Хиймэл цацраг идэвхт байдал. Байгалийн ба хиймэл цацраг идэвхт байдал

Бүх мэдэгдэж буй цацраг идэвхт элементүүдийг байгалийн ба хиймэл (хүний ​​гараар бүтээсэн) гэсэн хоёр бүлэгт хуваадаг.

Дотоод өртөлт.

Газрын цацраг.

Байгальд цацраг идэвхт бодисын гурван цуврал (гэр бүл) байдаг: уран-радиын цуврал, торийн цуврал, актиний цуврал. Цуврал бүрт цаг хугацааны явцад атомууд дараалсан цацраг идэвхт задралд орж, үе шат бүрт α- эсвэл β-бөөмүүдийг ялгаруулж (γ-цацраг дагалддаг эсвэл дагалддаггүй) бусад атомуудын атомууд болж хувирдаг. химийн элементүүд.

Эдгээр гурван цувралын байгальд оршин тогтнох нь хагас задралын хугацааг дэлхийн настай харьцуулж болохуйц эх нуклидын тохиолдол бүрт байгаагаар тодорхойлдог. Уран-радиумын цувралын өвөг дээдэс нь ураны изотоп -238 (238 U) бөгөөд хагас задралын хугацаа 4.5 10 9 жил байна. Актинуран (235 U) нь 7.1 · 10 8 жилийн хагас задралын хугацаатай ураны цувралын өвөг болж үйлчилдэг. 1.4 × 10 10 жилийн хагас задралын хугацаатай торий-232 (232 Th) изотоп нь торийн цувралын үндсэн элемент юм. Цуврал хувиргалт бүрийн тогтвортой эцсийн бүтээгдэхүүн нь хар тугалганы изотопууд юм - 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb.

Одоогоор дэлхий дээр хагас задралын хугацаа нь 10 7 жил ба түүнээс дээш байдаг 23 урт настай цацраг идэвхт элемент хадгалагдан үлджээ. Физик шинж чанартэдгээрийн заримыг хүснэгт 11.1-д үзүүлэв.

Хүснэгт 11.1.

Урт насалдаг зарим цацраг идэвхт элементүүдийн физик шинж чанар.

Уран (238 U), торий (232 Th), актини (235 Ac) гэсэн гурван цацраг идэвхт гэр бүлд цацраг идэвхт задралын явцад 40 цацраг идэвхт изотопууд байнга үүсдэг. Хүний хуурай газрын эх үүсвэрээс жилд хүлээн авдаг гадаад цацрагийн дундаж үр дүнтэй эквивалент тун нь ойролцоогоор 0.35 мЗв, өөрөөр хэлбэл. улмаас цацрагийн улмаас дундаж хувь хүний ​​тунгаас арай илүү сансрын дэвсгэрдалайн түвшинд.

Гэсэн хэдий ч хуурай газрын цацрагийн түвшин өөр өөр бүс нутагт ижил биш байна. Жишээлбэл, Сан Паулогоос (Бразил) хойд зүгт 200 километрийн зайд цацрагийн түвшин дунджаас 800 дахин их, жилд 260 мЗв хүрдэг жижиг толгод байдаг. Энэтхэгийн баруун өмнөд хэсэгт 70,000 хүн ториар баялаг элсээр бүрхэгдсэн нарийхан эргийн зурваст амьдардаг. Энэ бүлгийн хүмүүс жилд дунджаар нэг хүнд 3.8 мЗв-ыг авдаг. Франц, Герман, Итали, Япон, АНУ-д хүн амын 95 орчим хувь нь жилд 0.3-0.6 мЗв цацрагийн тунтай газар амьдардаг болохыг судалгаагаар тогтоожээ. Ойролцоогоор 3% нь жилд дунджаар 1 мЗв, 1.5 орчим хувь нь 1.4 мЗв-ээс дээш давтамжийг хүлээн авдаг.

Украины хүн амд үзүүлэх цацрагийн жилийн дундаж үр дүнтэй тунгийн бүтэц, утга байгалийн эх үүсвэрионжуулагч цацрагийг Зураг 11.1-д үзүүлэв.

Цацрагийн жилийн дундаж тун нь 4.88 мЗв бөгөөд радон агууламжийн талаархи хамгийн сүүлийн үеийн мэдээллийг харгалзан үзвэл орон сууцны агаар дахь 220 (220 Rn) цацрагийн жилийн дундаж тун нь жилд 5.3 мЗв байна.

Дэлхийн янз бүрийн улс орнуудад дундаж тун нь 2.0 мЗв/жил (Англи) -аас ~ 7.8 мЗв/жил (Финлянд) хооронд хэлбэлздэг. Гэхдээ ерөнхий зүйл бол тунг нэмэгдүүлэхэд хамгийн их хувь нэмэр оруулах нь байгалийн радийн задралын бүтээгдэхүүн болох цацраг идэвхт хий болох радон агуулагдах явдал юм.

Сансрын туяа.

Сансрын цацраг нь дэлхийн соронзон орон буюу галактикт баригдсан бөөмсөөс бүрддэг. сансрын цацрагТэгээд корпускуляр цацрагНар. Энэ нь голчлон электрон, протон, альфа бөөмсөөс бүрддэг. Энэ бол анхдагч сансрын цацраг юм. Дэлхийн агаар мандалтай харилцан үйлчлэх үед хоёрдогч цацраг үүснэ.

Далайн түвшний анхдагч сансрын цацрагийн цацрагийн тун нь 2.4 нЗв/цаг бөгөөд хүн амын дийлэнх нь жилд ойролцоогоор 0.35 мЗв-ийн тунг хүлээн авдаг.

Сансрын цацрагийн эрчим нь үүнээс хамаарна нарны идэвхжил, объектын газарзүйн байршил ба далайн түвшнээс дээш өндөрт нэмэгддэг. Энэ нь хойд ба өмнөд туйлд хамгийн хүчтэй, экваторын бүс нутагт бага эрчимтэй байдаг. Үүний шалтгаан нь дэлхийн соронзон орон бөгөөд энэ нь цэнэглэгдсэн тоосонцорыг сансрын цацрагаас хазайлгах явдал юм.

Тунгийн хэмжээ цацрагийн өртөлт, хүн хүлээн авсан нь газарзүйн байршил, амьдралын хэв маяг, ажлын шинж чанараас хамаарна. Жишээлбэл, 8 км-ийн өндөрт үр дүнтэй тунгийн хурд нь 2 мкЗв / цаг байдаг бөгөөд энэ нь агаарын тээврийн явцад нэмэлт өртөхөд хүргэдэг.

Хоёрдогч цацрагийн үед цөмийн урвалын үр дүнд цацраг идэвхт цөм- космоген радионуклид.

Жишээлбэл, n + 14 N 3 H + 12 C, p + 14 N n + 14 C

Хүний биед хоол хүнсээр орж ирдэг 3 H, 7 Be, 14 C, 22 Na нь тунг бий болгоход хамгийн их хувь нэмэр оруулдаг (Хүснэгт 11.2.)

Хүснэгт 11.2.

Хүний биед агуулагдах космогеник радионуклидын жилийн дундаж хэрэглээ.

Насанд хүрсэн хүн жилд 95 кг нүүрстөрөгчийг хоол хүнсэндээ хэрэглэдэг бөгөөд нүүрстөрөгчийн нэгж массын дундаж идэвхжил нь 230 Бк/кг байна. Космогенийн радионуклидын хувь хүний ​​тунгийн нийт хувь нэмэр жилд 15 мкЗв орчим байдаг.

Радон.

Радон - 222 (222 Rn) - цацрагийн байгалийн бүх эх үүсвэрээс хамгийн чухал (Зураг 11.2.) нь үл үзэгдэх, амтгүй, үнэргүй хүнд хий (агаараас 7.5 дахин хүнд) юм. Хүний биед радионуклидууд амьсгалын системээр, бага хэмжээгээр хоол хүнсээр дамжих үед дотоод цацраг туяанаас болж радон болон түүний задралын бүтээгдэхүүнд өртдөг. Амьсгалах үед бие махбодид нэвтэрч, уушигны салст бүрхэвчийг цацраг туяагаар үүсгэдэг. Хүний биед радон болон түүний бүтээгдэхүүнд удаан хугацаагаар өртөхөд уушигны хорт хавдар тусах эрсдэл хэд дахин нэмэгддэг.

Радоны дотоод хордлогын улмаас хүн жилд 3.8 мЗв авдаг бөгөөд энэ нь байгалийн цацрагийн эх үүсвэрээс авах цацрагийн жилийн дундаж тунгийн 77.9% юм.

Энэхүү цацраг идэвхт хийн үндсэн эх үүсвэр нь дэлхийн царцдас юм. Суурь, шал, хананы хагарал, ан цаваар нэвтэрч, радон нь байшин дотор үлддэг. Өрөөн доторх радоны өөр нэг эх үүсвэр нь радоны эх үүсвэр болох байгалийн радионуклид агуулсан барилгын материал (бетон, тоосго, уушгин, боржин чулуу гэх мэт) юм. Радон нь шатах үед устай байшинд (ялангуяа артезиан худгаас тэжээгддэг бол) орж болно. Байгалийн хийболон бусад эх сурвалжууд.

Цацрагийн хүчийг харьцуул янз бүрийн эх сурвалжДараах диаграм нь радонтой ажиллахад тусална

Цагаан будаа. 11.2. Төрөл бүрийн радоны эх үүсвэрийн цацрагийн чадлын диаграмм.

Хуурай газрын гаралтай радионуклидын дотоод өртөлт.

Хүний биед радионуклид байнга байдаг дэлхийн гарал үүсэл, амьсгалын болон хоол боловсруулах эрхтний эрхтнүүдээр дамжин ордог. Дотоод цацрагийн тунг бүрдүүлэхэд хамгийн их хувь нэмэр оруулсан 40 K, 87 Rb, задралын цуврал 238 U ба 232 Th nuклидууд (Хүснэгт 11.3.).

Хүснэгт 11.3.

Дотоод цацрагийн жилийн дундаж үр дүнтэй эквивалент тун

Украины хувьд дотоод цацрагийн жилийн дундаж тун нь 200 мкЗв бөгөөд энэ нь байгалийн эх үүсвэрээс авах нийт тунгийн 4.1% юм.

Хиймэл цацраг идэвхт байдал.

Хүний үйл ажиллагааны үр дүнд гадаад орчинд хиймэл радионуклид, цацрагийн эх үүсвэрүүд бий болсон.

Тэд байгалийн орчинд орж эхлэв их хэмжээгээрДэлхийн гүнээс олборлосон байгалийн радионуклид, эрдэс ба органик байгалийн нөөц:

1 ГВт үйлдвэрлэсэн цахилгаан эрчим хүч тутамд 222 Rn изотопын 4 · 10 14 Бк орчим ялгаруулдаг газрын гүний дулааны цахилгаан станцууд;

226 Ra ба 238 U агуулсан фосфорын бордоо (Кола апатит 70 Бк/кг хүртэл, фосфорит 400 Бк/кг хүртэл);

Шатаагдсан орон сууцны барилгуудболон байгалийн хий, нүүрсний цахилгаан станцууд нь задралын бүтээгдэхүүнтэйгээ тэнцвэрт байдалд байгаа байгалийн 40 К, 232 U, 238 U радионуклид агуулдаг.

Сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд хүн төрөлхтөн хэдэн мянган радионуклид үүсгэж, тэдгээрийг ашиглаж эхэлсэн Шинжлэх ухааны судалгаа, технологи, эмнэлгийн зориулалтаар болон бусад зорилгоор. Энэ нь хүлээн авсан цацрагийн тунг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг хувь хүмүүсээр, мөн нийт хүн ам. Заримдаа хүний ​​гараар бүтээгдсэн эх үүсвэрт өртөх нь байгалийн эх үүсвэрээс хэдэн мянга дахин илүү хүчтэй байдаг.
Одоогийн байдлаар хүний ​​гараар хийсэн тунгийн гол хувь нэмэр нь оношлогоо, эмчилгээний явцад гадны цацраг туяанд өртөх явдал юм.

Аж үйлдвэржсэн орнуудын анагаах ухаанд цацрагийн бүх эх үүсвэрээс хүлээн авдаг дундаж үр дүнтэй эквивалент тун нь нэг хүнд ногдох жилд 1 мЗв, өөрөөр хэлбэл. байгалийн эх үүсвэрээс авсан дундаж тунгийн хагас орчим.

Бүтээлд цацрагийн янз бүрийн хиймэл эх үүсвэрийн үүрэг дэвсгэр цацрагХүснэгт 11.4-т үзүүлэв.

Хүснэгт 11.4.

Байгалийн суурь цацраг болон янз бүрийн хиймэл цацрагийн эх үүсвэрээс хүлээн авсан жилийн дундаж тун.

Цөмийн зэвсгийн туршилт.

Туршилтын цацрагийн үр дагавар цөмийн зэвсэгТуршилтын тоо, задралын хэсгүүдийн нийт энерги ялгаруулалт, идэвхжил, дэлбэрэлтийн төрөл (агаар, газар, усан доорх, гадаргын, газар доорх), туршилтын үеийн геофизикийн орчны хүчин зүйлсээр (талбай, цаг агаарын нөхцөл, радионуклидийн шилжилт хөдөлгөөн, гэх мэт). 1954-1958, 1961-1962 онуудад ялангуяа эрчимтэй явуулсан цөмийн зэвсгийн туршилтууд. Энэ нь дэлхийн арын цацрагийн өсөлтийн гол шалтгаануудын нэг болсон бөгөөд үүний үр дүнд хүн амын гадаад болон дотоод цацрагийн тунг дэлхий даяар нэмэгдүүлж байна.

АНУ, ЗХУ, Франц, Их Британи, Хятадад нийтАтомын болон термоядролын цэнэгийн дор хаяж 2060 туршилтыг агаар мандал, усан дор, дэлхийн гүнд хийсэн бөгөөд үүнээс 501 туршилтыг агаар мандалд шууд хийжээ.

Олон улсын байгууллагуудын мэдээлснээр 20-р зууны хоёрдугаар хагаст цөмийн туршилтууд in гадаад орчин 1.81 · 10 21 Bq бүтээгдэхүүн хүлээн авсан цөмийн задрал(PYAD), үүнээс хувьцаа атмосферийн туршилт 99.84%-ийг эзэлж байна. Радионуклидийн тархалт гаригийн хэмжээнд хүрсэн (Зураг 11.3.-11.4.).

Цөмийн задралын бүтээгдэхүүн нь 36 элементийн 200 гаруй цацраг идэвхт изотопын (цайрыгаас гадолиниум хүртэл) цогц хольц юм. Ихэнх үйл ажиллагаа нь богино хугацааны радионуклидуудаас үүсдэг. Тиймээс дэлбэрэлтээс хойш 7, 49, 343 хоногийн дараа PYD-ийн идэвхжил нь дэлбэрснээс хойш нэг цагийн дараа идэвхжсэнтэй харьцуулахад 10, 100, 1000 дахин буурч байна. Биологийн хувьд хамгийн чухал цацраг идэвхт бодисын гарцыг 11.5-р хүснэгтэд үзүүлэв.

Янз бүрийн цацраг идэвхт изотопуудын экологийн ач холбогдол нь огт өөр юм. Хагас задралын хугацаа нь 2 хоногоос бага цацраг идэвхт бодис нь маш их аюул учруулахгүй, учир нь тэдгээр нь хадгалагддаг. өндөр түвшинбогино хугацаанд бохирдсон биотоп дахь цацраг . 238 U гэх мэт маш урт хагас задралын хугацаатай бодисууд нь нэгж хугацаанд маш сул цацраг ялгаруулдаг тул бараг хор хөнөөлгүй байдаг.

Хамгийн аюултай радионуклидууд нь хагас задралын хугацаа нь хэдэн долоо хоногоос хэдэн жил хүртэл хэлбэлздэг (Хүснэгт 11.5.). Энэ хугацаа нь дурдсан элементүүдийг нэвтрүүлэхэд хангалттай янз бүрийн организмуудмөн хүнсний сүлжээнд хуримтлагдана.

Биоген элементүүдийн аналог болох эдгээр элементүүдийн цацрагийн хоруу чанар өндөр байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Цагаан будаа. 11.3. Хүнсний бүтээгдэхүүнд агуулагдах стронций-90, цезий-137, жилийн нийт хүчин чадал цөмийн дэлбэрэлтуур амьсгал.
11.4-р зураг. Цезий-137 агууламж төрөл бүрийн бүтээгдэхүүнхоол тэжээл: A - үр тариа, B - мах, C - сүү, D - жимс, D - хүнсний ногоо.
Хүснэгт 11.5. Цөмийн дэлбэрэлтийн үед задралын зарим бүтээгдэхүүн ялгарах.
Бүрэлдэхүүн	Цэнэглэх	Хагас амьдрал	Хэсэг бүрийн гаралт,%	1 мт тутамд үйл ажиллагаа, (10 15 Bq)
Стронций-89		50.5 хоног	2.56
Стронций-90		28.6 жил	3.5	3.9
Циркон - 95		64 хоног	5.07
Рутений-103		39.5 хоног	5.2
Рутений-106		368 хоног	2.44
Иод-131		8 хоног	2.90
Цезий-136		13.2 хоног	0.036
Цезий-137		30.2 жил	5.57	5.9
Бари-140		12.8 хоног	5.18
Цэрий-141		32.5 хоног	4.58
Цэрий-144		284 хоног	4.69
Устөрөгч-3		12.3 жил	0.01	2.6 10 -2

Цөмийн эрчим хүч.

Цацрагийн хамгийн хүчтэй маргаантай эх үүсвэр бол атомын цахилгаан станцууд юм. Цөмийн энергийн давуу тал нь дулааны станцаас хамаагүй бага хэмжээний түүхий эд, газрын талбай шаарддаг (Хүснэгт 11.6.), агаар мандлыг утаа тортогоор бохирдуулдаггүй.

Аюул нь реакторын гамшгийн осол, түүнчлэн цацраг идэвхт хог хаягдлыг устгах, байгаль орчинд урсах зэрэг үнэхээр шийдэгдээгүй асуудалд оршдог. бага хэмжээцацраг идэвхт байдал.

Хүснэгт 11.6.

Нүүрс болон цөмийн түлшний эргэлтэнд жилд 1 ГВт цахилгаан үйлдвэрлэх байгалийн нөөцийн хэрэглээ

Шууд урсгалтай хөргөлттэй.

1984 оны эцэс гэхэд 26 улсад 345 үйл ажиллагаа явуулж байжээ цөмийн реакторуудцахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг. Тэдний хүчин чадал нь 220 ГВт буюу нийт цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэрийн 13% байсан. 1994 он гэхэд 432 байсан цөмийн реактор, тэдгээрийн нийт хүчин чадал 340 ГВт байсан.

Төлөвлөсөн хөгжлийн хэтийн төлөв цөмийн эрчим хүчертөнцийг Хүснэгт 11.7-д үзүүлэв.

Хүснэгт 11.7.

Дэлхийд цөмийн энергийн хөгжлийн хэтийн төлөв.

Атомын цахилгаан станцын хэвийн үйл ажиллагааны нөхцөлд гадаад орчинд цацраг идэвхт бодис ялгаруулах нь ач холбогдол багатай бөгөөд голчлон иодын радионуклид ба идэвхгүй цацраг идэвхт хий (Xe, Cr) -ээс бүрддэг бөгөөд хагас задралын хугацаа нь ихэвчлэн хэд хоногоос хэтрэхгүй байна. үед ялгарсны үр дүнд боломжтой нийт цацрагийн тунгийн 90% цөмийн цахилгаан станцмөн богино хугацааны изотопын улмаас хүн ам гарснаас хойш нэг жилийн дотор, 98% -ийг 5 жилийн дотор авдаг. Бараг бүх тун нь атомын цахилгаан станцын ойролцоо амьдардаг хүмүүст ногддог. Цацрагийн тун нь олон нийтийн хувь хүний ​​хувьд тогтоосон хязгаараас (0.5 рем/жил) ерөнхийдөө доогуур байдаг.

Удаан эдэлгээтэй ялгаруулалтын бүтээгдэхүүн (137 Сз, 90 Це, 85 кг болон бусад) дэлхий даяар тархсан. Ийм изотопын өртөлтөөс үүсэх тооцоолсон нийт эквивалент тун нь үйлдвэрлэсэн ГигаВт цахилгаан тутамд 670 ман-Зв байна.

Дээрх тооцоог цөмийн реакторууд хэвийн ажиллаж байна гэсэн таамаглалаар гаргажээ. Энэ тохиолдолд цацрагийн янз бүрийн эх үүсвэрүүдийн оруулсан хувь нэмрийг Зураг 11.5-д үзүүлэв.

11.5-р зураг. Төрөл бүрийн цацрагийн эх үүсвэрээс оруулсан хувь нэмэр

Ослын үед хүрээлэн буй орчинд цацагдах цацраг идэвхт бодисын хэмжээ мэдэгдэхүйц их байна. 1971-1984 онуудад болсон нь мэдэгдэж байна. Дэлхийн 14 оронд 151 атомын цахилгаан станцын осол гарчээ.

1986 оны 4-р сарын 26-нд Чернобылд болсон цөмийн цахилгаан станцреакторын цөм эвдэрсэнтэй холбоотой осол гарсан бөгөөд энэ нь цөмд хуримтлагдсан цацраг идэвхт бүтээгдэхүүний нэг хэсгийг агаар мандалд гаргахад хүргэсэн.

Ослын улмаас цөмийн түлшний 5-30 хувь нь байгаль орчинд хаягдсан. Нэмж дурдахад, реакторын агууламжийн нэг хэсэг нь хайлж, реакторын савны ёроолд байрлах хагарлаар түүний хил хязгаараас цааш хөдөлсөн.

Ослын үед түлшнээс гадна цөм нь задралын бүтээгдэхүүн, трансуран элементүүд - реакторыг ажиллуулах явцад хуримтлагдсан янз бүрийн цацраг идэвхт изотопуудыг агуулсан байв. Тэд цацрагийн хамгийн том аюулыг үүсгэдэг.

Тэдгээрийн ихэнх нь реактор дотор үлдсэн боловч хамгийн дэгдэмхий бодисууд гаднаас ялгарсан, үүнд:

Бүгд үнэт хийнүүдреакторт агуулагдах;

Ойролцоогоор 55% иод уурын болон хатуу хэсгүүдийн холимог хэлбэрээр, түүнчлэн органик нэгдлүүд;

Цезий ба теллур нь аэрозоль хэлбэрээр .

Байгаль орчинд ялгарах бодисын нийт идэвхжил нь янз бүрийн тооцоогоор 14H 1018 Bq (14 EBq) байна, үүнд:

1.8 EBq иод-131,

0.085 EBq цезий-137,

0.01 EBq стронций-90 ба

Плутонийн изотопын 0.003 EBq;

Сайн хий нь нийт үйл ажиллагааны тал орчим хувийг эзэлдэг (Зураг 11. 6.).

Зураг 11.6 Чернобылийн станцын ойролцоох хүний ​​хүлээн авсан гадны гамма цацрагийн тун.

200 мянга гаруй км², Беларусь, Орос, Украинд 70 орчим хувь нь бохирдсон. Цацраг идэвхт бодисууд нь аэрозол хэлбэрээр тархаж, аажмаар дэлхийн гадаргуу дээр тогтдог. Стронций болон плутонийн ихэнх хэсэг нь ихэвчлэн том хэсгүүдэд агуулагдаж байсан тул үйлдвэрээс 100 км-ийн зайд унасан. Иод, цезий нь илүү өргөн талбайд тархсан.

Ослын дараах эхний долоо хоногт хүн амд үзүүлэх нөлөөллийн үүднээс авч үзвэл хагас задралын хугацаа (найман хоног) болон теллур харьцангуй богино цацраг идэвхт иод хамгийн их аюул учруулж байна. Одоогийн байдлаар (мөн ойрын хэдэн арван жилд) хамгийн их аюул нь 30 орчим жилийн хагас задралын хугацаатай стронций ба цезийн изотопууд болж байна. Цезий-137-ийн хамгийн их концентраци нь хөрсний гадаргын давхаргад, тэндээсээ ургамал, мөөгөнцөрт ордог. Шавж, түүгээр хооллодог амьтад ч бохирдолд өртдөг. Плутони ба америцийн цацраг идэвхт изотопууд хөрсөнд хэдэн зуун, магадгүй хэдэн мянган жилийн турш хадгалагдах болно.

Ой мод их хэмжээгээр бохирдсон. Цезийг ойн экосистемээс зайлуулахаас илүүтэйгээр дахин боловсруулдаг тул мөөг, жимс, ан агнуур зэрэг ойн бүтээгдэхүүн дэх бохирдлын түвшин аюултай хэвээр байна. Гол мөрөн, ихэнх нууруудын бохирдлын түвшин одоогоор бага байна. Гэсэн хэдий ч ус зайлуулах суваггүй зарим "хаалттай" нууруудад цезийн ус, загасны агууламж нь хэдэн арван жилийн турш аюул учруулж болзошгүй юм.

Бохирдол нь зөвхөн 30 километрийн бүсээр хязгаарлагдахгүй. Цезий-137-ийн агууламж нэмэгдсэн нь хаг, бугын маханд ажиглагдсан Арктикийн бүс нутагОрос, Норвеги, Финлянд, Швед.

Цацраг идэвхт байдлын үзэгдэл нь нэг буюу хэд хэдэн бөөмс ялгарах замаар бөөмийн аяндаа задрахаас бүрдэнэ. Ийм задралд ордог цөмийг цацраг идэвхт гэж нэрлэдэг. Цацраг идэвхт задралд зайлшгүй шаардлагатай, гэхдээ үргэлж хангалттай биш нөхцөл бол түүний энергийн давуу тал болох нь тодорхой юм - цацраг идэвхт цөмийн масс нь задралын явцад ялгарсан бөөмс ба фрагментийн массын нийлбэрээс давах ёстой (үүнтэй төстэй зүйл нь тодорхой юм. тэгш бус байдал хангагдсан байх ёстой

цөмийн массыг харгалзах атомын массаар солих нь эдгээр тэгш бус байдлыг харгалзан үзэхэд ихэвчлэн ашиглагддаг цацраг идэвхт задрал).

байгальд байдаг том тообайгалийн цацраг идэвхт цөм, өөрөөр хэлбэл үүссэн цагаасаа өнөөг хүртэл ялзарч амжаагүй эсвэл сансрын цацрагийн нөлөөн дор тасралтгүй үүсдэг цөм. Үүний зэрэгцээ цацраг идэвхт цөм үүсч болно зохиомлоор- тогтвортой цөмийг бөөмсөөр бөмбөгдөх. Байгалийн болон хиймэл цацраг идэвхт бодисын хооронд физикийн зааг байхгүй.

Цацраг идэвхт бодисыг анх 1896 онд А.Беккерел нээсэн. Үүнээс өмнөхөн Рентген туяа, Беккерел нар флюресцент ба рентген туяа хоорондын хамаарлыг судалсан. Флюресци хийх чадвартай ураны давсыг хар цаасан дээр боож, гэрэл зургийн хавтан дээр байрлуулав. нарны гэрэл. Нарны гэрлийн нөлөөн дор уран флюресценц ялгардаг бөгөөд хэрэв флюресценцийн спектр нь рентген туяаг агуулдаг бол хар цаасаар дамжин өнгөрч, хавтанг харлуулна гэж үздэг байв. Хэдэн өдрийн турш наргүй, бэлтгэлээ хийсэн

ураны ялтсууд хар хайрцагт хэвтэж байв. Гэсэн хэдий ч хөгжүүлсний дараа ялтсуудын хүчтэй харлалтыг илрүүлсэн. Тиймээс ураны давс өөрөө ямар нэгэн цацраг ялгаруулдаг нь тогтоогдсон.

Удалгүй бусад эрдэмтэд энэ үзэгдлийг судлах ажилд нэгдэв. 1898 он П.Кюри М.Склодовска-Кюритэй хамтран шинэ цацраг идэвхт элементүүд болох полони, радийг нээжээ. Тэд өөрсдийн боловсруулсан баяжуулах аргыг ашиглан 1902 онд их хэмжээний ураны давирхайг боловсруулах шаргуу хөдөлмөрлөсний дүнд хэд хэдэн дециграмм цэвэр радийн давс гаргаж авч чаджээ. 1903 онд цацраг идэвхит үзэгдлийн судалгаанд зориулж

Кюри нар А.Беккерелтэй хамт физикийн салбарын Нобелийн шагнал хүртжээ. "Цацраг идэвхжил" гэсэн нэр томъёог шинжлэх ухаанд нэвтрүүлсэн. Склодовска-Кюри.

Цацраг идэвхт задралын хуулиуд. Цацраг идэвхт задрал нь үүсэх цаг хугацаа, ялгарах бөөмсийн төрөл, эрчим хүч, хэд хэдэн бөөмс ялгарах үед өнцгийн хамаарлаар тодорхойлогддог, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийн ялгаралтын чиглэл хоорондын харьцангуй өнцөг юм. Анхны цацраг идэвхт цөмийг эх цөм гэж нэрлэдэг ба түүний задралын бүтээгдэхүүнийг охин цөм гэж нэрлэдэг.

Ялзах үйл явц аяндаа (аяндаа) явагддаг тул дурын dt хугацааны задралын улмаас N цөмийн тооны өөрчлөлт dN зөвхөн t момент дэх цацраг идэвхт цөмийн тоогоор тодорхойлогддог ба dt хугацааны интервалтай пропорциональ байна. :

DN = λNdt, (10.34)

Энд λ нь задралын хурдыг тодорхойлдог тогтмол юм. Нэгтгэх (10.34)

t = 0 үед цөмийн тоо нь анхны N = N 0-тэй тэнцүү байна гэж үзвэл бид олж авна.

N = N 0 e - λt (10.35)

өөрөөр хэлбэл, цөмийн тоо экспоненциалаар буурдаг.

Цацраг идэвхт бөөмийн тоо буурах хурдыг (10.35) тодорхойлсон А хэмжигдэхүүнийг задралын тогтмол гэж нэрлэдэг. Энэ нь [s -1 ] хэмжээстэй бөгөөд бага зэрэг харуулах болно, нэг секундын дотор нэг атомын задралын магадлалыг тодорхойлдог. Цацраг идэвхт элементүүдийг тодорхойлохын тулд хагас задралын хугацаа T 1/2 гэсэн ойлголтыг мөн нэвтрүүлсэн. Энэ нь атомын боломжит тооны тал хувь нь задрах хугацааг хэлнэ.

Цацраг идэвхт задралын хуулийг (10.35) анх 1903 онд П.Кюри тогтоожээ. Тэрээр мөн хагас задралын тухай ойлголтыг нэвтрүүлж, түүний бие даасан байдлыг харуулсан гадаад нөхцөл. Үүний үндсэн дээр П.Кюри хагас задралын хугацааг тодорхойлох цаг хугацааны стандарт болгон ашиглахыг санал болгосон үнэмлэхүй насхуурай газрын чулуулаг.

Одоо цацраг идэвхт цөмийн дундаж наслалтыг тооцоолъё. Орлуулах

нөхцөл N(T 1/2) = N 0 /2 тэгшитгэлд (10.35), бид олж авна.

N 0 /2 = N 0 e - λTl/2, (10.36)

логарифмыг авч үзвэл бид хаанаас олдог

λТ 1/2 = 1n2 = 0.693,

ба хагас задралын хугацаа

T 1/2 = 0.693 / λ. (10.37)

Цацраг идэвхт задралын экспоненциал хуулийн дагуу t ямар ч үед задрахгүй цөмийг олох магадлал тэгээс өөр байдаг. Ийм бөөмүүдийн амьдрах хугацаа т-ээс их байдаг. Үүний зэрэгцээ энэ үед ялзарсан бусад цөмүүд амьд үлджээ өөр цаг, t-ээс бага. Тухайн цацраг идэвхт изотопын дундаж ашиглалтын хугацааг ихэвчлэн дараах байдлаар тодорхойлно.

Иймээс цацраг идэвхт цөмийн дундаж наслалтын g нь тэнцүү байна харилцанзадралын тогтмолоос A. Хугацаа t өнгөрөхөд цөмийн анхны тоо e дахин багасна.

Хэмжээ

A = - dN/dt = λN

тухайн эмийн үйл ажиллагаа гэж нэрлэгддэг,

энэ нь секундэд задралын тоог тодорхойлдог. Идэвх нь бие даасан цөмд бус тодорхой хэмжээний ялзарч буй бодисын шинж чанар юм. Үйл ажиллагааны нэгж нь беккерел: 1 беккерель (Bq) нь секундэд 1 задралтай тэнцүү байна. Практикт ихэвчлэн системээс гадуурх, өмнө нь хэрэглэгдэж байсан үйл ажиллагааны нэгжийг ашигладаг - кюри: 1 кюри (Ci) нь 1 секундэд 3.7 10 10 задралын үед 1 г радид агуулагдах цөмийн задралын тоотой тэнцүү байна. ).

Цацраг идэвхт задралын төрлүүд.Цацраг идэвхит процессууд нь α- ба β задрал (атомын бүрхүүлээс электроныг барьж авах), γ-цацраг, цөмийн хуваагдал, түүнчлэн саатсан нейтрон ба протоны ялгаралт зэрэг орно. Хоёр хамгийн сүүлийн үеийн процессЭнэ нь хоёр үе шаттай каскадын төрөлд хамаарна, учир нь саатсан нейтрон (протон) нь цөмөөс электрон (позитрон) ялгарсны дараа үүсдэг. Тиймээс ялгаралт нь өмнөх β задралыг тодорхойлсон хугацаагаар хойшлогддог. Бидний жагсаасан процессуудыг авч үзье.

Альфа задрал. Зөвхөн A = 140-160 бүс дэх Z > 83-тай хүнд цөм, ховор элементийн цөмүүдийн бага бүлэгт л аяндаа α задралд өртдөг. α-задралын үед анхны эх цөм нь гелий цөм (α-бөөм) ялгаруулж, протон ба нейтроны тоо тус бүр хоёр нэгжээр багасдаг охин цөм болж хувирдаг. α-идэвхтэй цөмийн хагас задралын хугацаа нь маш өргөн хязгаарт хэлбэлздэг. Жишээлбэл, 214 84 По полони изотопын хувьд энэ нь 3 10 ~ 7 с, хар тугалганы изотоп 204 82 Pb - 1.4 * 10 17 жил байна. Ялгарсан α бөөмсийн энергийн өөрчлөлтийн хүрээ нь хамаагүй бага байдаг - 4-9 МэВ, тэдгээрийн энерги бага байх тусам хагас задралын хугацаа урт байдаг. Альфа бөөмийн Е энерги ба цацраг идэвхт цөмийн хагас задралын хоорондох функциональ хамаарал сайн байна T 1/2

томъёогоор тодорхойлсон

logT 1/2 = a/√Ё + b, (10.39)

1911 онд Г.Гейгер, Ж.Наталл нарын туршилтын өгөгдлийн үндсэн дээр олж авсан.Гейгер-Наталл хууль нь 1928 онд Г.Гамов, бие даан Р.Гурни нарын бүтээлүүдэд квант механикийг бүтээсний дараа л онолын үндэслэлийг хүлээн авсан. ба Э.Кондон, альфа бөөмийн цөмөөс зугтах магадлал нь Кулоны саадыг нэвтлэх магадлалаар тодорхойлогддог болохыг харуулсан. Энэ үйл явцын экспоненциал шинж чанар нь доорх муж дахь долгионы функцийн экспоненциал задралаас үүдэлтэй юм.

боломжит энерги нь бөөмийн энергиэс их байх саад.

Дөрөв энгийн бөөмс, үүнээс α-бөөм нь (хоёр протон, хоёр нейтрон)-д оролцдог. нарийн төвөгтэй хөдөлгөөнцөм дэх нуклонууд бөгөөд тэдгээрийг тухайн цөм дэх бусад бөөмсөөс ялгах арга байхгүй. Үүний зэрэгцээ дөрвөн нуклон санамсаргүй хандсаны үр дүнд цөмд богино хугацаанд альфа бөөмс үүсэх мэдэгдэхүйц (~ 10 ~ 6) магадлал байдаг. Гэсэн хэдий ч альфа бөөм нь цөмийг орхиж, түүнээс хангалттай хол байх үед л түүнийг болон цөмийг хоёр тусдаа бөөм гэж үзэж болно.

Хэрэв эх цөмийн E A, z-ийн холболтын энерги нь охин бөөмийн E A-4, z-2 ба α бөөмийн E α-ийн холболтын энергийн нийлбэрээс бага бол энергийн хувьд α-зарах боломжтой, өөрөөр хэлбэл хамаарал. сэтгэл хангалуун байх ёстой

ΔE = E A-4, z-2 + E α - E A, z > 0. (10.40)

α бөөмийн холболтын энерги нь 28 МэВ бөгөөд энэ нь 7 МэВ/нуклон юм.

Иймээс холбогч энерги нь дунд хэмжээний цөмийн α-заралт

нуклон ~ 8 МэВ.

Цөм болон түүний эргэн тойрон дахь альфа бөөмийн потенциал энергийн төрлийг авч үзье (Зураг 10.9). Цөмийн гадна богино зайн цөмийн хүч хурдан алга болж, а бөөм нь зөвхөн Кулоны цахилгаан түлхэлтээр нөлөөлдөг ба потенциал нь U coul-тэй тэнцүү байна.

U сэрүүн = 2(Z-2)e 2 /r (10.41)

Цөмийн хил дээр цөмийн хүчнээс үүдэлтэй хүчтэй таталцал гарч ирэх ба боломжит муруй огцом доошилдог. Цөмийн дотор потенциалыг ойролцоогоор тогтмол гэж үзэж болно.

Цөм дэх альфа бөөмийн нийт энерги ч гэсэн Тэгээс дээш, Зурагт үзүүлсэн шиг. 10.9, тэгснээр эрч хүчтэй а-ялзрал нь санаануудын дагуу зөвшөөрөгддөг сонгодог физикбөөмс нь боломжит худагт байгаа тул түүнд нэмэлт энерги өгөхгүйгээр энэ процесс явагдах боломжгүй. Гэсэн хэдий ч квант механик нь бөөмсийг боломжит хаалтаар нэвтрүүлэх, эсвэл илүү нарийвчлалтайгаар нэвчих боломжийг олгодог. Хаалтаар альфа бөөмийн туннел үүсэх боломжтой гэж ярьдаг. Бодит байдал ийм л байна

шинж чанарууд квант бөөмсψ долгионы функцийг ашиглан тайлбарласан бөгөөд модулийн квадрат нь |ψ(r)| 2 нь r цэг дээр бөөмсийг илрүүлэх магадлалтай пропорциональ байна. IN

хязгаарлагдмал потенциалын хувьд (хязгаарлагдмал өндөртэй ханатай потенциал) ψ-функц

хаа сайгүй тэгээс ялгаатай. Иймээс цөмөөс гадуур бөөмс илрүүлэх магадлал бага ч гэсэн байдаг бөгөөд энэ нь α-задралын боломж гэсэн үг юм.

Дээр дурдсан α задралын хуулиуд хаана дагаж мөрддөгийг чанарын хувьд харуулъя. E энергитэй α-бөөмийн саадны нэвчилт D-ийг дараах илэрхийллээр тодорхойлно.

(10.42)

Нөхцөлөөр тодорхойлогддог үндсэн радиус R i-ээс R n эргэлтийн цэг хүртэлх хүрээнд интеграци хийгдэнэ.

2(Z–2)e 2 /R n = E

(цөмийн гаднах α-бөөмд Z-2 цэнэгтэй үлдэгдэл цөмийн Кулоны потенциал нөлөөлдөг гэдгийг бид анхаарч үзсэн). Бид туннел нь хаалт дор гүн явагддаг гэж таамаглах болно, өөрөөр хэлбэл.

Экспоненциал дахь саадыг нэвтрүүлэх чадварын илэрхийлэлд Планк тогтмол бага байдаг тул үнэндээ U ~ E нь бага байх бүс нутгийн хувь нэмэр, бидний тавьсан нөхцөл нь физикийн хувьд үндэслэлтэй юм. Эдгээр таамаглалын дагуу томъёо (10.42) хэлбэрийг авна

Энд A, B, C тогтмолууд байна. Хагас задралын хугацаа T 1/2 нь саадыг нэвтрүүлэх чадвартай урвуу хамааралтай тул туршилтаар ажиглагдсан Гейгер-Наталл хууль (10.43) илэрхийллээс гардаг.

logT 1/2 = a/√E + b , (10.44)

хагас задралын хугацааг ялгарч буй α-бөөмийн энергитэй холбох. Бодит байдал дээр a ба b коэффициентүүд нь тогтмол биш боловч Z эх цөмийн атомын дугаараас маш сул хамааралтай байдаг.

a ~ 1.6 Z; b ~ -1.6 Z 2/3 - 21.4 (10.45)

(хэрэв T 1/2 секундээр илэрхийлэгддэг бол E нь мегаэлектронвольтоор, Z нь охин цөмийн цэнэг юм). Эндээс харахад T 1/2 нь атомын жин А-аас хамаардаггүй, Z-ээс сул хамаардаг. хүчтэй зэрэг- ялгаруулж буй α-бөөмийн энерги дээр.

Одоогийн байдлаар бид зөвхөн боломжит саадыг нэвтрүүлэх чадварыг л ярьлаа.

Ялзалтын тогтмол λ-ийг олохын тулд энэ саадыг даван туулахын тулд нэгж хугацаанд α-бөөмийн ν оролдлогын тоогоор саадыг нэвтрүүлэх чадварыг үржүүлэх шаардлагатай.

λ= 0.693/T 1/2 = νD. (10.46)

Хэрэв v гэж томъёогоор тодорхойлогддог альфа бөөмийн цөмийн гадаргууд үзүүлэх нөлөөллийн давтамжийг ойлговол (10.46) дахь экспоненциалын өмнөх хүчин зүйлийн ойролцоогоор тооцооллыг хийж болно.

ν = v/(2R n), (10.47)

Энд v нь цөм доторх а бөөмийн хурд. Мэдээжийн хэрэг, экспоненциалын өмнөх хүчин зүйл нь энергиээс бас хамаардаг (бидний тооцоолсноор энэ нь √E-тэй пропорциональ байна), гэхдээ экспоненциал хамааралтай харьцуулахад энэ нь эрчим хүчний аажмаар өөрчлөгддөг функц учраас энэ нь саадыг нэвтрүүлэх чадвар юм. гэж тодорхойлдог

α задралын бүх үндсэн хуулиуд.

Альфа-идэвхтэй олон цөмийн альфа бөөмсийн энергийн спектр нь хэд хэдэн шугамаас бүрдэх ба тэдгээрийн нэг нь давамгайлдаг. Жишээ болгон Зураг дээр. Зураг 10.10-д ThC(212 83 Bi)-ийн α спектрийг үзүүлэв.

Цагаан будаа. 10.10 α спектр ThC(212 83 Bi).

Шугамын салангид байдал ба тэдгээрийн харьцангуй эрчимтайлбарлахад хялбар. Баримт нь α-бөөмс нь өдөөгдсөн төлөвт (алсын зайн α-бөөмүүд гэж нэрлэгддэг) цөмөөс ялгарч болно, эсвэл эх цөмийн үндсэн төлөвөөс өдөөгдсөн төлөвт α-заралт үүсч болно. охин цөм (богино зайн α-бөөмс). Зураг дээр. 10.11-д ийм шилжилтийн хоёр жишээг харуулав - 238 Pu ба 212 Po-ийн задрал.

Эхний тохиолдолд (238 Pu) хамгийн их энергийн α-бөөмүүд нь үндсэн төлөвөөс үндсэн төлөв рүү шилжих шилжилттэй тохирч байна. Нэмж дурдахад α задрал нь охин цөмийн 234 U-ийн өдөөгдсөн төлөвт дараагийн γ шилжилтийн үндсэн төлөвт шилжиж болно. 212 Po-ийн задрал нь өдөөгдсөн төлөвөөс α бөөмс ялгардаг жишээ юм. Энэ нөхцөл байдал нь 212 Bi-ийн β задралын үр дүнд 212 Po үүссэнээс үүсдэг. 212 Po цөм нь өдөөгдсөн төлөвт байгаа тул α бөөмсийг ялгаруулж эсвэл γ цацрагаар үндсэн төлөвт шилжих боломжтой.

Бета задрал.Бета задрал нь тогтворгүй цөмийг аяндаа изобар цөм (ижил шинж чанартай цөм) болгон хувиргах үйл явц юм. атомын дугаар) электрон (позитрон) ялгарах эсвэл атомын бүрхүүлээс электроныг барьж авснаас болж анхны цэнэгээсээ ΔZ = ±1-ээр ялгаатай цэнэгтэй. β задралын гол онцлог нь цөмийн болон цахилгаан соронзон хүчнээс бус харин сул харилцан үйлчлэлээс (12-р бүлгийг үзнэ үү) үүсэх магадлал юм.

Энэ нь цөмийн энергиэс ойролцоогоор 10 14 дахин бага юм. Тиймээс хагас задралын хугацаа

β-идэвхтэй цөм нь дунджаар нэлээд том хэмжээтэй байдаг - хэдэн минут, бүр хэдэн цагийн дарааллаар. IN ерөнхий тохиолдолүүнээс өөр тэгш нөхцөлβ задралын үед α задралын үеийнхтэй ижил хандлага ажиглагдаж байна: задралын үед ялгарах энерги Q их байх тусам бага хугацаахагас амьдрал

Хагас задралын хугацаа нь 10 ~ 2 секундээс богино байдаг, учир нь тэдгээрийн Q утгууд нь 10 МэВ-ээс их байх болно, өөрөөр хэлбэл цөм дэх нуклонуудын дундаж холболтын энергиээс их байх болно; Ийм илүүдэл энергитэй бол цөм нь нуклон ялгаруулалтын хувьд тогтворгүй болж хувирдаг бөгөөд энэ үйл явц (боломжтой бол) 10-20 секундын дарааллаар бета задралаас хамаагүй хурдан явагддаг. . β задралын процесс нь эрчим хүчний хувьд боломжтой үед үргэлж тохиолддог. β задралын Кулон саад нь электроны маш бага масстай тул ач холбогдолгүй юм.

Онцлог шинж чанарβ-задрал нь зугтаж буй бөөмсийн энергийн спектр юм (Зураг 10.12). Альфа бөөмсөөс ялгаатай нь энэ тохиолдолдБид β задралын электронуудын тасралтгүй энергийн спектртэй. Ажиглагдсан тасралтгүй байдал нь өөр бөөмс болох нейтриногийн задралын үйл явцад оролцсоны үр дагавар бөгөөд энэ нь амрах энерги нь тэг юм (хамгийн сүүлийн үеийн мэдээллээр). дээд хязгаарнейтрино амрах энерги нь 3 эВ). Тиймээс нэг задралын үед электрон ба нейтрино хоёрын энергийн харьцаа ямар ч байж болно, өөрөөр хэлбэл электрон энерги нь тэгээс хамгийн их энерги (ялгарсан нийт энерги) хүртэл ямар ч утгыг авч болно.

β задралын үеийн энергийн үйл явцын талаар илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.

Z+1 цэнэгтэй атомыг авч үзье бүрэн энерги E z+1. Түүнд зөвшөөр тэг энергиЭнэ нь "дан ионжсон атом болон тайван байдалд байгаа чөлөөт электрон" системтэй тохирч байна. Сүүлийнх нь Z + 1 цэнэгтэй саармаг атомын энерги бага зэрэг сөрөг бөгөөд энергийн дараалалтай гэсэн үг юм.

атомын иончлох боломж (Зураг 10.13). Дараах тохиолдлууд боломжтой.

А. Z цэнэгтэй атомын энерги Ez нь Ez+1-ээс их байна. Эрчим хүчний хувьд β задрал, өөрөөр хэлбэл электрон ялгаруулснаар Z атом нь ионжсон Z + 1 атом болж хувирдаг E z+1 -> E z процессыг хориглоно.

Б. Z + 1 цөм нь атомын K-, L-, M-бүрхүүлээс электроныг шингээж авсан тохиолдолд л E z+1 -> E z шилжилт боломжтой. Ер нь К-электроныг цөм барьж авдаг тул процессыг ихэвчлэн K-барьцаа гэж нэрлэдэг. Шинэ Z атом нь K- эсвэл L-бүрхүүл дэх хоосон орон зайтай (нүхтэй) B* төлөвт тус тус үүснэ. Дараа нь ялгаруулалтыг дагалдан үндсэн төлөвт шилжих шилжилт явагдана онцлог цацраг:

B* -> B + hv. (10.48)

C. Z атомын энерги нь E z + 2м 2 байна<= E z +1. Также возможен процесс К-захвата, но, кроме того, ядро может претерпевать β + -распад (позитронный распад). Приведенное энергетическое соотношение легко получить.

Хэрэв m нь электрон (позитроны) масс бол M z нь эцсийн цөмийн масс, ба

M z+1 нь анхны цөмийн масс, тэгвэл тэгш бус байдлыг хангах ёстой

M z+1 c 2 >= M z c 2 + mс 2 . (10.49)

Гэхдээ электронуудын массыг харгалзан атомын масс (A M Z ба A M z+1) Z ба Z+1 тэнцүү байна.

A M Z =M Z + Zm, A M Z +1 = M z +1 + (Z + l)m. (10.50)

Эдгээр харилцааг A0.49) нөхцөлөөр орлуулснаар бид олж авна

A M Z +1 >= A M z +2м (10.51)

E z +1 >= E z +2mc 2. (10.52)

β задрал нь цөм доторх процесс биш харин нуклон доторх процесс гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Цөмд нэг нуклон - нейтрон эсвэл протон задардаг.

Электрон задрал нь нейтроны задралтай холбоотой

n° -> p + + e - + ν > . (10.53)

Позитрон задралын үед цөмд нэг протон задалдаг

р + -> n° + e + + ν. (10.54)

Томъёо (10.53) дээр нейтрино дээрх "тильд" тэмдэг нь нейтрон задрахад антинейтрино үүсдэг гэсэн үг юм. Яагаад ийм зүйл болсныг Бүлэгт дэлгэрэнгүй авч үзэх болно. 12. Чөлөөт төлөвт нейтрон тогтворгүй, хагас задралын хугацаа 10.5 минут болохыг анхаарна уу. Чөлөөт протон задрахгүй, учир нь түүний масс нь нейтроны массаас бага байдаг, гэхдээ цөмд холбогдсон протоны хувьд ийм хувирал нь дутуу энергийг цөмөөр нөхөх боломжтой;

20-р зууны гайхалтай нээлтүүдийн нэг нь β задралтай холбоотой юм. - Паритет хадгалагдахгүй байдлын нээлт. Физик тэгшитгэлийг математикийн аргаар бичсэн координатын системийг сонгох нь тодорхой бөгөөд үүний дагуу системийн хувьсал цаг хугацааны явцад явагддаг. Иймээс зүүн болон ижил үйл явцын тайлбаруудын хооронд ямар ч ялгаа байж болохгүй зөв системүүдкоординатууд Математикийн хувьд энэ нь бүх тэгшитгэл нь орон зайн урвуу үйл ажиллагааны хувьд тэгш хэмтэй байх ёстой, өөрөөр хэлбэл r-ийг -r-ээр солих ёстой гэсэн үг юм. Өөрчлөх

Аливаа цэгийн координатын тэмдэг нь түүний үр дүнд олж авсан цэгийн байрлалтай тохирч байна толин тусгалгуравт координатын хавтгайнууд, тиймээс координатын систем дэх ийм өөрчлөлтийг өгөгдсөн үйл явдлын толин тусгал дүрс болох үйл явдлын багц руу шилжих гэж тайлбарлаж болно. Хөрвүүлэлт

орон зайн урвуу байна физик утгаУчир нь туршлагаас харахад байгалийн үйл явц нь үндсэндээ тэгш хэмтэй байдаг

ийм өөрчлөлт. Энэ нь байгаль дээрх аливаа үйл явцын хувьд "толин тусгал тэгш хэмтэй" процесс явагддаг бөгөөд ижил магадлалтайгаар үргэлжилдэг гэсэн үг юм.

Орон зайн инверсийн хувиралтай холбоотой тэгш хэм нь квант механик тодорхойлолтоор системийн тодорхой орон зайн паритет оршин тогтноход хүргэдэг. Өөрөөр хэлбэл, долгионы функцЭнэ өөрчлөлтийн үед систем тэгш эсвэл сондгой байна. Хүчтэй ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн явцад орон зайн паритет хадгалагдана. Сул харилцан үйлчлэлийн хувьд,

β задралыг хариуцдаг тул энд байдал өөр байна. Сул харилцан үйлчлэлийн үед паритет хадгалагдахгүй гэсэн таамаглалыг Т.Д. Ли (1926 онд төрсөн) болон C.N. C.S-ийн хийсэн харгалзах туршилтыг санал болгосон Янг (1922 онд төрсөн). (1913 онд төрсөн).

Туршилтын үзэл баримтлал нь маш энгийн. Бета-идэвхтэй изотоп 60 Co-г соронзон орон дээр байрлуулсан Нкобальтын бөөмийг туйлшруулж, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийг чиглүүлсэн соленоид соронзон моментуудталбайн дагуу (Зураг 10.14).

Бүхэл бүтэн систем нь гүйдлийн давталтын хавтгайтай харьцуулахад толин тусгал тэгш хэмтэй тул β-электрон цацрагийн эрч хүч тэгш хэмийн хавтгайн хоёр талд ижил байх ёстой юм шиг санагдаж байна. Үнэн хэрэгтээ туршилт нь хурц тэгш бус байдлыг (ойролцоогоор 40%), өөрөөр хэлбэл зүүн ба баруунтай харьцуулахад сул харилцан үйлчлэлийн тэгш бус байдлыг ажигласан.

Гамма цацраг.Нуклон ялгаруулалттай цөмийн задрал нь энергийн хувьд боломжгүй тохиолдолд γ-квант - өндөр энергитэй фотонуудын ялгаралтаас болж өдөөлт арилдаг. Нуклоныг холбох энергиэс давсан энергитэй цөмөөс γ-квантын ялгаралт нь зөвхөн нуклон (эсвэл бусад бөөмс) ялгаруулах паритет ба өнцгийн импульсийг хориглосон тохиолдолд л тохиолддог. γ-квант харьцангуй их магадлалтай. Хэрэв ийм төрлийн хориг байхгүй бол нейтрон, протон, зэрэг "цөмийн" бөөмс ялгарах болно.

α-бөөмүүд нь γ-цацрагаас хамаагүй илүү байдаг. Сүүлийнх нь γ~ цацрагаас үүдэлтэй цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл, харин нуклон буюу а-бөөмийн ялгаралт нь илүү хүчтэйгээс болж үүсдэг цөмийн харилцан үйлчлэл(энэ төрлийн үндсэн харилцан үйлчлэлийг ихэвчлэн гэж нэрлэдэг хүчтэй харилцан үйлчлэл- бүлгийг үзнэ үү. 12).

β задралаас ялгаатай нь γ~ цацраг нь нуклон доторх үзэгдэл биш харин цөмийн доторх үзэгдэл юм. Тусгаарлагдсан чөлөөт нуклон нь энерги ба импульс хадгалагдах хуулиудын нэгдсэн үйл ажиллагааны улмаас γ-квант ялгаруулж (эсвэл шингээж) чадахгүй. Сүүлийнх нь чөлөөт электронуудад фотоэлектрик нөлөө үзүүлэх боломжгүй гэсэнтэй бүрэн төстэй юм. Үүний зэрэгцээ цөм дотор нуклон нь квант ялгаруулж, импульсийн нэг хэсгийг бусад нуклонуудад шилжүүлж чаддаг.

ch-д. 8-р зурагт фотон нь массгүй бөөмс учраас түүний тайван байдалд байгаа координатын систем байхгүй гэдгийг бид харуулсан. Нэмж дурдахад фотон нийт өнцгийн импульсийг спин ба тойрог замд хуваах нь утгагүй юм. Нийт момент нь зарчмын хувьд нэгдлээс эхлэн бүхэл тоо (К нэгжээр) байж болно. Ийм учраас фотоны эргэлт 1-тэй тэнцүү гэж ихэвчлэн хэлдэг ч илүү зөв мэдэгдэл нь " хамгийн бага утгаФотоны өнцгийн импульс 1-тэй тэнцүү байна."

§ 8.1-д дурьдсанчлан аливаа системээс ялгарах фотоны төлөв нь олон туйлт, өөрөөр хэлбэл тодорхой нийт өнцгийн импульс ба паритетаар тодорхойлогддог.

Олон туйлт 2 L фотон нь L өнцгийн импульстэй, үнэмлэхүй үнэ цэнэдагуу квант механик, нь √(L(L+1))-тай тэнцүү, өөрөөр хэлбэл хязгаарлагдмал масстай бөөмийнхтэй яг ижил байна. Өнцгийн импульс хадгалагдах хуулийн дагуу эхний ба эцсийн цөмийн I n ба I К моментууд ба γ-квантаар зөөгдсөн L моментийн хооронд дараах хамаарлыг хангасан байх ёстой.

|I n -I to |<=L<=I H + I K . (10.55)

Энэ бол өнцгийн импульс дээр суурилсан сонголтын дүрэм юм. (10.55)-ын дагуу мужуудын хооронд шилжих үед диполь γ квант (L = 1) ялгарч болно.

(0-0) шилжилтээс бусад тохиолдолд ΔI = 0, ±1; квадруполь γ-квант (L = 2) - (0-0)-, (0-1)- ба (1-0)-шилжилт гэх мэтээс бусад тохиолдолд ΔI = ± 2, ±1, 0-тэй төлөв хоорондын шилжилтийн үед. г.

Сонголт хийх өөр нэг дүрэм нь долгионы функцийн паритетыг хадгалах хуулийг биелүүлэхтэй холбоотой юм. Паритетийг бид өмнө нь хэлсэнчлэн гарал үүсэлтэй харьцуулахад бүх гурван тэнхлэгийн тусгалын системийн долгионы функцийн тэмдэгт үзүүлэх нөлөөгөөр тодорхойлогддог.

Статик диполийн хувьд ийм тусгал нь цэнэг бүрийн байрлалыг харилцан өөрчлөхөд хүргэдэг (Зураг 10.15). Тиймээс анхны координатын системээс харахад бүх цэнэгийн шинж тэмдгүүдэд илэрхий өөрчлөлт гарч байна. Гэсэн хэдий ч соронзон диполь (дугуй гүйдэл) -ийн хувьд ижил тусгал нь соронзон диполь дахь гүйдлийн чиглэлийг (тэмдэг) өөрчилдөггүй (мөн 8.1-р зургийг үз).

Тиймээс олон туйлт L-ийн цахилгаан γ-цацраг ялгаруулах цөмийн паритетийн зөвшөөрөгдөх өөрчлөлтийг томъёогоор тодорхойлно.

P ба /P k = (-1) L, (10.56)

мөн соронзон L-олон туйлт цацраг ялгаруулдаг цөмийн хувьд томъёогоор

R n / R k = (-1) L+1 , (10.57)

Энд R n ба R k нь цөмийн анхны болон эцсийн төлөвүүдийн паритет юм.

Ихэнхдээ цөм дэх өдөөлт нь үндсэн төлөвт шууд шилжих замаар бус, харин олон туйлт багатай γ квантуудын каскадын ялгаралтаар арилдаг. Дараалсан γ-квантуудын өнцгийн хамаарал байдаг, өөрөөр хэлбэл хоёр дахь квант ялгаралтын гол чиглэл ажиглагдаж байна.

Корреляцийн хамаарлын харагдах байдал нь γ-квантын нийт моментийн импульсийн m проекц нь зөвхөн m = ±1 утгыг авч чаддагтай холбоотой юм (хэмжих нэгж нь Планкийн тогтмол ћ).

m = 0 утгыг хөндлөн цахилгаан соронзон долгионы нөхцөлд оруулаагүй болно.

Тиймээс, жишээлбэл, тэг момент бүхий түвшний цөм нь тодорхой чиглэлд ялгарсан γ-квантыг ялгаруулж, өөрөөр хэлбэл энэ чиглэлд детектороор бүртгэгдсэн бол цөмийн эргэлтийн проекц нь шинэ, Энэ чиглэлд бага энергийн төлөв нь зөвхөн ± 1 байж болно, гэхдээ тэг биш. Ийнхүү цөм нь огторгуйд бүрэн эмх замбараагүй чиглэхээ больсон нь харагдаж байна. Иймээс каскадын γ-квантууд түүнээс янз бүрийн чиглэлд янз бүрийн магадлалтайгаар нисдэг. Булан

хамаарал нь дараалсан задралын моментуудаас ихээхэн хамаардаг.

γ-идэвхтэй бөөмүүдийн амьдрах хугацаа дунджаар богино бөгөөд ихэвчлэн 10 ~7 -10 ~11 секунд байдаг. Ховор тохиолдолд, өндөр түвшний хоригийг бага шилжилтийн энергитэй хослуулсан тохиолдолд γ-идэвхтэй цөмийг макроскопийн дарааллаар ажиглаж болно - хэдэн цаг, заримдаа бүр хэдэн жил. Цөмийн ийм өдөөгдсөн урт наслалтын төлөвийг изомер гэж нэрлэдэг. Энэ үзэгдлийг 1935 онд И.В. Курчатов ба түүний ажилтнууд. Изомерийн түвшин нь түүний доорх түвшний эргэлтээс тэс өөр эргэлттэй, өдөөлтийн энерги багатай байх ёстой. Дүрмээр бол изомерийн төлөв нь цөмийн эхний өдөөгдсөн түвшинг хэлнэ. Жишээлбэл, 115 49 цөм дэх үндсэн төлөв нь 9/2 + шинж чанартай, 335 кеВ энергитэй эхний өдөөгдсөн түвшин нь 1/2 ~ шинж чанартай байдаг. Энэ шилжилтийг маш хатуу хориглосон тул сэтгэл хөдөлсөн түвшний амьдралын хугацаа 14.4 цаг болж хувирдаг.

Лабораторийн бүх γ квант эх үүсвэрүүд нь үнэндээ урт насалдаг β-идэвхтэй цөмүүд бөгөөд γ цацраг нь дараахь шалтгааны улмаас үүсдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Эх цөмийн β задрал нь охин бөөмийн өдөөгдсөн түвшинд. Жишээлбэл, γ-цацрагийн 60 Co (T 1/2 = 5.3 г) өргөн тархсан эх үүсвэрт 0.3 МэВ энергитэй электрон ялгарах ба дараа нь 1.17 ба 1 энергитэй 60 Ni цөмд γ-шилжилтүүд тохиолддог. 33 МэВ.

γ-цацрагаас гадна өдөөгдсөн цөмийн энергийг алдах өөр нэг механизм байдаг - дотоод хувиргах электронуудын ялгаралт. Энэ процесст цөмийн өдөөх энерги нь квантын бүх энергийг хүлээн авдаг тойрог замын аль нэгэнд шууд шилждэг. Долгионы функц нь цөмтэй хамгийн их давхцдаг K-электронууд дээр дотоод хувиргах үйл явц хамгийн их магадлалтай байдаг. Гэсэн хэдий ч

Хэрэв цөмийн шилжилтийн үед ялгарах энерги нь X-электроныг холбох энергиээс бага байвал L-электронууд дээр хувирах гэх мэт ажиглагдана. Хөрвүүлэх электронуудаас гадна дотоод хувиргалт хийх үед үүсэх рентген квантуудыг ажиглаж болно. гадаад электронуудын аль нэг нь ялгарсан электроноос чөлөөлөгдсөн K- эсвэл L-бүрхүүл рүү шилжих үед. Дотоод хувиргах явцад ялгардаг электронуудын моноэнергетик шинж чанар нь тэдгээрийг спектр нь тасралтгүй байдаг β задралын электронуудаас ялгах боломжийг олгодог.

Энэ үйл явцын жишээ болгон, Зураг. 203 м.у.б. мөнгөн усны β-идэвхтэй цөмөөс ялгарах электронуудын спектрийг Зураг 10.16-д үзүүлэв.

Дотоод хувиргах үйл явц нь ямар нэг утгаараа хоёр зэрэглэлийн эрх чөлөө бүхий хосолсон систем дэх хэлбэлзэлтэй төстэй юм. Ийм системийн хамгийн энгийн жишээ бол пүршээр холбогдсон хоёр дүүжин юм: пүршний ачаар нэг дүүжингийн хэлбэлзэл нь нөгөөгийн хэлбэлзлийг өдөөдөг. Дотоод хувирлын хувьд цахилгаан орон нь "хүршгийн" үүргийг гүйцэтгэдэг. Тиймээс дотоод хувиргалт нь цахилгаан соронзон цацрагийн тойрог замын электронуудтай харилцан үйлчлэх хоёрдогч биш харин анхдагч үйл явц юм: цөмийн өдөөх энерги нь тэдний хэлснээр бодит квантаар биш виртуаль замаар тойрог замын электронууд руу шилждэг.

Цөмийн хуваагдал. Атомын цөмүүдийн хуваагдал нь зөвхөн хамгийн хүнд цөмд хамаарах үйл явц бөгөөд ториас эхлээд Z хүртэл өндөр байдаг.

1938 онд атомын цөмийг удаан нейтроноор задлах тухай О.Хан, Ф.Страсманн нарын илгээлтийг физикчид ямар их төөрөгдөл, үл итгэлцэлтэйгээр угтан авсныг одоо төсөөлөхөд бэрх. сая электрон вольтын эрчим хүч шаарддаг. Энэ нь Р.Личманы дүрслэлийн илэрхийллээр харандаагаар бага зэрэг цохиход хатуу чулуу хагардагтай дүйнэ. Ажиглагдсан үйл явцын анхны тайлбарыг Н.Бор, Ж.Уилер нар гаргаж, бие даан Я.И. Frenkel хэдэн сарын дотор үндэслэсэн

деформацийн үед цөмийн задрал ба цэнэглэгдсэн дусал шингэний хуваагдлын хоорондын зүйрлэл.

Нейтронд цохиулах үед дусал цөм нь хэлбэлзэж эхэлдэг бөгөөд тодорхой хугацааны дараа сунасан хэлбэртэй болдог. Нуклонуудын хооронд ажилладаг цөмийн хүч нь шингэн дэх молекулуудын нэгдэх хүч шиг гадаргуугийн хурцадмал байдал үүсэхэд хүргэдэг. Тэд цөмийг анхны бараг бөмбөрцөг хэлбэрт нь буцаахыг хичээдэг (газар төлөвт байгаа хүнд цөмүүд нь бага зэрэг гажигтай, сунасан эллипсоид хэлбэртэй байдаг).

Гэсэн хэдий ч, хэрэв цөмийн суналт нь тодорхой хугацааны туршид хангалттай том бол ижил цэнэгийн цахилгаан түлхэлтийн хүч нь гадаргуугийн хурцадмал байдлаас давж болно.

Дараа нь цөм нь хоёр хэсэгт хуваагдах хүртэл улам бүр сунаж эхэлнэ. Хагарах үед хоёр, гурван нейтрон, α-бөөмс, тэр ч байтугай гэрлийн цөм нь маш бага магадлалтай боловч "жижиг цацралт" хэлбэрээр ялгардаг. Үйл явцын дараалсан үе шатууд

атомын цөмийн хуваагдлыг Зураг дээр үзүүлэв. 10.17.

1940 онд Г.Н. Флеров ба К.А. Пиетрзак ураны цөм нь аяндаа хуваагддаг болохыг олж мэдсэн. Аяндаа хуваагдах хагас задралын хугацаа 238 U

8 10 15 жилтэй тэнцэнэ. Хожим нь олж мэдсэнээр ториоос илүү хүнд бүх цөмүүд аяндаа хуваагддаг бөгөөд цөм нь хүнд байх тусам түүний цэнэг их байх тусам энэ үйл явцын магадлал дунджаар өндөр байх болно, өөрөөр хэлбэл түүний аяндаа хуваагдах хугацаа богино байх болно. Хүнд цөм рүү шилжих үед аяндаа хуваагдах хугацаа маш хурдан буурдаг. Тиймээс плутонийн изотоп 242 Pu-ийн хувьд энэ нь 6.8 * 10 10 жил, калифорни 252 Cf-ийн хувьд аль хэдийн 85 жил, ферми 256 Fm-ийн хувьд 2.7 цаг байна.

Цөмийн аяндаа хуваагдах нь цэвэр квант механик нөлөө юм. Дээр дурьдсанчлан энэ нь цөмийг анхны байдалд нь буцаах хандлагатай гадаргуугийн хурцадмал байдал, цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн Кулоны түлхэлт гэсэн хоёр процессын өрсөлдөөний үр дүн юм. Тиймээс цөмд боломжит саад тотгор гарч, хуваагдахаас сэргийлдэг.

Зураг дээр. 10.18-р зурагт цөмийн потенциал энергийг бөмбөрцөг хэлбэрээс цөмийн гадаргуугийн ΔR хазайлтаас хамааруулан харуулав. Цөмийн үндсэн төлөв бага зэрэг байна

гажигтай.

Тиймээс аяндаа цөмийн задрал нь α бөөмсийн хонгилын үед тохиолддог шиг туннелийн процесс юм. Эндээс аяндаа хуваагдах үе нь цөмийн цэнэгээс хүчтэй хамааралтай байдаг: цөмийн цэнэг нэмэгдэхийн хэрээр саадны утга буурч, хуваагдах магадлал эрс нэмэгддэг. 235 U изотопын хувьд хуваагдлын саад нь ойролцоогоор 6 МэВ байдаг бөгөөд энэ нь удаан нейтрон нь цөмд хувь нэмэр оруулдаг энергитэй яг ижил байдаг тул нейтроныг шингээх үед 235 U хуваагддаг.

Кулон саадын харагдах байдал, нөлөөллийг цөмийн холболтын энергийн хагас эмпирик Weizsäcker томъёог ашиглан хялбархан тайлбарладаг. Цөм нь хэлбэрээ өөрчил, жишээлбэл, бөмбөрцөг хэлбэрээс эллипсоид хэлбэрт шилжинэ. Цөмийн эзэлхүүн өөрчлөгддөггүй (цөмийн бодис нь бараг шахагдах боломжгүй), харин гадаргуу нь нэмэгдэж, Кулоны энерги багасдаг (протонуудын хоорондох дундаж зай нэмэгддэг). Цөмийн хуваагдах чадвар нь байгалийн хувьд Кулоны энерги ба гадаргуугийн энергийн харьцаагаар тодорхойлогддог.

(10.58)

Бүх цөмд γ ба β коэффициентүүд тогтмол байдаг тул задралын магадлалыг Бор, Уилер нарын саналын дагуу цөмийн задралын параметр болгон сонгосон Z 2 /A утгаар тодорхойлно. Тооцооллоос харахад Z 2 /A >= 49-тэй цөмийн хувьд хуваагдал нь 10 ~ 23 секундын дарааллаар бараг агшин зуур тохиолддог.

Энэ нь аяндаа хуваагдал нь тогтвортой цөмүүдийн оршин тогтнох хязгаарыг тодорхойлдог, өөрөөр хэлбэл Z >= 120-тай цөмд эрчим хүчний саад тотгор байдаггүй гэсэн үг юм. аяндаа хуваагдах. Цөм ε хэв гажилтын үед цөмийн задралын үед ялгарах задралын саад E f болон энерги Q f-ийн өөрчлөлтийн мөн чанар. At өөр өөр утгатайХуваах чадварын параметрийг Зураг дээр үзүүлэв. 10.19, Зураг дээр. Зураг 10.20-д тэгш-тэгш цөмүүдийн аяндаа хуваагдах хугацааг харуулав. Сондгой N эсвэл Z-тэй цөмүүд нь хэд хэдэн дараалалтай байдаг илүү урт хугацааХагас задралын хугацаа нь хөрш зэргэлдээх тэгш-тэгш цөмтэй харьцуулахад аяндаа хуваагддаг.

Дээрх үндэслэлүүд дээр үндэслэн задралын үйл явцын дараах үндсэн шинж чанаруудыг урьдчилан таамаглахад хялбар байдаг.

1 . Хүнд цөмийн задралын үед их хэмжээний энерги Q ялгарах ёстой, учир нь хүнд цөмийн ε хэлхээнд ногдох нуклонд ногдох холболтын энерги нь дунд цөмийн ε sr харгалзах энергиэс ойролцоогоор 0.8 МэВ бага байдаг; Тиймээс, жишээ нь, 238 U цөмийн хувьд

Q f ~ A(ε хүнд - ε sr) ~ 238 0.8 ~ 200 МэВ. (10.59)

2. Кулоны түлхэлтийн нөлөөгөөр фрагментийн цөмүүд зайлшгүй салж нисэх ёстой тул хуваагдлын энергийн дийлэнх хэсэг нь Эк хуваагдлын хэсгүүдийн кинетик энерги хэлбэрээр ялгардаг. δ зайд байрлах Z 1 ба Z 2 цэнэгтэй хоёр фрагментийн Кулон энерги нь тэнцүү байна.

. (10.60)

Энд R 1, R 2 нь фрагментийн цөмийн радиусууд юм

томъёог ашиглан тооцоолж болно

R = 1.23 10 ~13 A 1/3 см,

a Z 1 = Z 2 = Z 0 /2 ~ 46

(ураны цөмийг хагасаар хуваасан гэж үзвэл) бид авдаг

өөрөөр хэлбэл утга нь Q f-тэй ижил дараалалтай байна

3 . Үүссэн хуваагдлын хэсгүүд нь β-цацраг идэвхт байх ёстой бөгөөд нейтрон ялгаруулж чаддаг. Шалтгаан нь цөмийн цэнэг нэмэгдэхийн хэрээр протонуудын Кулон энерги ихэссэнээр цөм дэх нейтроны тоог протоны тоонд харьцуулах харьцаа нэмэгддэг. Тиймээс фрагмент цөмүүд нь ураны задралын үед ижил N/Z харьцаатай байх болно, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь нейтроноор хэт ачаалалтай байх ба ийм цөмүүд β задралд ордог (нейтроны хэт ачааллын улмаас энэ задралын бүтээгдэхүүнүүд нь мөн β-идэвхтэй тул задралын хэсгүүд нь цацраг идэвхт цөмийн нэлээд урт гинжийг үүсгэдэг). Нэмж дурдахад энергийн нэг хэсэг нь хуваагдлын нейтрон эсвэл хоёрдогч, өөрөөр хэлбэл хуваагдлын хэсгүүдээс ялгардаг нейтронуудын шууд ялгаралтаар дамждаг. Дундаж эрчим хүчзадралын нейтрон нь 2 МэВ орчим байна.

Нэг задрах үйл явдалд ялгарах нейтроны дундаж тоо ν ​​нь хуваагдмал цөмийн массын тооноос хамаардаг ба Z нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Хэрэв 240 Pu цөмийн хувьд ν ~ 2.2 бол 252 Cf ν ~ 3.8 байна. 252 Cf нь мөн маш хурдан задардаг тул (аяндаа хуваагдах T 1/2 = 85 жил; бодит байдал дээр түүний амьдрах хугацаа нь α задралаар тодорхойлогддог бөгөөд 2.64 жил байдаг) энэ нь нейтроны эрчимтэй эх үүсвэр юм.

Одоогийн байдлаар энэ нь цацраг идэвхт нейтроны хамгийн ирээдүйтэй эх үүсвэрүүдийн нэг гэж тооцогддог.

Цөмийн задралын үед их хэмжээний энерги ялгарч, хоёрдогч нейтрон ялгарах нь практик ач холбогдолтой юм. Дараагийн бүлэгт авч үзэх цөмийн реакторуудын үйл ажиллагаа нь энэ процесс дээр суурилдаг.

Цацраг идэвхжил гэдэг нь химийн зарим элементүүд (уран, торий, радий, калифорни) аяндаа задрах, үл үзэгдэх цацраг ялгаруулах чадварыг хэлнэ.

Цацраг идэвхт бодис (RS) хагас задралын хугацаагаар хэмжигдэх хатуу тогтоосон хурдаар задалдаг, өөрөөр хэлбэл. бүх атомын тал хувь нь задрах хугацаа. Цацраг идэвхт задралыг ямар ч аргаар зогсоож, хурдасгах боломжгүй.

Соронзон орон дахь цацраг туяа нь цацрагийн гурван төрөлд хуваагдана.

b-цацраг нь гелий цөмийг төлөөлдөг эерэг цэнэгтэй бөөмсийн урсгал бөгөөд ойролцоогоор 20,000 км / с хурдтай хөдөлдөг, өөрөөр хэлбэл. 35,000 дахин хурдан орчин үеийн нисэх онгоц. Альфа бөөмс нь электроноос 7300 дахин хүнд байдаг. Амьтны эдэд түүний нэвтрэх чадвар нь бүр ч бага бөгөөд микроноор хэмжигддэг. Альфа бөөмс нь дэлхийн ойролцоох сансрын цацрагуудын нэг хэсэг юм (6%).

Альфа задрал нь хоёр протон, хоёр нейтроны ялгаралт дагалдаж, He 4 2 цөмийг бүрдүүлдэг бөөмийн аяндаа хувирах явдал юм.

Альфа задралын үр дүнд цөмийн цэнэг 2, массын тоо 4 нэгжээр буурдаг. Жишээлбэл: кинетик энергиялгарсан b бөөмийг b бөөмийн эхний ба эцсийн цөмийн массаар тодорхойлно. 200 гаруй b-идэвхтэй цөм нь мэдэгдэж байгаа бөгөөд голчлон төгсгөлд байрладаг тогтмол хүснэгт. Газрын ховор элементийн 20 орчим b-цацраг идэвхит изотопууд бас мэдэгдэж байна. Энд b-задрал нь N=84 нейтроны тоотой цөмд хамгийн түгээмэл тохиолддог бөгөөд тэдгээр нь b-бөөмүүдийг ялгаруулахдаа дүүргэсэн цөмийн бүрхүүлтэй (N=82) цөм болж хувирдаг. b-идэвхтэй бөөмүүдийн амьдрах хугацаа маш олон янз байдаг: 3*10 -7 сек (Po 212-ын хувьд) (2-5)*10 15 жил ( байгалийн изотопууд Ce 142, 144, 176) Ажиглагдсан b задралын энерги нь бүх хүнд цөмүүдийн хувьд 4-9 МэВ (алсын зайн b бөөмсийг эс тооцвол), газрын ховор элементийн хувьд 2-4.5 МэВ-ийн хүрээнд байна.

c- цацраг - цэнэгтэй сөрөг цэнэгтэй хэсгүүдийн (электрон) урсгал. Тэдний 200,000-300,000 км/с хурд нь гэрлийн хурдтай ойртдог. Бета хэсгүүдийн масс нь устөрөгчийн массын 1/1840-тай тэнцүү байна. Бета тоосонцорхөнгөн хэсгүүдэд хамаарна.

g-цацраг - богино долгионы цахилгаан соронзон цацраг юм. Үл хөдлөх хөрөнгийн хувьд энэ нь ойролцоо байна рентген туяа, гэхдээ мэдэгдэхүйц их хурд, энергитэй боловч гэрлийн хурдаар тархдаг. Цахилгаан соронзон долгионы спектрийн хувьд эдгээр туяа нь бараг хамгийн зөв байрлалыг эзэлдэг. Тэднийг зөвхөн дагаж мөрддөг сансрын туяа. Гамма цацрагийн энерги дунджаар 1.3 МэВ (мегаэлектронвольт) байна. Энэ бол маш өндөр энерги юм. Гамма туяаны долгионы хэлбэлзлийн давтамж 10 20 дахин/сек, өөрөөр хэлбэл гамма туяа нь маш хатуу туяа бөгөөд нэвтрэх чадал нь өндөр. Тэд хүний ​​биед саадгүй дамждаг.

Цөмийн зарим урвал нь цахилгаан болон цацрагийн нөлөөгөөр хазайдаггүй өндөр нэвтэрдэг цацраг үүсгэдэг. соронзон орон. Эдгээр туяа нь хэдэн метр зузаантай хар тугалганы давхаргад нэвтэрдэг. Энэ цацраг нь төвийг сахисан цэнэгтэй бөөмсийн урсгал юм. Эдгээр хэсгүүдийг нейтрон гэж нэрлэдэг.

Нейтроны масс нь протоны масстай тэнцүү байна. Нейтронууд өөр өөр хурдтай байдаг бөгөөд дунджаар гэрлийн хурдаас бага байдаг. Хурдан нейтронууд 0.5 МэВ ба түүнээс дээш, удаашралтай - фракцаас хэдэн мянган электрон вольт хүртэлх энергийг хөгжүүлэх. Нейтронууд нь цахилгаан саармаг хэсгүүдийн хувьд гамма туяа шиг өндөр нэвтрэх чадвартай байдаг. Нейтроны урсгалын сулрал нь гол төлөв бусад атомын цөмтэй мөргөлдөх, нейтроныг атомын цөмд барьж авснаас болж үүсдэг. Тиймээс, хөнгөн цөмтэй мөргөлдөхөд нейтрон орж ирдэг илүү их хэмжээгээрэрчим хүчээ алддаг боловч ус, парафин, хүний ​​биеийн эд, нойтон бетон, хөрс зэрэг устөрөгч агуулсан хөнгөн бодисууд нь нейтроныг хамгийн сайн зохицуулагч, шингээгч юм.

Байгальд олон тооны химийн элементүүд цацраг ялгаруулдаг. Эдгээр элементүүдийг цацраг идэвхт элемент гэж нэрлэдэг бөгөөд процессыг өөрөө байгалийн цацраг идэвхт бодис гэж нэрлэдэг. Асар их даралт, температур, соронзон ба цахилгаан орон ч цацраг идэвхт цацрагийн үйл явцад ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй. Цацраг идэвхт цацраг нь элементийн цөмийн хувиралтай холбоотой байдаг. Байгалийн цацраг идэвхт задралын хоёр төрөл байдаг.

Альфа задрал, цөм нь альфа бөөмсийг ялгаруулдаг. Энэ төрлийн задралын үед нэг цөм үргэлж хоёр нэгжээр бага цэнэгтэй, дөрвөн нэгжээр бага масстай өөр нэг элементийн цөмийг үүсгэдэг. Жишээлбэл, радиум задарч, радон болж хувирдаг:

Ra 88 226 > Тэр 2 4 + Rn 86 222

Цөмөөс бета бөөмс ялгардаг бета задрал. Бета бөөмс нь өөр өөр цэнэгтэй байдаг тул бета задрал нь электрон эсвэл позитрон байж болно.

Цахим задрал нь ижил масстай боловч нэг дахин их цэнэгтэй элемент үүсгэдэг. Ингэж тори нь протактин болж хувирдаг.

Th 90 233 >Pa 91 233 + e -1 + g - квант.

Позитрон задралын үед цацраг идэвхт элемент алдагддаг эерэг бөөмсижил масстай боловч нэг дахин бага цэнэгтэй элемент болж хувирдаг. Тиймээс магнийн изотоп нь натри болж хувирдаг.

Mg 12 23 > Na 11 23 + e +1 + g- квант.

Альфа бөөмсийн цацрагийг хөнгөн цагаан хавтан дээр чиглүүлснээр тэд анх удаа фосфорын P 15 30 хиймэл цацраг идэвхт изотопыг олж авав.

Al 13 27 + Тэр 2 4 > P 15 30 + n 0 1

Ийм аргаар олж авсан изотопуудыг хиймэл цацраг идэвхт гэж нэрлэж, задрах чадварыг нь хиймэл цацраг идэвхит бодис гэж нэрлэжээ. Одоогийн байдлаар 900 гаруй хиймэл цацраг идэвхт изотопыг олж авсан байна.

Тэдгээрийг судлахын тулд анагаах ухаан, биологид өргөн ашигладаг химийн хувиргалторганизмд. Энэ аргыг хаяглагдсан атомын арга гэж нэрлэдэг.

GOU №1505 биеийн тамирын заал.

Сэдвийн талаархи физикийн хураангуй:

"Байгалийн болон хиймэл цацраг идэвхт байдал"

(дасан зохицсон текст)

10 "Б" ангийн сурагчид

Кравцова Галина.

Удирдагч:

Дмитриев Геннадий Владимирович.

2009, Москва.

Оршил.

1-р хэсэг. Цацраг идэвхт бодис нээсэн түүх.

2-р хэсэг. Цөмийн физик.

1-р бүлэг .

Атомын цөмийн бүтэц.

Цөмийн хүч.

Цөмийн холболтын энерги.

Изотопууд.

2-р бүлэг.

Цацраг идэвхт задралын хууль.

Цацраг идэвхт цацраг, задралын төрлүүд.

3-р бүлэг.

Байгалийн цацраг идэвхт байдал.

Хиймэл цацраг идэвхт байдал.

Цөмийн зэвсэг.

Цөмийн реактор.

3-р хэсэг. Бага тунгаар цацрагийн амьд организмд үзүүлэх нөлөө.

4-р хэсэг. Бөөмийн бүртгэлийн арга.

Хийн зарцуулалтын тоолуур.

Гейгер-Мюллерийн тоолуур.

Бөмбөлөгний танхим.

Вилсоны танхим.

Дозиметр ба радиометр.

Дүгнэлт.

Ном зүй.

Оршил.

Миний ажлын сэдэв бол цацраг идэвхт бодисын хэмжилт юм дэвсгэр цацрагбиеийн тамирын заалны нутаг дэвсгэр дээр. Мэдээжийн хэрэг, бид цацраг идэвхт дэвсгэр нь ариун цэврийн стандартаас хэтэрсэн өрөөнд бэлтгэл хийж байгаа гэдэгт би эргэлзэж байна. Гэхдээ бага тунгаар цацрагийн нөлөөллийн механизмууд Хүний биебага судалсан. Энэ нь нартай адил юм: хэрэв бага зэрэг гэрэлтвэл бид бүгд хөлдөж үхэх болно, гэхдээ озоны давхарга байхгүй бол бид үхэх болно. нэмэгдсэн хэмжээцацраг. Хэт их, хэтэрхий багатай адил сайн биш. Гэхдээ их зүйл хаанаас эхэлж, бага нь дуусдаг вэ? Би үүнийг шалгахыг зорьсонгүй. Миний зорилго бол цацраг туяатай холбоотой материалыг (байгалийн болон хиймэл гэж хуваадаг) илүү нарийвчлан ойлгох, цацрагийн түвшинг хэмжихийн тулд радиометр ашиглах явдал юм. өөр өөр хүрээдавтамж, хүснэгтийг эмхэтгэх, тэдгээрийн үр дүнг ариун цэврийн стандарттай харьцуулах. Миний мэдэж байгаагаар SNIP-ууд нь байнга өөрчлөгддөг стандартууд бөгөөд тэдгээртэй үр дүнг харьцуулах нь нэлээд хэцүү байх болно, гэхдээ би үүнийг хийхийг хүсч байгаа бөгөөд хамгийн зөв харьцуулалтын үр дүнг авахыг хичээх болно. Би хэдэн ширээ хийхээр төлөвлөж байна. Тэдний тоо нь би радиометрийг хэр мэдрэмтгий авч чадахаас, мөн тоног төхөөрөмж асаалттай, унтраасан үед биеийн тамирын заалны байрыг судлах хангалттай цаг байгаа эсэхээс хамаарна. Би хийсвэрийг өөрөө нэг их хэтрээгүй бичвэр гэж төсөөлдөг сургуулийн курсхамгийн тодорхой, миний бодлоор, сэдвийн гол асуудлуудыг тайлбарлаж байна.

1-р хэсэг.

Цацраг идэвхт бодисыг нээсэн түүх.

1896 оны 3-р сарын 1-нд Францын физикч А.Беккер гэрэл зургийн хавтанг харлуулж, ураны давс хүчтэй нэвтлэх чадвартай үл үзэгдэх туяа ялгаруулдаг болохыг олж тогтоожээ. Удалгүй тэрээр уран өөрөө бас цацраг ялгаруулах шинж чанартай болохыг олж мэдэв. Дараа нь тэр энэ өмчийг ториумаас олж нээсэн.

Цацраг идэвхт чанар (Латин радио - би ялгаруулдаг, radus - туяа, activus - үр дүнтэй) гэж энэ нэрийг өгсөн. нээлттэй үзэгдэл, энэ нь Д.И.Менделеевийн үелэх системийн хамгийн хүнд элементүүдийн давуу тал болсон.

1898 онд Францын бусад эрдэмтэд Мари Склодовска-Кюри, Пьер Кюри нар ураны ашигт малтмалаас уран, ториас хамаагүй илүү цацраг идэвхт бодисыг ялгаж авч, урьд өмнө нь үл мэдэгдэх хоёр цацраг идэвхт элемент болох полони, радий, мөн Марияг илрүүлжээ торийн цацраг идэвхт үзэгдлийг нээсэн (Германы физикч Г. Шмидтээс хамааралгүй). Дашрамд хэлэхэд тэрээр цацраг идэвхт бодис гэсэн нэр томъёог анх санал болгосон. Эрдэмтэд цацраг идэвхт бодис нь цацраг идэвхт элементүүдийн атомуудад аяндаа явагддаг процесс гэж дүгнэжээ. 10 жилийн дотор хамтын ажиллагааТэд энэ үзэгдлийг судлахын тулд маш их зүйлийг хийсэн. Энэ бол шинжлэх ухааны нэрийн өмнөөс, тоног төхөөрөмж муутай лабораторид, шаардлагатай хөрөнгө байхгүй үед амин хувиа хичээсэн ажил байв. Пьер радиумын давсаар дулааныг аяндаа ялгаруулдаг болохыг тогтоожээ. Судлаачид энэхүү радийн бэлдмэлийг 1902 онд 0.1 г хэмжээтэй авчээ. Үүний тулд тэдэнд 45 сарын эрчимтэй хөдөлмөр, 10,000 гаруй химийн баяжуулалт, цэвэршүүлэх ажиллагаа шаардлагатай байсан. 1903 онд гэр бүл болох Кюри, А.Беккерел нар цацраг идэвхт бодисын салбарт нээлт хийснийхээ төлөө физикийн салбарын Нобелийн шагнал хүртжээ. Нийтдээ физик, химийн салбарт 10 гаруй Нобелийн шагналыг цацраг идэвхт бодисыг судлах, ашиглахтай холбоотой бүтээлүүдэд олгосон (А. Беккерел, П. ба М. Кюри, Э. Ферми, Э. Рутерфорд, Ф. ба И. Жолио нар). -Кюри, Д.Хавиши, О.Гану, Э.МакМиллан, Г.Сиборг, В.Либби гэх мэт). Зохиомлоор олж авсан нэр нь Кюригийн хүндэтгэлд нэрлэгдсэн трансуран элемент-тай серийн дугаар 96 - куриум.

20-р зууны эхээр атом нь сөрөг цэнэгтэй электрон агуулдаг гэдгийг эрдэмтэд аль хэдийн мэддэг байсан. Гэсэн хэдий ч атом нь сөрөг цэнэгтэй үзэм электроноор дүүрсэн эерэг цэнэгтэй нимгэн тортой төстэй гэсэн санаа давамгайлж байсан бөгөөд загварыг "үзэмний торны загвар" (Томпсон загвар) гэж нэрлэдэг байв.

1898 онд Английн эрдэмтэн Э.Рутерфорд (Томпсоны шавь) цацраг идэвхит үзэгдлийг судалж эхэлжээ. 1903 онд Э.Резерфорд өөрийн багш Томпсоны атомын бүтцийн тухай онол болон 1908-1911 оны таамаглал буруу болохыг нотолсон. тоосонцорыг (гелийн цөм) металл тугалган цаасаар тараах туршилт хийдэг. Ашиглаж байна байгалийн булагЦацраг идэвхт цацрагийн нөлөөгөөр Рутерфорд бөөмсийн чиглэсэн, төвлөрсөн урсгал үүсгэдэг "буу" бүтээжээ. Буу нь нарийн нүхтэй хар тугалгатай хайрцаг байсан бөгөөд дотор нь цацраг идэвхт бодис байрлуулсан байв. Үүний улмаас бөөмс (энэ тохиолдолд хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрдэх альфа бөөмс) ялгардаг. цацраг идэвхт бодисНэгээс бусад бүх чиглэлд хар тугалганы дэлгэц шингэсэн бөгөөд зөвхөн альфа бөөмсийн чиглүүлсэн туяа нь ангархайгаар гарч байв. Цаашид цацрагийн зам дагуу нарийн ангархай бүхий хэд хэдэн хар тугалгатай дэлгэцүүд байсан бөгөөд тэдгээр нь тодорхой чиглэлээс хазайсан хэсгүүдийг таслав. Үүний үр дүнд төгс төвлөрсөн альфа бөөмсийн туяа зорилтот тал руу нисч, бай нь өөрөө нимгэн алтан ялтас байв. Альфа туяа түүнд туссан. Тугалган цаасны атомуудтай мөргөлдсөний дараа альфа тоосонцор замаа үргэлжлүүлж, байны ард суурилуулсан гэрэлтэгч дэлгэцийг цохисон бөгөөд альфа бөөмс оногдох үед анивчсан гэрэл тэмдэглэгдсэн байв. Тэдгээрээс альфа тоосонцор ямар хэмжээтэй, хэр их чиглэлээс хазайж байгааг турших боломжтой. шулуун хөдөлгөөнтугалган атомуудтай мөргөлдсөний үр дүнд.

Рутерфорд түүний өмнөх хүмүүсийн хэн нь ч альфа тоосонцор маш их хазайсан эсэхийг шалгах гэж оролдоогүй гэж тэмдэглэжээ. том өнцөг. Үзэмний торны загвар нь маш нягт, хүнд бүтцийн элементүүдийн атомд оршин тогтнохыг зөвшөөрөөгүй тул хурдан альфа тоосонцорыг чухал өнцгөөр хазайлгах боломжтой байсан тул хэн ч энэ боломжийг шалгахаас санаа зовсонгүй. Рутерфорд шавь нарынхаа нэгээс уг суурилуулалтыг их хэмжээний хазайлтын өнцгөөр альфа бөөмсийн тархалтыг ажиглах боломжтой байхаар дахин тоноглохыг хүссэн бөгөөд эцэст нь энэ боломжийг үгүйсгэхийн тулд.

Илрүүлэгч нь натрийн сульфидээр бүрсэн дэлгэц байсан бөгөөд альфа тоосонцор цохиход флюресцент туяа үүсгэдэг материал юм. Зарим тоосонцор 180 ° өнцгөөр хазайсан нь зөвхөн туршилтыг шууд гүйцэтгэсэн оюутан төдийгүй Рутерфордын өөрөө ч гайхширсаныг төсөөлөөд үз дээ!

Атомын тогтсон загварын хүрээнд үр дүнг тайлбарлах боломжгүй: үзэмний сүлжээнд хүчирхэг, хурдан бөгөөд хүнд альфа бөөмсийг тусгах юу ч байхгүй. Рутерфорд атомын тухай дүгнэлт хийхээс өөр аргагүй болсон ихэнх ньмасс нь атомын төвд байрлах гайхалтай нягт бодист төвлөрдөг. Мөн атомын үлдсэн хэсэг нь урьд өмнө бодож байснаас бага нягтралтай олон тооны дараалалтай болсон. Тарсан альфа бөөмсийн үйлдлээс үзэхэд Рутерфордын цөм гэж нэрлэсэн атомын эдгээр хэт нягт төвүүдэд атомын эерэг цахилгаан цэнэг бүхэлдээ төвлөрдөг, учир нь зөвхөн цахилгаан түлхэлтийн хүч нь бөөмсийг тараахад хүргэдэг. 90 ° -аас их өнцөг.

Резерфордын туршилтын үр дүнд үндэслэн зурсан атомын зургийг өнөөдөр бид сайн мэддэг. Атом нь зөөвөрлөх маш нягт, нягт цөмөөс бүрдэнэ эерэг цэнэг, мөн түүний эргэн тойронд сөрөг цэнэгтэй гэрлийн электронууд. Хожим нь эрдэмтэд энэ зургийн найдвартай онолын үндэслэлийг өгсөн боловч энэ бүхэн жижиг дээж бүхий энгийн туршилтаас эхэлсэн. цацраг идэвхт бодисмөн алтан тугалган цаас.

Бөөмийн тархалтын туршилтууд нь атомын бараг бүх масс нь маш бага эзэлхүүнтэй - атомын цөмд төвлөрдөг болохыг баттай харуулсан бөгөөд диаметр нь атомын диаметрээс ойролцоогоор 100,000 дахин бага байдаг.

Ихэнх бөөмсүүд асар том цөмд хүрэлгүйгээр өнгөрдөг боловч хааяа нэг бөөмс цөмтэй мөргөлдөж, дараа нь буцаж ухарч чаддаг.

Ийнхүү түүний энэ салбарт хийсэн анхны суурь нээлт нь уранаас ялгарах цацрагийн нэгэн төрлийн бус байдлыг нээсэн явдал юм. Цацраг идэвхт байдлын шинжлэх ухаанд цацрагийн тухай ойлголт анх ингэж орж иржээ. Тэрээр мөн нэрсийг санал болгосон: ялзрал ба бөөмс. Хэсэг хугацааны дараа Грек цагаан толгойн гурав дахь үсгээр тэмдэглэсэн цацрагийн өөр нэг бүрэлдэхүүн хэсэг болох гамма туяаг олж илрүүлэв. Энэ нь цацраг идэвхт бодис нээсний дараахан болсон юм. Асаалттай урт жилүүдэдгээр бөөмс нь Э.Рутерфордын хувьд атомын цөмийг судлах зайлшгүй хэрэгсэл болсон юм. 1903 онд тэрээр шинэ цацраг идэвхт элемент - торийн аяндаа задралыг нээсэн. Тэрээр 1901-1903 онд Английн эрдэмтэн Ф.Соддигийн хамтаар элементүүдийн байгалийн хувирлыг (жишээлбэл, радийг радон болгон) нээж, атомын цацраг идэвхт задралын онолыг бий болгосон судалгааг хийжээ. 1903 онд Германы физикч К.Фаянс, Ф.Содди нар нэг найзаасаа бие даан найзууд байсан бөгөөд альфа задралын үеийн цөмийн зан үйлийг дүрсэлсэн нүүлгэн шилжүүлэх дүрмийг боловсруулсан. 1934 оны хавар Парисын Шинжлэх Ухааны Академийн эмхэтгэлд "" гэсэн гарчигтай нийтлэл гарчээ. Шинэ төрөлцацраг идэвхт байдал." Түүний зохиогчид болох Ирен Жолио-Кюри болон түүний нөхөр Фредерик Жолио-Кюри нар альфа тоосонцороор цацруулсан бор, магни, хөнгөн цагаан нь өөрөө цацраг идэвхт бодис болж, задралын явцад позитрон ялгаруулдаг болохыг олж мэдсэн. Ингэж хиймэл цацраг идэвхт бодис нээсэн юм. Цөмийн урвалын үр дүнд (жишээлбэл, янз бүрийн элементүүдийг альфа тоосонцор эсвэл нейтроноор цацруулах үед) байгальд байхгүй цацраг идэвхт изотопууд үүсдэг. Ихэнх тохиолдолд цацраг идэвхт задралын бүтээгдэхүүн нь өөрөө цацраг идэвхт бодис болж хувирдаг бөгөөд дараа нь тогтвортой изотоп үүсэхээс өмнө цацраг идэвхт задралын хэд хэдэн гинжин хэлхээ үүсдэг. Тиймээс одоогоор мэдэгдэж байгаа нийт 2000 орчим цацраг идэвхт изотопын 300 орчим нь байгалийн гаралтай, үлдсэнийг нь цөмийн урвалын үр дүнд зохиомлоор олж авсан. Хиймэл болон байгалийн цацрагийн хооронд үндсэн ялгаа байхгүй.

тухай анхны мэдээлэл атомын энергиЭрдэмтэд зарим химийн элементүүд (уран, радий гэх мэт) хүрээлэн буй орон зайд нүдэнд үл үзэгдэх цацраг туяа цацруулдаг болохыг өнгөрсөн зууны сүүлчээр олж авсан. Цөмийн хувирлын үр дүнд үүссэн энэ үзэгдлийг, өөрөөр хэлбэл зарим элементийн атомуудын бөөмс, цахилгаан соронзон цацрагийг ялгаруулах гэж нэрлэжээ. цацраг идэвхт байдал(Латин үгнээс "радиус" - туяа). Цөмийн хувирал, өөрөөр хэлбэл зарим элементийн атомын цөмийг бусад элементийн атомын цөм болгон аяндаа хувиргах гэж нэрлэдэг.цацраг идэвхт задрал.

Зураг 8. Цацраг идэвхт туяаг салгах туршилтын бүдүүвч

Ялгах байгалийнТэгээд хиймэл цацраг идэвхт байдал. Байгалийн Байгалийн изотопуудын цацраг идэвхт чанарыг, өөрөөр хэлбэл байгальд тохиолддог химийн элементүүдийг нэрлэнэ.Хиймэлзохиомлоор олж авсан изотопуудын цацраг идэвхт байдал гэж нэрлэдэг. Байгалийн цацраг идэвхт байдал нь химийн элементүүдийн изотопуудад ажиглагддаг, тухайлбал радий, ypart, торий болон бусад.

Амжилтууд орчин үеийн физикмаш их авах боломжийг бидэнд олгосон олон тооныхиймэл цацраг идэвхт изотопууд. Одоо цацраг идэвхт бодисыг олж авсанХамгийн хөнгөн химийн элемент болох устөрөгчөөс эхлээд үелэх системд эхний байрыг эзэлдэг, зуун хүртэл өнөөг хүртэл мэдэгдэж байгаа бүх химийн элементүүдийн изотопууд - хамгийн хүнд элемент, энэ хүснэгтийн сүүлчийн, зуу дахь байрыг эзэлж байна. Түүгээр ч зогсохгүй олон химийн элементийн хэд хэдэн изотопыг олж авсан. Жишээлбэл, устөрөгчийн дараахь изотопууд мэдэгдэж байна: хөнгөн устөрөгч - 1 протиум 1, хүнд устөрөгч - 1 дейтерий 2, хэт хүнд устөрөгч - 1 тритий 3. Цаашилбал, ураны хэд хэдэн изотопууд бас мэдэгдэж байна, жишээлбэл: 92 уран 233, 92 уран 234, 92 уран 235, 92 уран 238, 92 уран 239. Сүүлийн жилүүдэд байгальд байгаа бүх химийн элементүүдийн 700 гаруй хиймэл цацраг идэвхт изотопыг гаргаж авсан.

Ямар хэсгүүд задралын явцад цацраг идэвхт химийн элементүүдийг ялгаруулдаг вэ? Тэднийг хэрхэн илрүүлэх вэ?

Энэ зорилгоор цацраг идэвхт эмийн үр тариаг хар тугалгатай хайрцагт хийсэн (Зураг 8). Энэ тохиргоог хүчтэй соронзон орон дээр байрлуулсан. Соронзон орон дахь нарийн нүхээр гарч буй энэ тарианаас ялгарах цацраг нь баруун, зүүн, шулуун гэсэн гурван тусдаа цацрагт задардаг. Энэ туршилт нь ялгарах зарим бөөмс нь цахилгаан цэнэгтэй болохыг харуулж байна. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг альфа (α), бета (β) болон гамма (γ) туяа гэж нэрлэсэн. Цаашдын судалгаагаар үүнийг олж мэдсэн альфа тоосонцорэерэг цэнэгтэй ба гелийн атомын цөм (2 гели 4). Тэд цацраг идэвхт элементийн цөмөөс секундэд 20,000 км хурдтай нисдэг.

Сөрөг цэнэгтэй бета тоосонцор(β) нь хамт хөдөлдөг электронуудыг илэрхийлнэ өөр өөр хурдтай, секундэд ойролцоогоор 250,000 километрт хүрдэг.

Альфа ба бета задралыг ихэвчлэн үл үзэгдэх цахилгаан соронзон цацраг дагалддаггамма цацраг. Цөмөөс тус тусад нь ялгардаг гамма цацраг, эсвэл тэдний хэлснээр квант нь фотон гэж нэрлэгддэг материаллаг цахилгаан саармаг хэсгүүдийн урсгал бөгөөд гэрлийн хурдаар, өөрөөр хэлбэл секундэд 300,000 км-ээр тархдаг.

Мэдээжийн хэрэг, бүх цацраг идэвхт изотопууд альфа ба бета идэвхтэй байдаггүй. Зарим химийн элементүүд нь зөвхөн альфа тоосонцор, бусад элементүүд нь зөвхөн бета хэсгүүдийг ялгаруулдаг; Мөн альфа болон бета бөөмсийг нэгэн зэрэг ялгаруулдаг элементүүд байдаг.

Цөмийн цацраг идэвхт задралын үр дүнд шинэ химийн элементүүдийн цөмүүд үүсдэг гэж дээр дурдсан. Эдгээр элементүүд юу вэ?

Альфа тоосонцор ялгарах нь хүнд химийн элементийн атомуудын онцлог шинж юм. Гелийн атомын цөм болох альфа бөөмс нь ялзарч буй цөмийн эерэг цэнэгийн нэг хэсгийг авч явдаг тул альфа бөөм ялгаруулж буй цөмийн цэнэг ямар нэгэн байдлаар өөрчлөгдөх ёстой нь ойлгомжтой. Бодит байдал дээр ийм зүйл тохиолддог.

Альфа задралын үр дүнд шинэ химийн элементийн цөм гарч ирдэг бөгөөд цөмийн цэнэг нь ялзарсан цөмийн цэнэгээс хоёр нэгжээр бага байх болно, учир нь альфа бөөмс, өөрөөр хэлбэл гелийн атомын цөм. 2 эерэг цэнэгтэй анхан шатны нэгжүүдцэнэглэх. Үелэх систем дэх аливаа химийн элементийн байр нь цөмийн цэнэгээр тодорхойлогддог тул альфа задралын үр дүнд олж авсан шинэ химийн элемент нь анхныхаас зүүн талд 2 эсийн зайд байрлана. Шинэ элементийн цөмийн массын тоо мөн 4 нэгжээр буурах болно (өөрөөр хэлбэл альфа бөөмийн массын тоогоор). Жишээлбэл, альфа тоосонцор ялгаруулдаг радий нь цацраг идэвхт хий - радон болж хувирдаг. Энэ цөмийн урвал альфа задралдараах байдлаар бичиж болно.

88 радий 226 -> 86 радон 222 + 2 гели 4.

Цацраг идэвхт бодисын өөр нэг төрөл бол байгалийн болон хиймэл цацраг идэвхт изотопуудын нэлээд тооны шинж чанар бүхий бета тоосонцорыг ялгаруулах явдал юм. Цөмөөс бета бөөмийн ялгаралт нь цөмийн нейтронуудын аль нэг нь протон болж хувирдагтай холбоотой юм. Тиймээс энэ тохиолдолд шинэ цөмийн цэнэг нэгээр нэмэгдэнэ. Электроны жин бага байдаг тул бета бөөмийн ялгаралтаас болж цөмийн жингийн алдагдлыг үл тоомсорлож болно. Тиймээс бета задралын үед цөмийн массын тоо ижил хэвээр байна гэж үздэг.

Ийм бета задралын жишээг дараах байдлаар бичиж болно.

89 далайн анемон 227 -> 90 торий 227 + -1 β 0

өөрөөр хэлбэл бета бөөмийг ялгаруулж буй актини нь торийн изотоп болж хувирдаг.

Асуулт гарч ирдэг: ямар төрлийн цаашдын хувь заяацацраг идэвхт изотопуудын цөмөөс ялгарах альфа ба бета тоосонцор?

Өндөр хурдтай нисч буй эдгээр бөөмс нь хүрээлэн буй орчны атомуудтай мөргөлддөг. Тэд мөргөлдөхдөө электронуудыг таслана электрон бүрхүүлхүрээлэн буй орчны атомууд (агаар, металл гэх мэт), үүний үр дүнд эдгээр атомууд ион болж хувирдаг.

Бөөмийн ионжуулах чадварыг тодорхой иончлолоор, өөрөөр хэлбэл бөөмийн замын нэг см тутамд үүссэн ионы хосуудын тоогоор үнэлдэг. Альфа бөөмс нь хүрээлэн буй орчны атомуудтай мөргөлдсөний үр дүнд аажмаар хурдаа алдаж, энерги нь аажмаар буурдаг. Эрчим хүчээ алдсаны дараа альфа бөөмс, өөрөөр хэлбэл гелийн атомын цөм өөрөө өөртөө наалддаг. чөлөөт электронууд, ямар ч орчинд үргэлж байдаг тул гелийн атом болж хувирдаг.

Бета бөөмс, өөрөөр хэлбэл хурдан хөдөлж буй электрон нь хөдөлж байх үедээ өөрийн зам дагуух атомуудыг иончлоход хүргэдэг.

Удаашруулсан бета бөөмс нь аливаа элементийн атом эсвэл цөмд бэхлэгдэх хүртэл орон зайд үлдэнэ.

Аливаа орчинд гамма цацрагийн тархалт нь атомын иончлолын хамт дагалддаг. Энэ тохиолдолд иончлолын зэрэг нь орчны нэг шоо см талбайд гамма цацрагийн нөлөөн дор үүссэн ионы хосуудын тоогоор тодорхойлогддог. Ионжуулалтын энэ зэрэг нь гамма цацрагийн эрчмийг илэрхийлдэг. Ионжуулалтын зэрэг нь гамма цацрагийн шингэсэн энергийн хэмжүүр юм.

Альфа ба бета тоосонцор, түүнчлэн аливаа орчинд (агаар, металл) тархдаг гамма квантууд энэ орчны атомуудтай харилцан үйлчилдэг. Ийм харилцан үйлчлэлийн үр дүнд тэд эрч хүчээ алдаж, сул дорой болдог. Альфа ба бета бөөмс, түүнчлэн матери дахь гамма квантуудын туулсан замыг гэнэ.гүйлтийн урт. Хамгийн их уртгамма туяа нь хүрээтэй байдаг.

Гүйлтийн урт нь байх болнотэдгээрбага байх тусам цацраг нэвтрэн орох материалын нягтрал их байх болно. Үүнийг дараах тоо баримтаас харж болно.

Агаар гэх мэт орчинд 8 мегаэлектрон вольтын энергитэй альфа бөөмийн замын урт нь 7.3 сантиметр, усанд ердөө 0.06 миллиметр, төмрийн хувьд 0.02 миллиметр юм.

Бета тоосонцор нь илүү урт хүрээтэй байдаг. Жишээлбэл, агаарт 3 мегаэлектрон вольтын энергитэй бета бөөмс нь 14.5 метр, усанд 12.5 миллиметр, хөнгөн цагаанд 4.9 миллиметр урттай байдаг.

Агаар дахь гамма цацраг нь мэдэгдэхүйц бууралтгүйгээр хэдэн зуун метрийг туулдаг. Маш нягт бодисууд ч гэсэн гамма цацрагийг сул хаадаг. Жишээлбэл, 7 см зузаан төмрийн давхарга нь 1 мегаэлектронвольтийн энергитэй гамма цацрагийг 10 дахин сулруулдаг. 1 мегаэлектрон вольтын ижил энергитэй гамма цацрагийг 10 дахин бууруулахын тулд 25 см орчим бетон давхарга, 30-35 сантиметр хөрс шаардлагатай.

Үзүүлсэн өгөгдлөөс харахад альфа ба бета цацрагаас хамгаалахын тулд энгийн арга хэрэгслийг ашиглаж болох бөгөөд гамма цацрагаас хамгаалахын тулд тусгай инженерийн байгууламж шаардлагатай гэж дүгнэж болно.

Тиймээс бид химийн элементүүдийн цацраг идэвхт ялгаруулалтыг авч үзсэн. Гэсэн хэдий ч янз бүрийн химийн элементүүдийн цацраг идэвхт задралын үйл явц өөр өөр хурдаар явагддаг.

Цаг хугацааны явцад бөөмийн задралыг тодорхойлохын тулд гэж нэрлэгддэг хагас амьдрал. Хагас задралын хугацаа гэдэг нь бодисын атомын тал хувь нь задрах хугацаа юм. Төрөл бүрийн химийн элементүүдийн хагас задралын хугацаа харилцан адилгүй байдаг - секундын тэрбумаас хэдэн тэрбум жил хүртэл. Тиймээс радийн хагас задралын хугацаа 1590 жил, уран-238 - 4,500,000,000 жил байна. Жишээлбэл, хэрэв та нэг грамм радиум авбал 1590 жилийн дараа хагас грамм, дараагийн 1590 жилийн дараа дөрөвний нэг грамм гэх мэт үлдэнэ гэсэн үг юм.

Ихэнх байгалийн болон зарим хиймэл цацраг идэвхт элементүүдийн цөм задрахад цацраг идэвхт цөмүүд мөн үүсч, улмаар цацраг идэвхт задралд ордог. Тиймээс альфа эсвэл бета хэсгүүдийн ялгаралт дагалддаг хэд хэдэн өөрчлөлтийн үр дүнд цацраг идэвхт элементүүдийн бүхэл бүтэн гинжин хэлхээ үүсдэг. Энэ үйл явц нь эцсийн цацраг идэвхт бус элемент үүсэх хүртэл үргэлжилнэ. Дараалсан цацраг идэвхт задралын бүх бүтээгдэхүүний нийлбэр үүсдэг цацраг идэвхт гэр бүл, өөрөөр хэлбэл эгнээ энэ элементийн. Одоогийн байдлаар ийм дөрвөн цацраг идэвхт гэр бүл мэдэгдэж байна; Эдгээр гэр бүлийн өвөг дээдэс нь: 92 уран 238, 90 торий 232, 92 уран 235, 94 плутони 241.