Yapay radyoaktivite. Doğal ve yapay radyoaktivite

Bilinen tüm radyoaktif elementler iki gruba ayrılır: doğal ve yapay (insan yapımı).

Dahili maruz kalma.

Karasal radyasyon.

Doğada üç radyoaktif madde serisi (ailesi) vardır: uranyum-radyum serisi, toryum serisi ve aktinyum serisi. Her seride, zaman içinde atomlar ardışık radyoaktif bozunuma uğrar, her aşamada α- veya β-parçacıkları yayar (γ-radyasyonu eşliğinde veya eşlik etmeden) ve diğer atomların atomlarına dönüşür. kimyasal elementler.

Bu üç serinin doğadaki varlığı, yarı ömrü Dünya'nın yaşıyla karşılaştırılabilir olan bir ana nüklidin her durumda varlığıyla belirlenir. Uranyum-radyum serisinin atası, yarı ömrü 4,5 10 9 yıl olan uranyum izotopu -238'dir (238 U). Actinouranium (235 U), 7,1 · 10 8 yıllık yarı ömrüyle uranyum serisinin atası olarak görev yapar. Yarılanma ömrü 1,4 × 10 10 yıl olan toryum-232 (232 Th) izotopu, toryum serisinin ana elementidir. Her dönüşüm serisinin kararlı son ürünleri kurşun izotoplardır - sırasıyla 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb.

Şu anda Dünya'da yarı ömürleri 10 7 yıl ve üzeri olan 23 adet uzun ömürlü radyoaktif element korunmuştur. Fiziksel özellikler bunlardan bazıları tablo 11.1'de sunulmaktadır.

Tablo 11.1.

Bazı uzun ömürlü radyoaktif elementlerin fiziksel özellikleri.

Üç radyoaktif ailede: uranyum (238 U), toryum (232 Th) ve aktinyum (235 Ac), radyoaktif bozunma süreçleri sırasında sürekli olarak 40 radyoaktif izotop oluşur. Bir kişinin karasal kaynaklardan yılda aldığı ortalama etkili eşdeğer dış radyasyon dozu yaklaşık 0,35 mSv'dir; radyasyon nedeniyle ortalama bireysel dozdan biraz daha fazla uzay arka planı deniz seviyesinde.

Ancak farklı bölgelerde karasal radyasyon düzeyi aynı değildir. Örneğin Sao Paulo'nun (Brezilya) 200 kilometre kuzeyinde, radyasyon seviyesinin ortalamanın 800 kat üzerinde olduğu ve yılda 260 mSv'ye ulaştığı küçük bir tepe var. Güneybatı Hindistan'da toryum bakımından zengin kumlarla kaplı dar bir kıyı şeridinde 70.000 kişi yaşıyor. Bu grup insan yılda kişi başına ortalama 3,8 mSv alıyor. Araştırmalar Fransa, Almanya, İtalya, Japonya ve ABD'de nüfusun yaklaşık %95'inin yılda 0,3 ila 0,6 mSv radyasyon dozuna sahip yerlerde yaşadığını göstermiştir. Yaklaşık %3'ü yılda ortalama 1 mSv alıyor ve yaklaşık %1,5'i yılda 1,4 mSv'den fazla alıyor.

Ukrayna nüfusuna yönelik ortalama yıllık etkili radyasyon dozunun yapısı ve değerleri doğal kaynaklar iyonlaştırıcı radyasyon Şekil 11.1'de gösterilmektedir.

Ortalama yıllık radyasyon dozu 4,88 mSv'dir ve konutların havasındaki radon içeriğine ilişkin en son veriler - 220 (220 Rn) dikkate alındığında, ortalama yıllık radyasyon dozu yılda 5,3 mSv'dir.

Dünyanın farklı ülkelerinde ortalama dozlar 2,0 mSv/yıl (İngiltere) ile ~ 7,8 mSv/yıl (Finlandiya) arasında değişmektedir. Ancak genel olarak doza en büyük katkının, doğal radyumun bozunma ürünü olan radyoaktif bir gaz olan radonun varlığından kaynaklandığıdır.

Kozmik ışınlar.

Kozmik radyasyon, Dünya'nın manyetik alanı olan galaktik alan tarafından yakalanan parçacıklardan oluşur. kozmik radyasyon Ve parçacık radyasyonu Güneş. Esas olarak elektronlardan, protonlardan ve alfa parçacıklarından oluşur. Bu birincil kozmik radyasyondur. Dünya atmosferiyle etkileşime girdiğinde ikincil radyasyon oluşur.

Deniz seviyesindeki birincil kozmik radyasyondan kaynaklanan radyasyon dozu 2,4 nSv/saat olup, nüfusun çoğunluğu yılda yaklaşık 0,35 mSv doz almaktadır.

Kozmik radyasyonun yoğunluğu şunlara bağlıdır: güneş aktivitesi, nesnenin coğrafi konumu ve deniz seviyesinden yükseklik arttıkça artar. Kuzey ve Güney Kutuplarında en yoğun, ekvatoral bölgelerde ise daha az yoğundur. Bunun nedeni, yüklü parçacıkları kozmik radyasyondan saptıran Dünya'nın manyetik alanıdır.

Doz boyutu radyasyona maruz kalma Bir kişinin aldığı coğrafi konuma, yaşam tarzına ve işin niteliğine bağlıdır. Örneğin 8 km yükseklikte etkili doz oranı 2 μSv/saattir ve bu da hava yolculuğu sırasında ek maruziyete yol açar.

İkincil ışınlama sırasında nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak, radyoaktif çekirdekler- kozmojenik radyonüklidler.

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

Dozun oluşturulmasına en büyük katkıyı insan vücuduna besinlerle birlikte giren 3 H, 7 Be, 14 C ve 22 Na sağlamaktadır (Tablo 11.2.)

Tablo 11.2.

Kozmojenik radyonüklitlerin insan vücuduna ortalama yıllık alımı.

Bir yetişkin, gıdayla yılda 95 kg karbon tüketir ve birim karbon kütlesi başına ortalama aktivite 230 Bq/kg'dır. Kozmojenik radyonüklitlerin bireysel doza toplam katkısı yaklaşık 15 μSv/yıldır.

Radon.

Tüm doğal radyasyon kaynaklarının en önemlisi (Şekil 11.2.) görünmez, tatsız ve kokusuz bir ağır gazdır (havadan 7,5 kat daha ağır) - radon - 222 (222 Rn). Bir kişi, radyonüklitlerin vücuda solunum sistemi yoluyla ve daha az ölçüde gıda yoluyla girmesiyle esas olarak iç radyasyon nedeniyle radona ve onun bozunma ürünlerine maruz kalır. Solunum sırasında vücuda girerek akciğerlerin mukoza dokularının ışınlanmasına neden olur. İnsan vücudunda radona ve onun ürünlerine uzun süre maruz kalınması halinde akciğer kanseri riski kat kat artmaktadır.

Bir kişi, doğal radyasyon kaynaklarından gelen ortalama yıllık radyasyon dozunun %77,9'u olan radona dahili olarak maruz kalma nedeniyle yılda 3,8 mSv alır.

Bu radyoaktif soy gazın ana kaynağı yer kabuğudur. Temeldeki, zemindeki ve duvarlardaki çatlak ve yarıklardan nüfuz eden radon, iç mekanlarda kalır. Diğer bir iç mekan radon kaynağı, radon kaynağı olan doğal radyonüklitleri içeren yapı malzemelerinin kendisidir (beton, tuğla, pomza, granit vb.). Radon yakıldığında su ile de (özellikle artezyen kuyularından temin ediliyorsa) evlere girebilmektedir. doğal gaz ve diğer kaynaklar.

Radyasyon gücünü karşılaştırın çeşitli kaynaklar Aşağıdaki diyagram radon konusunda yardımcı olacaktır

Pirinç. 11.2. Çeşitli radon kaynaklarının radyasyon gücünün diyagramı.

Karasal kaynaklı radyonüklidlerden dahili maruz kalma.

Radyonüklidler insan vücudunda sürekli olarak mevcuttur. dünyevi köken, solunum ve sindirim organlarından girerek. İç radyasyon dozunun oluşumuna en büyük katkı 40 K, 87 Rb ve bozunma serisi 238 U ve 232 Th'nin nüklitleri tarafından yapılır (Tablo 11.3.).

Tablo 11.3.

Ortalama yıllık etkili eşdeğer iç radyasyon dozu

Ukrayna için ortalama yıllık dahili radyasyon dozu 200 µSv olup, bu da doğal kaynaklardan gelen toplam dozun %4,1'ine denk gelmektedir.

Yapay radyoaktivite.

İnsan faaliyetinin bir sonucu olarak dış ortamda yapay radyonüklidler ve radyasyon kaynakları ortaya çıkmıştır.

Doğal ortama girmeye başladılar büyük miktarlar ah doğal radyonüklidler, dünyanın bağırsaklarından çıkarılan mineral ve organik doğal kaynaklar:

Jeotermal enerji santralleri, üretilen elektriğin 1 GW'ı başına ortalama 4 · 10 14 Bq 222 Rn izotop emisyonu oluşturur;

226 Ra ve 238 U içeren fosforlu gübreler (Kola apatitte 70 Bq/kg'a ve fosforitte 400 Bq/kg'a kadar);

Yanmış konut binaları ve gaz ve kömür santralleri, bozunma ürünleriyle dengede olan 40 K, 232 U ve 238 U doğal radyonüklitleri içerir.

Geçtiğimiz birkaç on yıl boyunca insanoğlu birkaç bin radyonüklid yarattı ve bunları bilimsel araştırma, teknoloji, tıbbi amaçlar ve diğer amaçlar. Bu da alınan radyasyon dozunun artmasına neden olur. bireyler tarafından ve bir bütün olarak nüfus. Bazen insan yapımı kaynaklardan maruz kalma, doğal kaynaklardan binlerce kat daha yoğundur.
Şu anda, insan yapımı kaynaklardan gelen doza ana katkı, teşhis ve tedavi sırasında maruz kalınan dış radyasyondan kaynaklanmaktadır.

Sanayileşmiş ülkelerde tıpta kullanılan tüm radyasyon kaynaklarından alınan ortalama etkin eşdeğer doz kişi başına yıllık 1 mSv'dir; Doğal kaynaklardan alınan ortalama dozun yaklaşık yarısı.

Çeşitli yapay radyasyon kaynaklarının yaratılıştaki rolü arka plan radyasyonu Tablo 11.4'te gösterilmektedir.

Tablo 11.4.

Doğal arka plan radyasyonundan ve çeşitli yapay radyasyon kaynaklarından alınan ortalama yıllık dozlar.

Nükleer silah testleri.

Testin radyolojik sonuçları nükleer silahlar test sayısı, toplam enerji salınımı ve fisyon parçalarının aktivitesi, patlama türleri (hava, yer, su altı, yüzey, yeraltı) ve test süresi boyunca jeofiziksel çevresel faktörler (alan, hava koşulları, radyonüklidlerin göçü, vesaire.). Özellikle 1954-1958 ve 1961-1962 döneminde yoğun bir şekilde gerçekleştirilen nükleer silah testleri. Dünya'nın arka plan radyasyonundaki artışın ana nedenlerinden biri haline geldi ve bunun sonucunda nüfusun dış ve iç radyasyon dozlarında küresel bir artış oldu.

ABD, SSCB, Fransa, İngiltere ve Çin'de toplam Atmosferde, su altında ve Dünya'nın bağırsaklarında en az 2.060 atomik ve termonükleer yük testi gerçekleştirildi; bunların 501'i doğrudan atmosferde gerçekleştirildi.

Uluslararası kuruluşlara göre 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren nükleer testler içinde dış çevre 1,81 · 10 21 Bq ürün alındı nükleer fisyon(PYAD), hissesi atmosferik test%99,84’ünü oluşturuyor. Radyonüklitlerin yayılması gezegensel boyutlara ulaştı (Şekil 11.3.-11.4.).

Nükleer fisyon ürünleri, 36 elementin (çinkodan gadolinyuma kadar) 200'den fazla radyoaktif izotopunun karmaşık bir karışımıdır. Aktivitenin çoğu kısa ömürlü radyonüklitlerden gelir. Böylece patlamadan 7, 49 ve 343 gün sonra PYD aktivitesi, patlamadan bir saat sonraki aktiviteye göre sırasıyla 10, 100 ve 1000 kat azalıyor. Biyolojik açıdan en önemli radyonüklitlerin verimi Tablo 11.5'te verilmiştir.

Farklı radyoaktif izotopların ekolojik önemi tamamen farklıdır. Yarılanma ömrü 2 günden az olan radyoaktif maddeler, içerdiklerinden büyük bir tehlike oluşturmazlar. yüksek seviye Kirlenmiş biyotopta kısa süreliğine radyasyon. 238 U gibi yarı ömrü çok uzun olan maddeler de birim zamanda çok zayıf radyasyon yaydıkları için neredeyse zararsızdırlar.

En tehlikeli radyonüklidler, yarı ömürleri birkaç haftadan birkaç yıla kadar değişen radyonüklitlerdir (Tablo 11.5.). Bu süre bahsedilen unsurların nüfuz etmesi için yeterlidir. çeşitli organizmalar ve besin zincirlerinde birikir.

Biyojenik elementlerin analogları olan elementlerin yüksek radyotoksisitesine de dikkat edilmelidir.

Pirinç. 11.3. Gıda ürünlerindeki stronsiyum-90 ve sezyum-137 içeriği ve toplam yıllık kapasite nükleer patlamalar atmosfer.
Şekil 11.4. Sezyum-137 içeriği çeşitli ürünler beslenme: A - tahıl ürünleri, B - et, C - süt, D - meyveler, D - sebzeler.
Tablo 11.5. Nükleer patlama sırasında bazı fisyon ürünlerinin salınması.
Öğe	Şarj	Yarı ömür	Bölüm başına çıktı,%	1 Mt başına aktivite, (10 15 Bq)
Stronsiyum-89		50,5 gün	2.56
Stronsiyum-90		28,6 yıl	3.5	3.9
Zirkonyum-95		64 gün	5.07
Rutenyum-103		39,5 gün	5.2
Rutenyum-106		368 gün	2.44
İyot-131		8 gün	2.90
Sezyum-136		13,2 gün	0.036
Sezyum-137		30,2 yıl	5.57	5.9
Baryum-140		12,8 gün	5.18
Seryum-141		32,5 gün	4.58
Seryum-144		284 gün	4.69
Hidrojen-3		12,3 yıl	0.01	2,6 10 -2

Nükleer enerji.

Radyasyonun en yoğun tartışılan kaynağı nükleer santrallerdir. Nükleer enerjinin avantajı, termik santrallere göre önemli ölçüde daha az miktarda hammadde ve arazi alanı gerektirmesi (Tablo 11.6.) ve atmosferi duman ve is ile kirletmemesidir.

Tehlike, yıkıcı reaktör kazaları olasılığının yanı sıra, gerçekten çözülmemiş radyoaktif atıkların bertaraf edilmesi ve çevreye sızması probleminde yatmaktadır. küçük miktar radyoaktivite.

Tablo 11.6.

Kömür ve nükleer yakıt çevrimlerinde yılda 1 GW elektrik üretmek için doğal kaynak tüketimi

Doğrudan akışlı soğutma ile.

1984 sonu itibariyle 26 ülkede 345 işletme faaliyet gösteriyordu. nükleer reaktörler elektrik üretiyor. Kapasiteleri 220 GW veya tüm elektrik kaynaklarının toplam kapasitesinin %13'ü kadardı. 1994 yılında 432 kişi vardı nükleer reaktör toplam kapasiteleri 340 GW oldu.

Öngörülen gelişme beklentileri nükleer güç dünya Tablo 11.7'de gösterilmektedir.

Tablo 11.7.

Dünyada nükleer enerjinin gelişimi için beklentiler.

Bir nükleer santralin normal işletme koşulları altında, dış çevreye radyonüklid emisyonları önemsizdir ve esas olarak yarı ömürleri genellikle birkaç günü geçmeyen iyot radyonüklidleri ve inert radyoaktif gazlardan (Xe, Cr) oluşur. salım sonucunda mümkün olan toplam radyasyon dozunun %90'ı nükleer santral ve kısa ömürlü izotoplar nedeniyle popülasyon, salınımdan sonraki bir yıl içinde,% 98'i - 5 yıl içinde alır. Dozun neredeyse tamamı nükleer santrallerin yakınında yaşayan insanlara düşüyor. Radyasyon dozları genellikle toplumun bireysel üyeleri için belirlenmiş sınırların (0,5 rem/yıl) oldukça altındadır.

Uzun ömürlü emisyon ürünleri (137 Сз, 90 Ce, 85 Kg ve diğerleri) dünya çapında dağıtılmaktadır. Bu tür izotoplara maruz kalmanın tahmini kolektif eşdeğer dozu, üretilen her GigaWatt elektrik için 670 man-Sv'dir.

Yukarıdaki tahminler nükleer reaktörlerin normal şekilde çalıştığı varsayımına dayanarak elde edilmiştir. Bu durumda çeşitli ışınlama kaynaklarının katkıları Şekil 11.5'te gösterilmektedir.

Şekil 11.5. Çeşitli radyasyon kaynaklarından gelen katkılar

Kaza sırasında çevreye salınan radyoaktif madde miktarı önemli ölçüde daha fazladır. 1971'den 1984'e kadar olan dönemde olduğu bilinmektedir. Dünya çapında 14 ülkede 151 nükleer santral kazası meydana geldi.

26 Nisan 1986 Çernobil nükleer santral reaktör çekirdeğinin tahrip olmasıyla bir kaza meydana geldi ve bu da çekirdekte biriken radyoaktif ürünlerin bir kısmının atmosfere salınmasına yol açtı.

Kaza sonucunda nükleer yakıtın %5 ila %30'u çevreye salındı. Ek olarak, reaktör içeriğinin bir kısmı eridi ve reaktör kabının tabanındaki çatlaklardan sınırlarının ötesine geçti.

Yakıtın yanı sıra, kaza anında çekirdek, reaktörün çalışması sırasında biriken çeşitli radyoaktif izotoplar olan fisyon ürünleri ve uranyum ötesi elementler içeriyordu. En büyük radyasyon tehlikesini oluştururlar.

Bunların çoğu reaktörün içinde kaldı, ancak aşağıdakiler de dahil olmak üzere en uçucu maddeler dışarıya salındı:

Tüm soy gazlar reaktörde bulunan;

Buhar ve katı parçacıkların yanı sıra organik bileşiklerden oluşan bir karışım formunda yaklaşık% 55 iyot;

Aerosol formunda sezyum ve tellür.

Çevreye salınan maddelerin toplam aktivitesi, çeşitli tahminlere göre 14H 1018 Bq (14 EBq) tutarında olup aşağıdakileri içermektedir:

1.8 EBq iyot-131,

0,085 EBq sezyum-137,

0,01 EBq stronsiyum-90 ve

0,003 EBq plütonyum izotopları;

Soy gazlar toplam aktivitenin yaklaşık yarısını oluşturuyordu (Şekil 11. 6.).

Şekil 11.6 Çernobil tesisinin yakınındaki bir kişinin aldığı harici gama radyasyonu dozu.

Yaklaşık %70'i Beyaz Rusya, Rusya ve Ukrayna'da olmak üzere 200 bin km²'den fazla alan kirlendi. Radyoaktif maddeler, yavaş yavaş dünya yüzeyine yerleşen aerosoller şeklinde yayıldı. Stronsiyum ve plütonyumun çoğu, çoğunlukla daha büyük parçacıklar halinde bulunduğundan, tesisin 100 km yakınına düştü. İyot ve sezyum daha geniş bir alana yayıldı.

Kazadan sonraki ilk haftalarda nüfus üzerindeki etki açısından en büyük tehlikeyi, yarı ömrü nispeten kısa olan (sekiz gün) radyoaktif iyot ve tellür oluşturdu. Şu anda (ve önümüzdeki yıllarda), en büyük tehlike, yaklaşık 30 yıllık yarı ömre sahip stronsiyum ve sezyum izotoplarından kaynaklanmaktadır. Sezyum-137'nin en yüksek konsantrasyonları, bitkilere ve mantarlara girdiği toprağın yüzey katmanında bulunur. Böcekler ve onlarla beslenen hayvanlar da kirliliğe maruz kalıyor. Plütonyum ve amerikyumun radyoaktif izotopları toprakta yüzlerce, hatta binlerce yıl varlığını sürdürecek.

Ormanlar önemli ölçüde kirlendi. Sezyum orman ekosisteminden uzaklaştırılmak yerine sürekli olarak geri dönüştürüldüğü için mantarlar, meyveler ve av hayvanları gibi orman ürünlerindeki kirlilik seviyeleri tehlikeli olmaya devam ediyor. Nehirlerdeki ve çoğu göldeki kirlilik seviyeleri şu anda düşük. Ancak drenajın olmadığı bazı "kapalı" göllerde, su ve balıklardaki sezyum konsantrasyonu onlarca yıl boyunca tehlike oluşturabilir.

Kirlilik 30 kilometrelik bölgeyle sınırlı değildi. Liken ve geyik etinde sezyum-137 içeriğinin arttığı kaydedildi. Arktik bölgeler Rusya, Norveç, Finlandiya ve İsveç.

Radyoaktivite olgusu, bir veya daha fazla parçacığın emisyonu ile çekirdeklerin kendiliğinden bozunmasından oluşur. Bu tür bozunmaya maruz kalan çekirdeklere radyoaktif denir. Radyoaktif bozunma için gerekli, ancak her zaman yeterli olmayan bir koşulun onun enerjik avantajı olduğu açıktır - radyoaktif çekirdeğin kütlesi, parça çekirdeğinin kütlelerinin ve bozunma sırasında yayılan parçacıkların toplamını aşmalıdır (benzer bir durumun olduğu oldukça açıktır). eşitsizlik tatmin edilmeli

çekirdek kütlelerini karşılık gelen atomların kütleleriyle değiştirin; radyoaktif bozunumlar).

doğada var büyük sayı doğal olarak radyoaktif çekirdekler, yani oluştukları andan günümüze kadar çürümeye vakti olmayan veya kozmik ışınların etkisi altında sürekli olarak oluşan çekirdekler. Aynı zamanda radyoaktif çekirdekler de üretilebiliyor yapay olarak- Kararlı çekirdeklerin parçacıklarla bombardımanı. Doğal ve yapay radyoaktivite arasında fiziksel bir sınır yoktur.

Radyoaktivite ilk olarak 1896 yılında A. Becquerel tarafından keşfedilmiştir. Bundan kısa bir süre önce ise röntgen ve Becquerel floresans ve x-ışınları arasındaki ilişkiyi inceledi. Floresan ışık saçabilen uranyum tuzları, siyah kağıda sarılmış bir fotoğraf plakası üzerine yerleştirildi ve güneş ışığı. Güneş ışığının etkisi altında uranyumun flüoresans yaptığına ve eğer flüoresans spektrumu X ışınlarını içeriyorsa, siyah kağıttan geçerek plakanın kararmasına neden olacağına inanılıyordu. Birkaç gün güneş olmadı ve hazırlandık.

uranyum plakaları kara bir kutunun içinde yatıyordu. Ancak geliştirme sonrasında plakalarda güçlü bir kararma olduğu keşfedildi. Böylece uranyum tuzlarının kendilerinin bir tür ışın yaydığı ortaya çıktı.

Çok geçmeden başka bilim adamları da bu fenomenin incelenmesine katıldılar. 1898 P. Curie, M. Sklodowska-Curie ile birlikte yeni radyoaktif elementler keşfetti: polonyum ve radyum. Geliştirdikleri zenginleştirme yöntemini kullanarak, 1902'de büyük miktarlarda uranyum katranını işleyerek birkaç desigram saf radyum tuzu elde etmeyi başardılar. 1903'te radyoaktif olguyu araştırmak için

Curie'ler A. Becquerel ile birlikte Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. “Radyoaktivite” teriminin kendisi bilime tanıtıldı. Sklodowska-Curie.

Radyoaktif bozunma yasaları. Radyoaktif bozunma, meydana gelme süresi, yayılan parçacıkların türü, enerjileri ve birkaç parçacık yayınlandığında açısal korelasyon, yani emisyon yönleri arasındaki bağıl açı ile karakterize edilir. Başlangıçtaki radyoaktif çekirdeğe ana çekirdek, bozunmasının ürününe ise yavru çekirdek adı verilir.

Bozunma süreci kendiliğinden (kendiliğinden) meydana geldiğinden, rastgele bir dt süresi boyunca bozunmaya bağlı olarak çekirdek N sayısındaki dN değişimi, yalnızca t anındaki radyoaktif çekirdeklerin sayısı ile belirlenir ve dt zaman aralığı ile orantılıdır. :

DN = λNdt, (10.34)

burada λ bozunum hızını karakterize eden bir sabittir. Bütünleştirme (10.34)

ve t = 0'da çekirdek sayısının orijinal N = N 0'a eşit olduğunu varsayarak şunu elde ederiz:

N = N 0 e - λt (10,35)

yani çekirdek sayısı katlanarak azalır.

(10.35)'te radyoaktif çekirdek sayısındaki azalma oranını belirleyen A miktarına bozunum sabiti denir. [s-1] boyutuna sahiptir ve biraz daha ileride gösterileceği gibi, bir atomun bir saniyede bozunma olasılığını karakterize eder. Radyoaktif elementleri karakterize etmek için yarı ömür T 1/2 kavramı da tanıtılmıştır. Mevcut atom sayısının yarısının bozunduğu süreyi ifade eder.

Radyoaktif bozunma yasası (10.35) ilk olarak 1903 yılında P. Curie tarafından oluşturulmuştur. Ayrıca yarı ömür kavramını ortaya attı ve onun yarılanma ömründen bağımsızlığını gösterdi. dış koşullar. Buna dayanarak P. Curie, yarı ömrün belirlenmesi için bir zaman standardı olarak kullanılmasını önerdi. mutlak yaş karasal kayalar.

Şimdi radyoaktif bir çekirdeğin ortalama ömrünü hesaplayalım. Değiştirme

N(T 1/2) = N 0 /2 koşulu (10.35) denklemine dönüştürülürse, şunu elde ederiz:

N 0 /2 = N 0 e - λTl/2, (10.36)

logaritma alarak bunu nereden buluyoruz

λТ 1/2 = 1n2 = 0,693,

ve yarı ömür

T1/2 = 0,693/λ. (10.37)

Radyoaktif bozunumun üstel yasasına göre, herhangi bir zamanda bozunmamış çekirdek bulma olasılığı sıfırdan farklıdır. Bu tür çekirdeklerin ömrü t'yi aşıyor. Aynı zamanda, bu zamana kadar çürümüş olan diğer çekirdekler de yaşadı. farklı zamanlar, t'den az. Belirli bir radyoaktif izotopun ortalama ömrü genellikle aşağıdaki şekilde belirlenir:

Sonuç olarak, radyoaktif bir çekirdeğin ortalama ömrü g şuna eşittir: karşılıklı bozunum sabiti A'dan. Zaman içinde t, başlangıçtaki çekirdek sayısı e kat azalır.

Büyüklük

A = - dN/dt = λN

belirli bir ilacın aktivitesi denir,

saniyedeki bozunma sayısını belirler. Etkinlik, tek bir çekirdeğin değil, belirli miktardaki çürüyen maddenin bir özelliğidir. Faaliyet birimi bekereldir: 1 bekerel (Bq), saniyede 1 bozunmaya eşittir. Pratikte sıklıkla ekstra sistemik, önceden kullanılmış bir aktivite birimi kullanılır - curie: 1 curie (Ci), 1 g radyumda bulunan çekirdeklerin 1 saniyede 3,7 10 10 bozunumdaki bozunma sayısına eşittir. ).

Radyoaktif bozunma türleri Radyoaktif süreçler arasında α- ve β-bozunmaları (atom kabuğundan bir elektronun yakalanması dahil), γ-radyasyonu, nükleer fisyon ve ayrıca gecikmiş nötron ve protonların emisyonu yer alır. İki son süreç Gecikmiş nötronların (protonlar) emisyonu, bir elektronun (pozitron) çekirdek tarafından ön emisyonundan sonra meydana geldiğinden, kademeli iki aşamalı tipe aittir. Bu nedenle emisyon, önceki β bozunmasını karakterize eden bir süre kadar geciktirilir. Listelediğimiz süreçleri ele alalım.

Alfa bozunması. Yalnızca Z > 83 olan ağır çekirdekler ve A = 140-160 bölgesindeki küçük bir grup nadir toprak çekirdeği, kendiliğinden α bozunmasına maruz kalır. α-bozunması sırasında, orijinal ana çekirdek bir helyum çekirdeği (α-parçacığı) yayar ve proton ve nötron sayıları her biri iki birim azalan bir yavru çekirdeğe dönüşür. α-aktif çekirdeklerin yarı ömrü son derece geniş sınırlar içinde değişir. Yani, örneğin, polonyum izotopu 214 84 Po için bu değer 3 10 ~7 s'ye ve kurşun izotopu 204 82 Pb - 1,4 * 10 17 yıla eşittir. Yayılan α parçacıklarının enerjisindeki değişim aralığı çok daha küçüktür - 4 ila 9 MeV arasında ve enerjileri ne kadar düşükse yarı ömür de o kadar uzun olur. Alfa parçacığı E'nin enerjisi ile radyoaktif çekirdek T 1/2'nin yarı ömrü arasındaki fonksiyonel ilişki iyidir

formülle açıklanan

logT 1/2 = a/√Ё + b, (10.39)

1911'de G. Geiger ve J. Nattall tarafından deneysel verilere dayanarak elde edilmiştir. Geiger-Nattall yasası, ancak 1928'de G. Gamow ve bağımsız olarak R. Gurney'in çalışmalarında kuantum mekaniğinin yaratılmasından sonra teorik bir gerekçe elde etti. ve E. Condon, bir alfa parçacığının çekirdekten kaçma olasılığının, onun Coulomb bariyerini geçme olasılığıyla belirlendiğini gösterdi. Bu sürecin üstel doğası, aşağıdaki bölgedeki dalga fonksiyonunun üstel bozulması nedeniyle ortaya çıkar.

potansiyel enerjisinin parçacığın enerjisinden daha büyük olduğu bir bariyer.

Dört temel parçacıklarα parçacığının (iki proton ve iki nötron) oluştuğu karmaşık hareket Bir çekirdekteki nükleonlar ve onları o çekirdekteki diğer parçacıklardan ayırmanın hiçbir yolu yoktur. Aynı zamanda, dört nükleonun rastgele yaklaşması sonucu, çekirdekte kısa bir süre için bir alfa parçacığının oluşma olasılığı gözle görülür (~ 10 ~ 6) bir olasılıktır. Ancak alfa parçacığı ancak çekirdekten ayrıldığında ve ondan yeterince uzakta olduğunda, kendisi ve çekirdek iki ayrı parçacık olarak düşünülebilir.

Enerjisel olarak, orijinal ana çekirdek E A, z'nin bağlanma enerjisi, yavru çekirdek E A-4, z-2 ve a parçacığı E α'nın bağlanma enerjilerinin toplamından daha azsa, α bozunması mümkündür, yani ilişki tatmin olmalı

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

Bir α parçacığının bağlanma enerjisi 28 MeV'dir, yani 7 MeV/nükleondur.

Bu nedenle, bağlanma enerjisi olan orta büyüklükteki çekirdeklerin α bozunması

nükleon ~ 8 MeV.

Çekirdek ve çevresindeki bir alfa parçacığının potansiyel enerjisinin türünü ele alalım (Şekil 10.9). Çekirdeğin dışında, kısa menzilli nükleer kuvvetler hızla yok olur ve a parçacığı yalnızca U coul potansiyelinin eşit olduğu elektrostatik Coulomb itmesinden etkilenir.

U serin = 2(Z-2)e 2 /r (10,41)

Çekirdeğin sınırında nükleer kuvvetlerden kaynaklanan güçlü çekim devreye girer ve potansiyel eğrisi keskin bir şekilde düşer. Çekirdeğin içindeki potansiyelin yaklaşık olarak sabit olduğu düşünülebilir.

Çekirdekteki alfa parçacığının toplam enerjisi sıfırdan büyükŞekil 2'de gösterildiği gibi. 10.9 ve bu nedenle fikirlere göre enerjisel olarak bozunmaya izin verilir klasik fizik Parçacık bir potansiyel kuyusunda olduğundan bu süreç kendisine ek enerji verilmeden gerçekleşemez. Bununla birlikte kuantum mekaniği, bir parçacığın potansiyel bir bariyerden geçişine veya daha kesin olarak sızıntısına izin verir. Bariyer boyunca alfa parçacığı tünellemesinin meydana gelebileceği söyleniyor. Önemli olan şu ki

özellikler kuantum parçacığı kare modülü |ψ(r)| olan ψ dalga fonksiyonu kullanılarak tanımlanır. 2, r noktasında bir parçacığın tespit edilme olasılığıyla orantılıdır. İÇİNDE

sonlu bir potansiyel durumunda (sonlu yükseklikte duvarlara sahip potansiyel) ψ fonksiyonu

her yerde sıfırdan farklıdır. Dolayısıyla çekirdek dışında bir parçacığın tespit edilmesi ihtimali küçük de olsa vardır ve bu da α bozunması ihtimali anlamına gelir.

Yukarıda sözü edilen α-bozunumu yasalarının nereye uyduğunu niteliksel olarak gösterelim. Enerjisi E olan bir a parçacığı için bariyerin geçirgenliği D, aşağıdaki ifadeyle belirlenir:

(10.42)

entegrasyonun, R i çekirdeğinin yarıçapından, koşuldan belirlenen R n dönüm noktasına kadar olan aralık içinde gerçekleştirildiği yer

2(Z–2)e 2 /R n = E

(Çekirdek dışındaki α parçacığının, Z-2 yüklü artık çekirdeğin Coulomb potansiyelinden etkilendiğini hesaba kattık). Tünel açmanın bariyerin derinliklerinde gerçekleştiğini varsayacağız;

Üstelde bariyerin geçirgenliği için ifadede Planck sabitinin küçük olması nedeniyle aslında U ~ E'nin olduğu bölgenin katkısı küçük olup, koyduğumuz koşul fiziksel olarak haklıdır. Bu varsayımlar altında formül (10.42) şu şekli alır:

burada A, B, C sabitlerdir. T 1/2 yarı ömrü bariyerin geçirgenliğiyle ters orantılı olduğundan, deneysel olarak gözlemlenen Geiger-Nattall yasası ifadeden (10.43) çıkar.

logT 1/2 = a/√E + b , (10.44)

yarılanma ömrünü yayılan α parçacığının enerjisiyle ilişkilendirme. Gerçekte, a ve b katsayıları sabit değildir, ancak ana Z çekirdeğinin atom numarasına çok zayıf bir şekilde bağlıdırlar:

a ~ 1,6 Z; b ~ -1,6 Z 2/3 - 21,4 (10,45)

(eğer T 1/2 saniye cinsinden ifade edilirse, E megaelektronvolt cinsindendir ve Z, yavru çekirdeğin yüküdür). Görüldüğü gibi T 1/2, A atom ağırlığına bağlı değildir, Z'ye zayıf bağlıdır ve güçlü derece- yayılan α parçacıklarının enerjisi üzerinde.

Şu ana kadar sadece potansiyel bariyerin geçirgenliğinden bahsettik.

Bozunma sabiti λ'yi bulmak için, bariyerin geçirgenliğini, bir α parçacığının ν birim zaman başına bu bariyeri aşmaya yönelik girişim sayısıyla çarpmak gerekir;

λ= 0,693/T 1/2 = νD. (10.46)

(10.46)'daki ön-üstel faktörün kaba bir tahmini, eğer v ile, bir alfa parçacığının çekirdeğin yüzeyi üzerindeki çarpmalarının, formülle belirlenen sıklığını kastediyorsak yapılabilir.

ν = v/(2R n), (10.47)

burada v, çekirdek içindeki a parçacığının hızıdır. Elbette ön-üstel faktör aynı zamanda enerjiye de bağlıdır (kaba tahminimize göre √E ile orantılıdır), ancak üstel bağımlılıkla karşılaştırıldığında enerjinin yavaşça değişen bir fonksiyonudur, dolayısıyla bariyer geçirgenliğidir. bu belirler

α-bozunmasının tüm temel yasaları.

Birçok alfa aktif çekirdeğin alfa parçacıklarının enerji spektrumu, biri baskın olan birkaç çizgiden oluşur. Örnek olarak Şekil 2'de yer almaktadır. Şekil 10.10, ThC(212 83 Bi)'nin a spektrumunu göstermektedir.

Pirinç. ThC(212 83 Bi)'nin 10.10 a spektrumu.

Çizgi ayrıklığı ve bunların özellikleri bağıl yoğunluk açıklaması kolay. Gerçek şu ki, a-parçacıkları ya uyarılmış bir durumdaki bir çekirdek tarafından yayılabilir (uzun menzilli α-parçacıkları olarak adlandırılır) ya da a-bozunması, ana çekirdeğin temel durumundan uyarılmış durumlara doğru meydana gelebilir. yavru çekirdek (kısa menzilli α parçacıkları). Şek. Şekil 10.11 bu tür geçişlerin iki örneğini göstermektedir - 238 Pu ve 212 Po'nun bozunması.

İlk durumda (238 Pu) maksimum enerjiye sahip α parçacıkları temel durumdan temel duruma geçişlere karşılık gelir. Ek olarak, 234 U nolu yavru çekirdeğin uyarılmış durumlarında α bozunması meydana gelebilir ve ardından temel duruma γ geçişleri meydana gelebilir. 212 Po'nun bozunması, uyarılmış bir durumdan α parçacıklarının emisyonunun bir örneğidir. Bu durum 212 Bi'nin β bozunması sonucu 212 Po'nun oluşmasından kaynaklanmaktadır. Uyarılmış bir durumda olan 212 Po çekirdeği ya bir α parçacığı yayabilir ya da γ radyasyonu ile temel duruma geçebilir.

Beta bozunması. Beta bozunması, kararsız bir çekirdeğin kendiliğinden izobarik bir çekirdeğe (aynı özelliklere sahip bir çekirdek) dönüşmesi sürecidir. atom numarası) bir elektronun (pozitron) emisyonu veya atom kabuğundan bir elektronun yakalanması nedeniyle orijinalinden ΔZ = ±1 kadar farklı bir yüke sahip. β-bozunmasının ana özelliği nükleer veya elektromanyetik kuvvetlerden değil, zayıf etkileşimden kaynaklanmasıdır (bkz. Bölüm 12), olasılık

bu da nükleerden yaklaşık 10 14 kat daha az. Bu nedenle yarı ömürler

β-aktif çekirdekler ortalama olarak oldukça büyüktür; birkaç dakika ve hatta saatler boyunca. İÇİNDE genel durum bundan başka eşit koşullarβ bozunması sırasında, α bozunması sırasındakiyle aynı eğilim gözlenir: bozunma sırasında salınan Q enerjisi ne kadar büyük olursa, daha az dönem yarı ömür

10 ~2 saniyeden kısa yarı ömürler meydana gelmez, çünkü onlarla Q değerleri 10 MeV'den büyük olur, yani çekirdekteki nükleonların ortalama bağlanma enerjisinden daha büyük olur; Böyle bir enerji fazlalığı ile çekirdek, bir nükleonun emisyonu açısından kararsız hale gelir ve bu süreç (mümkün olduğunda), beta bozunmasından çok daha hızlı, 10~20 saniye civarında bir sürede gerçekleşir. . β-bozunma süreçleri her zaman enerjik olarak mümkün olduğunda meydana gelir. β-bozunumu için Coulomb bariyeri, elektronun kütlesinin çok küçük olması nedeniyle önemsizdir.

Karakteristik özellikβ-bozunması, kaçan parçacıkların enerji spektrumudur (Şekil 10.12). Alfa parçacıklarının aksine, bu durumdaβ bozunum elektronlarından oluşan sürekli bir enerji spektrumumuz var. Gözlenen süreklilik, sıfır dinlenme enerjisine sahip olan başka bir parçacığın - nötrino'nun bozunma sürecine katılımının bir sonucudur (en son verilere göre) üst sınır nötrino dinlenme enerjisi 3 eV'dir). Bu nedenle, tek bir bozunma olayı sırasında, elektron ve nötrinonun enerji oranı herhangi bir olabilir, yani elektron enerjisi sıfırdan mümkün olan maksimum enerjiye (serbest bırakılan toplam enerjiye) kadar herhangi bir değer alabilir.

β-bozunması sırasındaki enerji süreçleri üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.

Yükü Z+1 olan bir atomu düşünün ve tam enerji E z+1 . Bırak ona sıfır enerji"tek iyonize atom artı dinlenme halindeki serbest bir elektron" sistemine karşılık gelir. İkincisi, Z + 1 yüküne sahip nötr bir atomun enerjisinin biraz negatif olduğu ve enerji sırasına sahip olduğu anlamına gelir.

atomun iyonlaşma potansiyeli (Şekil 10.13). Aşağıdaki durumlar mümkündür.

A. Z yüküne sahip bir atomun enerjisi Ez, Ez+1'den yüksektir. Enerjisel olarak mümkün olan β-bozunması, yani bir elektronun emisyonu ile bozunma ve Z atomunun iyonize bir Z + 1 atomuna dönüşmesi E z+1 -> E z süreci yasaktır.

B. E z+1 -> E z geçişi yalnızca Z + 1 çekirdeğinin atomik K-, L-, M kabuklarından bir elektron absorbe etmesi durumunda mümkündür. Tipik olarak, bir K-elektronu çekirdek tarafından yakalanır ve bu nedenle işleme genellikle K-yakalama adı verilir. K veya L kabuğunda bir boşluk (delik) ile sırasıyla uyarılmış B* durumunda yeni bir Z atomu oluşur. Daha sonra emisyonla birlikte temel duruma bir geçiş meydana gelir. karakteristik radyasyon:

B* -> B + hv. (10.48)

C. Z atomunun enerjisi E z + 2m 2 olacak şekildedir.<= E z +1. Также возможен процесс К-захвата, но, кроме того, ядро может претерпевать β + -распад (позитронный распад). Приведенное энергетическое соотношение легко получить.

Eğer m elektronun (pozitron) kütlesi ise, Mz son çekirdeğin kütlesidir ve

M z+1 orijinal çekirdeğin kütlesidir, bu durumda eşitsizlik sağlanmalıdır

M z+1 c 2 >= M z c 2 + mс 2 . (10.49)

Ancak elektronların kütlesi dikkate alındığında (A M Z ve A M z+1) Z ve Z+1 atomlarının kütleleri eşittir.

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

Bu ilişkileri A0.49 koşuluna koyarsak, şunu elde ederiz:

A M Z +1 >= A M z +2m (10,51)

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

β-bozunmasının çekirdek içi bir süreç değil, çekirdek içi bir süreç olduğunu vurgulamak önemlidir. Çekirdekte tek bir nükleon (bir nötron veya proton) bozunur.

Elektron bozunması nötron bozunumuyla ilgilidir

n° -> p + + e - + ν > . (10.53)

Pozitron bozunmasında çekirdekte tek bir proton bozunur

р + -> n° + e + + ν. (10.54)

Formül (10.53)'te nötrino üzerindeki "tilde" işareti, bir nötron bozunduğunda bir antinötrino oluştuğu anlamına gelir. Bunun neden olduğu Bölüm'de ayrıntılı olarak ele alınacaktır. 12. Serbest durumda nötronun kararsız olduğunu, yarı ömrünün 10,5 dakika olduğunu unutmayın. Serbest bir proton, kütlesi bir nötronun kütlesinden daha az olduğu için çürümez, ancak çekirdeğe bağlı bir proton için böyle bir dönüşüm mümkündür; eksik enerji çekirdek tarafından yenilenir;

20. yüzyılın şaşırtıcı keşiflerinden biri β bozunumuyla ilişkilidir. - paritenin korunmamasının keşfi. Fiziksel denklemlerin matematiksel olarak yazıldığı ve buna bağlı olarak sistemin zaman içindeki evriminin gerçekleştiği bir koordinat sisteminin seçiminin tamamen keyfi olduğu oldukça açıktır. Dolayısıyla soldaki aynı prosese ilişkin açıklamalar arasında bir fark olamaz. doğru sistemler koordinatlar Matematiksel olarak bu, tüm denklemlerin uzaysal tersinme işlemine göre simetrik olması gerektiği anlamına gelir, yani r'nin -r ile değiştirilmesi. Değiştirmek

Herhangi bir noktanın koordinat işaretleri, bunun sonucunda elde edilen noktanın konumuna karşılık gelir. ayna yansımasıüçte koordinat düzlemleri ve dolayısıyla koordinat sistemindeki böyle bir değişiklik, belirli bir olay kümesinin ayna görüntüsü olan bir dizi olaya geçiş olarak yorumlanabilir. Dönüşüm

uzaysal tersinme vardır fiziksel anlam deneyimlerin gösterdiği gibi, doğadaki süreçlerin temel olarak simetrik olması nedeniyle

böyle bir dönüşüm. Bu, doğadaki herhangi bir süreç için “ayna simetrik” bir sürecin yürütüldüğü ve aynı olasılıkla ilerlediği anlamına gelir.

Uzamsal tersinmenin dönüşümüne ilişkin simetri, kuantum mekaniksel bir tanımlamayla, sistem için belirli bir uzamsal eşitliğin varlığına yol açar. Başka bir deyişle, dalga fonksiyonu Bu dönüşüm altında sistem ya çifttir ya da tektir. Güçlü ve elektromanyetik etkileşim süreçlerinde uzaysal parite korunur. Zayıf etkileşimlere gelince,

β-bozunmasından sorumlu olmasına rağmen burada durum farklıdır. Zayıf etkileşimlerde paritenin korunmaması hipotezi T.D. Lee (d.1926) ve C.N. C.S. tarafından yürütülen ilgili bir deneyi öneren Young (d. 1922). (d. 1913) tarafından.

Deneyin konsepti son derece basittir. Beta-aktif izotop 60 Co manyetik bir alana yerleştirildi N kobalt çekirdeklerini polarize eden, yani onları yönlendiren solenoid manyetik anlar tarla boyunca (Şekil 10.14).

Sistemin tamamı mevcut döngü düzlemine göre ayna simetriktir, bu nedenle β-elektron radyasyonunun yoğunluğunun simetri düzleminin her iki tarafında da aynı olması gerektiği görülmektedir. Aslında deneyde keskin bir asimetri (yaklaşık %40 oranında), yani sol ve sağa göre zayıf etkileşimlerin asimetrisi gözlemlendi.

Gama radyasyonu. Bir çekirdeğin bir nükleonun emisyonu ile bozunmasının enerji açısından imkansız olması durumunda, γ kuantum - yüksek enerjili fotonların emisyonu nedeniyle uyarım ortadan kaldırılır. Bir nükleonun bağlanma enerjisini aşan bir enerjiye sahip çekirdek tarafından γ-kuantanın emisyonu, yalnızca nükleonların (veya diğer parçacıkların) emisyonu için parite ve açısal momentumun yasaklanması durumunda meydana gelir; bu, emisyon sürecini gerçekleştirir. γ-kuanta nispeten daha muhtemeldir. Eğer bu tür bir yasak yoksa nötron, proton gibi “nükleer” parçacıkların emisyonu,

α parçacıklarının oluşma olasılığı γ radyasyonundan çok daha fazladır. İkincisi, γ~ radyasyonunun şunlardan kaynaklandığı gerçeğinden kaynaklanmaktadır: elektromanyetik etkileşim nükleonların veya a parçacıklarının emisyonu daha güçlü bir parçacık nedeniyle meydana gelir. nükleer etkileşim(bu tür temel etkileşime genellikle denir güçlü etkileşim- bölüme bakınız. 12).

β-bozunmasından farklı olarak, γ~ radyasyonu çekirdek içi bir olay değil, çekirdek içi bir olgudur. İzole edilmiş bir serbest nükleon, enerjinin ve momentumun korunumu yasalarının birleşik etkisi nedeniyle bir γ-kuantumu yayamaz (veya ememez). İkincisi, serbest elektronlar üzerinde fotoelektrik etkinin imkansız olduğu gerçeğine tamamen benzer. Aynı zamanda çekirdeğin içindeki bir nükleon, momentumun bir kısmını diğer nükleonlara aktararak bir kuantum yayabilir.

Ch'de. Şekil 8'de fotonun kütlesiz bir parçacık olduğundan, içinde hareketsiz olduğu bir koordinat sisteminin bulunmadığını gösterdik. Ayrıca bir fotonun toplam açısal momentumunu spin ve yörüngeye bölmesinin de bir anlamı yoktur. Toplam moment prensipte birden başlayarak herhangi bir tam sayıya (K birimi cinsinden) sahip olabilir. Bu nedenle foton spininin 1'e eşit olduğu sıklıkla söylenir, ancak daha doğru ifade şu şekildedir: minimum değer Bir fotonun açısal momentumu 1’e eşittir.”

§ 8.1'de bahsedildiği gibi, herhangi bir sistem tarafından yayılan bir fotonun durumu çok kutuplulukla, yani belirli bir toplam açısal momentum ve eşlikle karakterize edilir.

Çok kutuplu 2 L'lik bir fotonun açısal momentumu L'dir, mutlak değer hangisine göre kuantum mekaniği, √(L(L + 1))'e eşittir, yani sonlu kütleli bir parçacık durumundakiyle tamamen aynıdır. Açısal momentumun korunumu yasasına uygun olarak, başlangıç ​​ve son çekirdeğin I n ve I K momentleri ile γ-kuantum tarafından taşınan L momenti arasında aşağıdaki ilişkinin sağlanması gerekir:

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

Açısal momentuma dayalı bir seçim kuralıdır. (10.55)'e göre, durumlar arasındaki geçişler sırasında dipol γ kuanta (L = 1) yayılabilir.

ΔI = 0, ±1, (0-0) geçişler hariç; dört kutuplu γ-kuanta (L = 2) - ΔI = ± 2, ±1, 0 olan durumlar arasındaki geçişler sırasında, (0-0)-, (0-1)- ve (1-0)-geçişler vb. hariç . D.

Başka bir seçim kuralı, dalga fonksiyonunun paritesinin korunumu yasasının yerine getirilmesiyle ilişkilidir. Parite, daha önce de söylediğimiz gibi, üç eksenin de orijine göre yansıma sisteminin dalga fonksiyonunun işareti üzerindeki etkisiyle belirlenir.

Statik bir dipol durumunda bu tür bir yansıma, her bir yükün konumunun karşılıklı olarak yeniden düzenlenmesine yol açar (Şekil 10.15). Sonuç olarak orijinal koordinat sisteminden bakıldığında tüm yüklerin işaretlerinde belirgin bir değişiklik vardır. Bununla birlikte, manyetik dipol (dairesel akım) durumunda aynı yansıma, manyetik dipoldeki akımın yönünü (işaretini) değiştirmez (ayrıca bkz. Şekil 8.1).

Bu nedenle, çok kutuplu L'nin elektrik γ radyasyonunu yayan bir çekirdeğin paritesinde izin verilen değişiklik aşağıdaki formülle tanımlanır:

P ve /Pk = (-1) L, (10.56)

ve manyetik L-çok kutuplu radyasyon yayan bir çekirdek için formüle göre

Rn / Rk = (-1) L+1 , (10.57)

burada Rn ve Rk sırasıyla çekirdeğin başlangıç ​​ve son durumlarının paritesidir.

Çoğunlukla çekirdekteki uyarılma, temel duruma doğrudan geçişle değil, daha az çok kutuplu bir γ kuantum kademesinin emisyonuyla ortadan kaldırılır. Sıralı olarak yayılan γ-kuantanın açısal bir korelasyonu olduğu, yani ikinci kuantumun baskın bir emisyon yönünün gözlemlendiği ortaya çıktı.

Korelasyon bağımlılığının ortaya çıkışı, γ-kuantumun toplam momentinin momentumuna izdüşümü m'nin yalnızca m = ±1 değerlerini alabilmesinden kaynaklanmaktadır (ölçüm birimi Planck sabiti ћ'dir).

M = 0 değeri, enine elektromanyetik dalgaların durumu nedeniyle hariç tutulur.

Bu nedenle, örneğin sıfır momentli bir seviyedeki bir çekirdek, belirli bir yönde yayılan bir γ-kuantumu yayarsa, yani bir detektör tarafından bu yönde kaydedilirse, o zaman çekirdeğin dönüşünün yeni bir yönde izdüşümü, Bu yönde daha düşük enerji durumu yalnızca ± 1 olabilir, ancak sıfır olamaz. Böylece çekirdeğin artık uzayda tamamen kaotik bir şekilde yönlendirilmediği ortaya çıktı. Bu nedenle, γ-kuantum çağlayanı farklı olasılıklarla farklı yönlere doğru uçar. Köşe

korelasyon önemli ölçüde art arda bozulan durumların anlarına bağlıdır.

γ-aktif çekirdeklerin ömürleri ortalama olarak kısadır ve genellikle 10 ~7 -10 ~11 s civarındadır. Nadir durumlarda, yüksek derecede yasaklama düşük geçiş enerjisiyle birleştirildiğinde, γ-aktif çekirdekler makroskobik düzeydeki yaşam süreleri boyunca (birkaç saate ve hatta bazen yıllara kadar) gözlemlenebilir. Çekirdeklerin bu tür uyarılmış uzun ömürlü hallerine izomerler denir. Bu fenomen 1935'te I.V. Kurchatov ve ekibi. Bir izomerik seviye, altındaki seviyelerin dönüşlerinden çok farklı bir dönüşe ve düşük bir uyarılma enerjisine sahip olmalıdır. Kural olarak izomerik durum, çekirdeğin ilk uyarılmış seviyesini ifade eder. Yani örneğin 115 49 In çekirdeğinde temel durum 9/2+ karakteristiğine sahiptir ve 335 keV enerjiye sahip ilk uyarılmış seviye 1/2 ~ karakteristiğine sahiptir. Bu geçiş o kadar şiddetle yasaklanmıştır ki, uyarılan seviyenin ömrü 14,4 saat olarak ortaya çıkmaktadır.

Tüm laboratuvar γ kuantum kaynaklarının aslında uzun ömürlü β-aktif çekirdekler olduğu ve γ radyasyonunun

Ana çekirdeğin yavru çekirdeğin uyarılmış seviyelerine β-bozunması. Örneğin, yaygın γ-radyasyon 60 Co (T 1/2 = 5,3 g) kaynağında, 0,3 MeV enerjili elektronların emisyonu ve ardından 60 Ni çekirdeğinde 1,17 ve 1 enerjili γ geçişleri meydana gelir. .33 MeV.

γ-radyasyonuna ek olarak, uyarılmış bir çekirdeğin enerji kaybına yol açan başka bir mekanizma daha vardır - iç dönüşüm elektronlarının emisyonu. Bu süreçte çekirdeğin uyarılma enerjisi doğrudan kuantumun tüm enerjisini alan yörünge elektronlarından birine aktarılır. En büyük olasılıkla, iç dönüşüm süreci, dalga fonksiyonu çekirdekle en çok örtüşen K elektronlarında meydana gelir. Fakat

nükleer geçiş sırasında açığa çıkan enerji, X elektronunun bağlanma enerjisinden daha azsa, o zaman L elektronlarında dönüşüm gözlemlenir, vb. Dönüşüm elektronlarına ek olarak, iç dönüşüm sırasında, ortaya çıkan X ışını kuantumu da gözlemlenebilir. dıştaki elektronlardan biri, yayılan bir elektron tarafından boşaltılan K veya L kabuğu seviyesine geçtiğinde. İç dönüşüm sırasında yayılan elektronların monoenerjetik doğası, onları spektrumu sürekli olan β bozunumu elektronlarından ayırmayı mümkün kılar.

Bu sürecin bir örneği olarak, Şekil 1. Şekil 10.16, 203 Hg civanın β-aktif çekirdeğinden yayılan elektronların spektrumunu göstermektedir.

İç dönüşüm süreci bir anlamda iki serbestlik derecesine sahip birleşik bir sistemdeki salınımlara benzer. Böyle bir sistemin en basit örneği, bir yay ile birbirine bağlanan iki sarkaçtır: sarkaçlardan birinin yay sayesinde salınımları diğerinin salınımlarını harekete geçirir. İç dönüşüm durumunda, elektrik alanı bir “yay” rolünü oynar. Bu nedenle, iç dönüşüm, elektromanyetik radyasyonun yörünge elektronlarıyla etkileşiminin ikincil değil birincil bir sürecidir: çekirdeğin uyarılma enerjisi, dedikleri gibi, gerçek kuantum yerine sanal kuantum yoluyla yörünge elektronlarına aktarılır.

Nükleer fisyon. Atom çekirdeğinin bölünmesi, toryumdan başlayıp yüksek Z'ye doğru yalnızca en ağır çekirdeklerin karakteristik özelliği olan bir süreçtir.

Artık fizikçilerin 1938'de O. Hahn ve F. Strassmann'ın atom çekirdeğinin yavaş nötronlar tarafından bölünmesi hakkındaki mesajını nasıl bir şaşkınlık ve güvensizlikle karşıladığını hayal etmek zor, çünkü çekirdekten bir nükleonun koparılmasının iyi olduğu biliniyordu. Milyonlarca elektron voltluk enerji gerektirir. R. Leachman'ın mecazi anlatımına göre bu, sert bir taşın kurşun kalemle hafifçe vurulmasıyla yarılmasına eşdeğerdir. Gözlemlenen sürecin ilk açıklaması N. Bohr ve J. Wheeler ve bağımsız olarak Ya.I. Frenkel'in birkaç ay içinde

Nükleer fisyon ile yüklü bir sıvı damlasının deformasyon sırasında bölünmesi arasındaki analojiler.

Bir nötron çarptığında damlacık çekirdeği salınmaya başlar ve zamanın bir noktasında uzun bir şekil alır. Nükleonlar arasında etki eden nükleer kuvvetler, tıpkı bir sıvıdaki moleküllerin kohezyon kuvvetleri gibi, yüzey geriliminin ortaya çıkmasına neden olur. Çekirdeği orijinal neredeyse küresel şekline döndürmeye çalışırlar (temel durumdaki ağır çekirdekler hafifçe deforme olur ve uzun bir elipsoid şekline sahiptir).

Bununla birlikte, çekirdeğin belirli bir noktada uzamasının yeterince büyük olduğu ortaya çıkarsa, benzer yüklerin elektrostatik itme kuvvetleri, yüzey gerilimi kuvvetlerini aşabilir.

Daha sonra çekirdek iki parçaya bölünene kadar daha da esnemeye başlayacaktır. Fisyon anında iki veya üç nötron, α parçacıkları ve hatta hafif çekirdekler çok düşük bir olasılıkla da olsa “küçük sıçramalar” halinde yayılır. Sürecin birbirini izleyen aşamaları

Atom çekirdeğinin bölünmesi Şekil 2'de gösterilmektedir. 10.17.

1940'ta G.N. Flerov ve K.A. Pietrzak, uranyum çekirdeklerinin de kendiliğinden bölünebileceğini keşfetti. 238 U'nun kendiliğinden fisyonunun yarı ömrü

8 10 15 yıla eşittir. Daha sonra ortaya çıktığı gibi, toryumdan daha ağır olan tüm çekirdekler kendiliğinden fisyona uğrar ve çekirdek ne kadar ağırsa ve yükü ne kadar büyük olursa, bu sürecin ortalama olasılığı o kadar yüksek olur, yani kendiliğinden fisyonun süresi o kadar kısa olur. Daha ağır çekirdeğe doğru ilerledikçe kendiliğinden fisyonun süresi çok hızlı bir şekilde azalır. Böylece, plütonyum izotopu 242 Pu için 6,8 * 10 10 yıl, kaliforniyum 252 Cf için zaten 85 yıl ve fermiyum 256 Fm için 2,7 saattir.

Kendiliğinden nükleer fisyon tamamen kuantum mekaniksel bir etkidir. Yukarıda belirtildiği gibi, bu iki sürecin rekabetinin sonucudur: çekirdeği orijinal durumuna döndürme eğiliminde olan yüzey gerilimi ve yüklü parçaların Coulomb itmesi. Böylece çekirdekte bölünmesini engelleyen potansiyel bir bariyer ortaya çıkar.

Şek. Şekil 10.18, çekirdeğin potansiyel enerjisini, çekirdeğin yüzeyinin küresel şekilden sapmasının ΔR'sinin bir fonksiyonu olarak göstermektedir. Çekirdeğin temel durumu biraz

deforme olmuş.

Bu nedenle, kendiliğinden nükleer fisyon, tıpkı α parçacıklarının tünellenmesi sırasında meydana geldiği gibi, bir tünel açma işlemidir. Kendiliğinden fisyon periyodunun nükleer yüke güçlü bağımlılığının ortaya çıktığı yer burasıdır: nükleer yük arttıkça bariyer değeri azalır ve fisyon olasılığı keskin bir şekilde artar. 235 U izotopu için fisyon bariyeri yaklaşık 6 MeV'dir; bu, tam olarak yavaş bir nötronun çekirdeğe katkıda bulunduğu enerjidir ve bu nedenle, bir nötron emildiğinde 235 U fisyonları bu kadar kolay gerçekleşir.

Coulomb bariyerinin görünümü ve etkisi, çekirdeklerin bağlanma enerjisine yönelik yarı deneysel Weizsäcker formülü kullanılarak kolayca açıklanabilir. Çekirdeğin şeklini küreselden elipsoidal hale değiştirmesine izin verin. Çekirdeğin hacmi değişmez (nükleer madde pratik olarak sıkıştırılamaz), ancak yüzey artar ve Coulomb enerjisi azalır (protonlar arasındaki ortalama mesafe artar). Bir çekirdeğin fisyon yeteneği doğal olarak Coulomb enerjisinin yüzey enerjisine oranıyla karakterize edilir;

(10.58)

γ ve β katsayıları tüm çekirdekler için sabit olduğundan, fisyon olasılığı, Bohr ve Wheeler'ın önerisine göre nükleer fizibilite parametresi olarak seçilen Z2/A değeri ile belirlenir. Hesaplamalar, Z2/A >= 49 olan çekirdekler için fisyonun neredeyse anında, 10 ~ 23 s civarında bir sürede meydana geldiğini göstermektedir.

Bu, kendiliğinden fisyonun kararlı çekirdeklerin varlığının sınırını belirlediği anlamına gelir, yani Z >= 120 olan çekirdeklerin, bunu engelleyen bir enerji bariyeri yoktur. kendiliğinden bölünme. Çekirdek ε'yi deforme ederken nükleer fisyon sırasında açığa çıkan enerji Qf ve fisyon bariyerindeki Ef değişiminin doğası. Şu tarihte: farklı anlamlar Bölünebilme parametresi Şekil 2'de gösterilmektedir. 10.19 ve Şek. Şekil 10.20 çift-çift çekirdeklerin kendiliğinden bölünmesine ilişkin yaşam sürelerini göstermektedir. Tek N veya Z'ye sahip çekirdeklerin birkaç büyüklük sırası vardır daha uzun süre Kendiliğinden fisyon için yarı ömür, komşu çift-çift çekirdeklere göre daha uzundur.

Yukarıdaki mantığa dayanarak, fisyon sürecinin aşağıdaki temel özelliklerini tahmin etmek kolaydır.

1 . Ağır bir çekirdeğin bölünmesi sırasında, ağır çekirdeklerin ε ipliğindeki nükleon başına bağlanma enerjisi, orta çekirdekler için karşılık gelen ε sr enerjisinden yaklaşık 0,8 MeV daha az olduğundan, büyük bir Q enerjisi açığa çıkmalıdır; örneğin 238 U çekirdek için

Q f ~ A(ε ağır - ε sr) ~ 238 0,8 ~ 200 MeV. (10.59)

2. Fisyon enerjisinin büyük çoğunluğu Ek fisyon parçalarının kinetik enerjisi şeklinde salınır, çünkü parça çekirdeklerinin Coulomb itmesinin etkisi altında kaçınılmaz olarak parçalanması gerekir. δ mesafesinde bulunan Z 1 ve Z 2 yüklü iki parçanın Coulomb enerjisi şuna eşittir:

. (10.60)

burada R1, R2, parça çekirdeklerinin yarıçaplarıdır

formül kullanılarak hesaplanabilir

R = 1,23 10 ~13 A 1/3 cm,

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

(uranyum çekirdeğinin ikiye bölündüğünü varsayarsak), şunu elde ederiz:

yani değer Q f ile aynı sıradadır

3 . Üretilen fisyon parçaları β-radyoaktif olmalı ve nötron yayabilir. Bunun nedeni, nükleer yük arttıkça protonların Coulomb enerjilerinin artması nedeniyle çekirdekteki nötron sayısının proton sayısına oranının artmasıdır. Bu nedenle, parça çekirdekleri fisyon sırasında örneğin uranyumla aynı N/Z oranına sahip olacaktır, yani nötronlarla aşırı yüklenecekler ve bu tür çekirdekler β-bozunmasına uğrayacak (nötronların aşırı yüklenmesi nedeniyle, bu bozunmanın ürünleri ayrıca β-aktif olduğundan fisyon parçaları oldukça uzun radyoaktif çekirdek zincirlerine yol açar). Ek olarak, enerjinin bir kısmı fisyon nötronlarının doğrudan emisyonu veya ikincil, yani fisyon parçalarından yayılan nötronlar tarafından taşınabilir. Ortalama enerji fisyon nötronları yaklaşık 2 MeV'dir.

Fisyon olayı başına yayılan nötronların ν ortalama sayısı, bölünebilir çekirdeğin kütle numarasına bağlıdır ve artan Z ile artar. 240 Pu çekirdeği için ν ~ 2,2 ise, 252 Cf ν ~ 3,8 için. 252 Cf de oldukça hızlı bir şekilde bozunduğundan (kendiliğinden fisyona göre T 1/2 = 85 yıl; gerçekte ömrü α bozunması ile belirlenir ve 2,64 yıldır), yoğun bir nötron kaynağıdır.

Şu anda en umut verici radyoaktif nötron kaynaklarından biri olarak kabul edilmektedir.

Nükleer fisyon sırasında büyük enerji salınımı ve ikincil nötronların emisyonu büyük pratik öneme sahiptir. Bir sonraki bölümde ele alınacak olan nükleer reaktörlerin işleyişi bu sürece dayanmaktadır.

Radyoaktivite, bazı kimyasal elementlerin (uranyum, toryum, radyum, kaliforniyum) kendiliğinden bozunması ve görünmez radyasyon yayma yeteneğidir.

Radyoaktif maddeler (RS), yarı ömürle ölçülen, kesin olarak tanımlanmış bir oranda bozunur; atomların yarısının bozunduğu zamandır. Radyoaktif bozunma hiçbir şekilde durdurulamaz veya hızlandırılamaz.

Manyetik alandaki bir radyasyon ışını üç tür radyasyona ayrılır:

b-radyasyonu, yaklaşık 20.000 km/s hızla hareket eden, bir helyum çekirdeğini temsil eden pozitif yüklü parçacıkların akışıdır; 35.000 kat daha hızlı modern uçak. Alfa parçacığı ağır bir parçacıktır; elektrondan 7300 kat daha ağırdır. Hayvan dokularında nüfuz etme yeteneği daha da azdır ve mikronla ölçülür. Alfa parçacıkları Dünya'ya yakın kozmik ışınların bir parçasıdır (%6).

Alfa bozunması, He 4 2 çekirdeğini oluşturan iki proton ve iki nötronun emisyonuyla birlikte çekirdeklerin kendiliğinden dönüşümüdür.

Alfa bozunması sonucunda nükleer yük 2 birim, kütle numarası ise 4 birim azalır. Örneğin: kinetik enerji yayılan b parçacığı, b parçacığının başlangıç ​​ve son çekirdeğinin kütleleri tarafından belirlenir. Esas olarak uç kısımda yer alan 200'den fazla b-aktif çekirdek bilinmektedir. periyodik tablo. Nadir toprak elementlerinin yaklaşık 20 b-radyoaktif izotopu da bilinmektedir. Burada, b-bozunması, nötron sayısı N=84 olan çekirdekler için en tipik olanıdır; bu, b-parçacıklarını yayarken dolu bir nükleer kabuk (N=82) ile çekirdeklere dönüşür. B-aktif çekirdeklerin ömrü büyük ölçüde değişir: 3*10 -7 saniyeden (Po 212 için) (2-5)*10 15 yıla kadar ( doğal izotoplar Ce 142, 144, 176) Gözlemlenen b bozunmasının enerjisi, tüm ağır çekirdekler için 4-9 MeV (uzun menzilli b parçacıkları hariç) ve nadir toprak elementleri için 2-4,5 MeV aralığındadır.

c- radyasyon - yüklü negatif yüklü parçacıkların (elektronlar) akışı. 200.000-300.000 km/s'lik hızları ışık hızına yaklaşmaktadır. Beta parçacıklarının kütlesi hidrojenin kütlesinin 1/1840'ıdır. Beta parçacıkları hafif parçacıklara aittir.

g-radyasyonu - kısa dalga elektromanyetik radyasyondur. Gayrimenkullerde buna yakın x-ışını radyasyonu, ancak önemli ölçüde daha yüksek hız ve enerjiye sahiptir, ancak ışık hızında yayılır. Elektromanyetik dalgaların spektrumunda bu ışınlar neredeyse en sağda yer alır. Sadece takip ediliyorlar kozmik ışınlar. Gama ışınlarının enerjisi ortalama 1,3 MeV (megaelektronvolt) civarındadır. Bu çok yüksek bir enerjidir. Gama ışını dalgalarının salınım frekansı 10 20 kez/sn'dir, yani gama ışınları çok sert ışınlardır ve nüfuz güçleri yüksektir. İnsan vücudundan engellenmeden geçerler.

Bazı nükleer reaksiyonlar, elektriksel ve elektriksel etkilerle saptırılmayan, oldukça nüfuz edici radyasyon üretir. manyetik alanlar. Bu ışınlar birkaç metre kalınlığındaki kurşun tabakasına nüfuz eder. Bu radyasyon nötr yüklü parçacıkların akışıdır. Bu parçacıklara nötron denir.

Nötronun kütlesi protonun kütlesine eşittir. Nötronların farklı hızları vardır; ortalama olarak ışık hızından daha düşüktür. Hızlı nötronlar fraksiyonlardan birkaç bin elektron volta kadar 0,5 MeV ve daha yüksek, yavaş enerjiler geliştirir. Elektriksel olarak nötr parçacıklar olan nötronlar, gama ışınları gibi yüksek nüfuz gücüne sahiptir. Nötron akışının zayıflaması esas olarak diğer atomların çekirdekleriyle çarpışmalar ve nötronların atom çekirdekleri tarafından yakalanması nedeniyle meydana gelir. Yani, hafif çekirdeklerle çarpıştığında nötronlar daha büyük ölçüde enerjilerini kaybederler ancak su, parafin, insan vücut dokusu, ıslak beton, toprak gibi hafif hidrojen içeren maddeler nötronların en iyi moderatörleri ve soğurucularıdır.

Doğada birçok kimyasal element radyasyon yayar. Bu elementlere radyoaktif elementler denir ve sürecin kendisine de doğal radyoaktivite denir. Ne muazzam basınç ve sıcaklıkların ne de manyetik ve elektrik alanlarının radyoaktif radyasyon süreçleri üzerinde herhangi bir etkisi yoktur. Radyoaktif radyasyon, bir elementin çekirdeğinin dönüşümüyle ilişkilidir. İki tür doğal radyoaktif bozunma vardır.

Bir çekirdeğin bir alfa parçacığı yaydığı alfa bozunması. Bu tür bozunmada, bir çekirdek her zaman yükü iki birim daha az ve kütlesi dört birim daha az olan başka bir elementin çekirdeğini üretir. Örneğin radyum bozunarak radona dönüşür:

Ra 88 226 > He 2 4 + Rn 86 222

Beta parçacığının çekirdekten yayıldığı beta bozunması. Bir beta parçacığı farklı şekilde yüklenebildiğinden, beta bozunması elektron veya pozitron olabilir.

Elektronik bozunma aynı kütleye sahip ancak yükü bir kat daha büyük olan bir element üretir. Toryum bu şekilde protaktinyuma dönüşür:

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

Pozitron bozunması sırasında radyoaktif bir element kaybolur pozitif parçacık ve aynı kütleye sahip ancak yükü bir birim daha az olan bir elemente dönüşür. Böylece magnezyumun izotopu sodyuma dönüşür:

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

Bir alfa parçacıkları ışınını bir alüminyum plaka üzerine yönlendirerek, ilk kez yapay bir radyoaktif fosfor P 15 30 izotopu elde ettiler:

Al 13 27 + He 2 4 > P 15 30 + n 0 1

Bu şekilde elde edilen izotoplara yapay radyoaktif, bozunma yeteneklerine ise yapay radyoaktivite adı verildi. Şu anda 900'ün üzerinde yapay radyoaktif izotop elde edilmiştir.

Tıp ve biyolojide çalışmak için yaygın olarak kullanılırlar. kimyasal dönüşümler vücutta. Bu yönteme etiketli atom yöntemi denir.

GOU Spor Salonu No. 1505.

Konuyla ilgili fizik özeti:

"Doğal ve yapay radyoaktivite"

(uyarlanmış metin)

10 "B" sınıfı öğrencileri

Kravtsova Galina.

Danışman:

Dmitriev Gennady Vladimiroviç.

2009, Moskova.

Giriiş.

Bölüm 1. Radyoaktivitenin keşfinin tarihi.

Bölüm 2. Çekirdeğin fiziği.

Bölüm 1 .

Atom çekirdeğinin yapısı.

Nükleer kuvvetler.

Nükleer bağlanma enerjisi.

İzotoplar.

Bölüm 2.

Radyoaktif bozunma kanunu.

Radyoaktif radyasyon türleri ve bozunum.

Bölüm 3.

Doğal radyoaktivite.

Yapay radyoaktivite.

Nükleer silahlar.

Nükleer reaktör.

Bölüm 3. Düşük dozda radyasyonun canlı bir organizma üzerindeki etkisi.

Bölüm 4. Parçacık kayıt yöntemleri.

Gaz deşarj ölçer.

Geiger-Müller sayacı.

Kabarcık odası.

Wilson odası.

Dozimetre ve radyometre.

Çözüm.

Kullanılmış literatürün listesi.

Giriiş.

Çalışmamın konusu radyoaktif ölçümü arka plan radyasyonu spor salonunun topraklarında. Radyoaktif arka planın sağlık standartlarını fazlasıyla aştığı odalarda eğitim verdiğimizden elbette şüpheliyim. Ancak düşük dozda radyasyonun etki mekanizmaları insan vücudu az okudu. Tıpkı güneşte olduğu gibi: Biraz daha az parlarsa hepimiz donarak öleceğiz, ancak ozon tabakasının en azından bir kısmı olmadan öleceğiz. artan miktar radyasyon. Az olduğu gibi çok fazlası da iyi değildir. Peki çok şey nerede başlar ve biraz nerede biter? Bunu kontrol etmek için yola çıkmıyorum. Hedeflerim arasında, radyasyon seviyesini ölçmek için bir radyometre kullanarak radyasyonla ilişkili materyali (doğal ve yapay olarak bölünmüş) daha ayrıntılı olarak anlamak yer alıyor. farklı aralıklar frekansları, tabloları derleyin ve sonuçlarını sıhhi standartlarla karşılaştırın. Bildiğim kadarıyla SNIP'ler sıklıkla değişen standartlardır ve sonuçları onlarla karşılaştırmak oldukça zor olacaktır ancak ben bunu yapmak istiyorum ve en doğru karşılaştırma sonuçlarını almaya çalışacağım. Birkaç tablo yapmayı planlıyorum. Bunların sayısı, radyometrenin ne kadar hassas olabileceğine ve ekipman açık ve kapalıyken spor salonunun binalarını keşfetmek için yeterli zamanım olup olmadığına bağlı. Özetin kendisini çok ötesine geçmeyen bir metin olarak hayal ediyorum. okul kursu ve bence en açık şekilde konunun ana konularını anlatmak.

Bölüm 1.

Radyoaktivitenin keşfinin tarihi.

1 Mart 1896'da Fransız fizikçi A. Beccrel, bir fotoğraf plakasının kararmasıyla uranyum tuzunun güçlü nüfuz gücüne sahip görünmez ışınlar yaydığını keşfetti. Çok geçmeden uranyumun kendisinin de radyasyon yayma özelliğine sahip olduğunu keşfetti. Daha sonra toryumdaki bu özelliği keşfetti.

Radyoaktivite (Latince radyo - ben yayar, radus - ışın ve activus - etkili kelimelerinden gelir), bu ad verilmiştir. açık fenomen D.I. Mendeleev'in periyodik tablosunun en ağır unsurlarının ayrıcalığı olduğu ortaya çıktı.

1898'de diğer Fransız bilim adamları Marie Sklodowska-Curie ve Pierre Curie, uranyum mineralinden, uranyum ve toryumdan çok daha fazla radyoaktif olan iki yeni madde izole ettiler. Böylece, daha önce bilinmeyen iki radyoaktif element keşfedildi: polonyum ve radyum ve ayrıca Maria. toryumdaki radyoaktivite olgusunu keşfetti (Alman fizikçi G. Schmidt'ten bağımsız olarak). Bu arada radyoaktivite terimini ilk öneren oydu. Bilim adamları radyoaktivitenin, radyoaktif elementlerin atomlarında meydana gelen kendiliğinden bir süreç olduğu sonucuna vardılar. 10 yıl içinde işbirliği bu fenomeni incelemek için çok şey yaptılar. Yetersiz donanımlı bir laboratuvarda ve gerekli fonların yokluğunda, bilim adına özverili bir çalışmaydı. Pierre, radyum tuzlarının kendiliğinden ısı salınımını sağladı. Araştırmacılar bu radyum preparatını 1902 yılında 0,1 g miktarda elde ettiler. Bunun için 45 ay süren yoğun bir çalışmaya ve 10.000'den fazla kimyasal zenginleştirme ve saflaştırma operasyonuna ihtiyaçları vardı. 1903 yılında Curie ve A. Becquerel eşleri, radyoaktivite alanındaki keşiflerinden dolayı Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Toplamda, radyoaktivitenin incelenmesi ve uygulanmasıyla ilgili çalışmalara fizik ve kimya alanında 10'dan fazla Nobel Ödülü verildi (A. Becquerel, P. ve M. Curie, E. Fermi, E. Rutherford, F. ve I. Joliot). -Curie, D. Havishi, O. Ganu, E. McMillan ve G. Seaborg, W. Libby, vb.). Yapay olarak elde edilenler adını Curie'lerin onuruna aldı uranyum ötesi elementİle seri numarası 96 – Curium.

Yirminci yüzyılın başında bilim adamları atomun negatif yüklü elektronlar içerdiğini zaten biliyorlardı. Ancak hakim fikir, atomun, negatif yüklü kuru üzüm elektronlarıyla dolu, pozitif yüklü ince bir ızgaraya benzer bir şey olduğu yönündeydi - modele "kuru üzüm ızgara modeli" (Thompson Modeli) adı verildi.

1898'de İngiliz bilim adamı E. Rutherford (Thompson'un öğrencisi) radyoaktivite olgusunu incelemeye başladı. 1903'te E. Rutherford, öğretmeni Thompson'ın atomun yapısına ilişkin teorisi hakkındaki varsayımının ve 1908-1911'deki yanlışlığını kanıtladı. parçacıkların (helyum çekirdekleri) metal folyo tarafından saçılması üzerine deneyler yapar. Kullanma doğal bahar Radyoaktif radyasyonun ardından Rutherford, yönlendirilmiş ve odaklanmış parçacık akışı üreten bir "silah" yaptı. Silah, içine radyoaktif malzemenin yerleştirildiği dar bir yuvaya sahip kurşun bir kutuydu. Bu nedenle parçacıklar (bu durumda iki proton ve iki nötrondan oluşan alfa parçacıkları) yayıldı. radyoaktif madde Biri dışında tüm yönlerdeki parçacıklar kurşun ekran tarafından emildi ve yarıktan yalnızca yönlendirilmiş bir alfa parçacıkları demeti serbest bırakıldı. Kirişin yolu boyunca, kesin olarak belirlenmiş bir yönden sapan parçacıkları kesen dar yarıklara sahip birkaç kurşun elek daha vardı. Sonuç olarak, mükemmel odaklanmış bir alfa parçacıkları ışını hedefe doğru uçtu ve hedefin kendisi ince bir altın folyo tabakasıydı. Ona çarpan alfa ışınıydı. Folyo atomlarıyla çarpıştıktan sonra alfa parçacıkları yollarına devam etti ve hedefin arkasına yerleştirilmiş, alfa parçacıkları ona çarptığında flaşların kaydedildiği parlak bir ekrana çarptı. Deneyci bunlardan hangi miktarda ve ne kadar alfa parçacıklarının yönden saptığını yargılayabilir. doğrusal hareket folyo atomlarıyla çarpışmalar sonucu.

Rutherford, öncüllerinden hiçbirinin, bazı alfa parçacıklarının çok büyük bir sapmayla saptırılıp saptırılmadığını kontrol etmeye bile çalışmadığını belirtti. geniş açılar. Kuru üzüm ızgarası modeli, hızlı alfa parçacıklarını önemli açılarda saptırabilecek kadar yoğun ve ağır yapısal elemanların bir atomda varlığına izin vermiyordu, dolayısıyla kimse bu olasılığı kontrol etme zahmetine girmedi. Rutherford, öğrencilerinden birinden, bu olasılığı tamamen ortadan kaldırmak için, alfa parçacıklarının büyük sapma açılarında saçılımını gözlemlemek mümkün olacak şekilde kurulumu yeniden donatmasını istedi.

Dedektör, bir alfa parçacığı çarptığında floresan flaş üreten bir malzeme olan sodyum sülfürle kaplı bir ekrandı. Bazı parçacıkların 180°'ye kadar açılarla saptığının ortaya çıkmasıyla sadece deneyi doğrudan yürüten öğrencinin değil, aynı zamanda Rutherford'un kendisinin de şaşıracağını hayal edin!

Yerleşik atom modeli çerçevesinde sonuç yorumlanamadı: Kuru üzüm ızgarasında güçlü, hızlı ve ağır bir alfa parçacığını yansıtabilecek hiçbir şey yok. Rutherford atomda şu sonuca varmak zorunda kaldı: en kütle, atomun merkezinde bulunan inanılmaz derecede yoğun bir maddede yoğunlaşmıştır. Ve atomun geri kalanının daha önce düşünülenden çok daha az yoğunlukta olduğu ortaya çıktı. Dağınık alfa parçacıklarının davranışından, Rutherford'un çekirdek adını verdiği atomun bu süper yoğun merkezlerinde, atomun tüm pozitif elektrik yükünün de yoğunlaştığı sonucu çıktı, çünkü yalnızca elektriksel itme kuvvetleri parçacıkların saçılmasına neden olabilir. 90°'den büyük açılar.

Rutherford'un deneyinin sonuçlarına dayanarak çizdiği atom resmi bugün tarafımızdan çok iyi bilinmektedir. Bir atom, süper yoğun, kompakt bir çekirdekten oluşur. pozitif yük ve etrafındaki negatif yüklü ışık elektronları. Daha sonra bilim insanları bu tabloya güvenilir bir teorik temel sağladı ancak her şey küçük bir örnekle yapılan basit bir deneyle başladı. radyoaktif malzeme ve bir parça altın folyo.

Parçacık saçılma deneyleri, bir atomun neredeyse tüm kütlesinin çok küçük bir hacimde yoğunlaştığını ikna edici bir şekilde göstermiştir - çapı atomun çapından yaklaşık 100.000 kat daha küçük olan atom çekirdeği.

Çoğu parçacık büyük kütleli çekirdeğin üzerinden ona dokunmadan uçar, ancak bazen bir parçacık çekirdeğe çarpar ve sonra geri sıçrayabilir.

Böylece bu alandaki ilk temel keşfi, uranyumun yaydığı radyasyonun homojen olmadığının keşfi oldu. Işın kavramı radyoaktivite bilimine ilk kez böyle girdi. Ayrıca isimler de önerdi: bozunma ve parçacık. Kısa bir süre sonra, Yunan alfabesinin üçüncü harfiyle belirtilen başka bir radyasyon bileşeni keşfedildi: gama ışınları. Bu, radyoaktivitenin keşfinden kısa bir süre sonra gerçekleşti. Açık uzun yıllardır bu parçacıklar E. Rutherford için atom çekirdeğinin incelenmesinde vazgeçilmez bir araç haline geldi. 1903'te yeni bir radyoaktif element keşfetti: toryumun kendiliğinden bozunması. 1901-1903'te İngiliz bilim adamı F. Soddy ile birlikte elementlerin doğal dönüşümünün (örneğin radyumun radona) keşfine ve atomların radyoaktif bozunması teorisinin geliştirilmesine yol açan araştırmalar yürüttü. 1903'te Alman fizikçi K. Fajans ve F. Soddy, bir arkadaştan bağımsız olarak arkadaştı; alfa bozunması sırasında çekirdeğin davranışını tanımlayan bir yer değiştirme kuralı formüle ettiler. 1934 baharında Paris Bilimler Akademisi Bildirilerinde “ Yeni tip radyoaktivite." Yazarları Irene Joliot-Curie ve kocası Frederic Joliot-Curie, alfa parçacıklarıyla ışınlanmış bor, magnezyum ve alüminyumun kendilerinin radyoaktif hale geldiğini ve bozunmaları sırasında pozitron yaydığını keşfettiler. Yapay radyoaktivite bu şekilde keşfedildi. Nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak (örneğin, çeşitli elementler alfa parçacıkları veya nötronlarla ışınlandığında), doğada bulunmayan elementlerin radyoaktif izotopları oluşur. Çoğu durumda, radyoaktif bozunma ürünlerinin kendilerinin radyoaktif olduğu ortaya çıkar ve daha sonra kararlı bir izotopun oluşumundan önce, çeşitli radyoaktif bozunma eylemleri zinciri gelir. Yani, şu anda bilinen yaklaşık 2000 radyoaktif izotopun toplam sayısından yaklaşık 300'ü doğaldır ve geri kalanı nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak yapay olarak elde edilmiştir. Yapay ve doğal radyasyon arasında temel bir fark yoktur.

Hakkında ilk bilgiler atom enerjisi geçen yüzyılın sonunda, bilim adamlarının bazı kimyasal elementlerin (uranyum, radyum vb.) çevredeki alana gözle görülemeyen radyasyon yaydığını keşfettiklerinde elde edildi. Bu olay, yani bazı elementlerin atomları tarafından nükleer dönüşümlerin bir sonucu olarak ortaya çıkan parçacıkların ve elektromanyetik radyasyonun emisyonu olarak adlandırılmaya başlandı. radyoaktivite(Latince kelimeden "yarıçap" - ışın). Nükleer dönüşümler, yani bazı elementlerin atomlarının çekirdeklerinin diğer elementlerin atomlarının çekirdeklerine kendiliğinden dönüşümü denir.radyoaktif bozunma.

Şekil 8. Radyoaktif ışınların ayrılmasına ilişkin deneyin diyagramı

Ayırt etmek doğal Ve yapay radyoaktivite. Doğal doğal izotopların radyoaktivitesini, yani doğada meydana gelen kimyasal elementleri çağırın.Yapayyapay olarak elde edilen izotopların radyoaktivitesi denir. Radyum gibi kimyasal elementlerin izotoplarında doğal radyoaktivite gözlenir. ypart, toryum ve diğerleri.

Başarılar modern fizikçok şey elde etmemize izin verdi büyük sayı yapay radyoaktif izotoplar. Radyoaktif maddeler artık elde edildi Periyodik tabloda ilk sırada yer alan ve en hafif kimyasal element olan hidrojenden başlayıp, yüzyıla kadar uzanan, bugün bilinen tüm kimyasal elementlerin izotopları - en ağır element, bu tabloda son yüzüncü sırada yer alıyor. Ayrıca birçok kimyasal element için çeşitli izotoplar elde edilmiştir. Örneğin, aşağıdaki hidrojen izotopları bilinmektedir: hafif hidrojen - 1 protium 1, ağır hidrojen - 1 döteryum 2 ve süper ağır hidrojen - 1 trityum 3. Ayrıca, uranyumun birkaç izotopu da bilinmektedir, örneğin: 92 uranyum 233, 92 uranyum 234, 92 uranyum 235, 92 uranyum 238, 92 uranyum 239. Son yıllarda doğada bulunan tüm kimyasal elementlerin 700'den fazla yapay radyoaktif izotopu elde edildi.

Hangi parçacıklar bozunmaları sırasında radyoaktif kimyasal elementler yayar? Nasıl tespit edilebilirler?

Bu amaçla kurşun bir kutuya bir radyoaktif ilaç tanesi yerleştirildi (Şekil 8). Bu kurulum güçlü bir manyetik alana yerleştirildi. Manyetik bir alanda dar bir delikten çıkan bu tanecik tarafından yayılan radyasyon, sapmadan sağa, sola ve düze olmak üzere üç ayrı ışına ayrışır. Bu deney, yayılan parçacıkların bazılarının elektrik yüküne sahip olduğunu göstermektedir. Bu bileşenlere sırasıyla alfa (α)-, beta (β)- ve gama (γ)-ışınları adı verildi. Daha ileri araştırmalar şunu buldu: alfa parçacıkları pozitif yük taşırlar ve bir helyum atomunun (2 helyum 4) çekirdeğidirler. Radyoaktif bir elementin çekirdeğinden saniyede yaklaşık 20.000 kilometreye ulaşan hızlarla uçarlar.

Negatif yüklü beta parçacıkları(β) birlikte hareket eden elektronları temsil eder farklı hızlar saniyede yaklaşık 250.000 kilometreye ulaşıyor.

Alfa ve beta bozunumlarına genellikle görünmez elektromanyetik radyasyon eşlik eder.gama radyasyonu. Çekirdekler tarafından ayrı parçalar halinde yayılan gama radyasyonu veya dedikleri gibi kuantum, foton adı verilen elektriksel olarak nötr maddi parçacıkların akışıdır ve ışık hızında, yani saniyede 300.000 kilometre hızla yayılır.

Doğal olarak radyoaktif izotopların hepsi alfa ve beta aktif değildir. Bazı kimyasal elementler yalnızca alfa parçacıkları yayar, diğer elementler ise yalnızca beta parçacıkları yayar; Aynı anda alfa ve beta parçacıkları yayan elementler de vardır.

Yukarıda, çekirdeklerin radyoaktif bozunmasının bir sonucu olarak, yeni kimyasal elementlerin çekirdeklerinin oluştuğu belirtilmişti. Bu unsurlar nelerdir?

Alfa parçacıklarının emisyonu, ağır kimyasal elementlerin atomlarının karakteristiğidir. Bir alfa parçacığı yayan çekirdeğin yükünün bir şekilde değişmesi gerektiği açıktır, çünkü bir helyum atomunun çekirdeği olan alfa parçacığı, çürüyen çekirdeğin pozitif yükünün bir kısmını taşır. Gerçekte olan budur.

Alfa bozunmasının bir sonucu olarak, yeni bir kimyasal elementin çekirdeği elde edilir, çekirdeğin yükü, bozunmuş çekirdeğin yükünden iki birim daha az olacaktır, çünkü alfa parçacığı, yani bir helyum atomunun çekirdeği, 2 pozitif yük taşır temel birimlerşarj. Ve herhangi bir kimyasal elementin periyodik tablodaki yeri çekirdeğin yükü tarafından belirlendiğinden, alfa bozunması sonucu elde edilen yeni kimyasal element, orijinalinin 2 hücre solunda yer alacaktır. Yeni elementin çekirdeğinin kütle numarası da 4 birim (yani alfa parçacığının kütle numarası miktarı kadar) azalacaktır. Örneğin, bir alfa parçacığı yayan radyum, radyoaktif bir gaz olan radona dönüşür. Bu nükleer reaksiyon alfa bozunması aşağıdaki gibi yazılabilir:

88 radyum 226 -> 86 radon 222 + 2 helyum 4.

Başka bir radyoaktivite türü, önemli sayıda doğal ve yapay radyoaktif izotopun özelliği olan beta parçacıklarının emisyonudur. Bir beta parçacığının çekirdek tarafından emisyonu, çekirdeğin nötronlarından birinin protona dönüşmesi nedeniyle meydana gelir. Dolayısıyla bu durumda yeni çekirdeğin yükü bir kat artacaktır. Elektronun ağırlığı ihmal edilebilir olduğundan, beta parçacığının emisyonundan kaynaklanan nükleer ağırlık kaybı ihmal edilebilir. Bu nedenle beta bozunması durumunda çekirdeğin kütle numarasının aynı kaldığı varsayılır.

Böyle bir beta bozunumu örneği şu şekilde yazılabilir:

89 deniz anemonu 227 -> 90 toryum 227 + -1 β 0

yani beta parçacığı yayan aktinyum toryum izotopuna dönüşür.

Soru ortaya çıkıyor: ne tür başka kader Radyoaktif izotopların çekirdekleri tarafından yayılan alfa ve beta parçacıkları?

Yüksek hızda uçan bu parçacıklar çevredeki atomlarla çarpışır. Çarpıştıklarında elektronları koparırlar. elektron kabuğuçevredeki atomlar (hava, metaller vb.), bunun sonucunda bu atomlar iyonlara dönüşür.

Parçacıkların iyonlaşma yeteneği spesifik iyonizasyonla, yani parçacığın yolunun santimetresi başına oluşan iyon çiftlerinin sayısıyla değerlendirilir. Bir alfa parçacığının ortamdaki atomlarla çarpışması sonucunda yavaş yavaş hızını kaybeder ve enerjisi giderek azalır. Enerjisini kaybeden alfa parçacığı, yani helyum atomunun çekirdeği sonunda kendine bağlanır. serbest elektronlar her zaman her ortamda bulunur ve böylece bir helyum atomuna dönüşür.

Bir beta parçacığı, yani hızlı hareket eden bir elektron, hareket ederken aynı zamanda yolu üzerindeki atomların da iyonlaşmasına neden olur.

Yavaşlatılmış bir beta parçacığı, herhangi bir elementin çekirdeğine veya atomuna bağlanana kadar uzayda kalacaktır.

Gama radyasyonunun herhangi bir ortamda yayılmasına atomların iyonlaşması da eşlik eder. Bu durumda iyonizasyon derecesi, ortamın bir santimetreküpünde gama radyasyonunun etkisi altında oluşan iyon çiftlerinin sayısı ile karakterize edilir. Bu iyonlaşma derecesi gama radyasyonunun yoğunluğunun bir ölçüsüdür. İyonlaşma derecesi aynı zamanda gama ışınlarının emilen enerjisinin bir ölçüsüdür.

Herhangi bir ortamda (hava, metal) yayılan alfa ve beta parçacıklarının yanı sıra gama kuantası, bu ortamın atomlarıyla etkileşime girer. Bu etkileşim sonucunda enerjilerini kaybederler ve zayıflarlar. Maddedeki alfa ve beta parçacıkları ile gama kuantumunun kat ettiği yola ne ad verilir?koşu uzunlukları. Maksimum uzunluk Gama ışınlarının bir aralığı vardır.

Koşu uzunluğu olacakonlarne kadar az olursa, radyasyonun nüfuz ettiği malzemenin yoğunluğu o kadar büyük olur. Bunu aşağıdaki verilerden görmek mümkündür.

8 megaelektron volt enerjiye sahip bir alfa parçacığının hava gibi bir ortamda yol uzunluğu 7,3 santimetre, suda - yalnızca 0,06 milimetre, demirde - 0,02 milimetredir.

Beta parçacıklarının menzili daha uzundur. Örneğin, enerjisi 3 megaelektron volt olan bir beta parçacığının yol uzunluğu havada 14,5 metre, suda - 12,5 milimetre, alüminyumda - 4,9 milimetredir.

Havadaki gama radyasyonu önemli bir zayıflama olmaksızın yüzlerce metre yol kat eder. Çok yoğun maddeler bile gama radyasyonunu zayıf bir şekilde engeller. Örneğin 7 santimetre kalınlığındaki bir demir tabakası, enerjisi 1 megaelektronvolt olan gama ışınını 10 kat zayıflatır. Aynı enerjiye sahip 1 megaelektron voltluk gama radyasyonunu 10 kat azaltmak için, yaklaşık 25 santimetrelik bir beton tabakası ve 30-35 santimetrelik bir toprak tabakası gereklidir.

Sunulan verilerden, alfa ve beta radyasyonuna karşı koruma için basit araçların kullanılabileceği, gama ışınlarına karşı koruma için ise özel mühendislik yapılarının gerekli olduğu sonucuna varabiliriz.

Böylece kimyasal elementlerin radyoaktif emisyonlarına baktık. Bununla birlikte, farklı kimyasal elementler için radyoaktif bozunma süreci farklı oranlarda gerçekleşir.

Çekirdeklerin zaman içindeki bozunmasını karakterize etmek için, sözde yarı ömür. Yarı ömür, bir maddenin atomlarının yarısının bozunduğu süredir. Çeşitli kimyasal elementlerin yarı ömürleri saniyenin milyarda birinden milyarlarca yıla kadar büyük farklılıklar gösterir. Böylece radyumun yarı ömrü 1590 yıl, uranyum-238 - 4.500.000.000 yıldır. Bu, örneğin bir gram radyum alırsanız, 1590 yıl sonra yarım gram kalacağı ve sonraki 1590 yıl sonra çeyrek gram vb. kalacağı anlamına gelir.

Çoğu doğal ve bazı yapay radyoaktif elementlerin çekirdekleri bozunduğunda, radyoaktif çekirdekler de oluşur ve bunlar da radyoaktif bozunmaya uğrar. Böylece, alfa veya beta parçacıklarının emisyonunun eşlik ettiği bir dizi dönüşümün sonucu olarak, bütün bir radyoaktif element zinciri oluşur. Bu süreç radyoaktif olmayan son element oluşana kadar devam eder. Ardışık radyoaktif bozunmaların tüm ürünlerinin toplamı oluşur radyoaktif aile, yani sıra bu elementin. Şu anda bu tür dört radyoaktif aile bilinmektedir; bu ailelerin ataları şunlardır: 92 uranyum 238, 90 toryum 232, 92 uranyum 235 ve 94 plütonyum 241.