаг детекторын чадвараар тодорхойлдог. Цөмийн болон бөөмийн физикийн түүх нь үндсэндээ бөөмсийг илрүүлэх шинэ аргуудыг бий болгож, хуучин аргуудыг сайжруулсан түүх юм. Бөөмүүдийг илрүүлэх шинэ аргыг бий болгосон нь Нобелийн шагналыг удаа дараа хүртсэн.
Илрүүлэгч нь бөөмсийг бүртгэх, тэдгээрийн энерги, импульс, бөөмийн траектор болон бусад шинж чанарыг тодорхойлоход хоёуланд нь үйлчилдэг. Бөөмүүдийг бүртгэхийн тулд тодорхой бөөмсийг илрүүлэхэд хамгийн их мэдрэмтгий байдаг бөгөөд бусад бөөмсийн үүсгэсэн том дэвсгэрийг мэдэрдэггүй детекторуудыг ихэвчлэн ашигладаг.
Ихэнхдээ туршилт хийхдээ "шаардлагатай" үйл явдлуудыг олон тэрбум дахин том "гадны" үйл явдлуудын асар том дэвсгэрээс тусгаарлах шаардлагатай байдаг. Үүнийг хийхийн тулд тоолуур болон бүртгэлийн аргуудын янз бүрийн хослолыг ашигладаг, янз бүрийн детектороор бүртгэгдсэн үйл явдлуудын хооронд давхцах эсвэл эсрэг давхцлын схемийг ашигладаг, дохионы далайц, хэлбэрийг үндэслэн үйл явдлыг сонгох гэх мэт. детекторуудын хооронд тодорхой зайд нисэх хугацаа, соронзон шинжилгээ болон өөр өөр хэсгүүдийг найдвартай тусгаарлах боломжийг олгодог бусад аргууд.
Бөөмийн бүртгэлийн нэг зарчим нь дараах байдалтай байна. Төвийг сахисан мэдрэгч орчинд (хий, шингэн, хатуу, аморф эсвэл талст) хөдөлж буй цэнэглэгдсэн бөөмс нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн үр дүнд орчны атомуудын иончлол, өдөөлтийг үүсгэдэг. Ийнхүү бөөмийн зам дагуу чөлөөт цэнэг (электрон ба ион) болон өдөөгдсөн атомууд гарч ирдэг. Хэрэв орчин нь цахилгаан талбарт байгаа бол түүний дотор цахилгаан гүйдэл үүсдэг бөгөөд энэ нь богино цахилгаан импульс хэлбэрээр бичигддэг. Энэ зарчмыг ашигладаг илрүүлэгч гэж нэрлэдэг ионжуулалт.
Өдөөгдсөн атомууд үндсэн төлөв рүү буцаж ирэхэд фотонууд ялгардаг бөгөөд үүнийг харагдахуйц эсвэл хэт ягаан туяаны бүсэд оптик гялалзах хэлбэрээр илрүүлж болно. Энэ зарчмыг энд ашигладаг сцинтилляци мэдрэгч .
Тодорхой нөхцөлд нисдэг цэнэгтэй бөөмийн траекторийг харагдахуйц болгож болно. Энэ аргыг гэж нэрлэгддэг зүйлд хэрэгжүүлдэг зам илрүүлэгч .
Гамма квантуудыг фотоэлектрик эффект, Комптон эффект, электрон-позитрон хос үүсгэх зэргээс шалтгаалан орчинд үүсдэг электрон ба позитрон гэсэн хоёрдогч цэнэгтэй бөөмсүүдээр илрүүлдэг.
Урвалын үр дүнд үүссэн нейтрино нь орчинтой (≈ 10 -20 амбаар) харилцан үйлчлэлийн маш бага хөндлөн огтлолын улмаас ихэнх тохиолдолд детектороор огт бүртгэгддэггүй. Гэсэн хэдий ч түүний гадаад төрх байдлын баримтыг тогтоож болно. Шууд ажиглалтаас зугтсан нейтрино тодорхой энерги, импульс, спин, лептоны цэнэгийг өөртөө авч явдаг нь баримт юм. Бусад бүх бөөмсийг бүртгэж, энерги, импульс, өнцгийн импульс, цахилгаан цэнэг, лептоны цэнэг гэх мэт хадгалалтын хуулиудыг ашиглан хомсдол илрүүлдэг. Ийм дүн шинжилгээ нь зөвхөн нейтрино үүссэн эсэхийг шалгах боломжтой болгодог. мөн түүний энерги, урвалын цэгээс гарах чиглэлийг тогтоох.
Илрүүлэгчид хурдан ялзарч буй атомын цөмийг илрүүлэх "цаг байдаггүй". Энэ тохиолдолд тэдгээрийг задралын бүтээгдэхүүнээр бүртгэдэг.
Илрүүлэх төхөөрөмжид тавигдах ерөнхий шаардлага нь бөөмийн төрөл (таних) ба түүний кинематик шинж чанарыг (эрчим хүч, импульс гэх мэт) тодорхойлоход чиглэгддэг. Ихэнхдээ бөөмийн төрлийг урьдчилан мэддэг бөгөөд үүнийг ажиглах ажлыг хялбаршуулдаг. Олон туршилтууд нь янз бүрийн төрлийн олон тооны детекторуудаас бүрдсэн нарийн төвөгтэй системийг ашигладаг. Харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүссэн бараг бүх бөөмсийг бүртгэх ийм цогцолборууд нь судалж буй үзэгдлийн талаар нэлээд бүрэн дүр зургийг өгдөг.
Илрүүлэгчийн үндсэн шинж чанарууд нь:

• үр ашиг − детекторыг цохих үед бөөмс бүртгэгдэх магадлал;
• цаг хугацааны нарийвчлал − детектор хоёр бөөмсийг тусад нь илрүүлэх хамгийн бага хугацаа;
• үхсэн цаг эсвэл нөхөн сэргээх хугацаа - детектор бөөмсийг бүртгэсний дараа дараагийн бөөмийг илрүүлэх чадвараа бүрмөсөн алдах, эсвэл шинж чанар нь мэдэгдэхүйц муудах хугацаа;
• эрчим хүчний нягтрал − бөөмийн энергийг тодорхойлох нарийвчлал;
• орон зайн нарийвчлал − бөөмийн координатыг тодорхойлох нарийвчлал.

Цацраг идэвхт задрал нь статистик процесс юм

Цацраг идэвхит цөм бүр ямар ч үед задарч болно. Атомын цөмийн задралын хэв маяг нь хангалттай олон тооны цацраг идэвхт цөм задрах тохиолдолд л дунджаар ажиглагддаг.
Хэрэв цацраг идэвхт эх үүсвэр нь N цацраг идэвхт цөм агуулсан бөгөөд хэмжилтийн явцад тэдгээрийн тоо бараг өөрчлөгддөггүй бол t хугацаанд n цацраг идэвхт цөм задрах магадлалыг ω(n) Пуассоны тархалтаар тодорхойлно.

Nλt утга нь t хугацаанд задрах бөөмсийн дундаж тоог тодорхойлдог бөгөөд ижил хэмжилтийн хугацаатай давтан хэмжилт хийх үед олж авсан тооллогын дундаж тоог илэрхийлнэ.

Хэмжигдэхүүнийг ашиглан Пуассоны тархалтыг дараах байдлаар дахин бичиж болно