რადიოაქტიურობა, ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის თვისება სპონტანურად დაიშალა სხვა ელემენტებად. ამ დაშლას თან ახლავს სხვადასხვა კორპუსკულური და მსუბუქი გამოსხივება. რადიოაქტიურობის ფენომენი აღმოაჩინა 1896 წელს გ.ბეკერელმა. მან აღმოაჩინა, რომ U მარილები ასხივებენ გამოსხივებას, რომელიც მოქმედებს ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე და ანიჭებს ჰაერს ელექტროგამტარობას. შემდგომმა კვლევამ აჩვენა, რომ "ბეკერელის სხივების" გამოსხივება არის U-ის ატომური თვისება, დამოუკიდებელი ქიმიური ნაერთისგან, რომელშიც ის გვხვდება. ყველა ცნობილი ელემენტის სისტემატურმა კვლევებმა დაადგინა, რომ U-ს გარდა მხოლოდ Th-ს აქვს მნიშვნელოვანი რადიოაქტიურობა (G. Schmit and M. Curie, 1898). შემდგომში აღმოაჩინეს K და Rb-ის ჯერ კიდევ სუსტი რადიოაქტიურობა. ბუნებრივი U ნაერთების შესწავლისას აღმოჩნდა, რომ მათი რადიოაქტიურობა გაცილებით მეტია, ვიდრე მოსალოდნელია მათში U-ის შემცველობა. დადასტურდა. პ. და მ. კიურის ხანგრძლივი და შრომატევადი მუშაობის შედეგად, შესაძლებელი გახდა ახალი ელემენტების პო (1898) და რა (1898) იზოლირება იოაჰიმსტალის საბადოს ურანის ფისოვანი საბადოდან (ჩეხო-სლოვაკია), რომლის რადიოაქტიურობა არის მრავალჯერ აღემატება U-ს რადიოაქტიურობას. ამით დაიწყო აღმოჩენილი რიგი ახალი რადიოაქტიური ელემენტებისა თუ რადიოელემენტები, რომელთა რიცხვი 40-ს აღწევს.

რადიოაქტიური გამოსხივება. მათი ბუნებით, რადიოაქტიური ელემენტების გამოსხივება არ არის ერთგვაროვანი. 1902 წელს ე. რეზერფორდმა შესთავაზა სახელები α-(ალფა), β-(ბეტა) და γ-(გამა) სხივები სამი ტიპის რადიოაქტიური გამოსხივებისთვის შემდეგი თვისებებით: α-სხივები წარმოიქმნება დადებითად დამუხტული, სწრაფად მოძრავი მასალისგან. ატომური ზომის და სუსტად გადახრილი ნაწილაკები ელექტრულ და მაგნიტურ ველში არხის სხივების გადახრის შესაბამისი მიმართულებით; ისინი ძალიან ძლიერად შეიწოვება მატერიით; β სხივები - უარყოფითი ელექტრონების ნაწილაკები (ელექტრონები); ისინი ბევრად უფრო ძლიერად არიან გადახრილი მაგნიტური ველის მიერ და საკმაოდ ჰგვანან კათოდურ სხივებს. მათი გამტარიანობა ბევრად აღემატება α-სხივებს; γ-სხივები არ არის გადახრილი მაგნიტური ველით და არ ატარებენ მუხტს; მათ აქვთ ყველაზე მაღალი გამტარიანობა (ნახ. 1). α-ნაწილაკებს აქვთ ორმაგი ელემენტარული დადებითი მუხტი, რომელიც უდრის 9,55·10 -10 CGSE. თავისი ბუნებით ისინი ჰელიუმის ატომის ბირთვის იდენტურია; α-ნაწილაკები ატომიდან გამოფრინდებიან გარკვეული საწყისი სიჩქარით, დამახასიათებელი თითოეული α-გამომცემი რადიოელემენტისთვის; ეს საწყისი სიჩქარე არის 1.4·10 9 -2.06·10 9 სმ/წმ დიაპაზონში. ჰაერში α-ნაწილაკები დიდი მასის გამო თითქმის წრფივად მოძრაობენ, თანდათან კარგავენ კინეტიკურ ენერგიას აირის მოლეკულებთან შეჯახებისას და იწვევს ძლიერ იონიზაციას. α-ნაწილაკებს აქვთ გარკვეული ფრენის დიაპაზონი, რის შემდეგაც ისინი კარგავენ მუხტს და დამახასიათებელი მოქმედებების გამოწვევის უნარს. ამ ფრენის მანძილის სიდიდე ან α-ნაწილაკების „გარბენი“ დამოკიდებულია ნაწილაკების საწყის სიჩქარეზე და შთამნთქმელ ნივთიერებაზე. α-ნაწილაკის ბილიკის სიგრძე დამახასიათებელია თითოეული რადიოელემენტისთვის და მოიცავს 2,67-8,62 სმ პერიოდებს ჰაერში 0°C და 760 მმ. მყარ სხეულებში α- ნაწილაკები შენარჩუნებულია ფენის სისქით დაახლოებით 0,1 მმ. წყლის ორთქლის თვისება იონებზე კონდენსაციის გარკვეულ პირობებში შესაძლებელს ხდის α-ნაწილაკების ბილიკების დაკვირვებას და ფოტოსურათს (ნახ. 2). რადიოაქტიური ნივთიერებების უმრავლესობის β-სხივები ქმნიან რამდენიმე ჯგუფს სხვადასხვა საწყისი სიჩქარით, რომელთა განაწილება შეისწავლება β- ნაწილაკების გადახრით მაგნიტურ ველში (β-სხივების სპექტრი). β-ნაწილაკების საწყისი სიჩქარეებია 8,7·10 9 -2,947·10 10 სმ/წმ, ანუ სინათლის სიჩქარემდე 0,988-მდე. მატერიაში გავლისას β- სხივები უფრო ძლიერად იფანტება, ვიდრე α-სხივები, რითაც მცირედ იცვლება მათი სიჩქარე. მათი შეწოვა ხდება კანონის მიხედვით, რომელიც ახლოსაა მარტივ ექსპონენციასთან I d = I 0 e - kd, სადაც I d არის d სისქეში გამავალი გამოსხივების ინტენსივობა, I 0 არის საწყისი ინტენსივობა, k არის შთანთქმის კოეფიციენტი. დამახასიათებელი მნიშვნელობა შეიძლება იყოს ნივთიერების ფენის სისქე, მაგალითად, ალუმინი, რომელიც შთანთქავს β-სხივებს ნახევრად. სხვადასხვა β-სხივებისთვის ამ ფენის ზომაა ალუმინის 0,001-0,05 სმ. უმძიმესი β-სხივები RaC მთლიანად შეიწოვება ტყვიის ორი მმ-ით, γ-სხივები ბუნებით სრულიად ჰგავს რენტგენის სხივებს და ახასიათებს ტალღის სიგრძე 10 -9 -10 -11 სმ მეორადი β- და γ-სხივების გაფანტვით და გამოჩენით. აბსორბცია დაახლოებით გამოიხატება მარტივი ექსპონენციალური კანონით I = I 0 e -μх და პირველ მიახლოებაში დაკმაყოფილებულია მიმართება μ/ϱ = Const, სადაც ϱ არის შთამნთქმელი ნივთიერების სიმკვრივე. μ-ის მნიშვნელობა სხვადასხვა რადიოელემენტების γ-სხივებისთვის მერყეობს 1000-დან 0,12-მდე, რაც შეესაბამება Pb ფენის სისქეს, რომელიც შთანთქავს სხივების ნახევარს, 10 -4 -5,5 სმ.

რადიოაქტიური დაშლის თეორია . რადიოაქტიური ფენომენების ასახსნელად რეზერფორდმა და სოდიმ 1902 წელს შემოგვთავაზეს ატომის დაშლის თეორია, რომელიც სრულად დადასტურდა შემდგომი ექსპერიმენტებით. რადიოაქტიური ელემენტების ატომები არასტაბილური წარმონაქმნებია და ექვემდებარება სპონტანურ დაშლას, შემთხვევითობის კანონს. ამ შემთხვევაში, ატომშიდა ენერგია გამოიყოფა რადიაციის სახით და ატომი განიცდის ტრანსფორმაციას, გარდაიქმნება სხვა ქიმიურ ელემენტად, სრულიად განსხვავებული თვისებებით, მაგალითად, მეტალი Ra გადაიქცევა RaEm - ინერტულ გაზად. რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი კანონი ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: ΔN მატერიის რაოდენობა, რომელიც იშლება დროის ელემენტად Δt პროპორციულია მისი ხელმისაწვდომი რაოდენობის N და დროის ინტერვალის Δt, ანუ ΔN=-λNΔt, ან N t =N 0 e -Δ. t სადაც N 0 - საწყისი რაოდენობა, N t - რაოდენობა t მომენტისთვის. პროპორციულობის კოეფიციენტს λ ეწოდება რადიოაქტიური მუდმივი, ან რადიოელემენტის დაშლის მუდმივი. უფრო ნათლად, თითოეულ რადიოელემენტს ახასიათებს ნახევარგამოყოფის პერიოდი, ანუ დროის პერიოდი, რომლის დროსაც მისი საწყისი რაოდენობა მცირდება ნახევარით, ან სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობით τ. ნახევარგამოყოფის პერიოდი T, სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა τ და რადიოაქტიური მუდმივი λ დაკავშირებულია ერთმანეთთან შემდეგნაირად: T = 0,6931τ = 0,6931 τ -1. სხვადასხვა რადიოელემენტისთვის λ = 1,3·10 -13 - 10 11 წმ., შესაბამისად T=5,2·10 17 წმ. (1,65·10 10 წელი) -10 -11 წმ. λ-სა და α-სხივების R დიაპაზონს შორის არის კავშირი, რომელიც ემპირიულად იქნა ნაპოვნი გეიგერის და ნუტალის მიერ: Ig λ = A + B log R, სადაც A და B მუდმივებია. გეიგერის და ნუტალის კანონის გრაფიკული გამოსახულება იძლევა სამ პარალელურ სწორ ხაზს სამი რადიოაქტიური ოჯახის U - Ra, Th და Ac. ეს კანონი უნდა იქნას გამოყენებული, სხვა საკითხებთან ერთად, სწრაფად დაშლილი ნივთიერებების რადიოაქტიური მუდმივების დასადგენად. რადიოაქტიური დაშლის ფენომენი, რომელსაც თან ახლავს α- და β- ნაწილაკების ატომის ბირთვიდან გასვლა, წარმოადგინა ატომის ბირთვის რთული სტრუქტურის პირველი მტკიცებულება, რომელიც შეიცავს ელექტრონებს, პროტონებს და He-ის ბირთვებს, როგორც სტრუქტურულ ელემენტებს. შაბლონები, რომლებიც დაფიქსირდა γ-სხივების ტალღის სიგრძის განაწილებაში და β- და α- ნაწილაკების სიჩქარეზე მიუთითებს გარკვეული ენერგეტიკული დონის შესაბამისი სტაბილური მდგომარეობების ბირთვში არსებობაზე. γ-სხივები, როგორც ჩანს, დაკავშირებულია α-ნაწილაკების ინტრაბირთვულ გადასვლასთან ერთი ენერგეტიკული დონიდან მეორეზე, ხოლო γ-სხივის ტალღის სიგრძე განისაზღვრება კვანტური ურთიერთობებით. რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის დროს, რომელსაც თან ახლავს ალფა ნაწილაკის ბირთვიდან გასვლა, მან უნდა გაიაროს პოტენციური ენერგიის დონე, რომელიც მნიშვნელოვნად აღემატება ნაწილაკების საკუთარ ენერგიას, რომელსაც იგი ფლობს ბირთვში. კლასიკური თეორიის თვალსაზრისით, შეუძლებელია ბირთვიდან ალფა ნაწილაკების ემისიის ახსნა ამ „პოტენციური ბარიერის“ მეშვეობით. ტალღური მექანიკის პრინციპებზე დაფუძნებული რადიოაქტიური დაშლის თეორიები აღწერს α ნაწილაკების მოძრაობას ტალღის ფუნქციის გამოყენებით, α გამოსხივება ტალღის ფუნქციის თანდათანობითი შეღწევის შედეგად ზემოხსენებული პოტენციური ბარიერის მეშვეობით. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია თეორიული გამოხატულების პოვნა α-ნაწილაკების სიჩქარისა და ატომის დაშლის მუდმივთან ურთიერთობისთვის, რომელიც აკმაყოფილებს ექსპერიმენტულ მონაცემებს. თუ ვივარაუდებთ, რომ ატომის ბირთვში ალფა ნაწილაკებს აქვთ იგივე რაოდენობის ენერგია, რომლითაც ისინი ტოვებენ ბირთვს დაშლის დროს, ჩვენ ვიღებთ საწყის მნიშვნელობას ატომის ბირთვში ენერგიის დონის აბსოლუტური მნიშვნელობების შესაფასებლად. ეს სიდიდეები არის 10 6 ვ-ის რიგის (ატომური ფიზიკის აღნიშვნით). რადიოაქტიური ელემენტების β-გამოსხივება ქმნის, ერთის მხრივ, გარკვეული სიჩქარის ელექტრონების ჯგუფებს, რომლებიც, სავარაუდოდ, ჩნდება ატომის ელექტრონულ გარსებში ბირთვის γ-გამოსხივებით გამოწვეული ფოტოელექტრული ეფექტის შედეგად ბირთვიდან გამოქცეულ β- ნაწილაკებს აქვთ ძალიან განსხვავებული სიჩქარის მნიშვნელობები (γ-სხივების უწყვეტი მაგნიტური სპექტრი). ხშირად α-ტრანსფორმაციას დაშლის სერიაში მოჰყვება ორი β-ტრანსფორმაცია, რაც ცრუ ინტერპრეტაციას წარმოადგენს, როგორც ბირთვში ელექტრონული დონის სტაბილურობის დარღვევას, რადგან მცირდება α-ნაწილაკების რაოდენობა. ენერგეტიკული კავშირები ბირთვში, რომელიც დაკავშირებულია β- გამოსხივებასთან, ჯერ კიდევ არ ჩანს სრულიად ნათელი.

როდესაც რადიოაქტიური ატომი იშლება, ბ. მათ შორის რადიოაქტიური ელემენტიც. რომ. დაშლის სერიები იქმნება, ან რადიოაქტიური ოჯახები, თანმიმდევრულად გარდაქმნის რადიოელემენტებს. რადიოაქტიური დაშლის კანონი შესაძლებელს ხდის გამოთვალოს სერიის რომელიმე ტერმინის ოდენობა დროის თითოეულ მომენტში მოცემულ საწყის პირობებში. პრაქტიკაში ყველაზე მნიშვნელოვანია შემდეგი შემთხვევები. 1) ინდივიდუალური რადიო ელემენტის დაშლა, მაგალითად RaEm; რადიოელემენტის რაოდენობა ნებისმიერ მომენტში გამოისახება შემდეგნაირად: N t =N 0 e -λ t საწყისი რაოდენობა (t=0-ზე). 2) წარმოქმნა რადიოელემენტიდან ძალიან დიდი სიცოცხლის ხანგრძლივობით (რომლის რაოდენობა პრაქტიკულად არ იცვლება განსახილველი პერიოდის განმავლობაში, მაგალითად, UX-ის წარმოქმნა (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24 დღე) U-დან (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 10). 9 წელი).

3) რადიოაქტიური წონასწორობის შემთხვევა, როდესაც დაშლის სერიაში შენარჩუნებულია თანმიმდევრული ელემენტების ატომების რიცხვების მუდმივი თანაფარდობა. ამ შემთხვევაში შეინიშნება შემდეგი ტოლობები: N 1 λ=N 2 λ 2 =...=N k λ k თუ განსახილველი სერია შეიცავს k ელემენტებს (ნახ. 3, A - ზრდა და B - ThX-ის დაშლა) . რადიოელემენტების ტრანსფორმაციას ყოველთვის ახლავს α- ან β- გამოსხივება. არ არის ცნობილი არც ერთი შემთხვევა, როდესაც რადიოაქტიურ ტრანსფორმაციას მხოლოდ ერთი γ-გამოსხივება ახლდა თან.

რადიოაქტიური გარდაქმნების შესწავლამ გამოიწვია ახალი ელემენტების დიდი რაოდენობის აღმოჩენა. პერიოდულ სისტემაში რადიოელემენტების მოთავსების მცდელობისას წარმოიშვა სირთულეები, რადგან თავისუფალი ადგილების რაოდენობა არასაკმარისი აღმოჩნდა. ეს სირთულეები დაძლეული იქნა რადიოელემენტების ქიმიური მახასიათებლების შესწავლის შედეგად. ბოლტვუდმა, რომელმაც 1906 წელს აღმოაჩინა ახალი რადიოაქტიური ელემენტი იონიუმი, აჩვენა, რომ მისი ქიმიური თვისებები სრულიად იდენტურია ელემენტის თორიუმის თვისებებისა. გარდა ამისა, მსგავსი ქიმიური იდენტურობა აღმოაჩინეს მთელ რიგ რადიოელემენტებში (Ra და MsTh, Pb, RaB, ThB, AcB და ა. მეთოდები შეუძლებელია. ასეთ ქიმიურად განუსხვავებელ ელემენტთა ჯგუფს, ფაიანების წინადადებით, გალაქტიკა ეწოდება, ხოლო თავად ელემენტებს, სოდის წინადადებით, იზოტოპები ეწოდება. პერიოდულ სისტემაში მათ ერთი და იგივე ადგილი უჭირავთ. ამავდროულად, სოდი ვარაუდობდა, რომ არარადიოაქტიური ელემენტები ასევე შეიძლება იყოს სხვადასხვა ატომური წონის ფუნდამენტურად განუყოფელი ელემენტების ნაზავი, რაც ხსნის უმეტეს ელემენტების ატომური წონის ფრაქციულ მნიშვნელობებს. სოდის ამ იდეამ ბრწყინვალე დადასტურება ჰპოვა ასტონის ნაშრომში, რომელმაც აღმოაჩინა ჩვეულებრივი ელემენტების იზოტოპები დადებითი სხივების მეთოდით. იზოტოპიის კონცეფციამ შესაძლებელი გახადა პერიოდულ სისტემაში ყველა რადიოელემენტის მოთავსება. ისინი მოიცავს 10 გალაქტიკას, რომლებიც მდებარეობს პერიოდული ცხრილის ბოლო ორ რიგში (ნახ. 4).

რადიოაქტიური იზოტოპების გალაქტიკის დამახასიათებელი ელემენტები, ანუ დომინანტები არის ყველაზე გრძელი სიცოცხლის ხანგრძლივობის მქონე ელემენტები, ანუ სტაბილური ელემენტები. უფრო მეტიც, ხუთი მათგანი: Ra, Em, Po, Ac და Ra არის ახალი ელემენტები, რომლებმაც დაიკავეს ცარიელი ადგილები პერიოდულ სისტემაში, ხოლო დანარჩენები ხვდებიან ადრე ცნობილი რადიოელემენტებით U და Th და არააქტიური Pb, Tl, Bi. . რადიოაქტიური იზოტოპების ატომურ მასებში უდიდესი განსხვავება არ აღემატება 8 ერთეულს. რომ. რადიოაქტიურმა გარდაქმნებმა შესაძლებელი გახადა გაღრმავებულიყო პერიოდული კანონის ფიზიკური მნიშვნელობა და ქიმიური ელემენტის კონცეფცია. აღმოჩნდა, რომ ელემენტის ადგილი პერიოდულ სისტემაში განისაზღვრება არა ელემენტის ატომური წონით, როგორც ადრე იყო მიღებული, არამედ მისი ატომის ბირთვის დადებითი მუხტის მნიშვნელობით. ატომის ელექტრონულ გარსებთან დაკავშირებული იზოტოპების ყველა თვისება პრაქტიკულად ერთნაირია ჩვენი ექსპერიმენტების სიზუსტით (ატომის მოცულობა, ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის ტემპერატურა, ზომის თერმული ცვლილება, მაგნიტური მგრძნობელობა, სპექტრები და ა.შ.). რადიოაქტიური თვისებების გარდა, ისინი განსხვავდებიან მხოლოდ იმ მახასიათებლებით, რომლებიც დაკავშირებულია ბირთვის მასასთან, მაგალითად, სპექტრის მშვენიერი სტრუქტურა და დიფუზიის მუდმივებში უმნიშვნელო განსხვავებები. ეს უკანასკნელი გარემოება საფუძვლად უდევს იზოტოპების გამოყოფის მცდელობებს, რამაც მტკივნეული მუშაობის შედეგად ნაწილობრივი წარმატება გამოიწვია.

რადიოაქტიური დაშლის დროს ხდება ელემენტების ტრანსფორმაცია, რომელიც ემორჩილება შემდეგ ცვლის წესებს (კ. ფაჯანს). 1) ალფა ნაწილაკის ემისიის შემდეგ ელემენტი პერიოდულ სისტემაში მარცხნივ გადაინაცვლებს ორ ადგილას. 2) β-ტრანსფორმაციის დროს ელემენტი გადაინაცვლებს ერთი ადგილით მარჯვნივ (ისრების მიმართულება ნახ. 4-ზე). ეს წესები მიუთითებს იმაზე, რომ რადიოაქტიურობა არის ატომის ბირთვის თვისება, ვინაიდან α-ნაწილაკის ემისია, რომელიც ატარებს ორ ელემენტარულ დადებით მუხტს, ამცირებს ბირთვის მუხტს ორი ერთეულით, რაც შეესაბამება ატომური რიცხვის შემცირებას ორი ერთეულით. . β ნაწილაკი ატარებს ერთ უარყოფით მუხტს, ანუ ზრდის ბირთვის დადებით მუხტს და, შესაბამისად, მის ატომურ რიცხვს ერთით. რადიოაქტიური გარდაქმნების შედეგად ორ სხვადასხვა ელემენტს შეუძლია დაიკავოს ერთი და იგივე ადგილი პერიოდულ სისტემაში.

ჩვენთვის ცნობილი ყველა რადიოელემენტი ქმნის სამ რადიოაქტიურ ოჯახს ან სერიას: U-Ra ოჯახი, Ac ოჯახი და Th ოჯახი. U და Th სერიები დამოუკიდებელია, ხოლო Ac სერია, ყველა მონაცემის მიხედვით, ასოცირდება U-Ra სერიებთან. ნახ. სურათი 5 გვიჩვენებს რადიოაქტიური ოჯახების დიაგრამას მათი გარდაქმნებით. რადიოელემენტები Ra და MsTh ყველაზე დიდი პრაქტიკული ინტერესია, რადგან მათ აქვთ ძალიან მაღალი რადიოაქტიურობა და წარმოადგენენ მაღალ რადიოაქტიური ელემენტების წყაროს ხანმოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობით (მაგალითად, RaEm, ThX და ა.შ.). სხვა ქიმიური ელემენტებიდან მხოლოდ K და Rb-ს აქვთ სუსტი რადიოაქტიურობა β- და γ- სხივების გამოსხივებით. მათი ტრანსფორმაციის პროდუქტები უცნობია.

რადიოაქტიური გამოსხივების ეფექტი. 1) ყველა რადიოაქტიური გამოსხივება აწარმოებს აირების იონიზაციას. ამ შემთხვევაში, α-სხივებს აქვთ ყველაზე ძლიერი ეფექტი, ხოლო β- და γ-სხივების ეფექტი გაცილებით სუსტია. ნაკლებად იონიზაცია შეინიშნება თხევად და მყარ დიელექტრიკებში. 2) რადიოაქტიური გამოსხივების ენერგია გარდაიქმნება სიცხეში, როდესაც ის შეიწოვება მატერიით. ამ შემთხვევაში უდიდეს ეფექტს ასევე აწარმოებენ α-სხივები, რომლებსაც აქვთ მაქსიმალური ენერგია. თეორიულად, გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა შეიძლება გამოითვალოს გამოსხივების ენერგიისა და დაშლილი ატომის დარჩენილი კინეტიკური ენერგიის ცოდნით. ექსპერიმენტულად, თერმული ეფექტი განსაკუთრებით საგულდაგულოდ იქნა შესწავლილი Ra-სთვის; 1 გ Ra გამოყოფს 25 კალორიას საათში, ხოლო დაშლის პროდუქტებთან ერთად 170 კალორიას. 3) ძლიერი რადიოაქტიური პრეპარატები თავისთავად ანათებენ და იწვევენ რიგ სხეულებს ანათებს. თუთიის სულფიდის ეკრანზე ცალკეული α-ნაწილაკებით გამოწვეული ციმციმები (სცინტილაცია) შესაძლებელს ხდის რადიოელემენტების მიერ გამოსხივებული α-ნაწილაკების დათვლას. 4) ბევრი ნივთიერება რადიოაქტიური გამოსხივების გავლენით იცვლის ფერს. 5) რადიოაქტიური სხივები მოქმედებს ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე. რადიოაქტიური მადნის ნაწილის ცუდად გაპრიალებული ზედაპირის ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე წასმით, შეიძლება მიღებულ იქნას რადიოაქტიური მინერალების განაწილების რენტგენოგრაფია ნიმუშის ზედაპირზე. 6) რადიოაქტიური გამოსხივების გავლენით წარმოიქმნება ქიმიური რეაქციები, ძირითადად დაკავშირებულია მათ გამოწვეულ იონიზაციასთან; β- სხივების ზოგიერთი მოქმედება კოლოიდებზე აიხსნება თავად β-ნაწილაკების უარყოფითი მუხტით. 7) რადიოელემენტების მოქმედება ცოცხალ ორგანიზმზე ვლინდება ლოკალური და ზოგადი ფენომენების სახით და დიდად არის დამოკიდებული დოზაზე. რადიოაქტიური გამოსხივების ეფექტი გამოიხატება ორგანიზმის ზოგად დაღლილობაში, სისხლის შემადგენლობის ცვლილებებში (სისხლის თეთრი უჯრედების რაოდენობის შემცირება და სხვ.). დიდი რაოდენობით რადიოელემენტების β- სხივების ადგილობრივმა ზემოქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს დამწვრობა, რომელიც ძნელად შეხორცდება. ახალგაზრდა უჯრედები ყველაზე მგრძნობიარეა რადიაციის ეფექტის მიმართ. ორგანიზმში რადიოელემენტების დიდი რაოდენობით შეყვანა იწვევს სიკვდილს. რადიოელემენტების მცირე რაოდენობა დადებითად მოქმედებს ორგანიზმზე.

რადიოაქტიურობის პრაქტიკული გამოყენება. 1) რადიოელემენტების თვისება აირების იონიზაციისთვის იპოვა მისი გამოყენება რადიოაქტიური კოლექტორების წარმოებაში, რომლებიც გამოიყენება ელექტრული ველის გასაზომად, ძირითადად ატმოსფერული ელექტროენერგიის შესწავლაში. ამ მიზნით, ჩვეულებრივ გამოიყენება α-ემიტერები Io ან Bo. ეს უკანასკნელი პერიოდულად უნდა განახლდეს, რადგან 137 დღეში განახევრდება. 2) რადიოაქტიური Em m.b. გამოიყენება სხვადასხვა ნივთიერების გაზის გამტარიანობის დასადგენად. 3) როდესაც α-ნაწილაკები გადიან სხვადასხვა ნივთიერებებში, გარკვეულ პირობებში შეინიშნება H- ნაწილაკების (წყალბადის ბირთვების) გამოჩენა. ეს ფენომენი პირველად 1919 წელს აღმოაჩინა რეზერფორდმა აზოტში და განიმარტა, როგორც აზოტის ბირთვის განადგურების შედეგად α ნაწილაკთან შეჯახებისას. შემდგომმა მუშაობამ, ძირითადად, რეზერფორდის თანამშრომლების - კირშისა და პეტერსონის მიერ, აჩვენა, რომ ელემენტების დიდი რაოდენობა განადგურებულია α ნაწილაკების გავლენის ქვეშ. რადიოაქტიურობის სხვა პრაქტიკული გამოყენებისთვის იხ რადიუმი.

რადიოაქტიური ნივთიერებების რაოდენობრივი გაზომვისთვის თითქმის ექსკლუზიურად გამოიყენება იონიზაციაზე დაფუძნებული მეთოდი. ძალიან ძლიერი წამლების შემთხვევაში შესაძლებელია იონიზაციის დენების გასაზომად მგრძნობიარე გალვანომეტრის გამოყენება. რადიოელემენტების მცირე რაოდენობის გასაზომად გამოიყენება ელექტროსკოპები და ელექტრომეტრები. გამოყენებული მოწყობილობების ყველაზე მნიშვნელოვანი დიაგრამები წარმოდგენილია ნახ. 6.

1) α-სხივების გაზომვები. შესწავლილი რადიოაქტიური ნივთიერება მოთავსებულია წვრილად დაფქული სახით ბრტყელ თასში ელექტროსკოპის (სურ. 6a) ან ელექტრომეტრის (ნახ. 6ბ) „იონიზაციის კამერის“ ბოლოში. იონიზაციის დენი იზომება ელექტროსკოპის ფურცლის კოლაფსის სიჩქარით, რომელიც იზომება მიკროსკოპის თვალის მასშტაბით. ამ შემთხვევაში, აუცილებელია გავითვალისწინოთ ფურცლის საკუთარი კოლაფსი საიზოლაციო დეფექტების გავლენის ქვეშ და ჰაერის იონიზაცია მოწყობილობის შიგნით, რომელიც განისაზღვრება სპეციალური დაკვირვებით რადიოაქტიური ნივთიერების არარსებობის შემთხვევაში. ელექტრომეტრით გაზომვისას გამოიყენება დატენვის მეთოდი ან კომპენსაციის მეთოდები. α-სხივების გამოყენებით გაზომვისას ჩვეულებრივ იღებენ ნივთიერების ფენას დაახლოებით 1 მმ სისქით. ასეთი ფენა გაჯერებული იქნება α-გამოსხივებისთვის, ანუ ქვედა ნაწილების α-სხივები უკვე შეიწოვება თავად აქტიურ ნივთიერებაში და არ გამოდის. ამ შემთხვევაში, გაზომილი იონიზაცია დაახლოებით პროპორციულია პრეპარატში რადიოელემენტების კონცენტრაციისა. როგორც წესი, გაზომვები ხდება სტანდარტთან შედარებით, რომელიც შეიცავს რადიოელემენტის ცნობილ რაოდენობას, რომელიც განისაზღვრება, მაგალითად, U წონასწორობაში დაშლის პროდუქტებთან. ან შედეგები გამოიხატება ურანის ერთეულები, ხოლო ურანის ერთეულში ვგულისხმობთ α-სხივებისთვის გაჯერებულ ურანის ოქსიდის U 3 O 8 ფენის 1 სმ 2 ცალმხრივ გამოსხივებას. აბსოლუტურ ერთეულებში ეს შეესაბამება გაჯერების დენს 1.73·10 -3 CGSE. უსასრულოდ თხელი ფენის შემთხვევაში (მაგალითად, აქტიური საფარი, რომელიც მიღებულია მყარ სხეულებზე გამონაბოლქვის არსებობისას და შედგება მათი დაშლის პროდუქტებისგან), იონიზაცია პროპორციულია რადიოელემენტის რაოდენობაზე პრეპარატზე. 2) γ-სხივების გაზომვები. γ-სხივების მაღალი გამტარიანობის გამო, მათი გამოყენება შესაძლებელია ჰერმეტულად დალუქულ პრეპარატებში რადიო ელემენტების (ჩვეულებრივ Ra, RaEm ან MsTh) რაოდენობის გასაზომად. გაზომვები ხდება სტანდარტთან შედარებით, რომელიც შეიცავს Ra-ს ცნობილ რაოდენობას. Ra-ს მცირე რაოდენობით გაზომვისას 10-5-10-7 გ-ის რიგის მიხედვით ისინი მოთავსებულია სპეციალურ მოწყობილობაში. დიდი რაოდენობით გაზომვისას - 10 -4 გ-დან და ზემოთ - საცდელი პრეპარატი მოთავსებულია მოწყობილობის გარეთ გარკვეულ მანძილზე. 3) RaEm-ის მცირე რაოდენობით გაზომვები ხდება α-სხივების გამოყენებით ელექტრომეტრში იონიზაციის კამერითადაპტირებულია Em-ის შიგნით შესატანად. ჩვეულებრივ საჭიროა Em-ის გაზომვა წყალხსნარიდან, ხოლო Em გამოხდება იონიზაციის პალატაში ჰაერის დინებით ცირკულაციის გზით (ნახ. 7) ან სხვა გზით.

შემდეგ იზომება იონიზაცია, რომელიც გამოწვეულია Em-ის α-სხივებით და მისი წყლის წყაროების პროდუქტებით. იგივე მეთოდი გამოიყენება ხსნარში Ra-ს მცირე რაოდენობის დასადგენად. საცდელი ხსნარი მოთავსებულია გაზის გამრეცხ კოლბაში L და თავისუფლდება Em-დან ჰაერის აფეთქებით 10-30 წუთის განმავლობაში. შემდეგ ხსნარით ჭურჭელს ჰერმეტულად ხურავენ და ტოვებენ რამდენიმე დღით Em-ის დასაგროვებლად. შემდეგი, Em გადადის საზომ მოწყობილობაზე J, სადაც განისაზღვრება მისი რაოდენობა. ემანაციის დაგროვება ხდება E = E ∞ (1 e λ t) ფორმულის მიხედვით, სადაც E არის t დროის განმავლობაში დაგროვილი Em-ის რაოდენობა, E ∞ არის მისი რაოდენობა, რომელიც წონასწორობაშია რადიუმთან მოცემულ ხსნარში. რიცხობრივად, E ∞ უდრის იმდენ კურსს, რამდენიც Ra არის ხსნარში.

სტანდარტი არის ხსნარი 10-8-10-9 გ-ის რიგის Ra-ის შემცველობით, შესაძლებელია 10-10 გ-ის გაზომვა თუნდაც 10-12 გ. 4) ცალკეული ნაწილაკების რაოდენობა იზომება ან სცინტილაციის მეთოდით ან ცალკეული ნაწილაკების ან იმპულსების მაიონებელი ეფექტის შესაბამისად (გეიგერის მრიცხველი). ასევე შესაძლებელია ფოტოგრაფიული ფირფიტის გამოყენება სქელი ფენით (L. V. Mysovsky-ის მეთოდი).

რადიოაქტიურობა აღმოაჩინა 1896 წელს ფრანგმა მეცნიერმა ანტუან ანრი ბეკერელმა ურანის მარილების ლუმინესცენციის შესწავლისას. აღმოჩნდა, რომ ურანის მარილები გარეგანი ზემოქმედების გარეშე (სპონტანურად) ასხივებდნენ უცნობი ბუნების გამოსხივებას, რომელიც ანათებდა სინათლისგან იზოლირებულ ფოტოგრაფიულ ფირფიტებს, იონიზებდა ჰაერს, შეაღწია თხელი ლითონის ფირფიტებით და იწვევდა რიგი ნივთიერებების ლუმინესცენციას. იგივე თვისება ჰქონდათ პოლონიუმ 21084Po და რადიუმს 226 88Ra შემცველ ნივთიერებებს.

კიდევ უფრო ადრე, 1985 წელს, რენტგენის სხივები შემთხვევით აღმოაჩინა გერმანელმა ფიზიკოსმა ვილჰელმ რენტგენმა. მარი კიურიმ გამოიგონა სიტყვა "რადიოაქტიურობა".

რადიოაქტიურობა არის ქიმიური ელემენტის ატომის ბირთვის სპონტანური ტრანსფორმაცია (დაშლა), რაც იწვევს მისი ატომური რიცხვის ცვლილებას ან მასის რიცხვის ცვლილებას. ბირთვის ამ გარდაქმნით რადიოაქტიური გამოსხივება გამოიყოფა.

არსებობს განსხვავება ბუნებრივ და ხელოვნურ რადიოაქტიურობას შორის. ბუნებრივი რადიოაქტიურობა არის რადიოაქტიურობა, რომელიც შეინიშნება ბუნებაში არსებულ არასტაბილურ იზოტოპებში. ხელოვნური რადიოაქტიურობა არის ბირთვული რეაქციების შედეგად მიღებული იზოტოპების რადიოაქტიურობა.

არსებობს რადიოაქტიური გამოსხივების რამდენიმე სახეობა, განსხვავებული ენერგიითა და შეღწევადობით, რომლებიც სხვადასხვა გავლენას ახდენს ცოცხალი ორგანიზმის ქსოვილებზე.

ალფა გამოსხივებაარის დადებითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი, რომელთაგან თითოეული შედგება ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან. ამ ტიპის გამოსხივების შეღწევადობის უნარი დაბალია. მას ინარჩუნებს რამდენიმე სანტიმეტრი ჰაერი, რამდენიმე ფურცელი და ჩვეულებრივი ტანსაცმელი. ალფა გამოსხივება შეიძლება საშიში იყოს თვალებისთვის. მას პრაქტიკულად არ შეუძლია შეაღწიოს კანის გარე შრეში და არ წარმოადგენს საფრთხეს მანამ, სანამ რადიონუკლიდები, რომლებიც ასხივებენ ალფა ნაწილაკებს, არ შედიან სხეულში ღია ჭრილობის, საკვების ან ჩასუნთქული ჰაერის მეშვეობით - მაშინ ისინი შეიძლება გახდეს უკიდურესად საშიში. შედარებით მძიმე, დადებითად დამუხტული ალფა ნაწილაკებით დასხივების შედეგად, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში შეიძლება მოხდეს ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედებისა და ქსოვილების სერიოზული დაზიანება.

ბეტა გამოსხივებაარის უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების ნაკადი, რომელიც მოძრაობს უზარმაზარი სიჩქარით, რომლის ზომა და მასა გაცილებით მცირეა ვიდრე ალფა ნაწილაკები. ამ გამოსხივებას უფრო დიდი შეღწევადი ძალა აქვს ალფა გამოსხივებასთან შედარებით. თქვენ შეგიძლიათ დაიცვათ თავი ლითონის თხელი ფურცლით, როგორიცაა ალუმინი ან ხის ფენით 1,25 სმ სისქით, თუ ადამიანს არ აცვია სქელი ტანსაცმელი, ბეტა ნაწილაკებს შეუძლიათ შეაღწიონ კანში რამდენიმე მილიმეტრამდე. თუ სხეული არ არის დაფარული ტანსაცმლით, ბეტა გამოსხივებამ შეიძლება დააზიანოს კანი, ის გადადის სხეულის ქსოვილში 1-2 სანტიმეტრის სიღრმეზე.

გამა გამოსხივება,რენტგენის მსგავსად, ეს არის ულტრა მაღალი ენერგიების ელექტრომაგნიტური გამოსხივება. ეს არის ძალიან მოკლე ტალღის სიგრძისა და ძალიან მაღალი სიხშირის გამოსხივება. ვინც გაიარა სამედიცინო გამოკვლევა, კარგად იცნობს რენტგენს. გამა გამოსხივებას აქვს მაღალი შეღწევადობის უნარი, მისგან თავის დაცვა მხოლოდ ტყვიის ან ბეტონის სქელი ფენით შეგიძლიათ. რენტგენი და გამა სხივები არ ატარებენ ელექტრულ მუხტს. მათ შეუძლიათ ნებისმიერი ორგანოს დაზიანება.

ყველა სახის რადიოაქტიური გამოსხივება არ ჩანს, იგრძნობა ან ისმის. რადიაციას არ აქვს ფერი, გემო, სუნი. რადიონუკლიდების დაშლის სიჩქარე პრაქტიკულად არ შეიძლება შეიცვალოს ცნობილი ქიმიური, ფიზიკური, ბიოლოგიური და სხვა მეთოდებით. რაც უფრო მეტ ენერგიას გადასცემს ქსოვილებს რადიაცია, მით მეტ ზიანს მიაყენებს ის ორგანიზმს. სხეულში გადაცემული ენერგიის რაოდენობას დოზა ეწოდება. სხეულს შეუძლია მიიღოს რადიაციის დოზა ნებისმიერი ტიპის რადიაციისგან, მათ შორის რადიოაქტიური. ამ შემთხვევაში, რადიონუკლიდები შეიძლება განთავსდეს სხეულის გარეთ ან მის შიგნით. რადიაციის ენერგიის რაოდენობას, რომელიც შეიწოვება დასხივებული სხეულის მასის ერთეულზე, ეწოდება აბსორბირებული დოზა და იზომება SI სისტემაში ნაცრისფერში (Gy).

იგივე აბსორბირებული დოზით, ალფა გამოსხივება ბევრად უფრო საშიშია, ვიდრე ბეტა და გამა გამოსხივება. ადამიანზე სხვადასხვა სახის გამოსხივების ზემოქმედების ხარისხი ფასდება ისეთი მახასიათებლის გამოყენებით, როგორიცაა ექვივალენტური დოზა. სხეულის ქსოვილების დაზიანება სხვადასხვა გზით. SI სისტემაში ის იზომება ერთეულებში, რომელსაც ეწოდება sieverts (Sv).

რადიოაქტიური დაშლა არის ბირთვების ბუნებრივი რადიოაქტიური ტრანსფორმაცია, რომელიც ხდება სპონტანურად. ბირთვს, რომელსაც განიცდის რადიოაქტიური დაშლა, ეწოდება დედა ბირთვი; შედეგად მიღებული შვილობილი ბირთვი, როგორც წესი, აღგზნებული აღმოჩნდება და მის ძირითად მდგომარეობაში გადასვლას თან ახლავს γ ფოტონის გამოსხივება. რომ. გამა გამოსხივება არის რადიოაქტიური გარდაქმნების აღგზნებული პროდუქტების ენერგიის შემცირების მთავარი ფორმა.

ალფა დაშლა. β- სხივები ჰელიუმის ჰე ბირთვების ნაკადია. ალფა დაშლას თან ახლავს ბირთვიდან ალფა ნაწილაკის (He) გასვლა, რომელიც თავდაპირველად გარდაიქმნება ახალი ქიმიური ელემენტის ატომის ბირთვად, რომლის მუხტი 2-ით ნაკლებია, ხოლო მასობრივი რიცხვი 4 ერთეულით ნაკლები.

სიჩქარე, რომლითაც α-ნაწილაკები (ე.ი. He-ის ბირთვები) გაფრინდებიან დაშლის ბირთვიდან, ძალიან მაღალია (~106 მ/წმ).

მატერიაში ფრენისას α-ნაწილაკი თანდათან კარგავს ენერგიას, ხარჯავს მას ნივთიერების მოლეკულების იონიზაციაზე და საბოლოოდ ჩერდება. ალფა ნაწილაკი აყალიბებს დაახლოებით 106 წყვილ იონს თავის გზაზე 1 სმ ბილიკზე.

რაც უფრო დიდია ნივთიერების სიმკვრივე, მით უფრო მოკლეა α-ნაწილაკების დიაპაზონი გაჩერებამდე. ჰაერში ნორმალური წნევის დიაპაზონი რამდენიმე სმ-ია, წყალში, ადამიანის ქსოვილებში (კუნთები, სისხლი, ლიმფა) 0,1-0,15 მმ. α-ნაწილაკები მთლიანად იბლოკება ჩვეულებრივი ქაღალდის ნაჭერით.

α-ნაწილაკები გარე დასხივების შემთხვევაში არ არის ძალიან საშიში, რადგან შეიძლება შეფერხდეს ტანსაცმლითა და რეზინით. მაგრამ α-ნაწილაკები ძალიან საშიშია ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრისას, მათ მიერ წარმოქმნილი იონიზაციის მაღალი სიმკვრივის გამო. ქსოვილებში წარმოქმნილი დაზიანება შეუქცევადია.

ბეტა დაშლა მოდის სამ სახეობაში. პირველი - ბირთვი, რომელმაც ტრანსფორმაცია განიცადა, გამოყოფს ელექტრონს, მეორე - პოზიტრონს, მესამეს - ელექტრონის დაჭერა (e-capture) ეწოდება, ბირთვი შთანთქავს ერთ-ერთ ელექტრონს.

დაშლის მესამე ტიპი (ელექტრონის დაჭერა) არის, როდესაც ბირთვი შთანთქავს მისი ატომის ერთ-ერთ ელექტრონს, რის შედეგადაც ერთ-ერთი პროტონი გადაიქცევა ნეიტრონად, ასხივებს ნეიტრინოს:

β-ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე ვაკუუმში არის 0,3 – 0,99 სინათლის სიჩქარე. ისინი უფრო სწრაფები არიან ვიდრე ალფა ნაწილაკები, დაფრინავენ შემხვედრ ატომებში და ურთიერთობენ მათთან. β-ნაწილაკებს აქვთ ნაკლები იონიზაციის ეფექტი (50-100 წყვილი იონი ჰაერში 1 სმ გზაზე) და როდესაც β-ნაწილაკი შედის სხეულში, ისინი ნაკლებად საშიშია ვიდრე α-ნაწილაკები. თუმცა β- ნაწილაკების შეღწევადობის უნარი მაღალია (10 სმ-დან 25 მ-მდე და 17,5 მმ-მდე ბიოლოგიურ ქსოვილებში).

გამა გამოსხივება არის ატომური ბირთვების მიერ რადიოაქტიური გარდაქმნების დროს გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც ვრცელდება ვაკუუმში მუდმივი სიჩქარით 300000 კმ/წმ. ეს გამოსხივება ჩვეულებრივ თან ახლავს β-დაშლას და, ნაკლებად ხშირად, α-დაშლას.

γ-სხივები რენტგენის მსგავსია, მაგრამ აქვთ გაცილებით მაღალი ენერგია (უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე). γ-სხივები, რომლებიც ელექტრულად ნეიტრალურია, არ არის გადახრილი მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში. მატერიაში და ვაკუუმში, ისინი ავრცელებენ სწორხაზოვნად და თანაბრად წყაროდან ყველა მიმართულებით, გარემოში გადაადგილებისას პირდაპირი იონიზაციის გარეშე, ისინი არღვევენ ელექტრონებს, გადასცემენ მათ ენერგიის ნაწილს ან მთელს, რაც წარმოქმნის იონიზაციის პროცესს. 1 სმ მოგზაურობისთვის γ-სხივები ქმნიან 1-2 წყვილ იონს. ჰაერში ისინი მოძრაობენ რამდენიმე ასეული მეტრიდან და კილომეტრებიდანაც კი, ბეტონში - 25 სმ, ტყვიაში - 5 სმ-მდე, წყალში - ათეულ მეტრამდე და ცოცხალ ორგანიზმებში შედიან.

γ-სხივები მნიშვნელოვან საფრთხეს უქმნის ცოცხალ ორგანიზმებს, როგორც გარე გამოსხივების წყაროს.

ლექცია

"ბირთვული ფიზიკის ელემენტები"

მედიცინის ფაკულტეტისათვის

რადიოაქტიურობა, მისი მახასიათებლები, ტიპები და მახასიათებლები. ბუნებრივი რადიოაქტიური იზოტოპები და მათი მახასიათებლები.

რადიოაქტიურობის ფენომენი აღმოაჩინა 1896 წელს ბეკერელმა (სლაიდი 4.5).

რადიოაქტიურობა არის ერთი ელემენტის არასტაბილური ბირთვების სპონტანური ტრანსფორმაცია მეორე ელემენტის ბირთვებად. (სლაიდი 6)

ამ მოვლენას თან ახლავს მატერიის დაკარგვა და მას ხშირად რადიოაქტიურ დაშლას უწოდებენ.

თავისებურებები:

ა. ყოველთვის ხდება ენერგიის გათავისუფლებით.

ბ. იგი ხორციელდება ერთი კანონის მიხედვით (რადიოაქტიური დაშლის კანონი).

გ. შემოიფარგლება ≈ 10 ტიპის დაშლით (α-დაშლა, β-დაშლა, γ-დაშლა, ნეიტრონი, პროტონი და სხვა დაშლა).

რადიოაქტიურობის ორივე ტიპს არ აქვს ფიზიკური განსხვავებები და ექვემდებარება ერთსა და იმავე კანონებს.

ბუნებრივი რადიოაქტიური იზოტოპები და მათი მახასიათებლები. (სლაიდი 8)

ბუნებრივი რადიოაქტიურობა წარმოიქმნება რადიოაქტიური იზოტოპების გამო.

ბუნებრივი რადიოაქტიური იზოტოპები იყოფა პირველად და მეორად (სლაიდი 9).

1. პირველადი- წარმოიქმნება დედამიწის ქერქში დედამიწის ფორმირებისას. ახლა რჩება მხოლოდ პირველადი იზოტოპები ნახევარგამოყოფის პერიოდით T > 10 8 წელი. მათ შორისაა რადიოაქტიური ოჯახების წევრები:

ა. ურანი-რადიუმის ოჯახი.

ურანი (238) - ოჯახის წინაპარი 238 92U 14 რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის შედეგად ის წარმოქმნის ტყვიის სტაბილურ იზოტოპს. 206 82 პბ

ბ. თორიუმის ოჯახი 232 90-ე(T = 1,39 · 10 10 წელი) 10 გარდაქმნის შედეგად წარმოიქმნება ტყვიის იზოტოპი. 208 32 პბ

ბ. ზღვის ანემონების ოჯახი 235 92U(T = 7.3 · 10 8 წელი) 11 ტრანსფორმაციის შედეგად წარმოიქმნება ტყვიის იზოტოპი. 207 32 პბ

2. მეორადი- წარმოიქმნება პირველადი იზოტოპების ან კოსმოსური სხივების გავლენის ქვეშ (პროტონები, α - ნაწილაკები, C, N, O 2 ბირთვები, ფოტონები. (სლაიდი 10, 11)

თავისებურებები:

ა. ისინი ემორჩილებიან დინამიური წონასწორობის კანონებს: მათი ფორმირება დაბალანსებულია დაშლით.

B. ისინი შედიან ცოცხალ ორგანიზმებში. დიდი ბიოლოგიური მნიშვნელობა აქვს მეორად იზოტოპს 14 C, რომელიც წარმოიქმნება ატმოსფერული აზოტისგან კოსმოსური ნეიტრონების გავლენით. ნახშირბადის იზოტოპი 14 C CO 2 (ნახშირორჟანგი) სახით შეიწოვება მცენარეები => ცხოველები => ადამიანები. როდესაც ცოცხალი მცენარეები და ცხოველები იღუპებიან, მათში რადიოაქტიურობა იწყებს კლებას, ხოლო სხვადასხვა ნამარხების ასაკი შეიძლება განისაზღვროს შემცირების ხარისხით.

"α", "β" და "γ" გამოსხივება და მათი მახასიათებლები.

რადიოაქტიური ნივთიერებების გამოსხივება შედგება სამი კომპონენტისგან:

1. α - სხივები(α - ნაწილაკები) - დადებითი მუხტის მატარებელი იონიზირებული გამოსხივება. | q | = | 2e | = 3.2 · 10 -19 კლ. აქვს ჰელიუმის ბირთვის სტრუქტურა

4 2 ის(სლაიდი 20,21)

A = 4 - მასობრივი რიცხვი.

Z = 2 - სერიული ნომერი (ბირთვული მუხტი).

მ α = 6,7 · 10 -27 კგ.

Თვისებები:

A. ისინი გადახრილი არიან ელექტრული და მაგნიტური ველებით.

B. ν α cp = 10 - 20000 კმ/წმ.

E α = 1,8 ÷ 11,7 მევ.

სპექტრი გაფორმებულია.

B. α ნაწილაკის გზა დამოკიდებულია გარემოს ტიპზე

წყალში - 0,1 მმ

ჰაერში - 1 სმ.

დ. აქვთ დაბალი შეღწევადობის უნარი (ადვილად შეიწოვება ნივთიერების თხელი ფენებით; მისგან დაცვაა მუყაოს ფურცელი, ბამბის ქსოვილი და ა.შ.).

დ. მათ აქვთ ყველაზე მაღალი მაიონიზაციის უნარი ყველა სახის რადიოაქტიურ გამოსხივებას შორის (30 - 40 ათასი წყვილი იონი ჰაერში 1 სმ გზაზე).

E. მატერიის ფენაში გავლისას α - ნაწილაკების რაოდენობა არ იცვლება, მაგრამ მათი სიჩქარე თანდათან იცვლება. როდესაც ფენის სისქე გარკვეულ მნიშვნელობას მიაღწევს, α- ნაწილაკები ნივთიერების მიერ ერთდროულად შეიწოვება.

2. β-სხივები (β - ნაწილაკები) - იონიზებული გამოსხივება, რომელიც შედგება დადებითი და უარყოფითი β - ნაწილაკები. (სლაიდი 22,23)

β - ან 0 -1- ელექტრონები q e = 1,6 10 -19 C

β + ან 0 +1e- პოზიტრონები m e = 9 10 -31 კგ

ელექტრონები და პოზიტრონები გამოიყოფა ბირთვული გარდაქმნების დროს ან წარმოიქმნება ნეიტრონის დაშლის დროს. Თვისებები:

A. ისინი გადახრილი არიან ელექტრული და მაგნიტური ველებით.

B. ν β cp ≈ 150000 კმ/წმ.

E β = 0,018 ÷ 4,8 მევ.

სპექტრი უწყვეტია.

B. გარემოში β - ნაწილაკების დიაპაზონი დამოკიდებულია გარემოს ტიპზე და β - ნაწილაკების ენერგიაზე.

წყალში - 1,5 სმ-მდე

ჰაერში - 100 სმ-მდე

დ. მათ აქვთ უფრო მაღალი შეღწევადობის უნარი, ვიდრე α - სხივები (მისგან დაცვა არის ლითონის ფენა 3 მმ სისქით).

დ. იონიზაციის სიმძლავრე ნაკლებია, ვიდრე α - სხივების (300 - 400 წყვილი იონი 1 სმ გზაზე ჰაერში).

E. ელექტრონული β-დაშლა შეინიშნება ძირითადად იმ ბირთვებში, რომელთა რაოდენობაც არის ნეიტრონები (0 1n)პროტონების მეტი რაოდენობა (1 1 პბ)

პოზიტრონის β დაშლა შეინიშნება, თუ პროტონების რაოდენობა ნეიტრონების რაოდენობაზე მეტია

G. β - მაღალი ენერგიის ნაწილაკები, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ატომურ ბირთვებთან, წარმოქმნიან ბრემსტრაჰლუნგის რენტგენის სხივებს.

3. γ გამოსხივება- ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც წარმოადგენს მაღალი ენერგიის ფოტონების ნაკადს (E f = 1 ÷ 3 მევ). (სლაიდი 24,25)

ეს მოკლეტალღური გამოსხივება (λ ≈ 0,1÷ 10 -5 ნმ) მეორადი ფენომენის სახით ჩნდება α და β დაშლის დროს. მას აქვს რენტგენის გამოსხივების ბუნების მსგავსი ბუნება.

Თვისებები:

ა. არ არის გადახრილი ელექტრული და მაგნიტური ველებით.

B. ν γ = ν სინათლე = 3 · 10 8 მ/წმ.

E γ = 10 კევ-დან 10 მევ-მდე.

სპექტრი გაფორმებულია.

B. აქვს იონიზაციის უნარი α და β სხივებზე ნაკლები (3-4 წყვილი იონი ჰაერში მოგზაურობის ბილიკზე 1 სმ-ზე).

D. γ-სხივების მგზავრობის მანძილი ჰაერში რამდენიმე ასეულ მეტრამდეა.

დ. აქვს ძალიან მაღალი შეღწევადობის უნარი (დაცვა არის ტყვიის ფენა, 20 სმ და მეტი სისქის).

მედიცინაში ფართოდ გამოიყენება ღრმა ავთვისებიანი სიმსივნეების სამკურნალოდ, აფთიაქში - წამლებისა და სამკურნალო ნარევების სტერილიზაციისთვის.

2. გადაადგილების კანონები "α" და "β" დაშლისთვის.(სლაიდი 26)

გადაადგილების კანონები- ეს ის კანონებია, რომლის მიხედვითაც იცვლება რადიოაქტიური ელემენტების ბირთვები "α" და "β" დაშლის დროს.

ფორმულირებისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ მასის შენარჩუნების კანონი და მუხტის შენარჩუნების კანონი.

მასის შენარჩუნების კანონი:

საწყისი პროდუქტის მასური რაოდენობა უნდა იყოს რეაქციის მასის პროდუქტების ჯამის ტოლი.

მუხტის შენარჩუნების კანონი:

საწყისი პროდუქტის ბირთვის მუხტი უნდა იყოს რეაქციის პროდუქტების ბირთვების მუხტების ჯამის ტოლი.

1. კანონი "α" - გახრწნა. (სლაიდი 27)

ზე α - დაშლის შედეგად წარმოიქმნება ახალი ბირთვი, რომლის მასა 4 ერთეულია და რიგითი რიცხვი 2 ერთეულით ნაკლები, ვიდრე თავდაპირველი.

A ZX→ 4 2 მან+ A-4Z-2Y

226 88Ra→ 4 2 He+ 222 86 რნ (ეს წარმოქმნის ფოტონს E = 0,188 მევ-ით)

თვისება: ბუნებრივ პირობებში ის გვხვდება ელემენტებში სერიული ნომრით Z > 83.

2. ელექტრონული "β" -ს კანონები - დაშლა - (β -). (სლაიდი 28)

ელექტრონული β დაშლის დროს წარმოიქმნება ახალი ბირთვი იგივე მასის ნომრით და რიგითი ნომრით 1-ით მეტი, ვიდრე თავდაპირველი:

A ZX→ A Z+1Y+ 0 -1 ე

4019K→ 4020Ca+ 0 -1 ე- კალიუმის იზოტოპის დაშლა კალციუმად გარდაქმნის მიზნით

3. პოზიტრონის კანონი "β" - დაშლა (β +) (სლაიდი 29)

პოზიტრონიკით β - დაშლის შედეგად წარმოიქმნება ახალი ბირთვი იგივე მასის რიცხვით და ატომური რიცხვით 1-ით ნაკლები, ვიდრე თავდაპირველი.

A ZX → A Z-1Y+ 0 +1 e

3015P→ 3014Si+ 0 +1 ეფოსფორის იზოტოპის დაშლა

დასკვნა 1, 2 და 3 კანონებიდან:(სლაიდი 30)

"α" და "β" - დაშლას ზოგიერთ შემთხვევაში თან ახლავს "γ" - კვანტების გამოსხივება. ეს გამოსხივება შეიმჩნევა აგრეთვე ბირთვების იზომერული გადასვლის დროს (აღგზნებული მდგომარეობიდან აუგზნებად);

(X) * = X + n γ® γ რიცხვი – კვანტები

აღელვებული აუღელვებელი

მდგომარეობის მდგომარეობა

4. ელექტრონული გადაღება. (სლაიდი 31)

როდესაც ელექტრონი იჭერს თავდაპირველ ბირთვს, წარმოიქმნება ახალი ბირთვი იგივე მასის რიცხვით და ატომური რიცხვით 1-ით ნაკლები, ვიდრე თავდაპირველი.

ბირთვი იჭერს ელექტრონს მასთან ყველაზე ახლოს გარსიდან

Þ Z X + -1 e ® Z -1 Y

7 4Be+ 0 -1e→ 7 3Li

სტატიის შინაარსი

რადიოაქტიურობა- ატომური ბირთვების სხვა ბირთვებად გარდაქმნა, რასაც თან ახლავს სხვადასხვა ნაწილაკების გამოსხივება და ელექტრომაგნიტური გამოსხივება. აქედან მომდინარეობს ფენომენის სახელწოდება: ლათინურად რადიო - radiate, activus - ეფექტური. ეს სიტყვა გამოიგონა მარი კიურიმ ( სმ. რადიუმი). როდესაც არასტაბილური ბირთვი - რადიონუკლიდი - იშლება, მისგან ერთი ან რამდენიმე მაღალი ენერგიის ნაწილაკი დიდი სიჩქარით გამოფრინდება. ამ ნაწილაკების ნაკადს რადიოაქტიური გამოსხივება ან უბრალოდ რადიაცია ეწოდება.

რენტგენის სხივები.

რადიოაქტიურობის აღმოჩენა პირდაპირ კავშირში იყო რენტგენის აღმოჩენასთან. უფრო მეტიც, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში ისინი ფიქრობდნენ, რომ ეს იყო იგივე ტიპის გამოსხივება. მე-19 საუკუნის ბოლოს ზოგადად, ის მდიდარი იყო სხვადასხვა სახის მანამდე უცნობი „გამოსხივების“ აღმოჩენით. 1880-იან წლებში ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯოზეფ ჯონ ტომსონმა დაიწყო ელემენტარული უარყოფითი მუხტის მატარებლების შესწავლა 1891 წელს, ირლანდიელმა ფიზიკოსმა ჯორჯ ჯონსტონ სტოუნიმ (1826–1911) ამ ნაწილაკებს ელექტრონები უწოდა. საბოლოოდ, დეკემბერში ვილჰელმ კონრად რენტგენმა გამოაცხადა ახალი ტიპის სხივების აღმოჩენა, რომელსაც მან რენტგენი უწოდა. აქამდე, უმეტეს ქვეყნებში მათ ასე უწოდებენ, მაგრამ გერმანიასა და რუსეთში მიღებულია გერმანელი ბიოლოგის რუდოლფ ალბერტ ფონ კოლიკერის (1817–1905) წინადადება, რომ სხივებს რენტგენის სხივები ეწოდოს. ეს სხივები იქმნება, როდესაც ვაკუუმში სწრაფად მოფრენილი ელექტრონები (კათოდური სხივები) ეჯახებიან დაბრკოლებას. ცნობილი იყო, რომ როდესაც კათოდური სხივები მინაზე მოხვდება, ის ასხივებს ხილულ სინათლეს - მწვანე ლუმინესცენციას. რენტგენმა აღმოაჩინა, რომ ამავე დროს მინაზე მწვანე ლაქიდან გამოდიოდა სხვა უხილავი სხივები. ეს შემთხვევით მოხდა: ბნელ ოთახში, ბარიუმის ტეტრაციანოპლატინატი Ba (ადრე ეწოდებოდა ბარიუმის პლატინის სულფიდი) დაფარული ეკრანი ანათებდა. ეს ნივთიერება ულტრაიისფერი და კათოდური სხივების გავლენის ქვეშ წარმოქმნის კაშკაშა ყვითელ-მწვანე ლუმინესცენციას. მაგრამ კათოდური სხივები არ მოხვდა ეკრანზე და მეტიც, როცა მოწყობილობა შავი ქაღალდით დაიფარა, ეკრანი განაგრძობდა ნათებას. რენტგენმა მალევე აღმოაჩინა, რომ რადიაცია გადიოდა ბევრ გაუმჭვირვალე ნივთიერებაში და იწვევდა შავ ქაღალდში გახვეული ან მეტალის ყუთში მოთავსებული ფოტოგრაფიული ფირფიტის გაშავებას. სხივებმა გაიარა ძალიან სქელ წიგნში, 3 სმ სისქის ნაძვის დაფაზე, 1,5 სმ სისქის ალუმინის ფირფიტაზე... რენტგენმა გააცნობიერა თავისი აღმოჩენის შესაძლებლობები: „თუ ხელი გამართავს გამონადენის მილსა და ეკრანს შორის“, მან დაწერა: ”თქვენ შეგიძლიათ დაინახოთ მუქი ჩრდილების ძვლები ხელის უფრო ღია კონტურების ფონზე”. ეს იყო ისტორიაში პირველი ფლუოროსკოპიული გამოკვლევა.

რენტგენის აღმოჩენა მყისიერად გავრცელდა მთელ მსოფლიოში და გააოცა არა მხოლოდ სპეციალისტები. 1896 წლის წინა დღეს, გერმანიის ერთ-ერთ ქალაქში წიგნის მაღაზიაში გამოიფინა ხელის ფოტო. მასზე ცოცხალი ადამიანის ძვლები ჩანდა, ერთ თითზე კი საქორწინო ბეჭედი. ეს იყო რენტგენის რენტგენის მეუღლის ხელის ფოტო. რენტგენის პირველი შეტყობინება ახალი ტიპის სხივების შესახებ 28 დეკემბერს გამოქვეყნდა "ვიურცბურგის ფიზიკურ-სამედიცინო საზოგადოების მოხსენებებში", იგი მაშინვე ითარგმნა და გამოიცა სხვადასხვა ქვეყანაში, ლონდონში გამოქვეყნებულმა ყველაზე ცნობილმა სამეცნიერო ჟურნალმა "Nature" გამოაქვეყნა რენტგენის სტატია 1896 წლის 23 იანვარს.

მხოლოდ ერთ წელიწადში დაიწყო ახალი სხივების შესწავლა ამ თემაზე; საავადმყოფოებშიც გამოჩნდა მარტივი დიზაინის რენტგენის აპარატები: აშკარა იყო ახალი სხივების სამედიცინო გამოყენება.

ახლა რენტგენი ფართოდ გამოიყენება (და არა მხოლოდ სამედიცინო მიზნებისთვის) მთელ მსოფლიოში.

ბეკერელის სხივები.

რენტგენის აღმოჩენამ მალევე გამოიწვია ისეთივე შესანიშნავი აღმოჩენა. იგი 1896 წელს გააკეთა ფრანგმა ფიზიკოსმა ანტუან ანრი ბეკერელმა. 1896 წლის 20 იანვარს ის დაესწრო აკადემიის შეხვედრას, სადაც ფიზიკოსმა და ფილოსოფოსმა ანრი პუანკარემ ისაუბრა რენტგენის აღმოჩენის შესახებ და აჩვენა საფრანგეთში გადაღებული ადამიანის ხელის რენტგენის ფოტოები. პუანკარე ახალ სხივებზე საუბრით არ შემოიფარგლა. მან ივარაუდა, რომ ეს სხივები ასოცირდება ლუმინესცენციასთან და, შესაძლოა, ყოველთვის ჩნდება ამ ტიპის სიკაშკაშის ერთდროულად, ასე რომ, ალბათ, შესაძლებელია ამის გაკეთება კათოდური სხივების გარეშე. ულტრაიისფერი გამოსხივების გავლენის ქვეშ მყოფი ნივთიერებების ლუმინესცენცია - ფლუორესცენცია ან ფოსფორესცენცია (მე-19 საუკუნეში არ არსებობდა მკაცრი განსხვავება ამ ცნებებს შორის) ნაცნობი იყო ბეკერელისთვის: მამამისი ალექსანდრე ედმონდ ბეკერელი (1820-1891) და ბაბუა ანტუან ცეზარ ბეკერელი. (1788–1878) მონაწილეობდნენ ორივე ფიზიკოსი; ანტუან ანრი ბეკერელის ვაჟი, ჟაკიც, ფიზიკოსი გახდა, რომელმაც „მემკვიდრეობით“ მიიღო პარიზის ბუნების ისტორიის მუზეუმის ფიზიკის კათედრა 110 წლის განმავლობაში, 1838 წლიდან 1948 წლამდე.

ბეკერელმა გადაწყვიტა შეემოწმებინა, დაკავშირებულია თუ არა რენტგენის სხივები ფლუორესცენციასთან. ურანის ზოგიერთი მარილი, მაგალითად, ურანილის ნიტრატი UO 2 (NO 3) 2, ავლენს კაშკაშა მოყვითალო-მწვანე ფლუორესცენციას. ასეთი ნივთიერებები იყო ბეკერელის ლაბორატორიაში, სადაც ის მუშაობდა. ურანის პრეპარატებით მუშაობდა მამამისიც, რომელმაც აჩვენა, რომ მზის შუქის შეწყვეტის შემდეგ მათი ბზინვარება ძალიან სწრაფად ქრება - წამის მეასედზე ნაკლებ დროში. თუმცა, არავის შეუმოწმებია, ახლავს თუ არა ამ სიკაშკაშეს სხვა სხივების გამოსხივება, რომელსაც შეუძლია გაუმჭვირვალე მასალების გავლით, როგორც ეს იყო რენტგენის შემთხვევაში. ეს არის ზუსტად ის, რისი შემოწმებაც ბეკერელმა გადაწყვიტა პუანკარეს მოხსენების შემდეგ. 1896 წლის 24 თებერვალს, აკადემიის ყოველკვირეულ შეხვედრაზე მან თქვა, რომ მან აიღო ფოტოგრაფიული ფირფიტა, რომელიც გახვეული იყო სქელი შავი ქაღალდის ორ ფენაში, მოათავსა ორმაგი კალიუმ-ურანილის სულფატის K 2 UO 2 (SO 4) 2 2H2O კრისტალები. მას და ეს ყველაფერი რამდენიმე საათის განმავლობაში აშუქებდა მზის შუქს, შემდეგ კი ფოტოგრაფიული ფირფიტის შემუშავების შემდეგ შეგიძლიათ იხილოთ მასზე კრისტალების გარკვეულწილად ბუნდოვანი მონახაზი. თუ თეფშსა და კრისტალებს შორის მოთავსებულია თუნუქით ამოჭრილი მონეტა ან ფიგურა, მაშინ განვითარების შემდეგ თეფშზე ჩნდება ამ საგნების ნათელი გამოსახულება.

ეს ყველაფერი შეიძლება მიუთითებდეს კავშირი ფლუორესცენციასა და რენტგენის გამოსხივებას შორის. ახლახან აღმოჩენილი რენტგენის სხივების მიღება ბევრად უფრო მარტივად შეიძლება - კათოდური სხივების და ამისთვის საჭირო ვაკუუმის მილისა და მაღალი ძაბვის გარეშე, მაგრამ საჭირო იყო იმის შემოწმება, გამოდის თუ არა, რომ ურანის მარილი მზეზე გაცხელებისას გამოყოფს გარკვეულ რაოდენობას. გაზი, რომელიც შეაღწევს შავი ქაღალდის ქვეშ და მოქმედებს ფოტოგრაფიულ ემულსიაზე, ამ შესაძლებლობის გამორიცხვის მიზნით, ბეკერელმა მოათავსა შუშის ფურცელი ურანის მარილსა და ფოტოგრაფიულ ფირფიტას შორის - ის კვლავ განათდა. ”აქედან,” დაასრულა ბეკერელმა თავისი მოკლე გზავნილი, ”შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ მანათობელი მარილი ასხივებს სხივებს, რომლებიც შეაღწევს შავ ქაღალდში, სინათლისთვის გაუმჭვირვალე და აღადგენს ვერცხლის მარილებს ფოტოგრაფიულ ფირფიტაში.” თითქოს პუანკარე მართალი იყო და რენტგენის სხივების მიღება სულ სხვანაირად შეიძლება.

ბეკერელმა დაიწყო მრავალი ექსპერიმენტის ჩატარება, რათა უკეთ გაეგო რა პირობებში ჩნდება სხივები, რომლებიც ანათებენ ფოტოგრაფიულ ფირფიტას და ამ სხივების თვისებების შესასწავლად. მან კრისტალებსა და ფოტოგრაფიულ ფირფიტას შორის მოათავსა სხვადასხვა ნივთიერებები - ქაღალდი, მინა, ალუმინი, სპილენძი და სხვადასხვა სისქის ტყვიის ფირფიტები. შედეგები იგივე იყო, რაც რენტგენის მიერ მოპოვებული, რაც ასევე შეიძლება იყოს არგუმენტი ორივე გამოსხივების მსგავსების სასარგებლოდ. მზის პირდაპირი სხივების გარდა, ბეკერელი ურანის მარილს სარკიდან არეკლილი ან პრიზმით გარდატეხილი შუქით ანათებდა. მან მიიღო, რომ ყველა წინა ექსპერიმენტის შედეგები არანაირად არ იყო დაკავშირებული მზესთან; მთავარი იყო რამდენ ხანს იყო ურანის მარილი ფოტოგრაფიულ ფირფიტასთან. მეორე დღეს, ბეკერელმა ამის შესახებ განაცხადა აკადემიის სხდომაზე, მაგრამ, როგორც მოგვიანებით გაირკვა, მან არასწორი დასკვნა გააკეთა: მან გადაწყვიტა, რომ ურანის მარილი, ერთხელ მაინც "დამუხტულ" შუქზე, მაშინ შეუძლია ასხივოს. უხილავი გამჭოლი სხივები დიდი ხნის განმავლობაში.

წლის ბოლოს ბეკერელმა ამ თემაზე ცხრა სტატია გამოაქვეყნა, ერთ-ერთ მათგანში წერდა: „სქელკედლიან ტყვიის ყუთში მოთავსებული იყო ურანის სხვადასხვა მარილები... დაცული ნებისმიერი ცნობილი რადიაციის მოქმედებისგან, ეს ნივთიერებები გაგრძელდა. შუშის და შავი ქაღალდის გავლით გამავალი სხივები..., რვა თვეში“.

ეს სხივები მოდიოდა ურანის ნებისმიერი ნაერთისგან, თუნდაც ის, ვინც მზეზე არ ანათებს. მეტალის ურანის გამოსხივება კიდევ უფრო ძლიერი აღმოჩნდა (დაახლოებით 3,5-ჯერ). აშკარა გახდა, რომ რადიაციას, მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი გამოვლინებით რენტგენის სხივების მსგავსი იყო, უფრო დიდი შეღწევადი ძალა ჰქონდა და რაღაცნაირად ურანთან იყო დაკავშირებული, ამიტომ ბეკერელმა მას „ურანის სხივები“ უწოდა.

ბეკერელმა ასევე აღმოაჩინა, რომ „ურანის სხივები“ იონიზებს ჰაერს და აქცევს მას ელექტროენერგიის გამტარებლად. თითქმის ერთდროულად, 1896 წლის ნოემბერში, ინგლისელმა ფიზიკოსებმა ჯ.ჯ. ტომსონმა და ერნესტ რეზერფორდმა (აღმოაჩინეს ჰაერის იონიზაცია რენტგენის სხივების გავლენის ქვეშ. გამოსხივების ინტენსივობის გასაზომად ბეკერელმა გამოიყენა ელექტროსკოპი, რომელშიც ყველაზე მსუბუქი ოქროს ფოთლები იყო ჩამოკიდებული ბოლოებით. და ელექტროსტატიკურად დამუხტულია და მათი თავისუფალი ბოლოები განსხვავდებიან, თუ ჰაერი ატარებს დენს, მუხტი იშლება ფოთლებიდან და ისინი ცვივა - რაც უფრო სწრაფად იქნება ჰაერის ელექტრული გამტარობა და, შესაბამისად, უფრო დიდია გამოსხივების ინტენსივობა.

დარჩა კითხვა იმის შესახებ, თუ როგორ ასხივებს ნივთიერება უწყვეტ გამოსხივებას, რომელიც არ სუსტდება მრავალი თვის განმავლობაში გარე წყაროდან ენერგიის მიწოდების გარეშე, თავად ბეკერელმა დაწერა, რომ მას არ შეეძლო გაეგო, თუ საიდან იღებდა ურანს ენერგიას, რომელსაც ის მუდმივად ასხივებს. ამ საკითხთან დაკავშირებით წამოაყენეს სხვადასხვა ჰიპოთეზა, ზოგჯერ საკმაოდ ფანტასტიკური. მაგალითად, ინგლისელი ქიმიკოსი და ფიზიკოსი უილიამ რამზი წერდა: „... ფიზიკოსები დაბნეულნი იყვნენ, საიდან შეიძლება მოდიოდეს ურანის მარილებში ენერგიის ამოუწურავი მარაგი. ლორდი კელვინი მიდრეკილი იყო იმის ვარაუდით, რომ ურანი ემსახურება როგორც ერთგვარი ხაფანგს, რომელიც იჭერს სხვაგვარად შეუცნობელ გასხივოსნებულ ენერგიას, რომელიც აღწევს ჩვენამდე კოსმოსში და გარდაქმნის მას ისეთ ფორმაში, რომ მას შეუძლია ქიმიური ეფექტების წარმოქმნა.

ბეკერელმა ვერც მიიღო ეს ჰიპოთეზა, ვერც რაიმე უფრო დამაჯერებელი გამოთქვა და ვერც ენერგიის შენარჩუნების პრინციპზე უარი თქვა. ეს დასრულდა იმით, რომ მან გარკვეული დროით მთლიანად მიატოვა ურანთან მუშაობა და აიღო სპექტრალური ხაზების გაყოფა მაგნიტურ ველში. ეს ეფექტი თითქმის ერთდროულად აღმოაჩინა ახალგაზრდა ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა პიტერ ზეემანმა ბეკერელის აღმოჩენასთან და ახსნა სხვა ჰოლანდიელმა, ჰენდრიკ ანტონ ლორენცმა.

ამით დასრულდა რადიოაქტიურობის კვლევის პირველი ეტაპი. ალბერტ აინშტაინმა რადიოაქტიურობის აღმოჩენა ცეცხლის აღმოჩენას შეადარა, რადგან მას სჯეროდა, რომ ცეცხლიც და რადიოაქტიურობაც ერთნაირად მთავარი ეტაპები იყო ცივილიზაციის ისტორიაში.

რადიოაქტიური გამოსხივების სახეები.

როდესაც გამოსხივების მძლავრი წყაროები გამოჩნდა მკვლევარების ხელში, მილიონჯერ უფრო ძლიერი, ვიდრე ურანი (ეს იყო რადიუმის, პოლონიუმის, აქტინიუმის პრეპარატები), შესაძლებელი გახდა უფრო მეტად გაეცნოთ რადიოაქტიური გამოსხივების თვისებებს. ამ თემაზე პირველ კვლევებში აქტიური მონაწილეობა მიიღეს ერნესტ რეზერფორდმა, მეუღლეებმა მარია და პიერ კიური, ა.ბეკერელი და მრავალი სხვა. უპირველეს ყოვლისა, შეისწავლეს სხივების შეღწევადობა, ასევე გავლენა მაგნიტური ველის გამოსხივებაზე. აღმოჩნდა, რომ გამოსხივება არ არის ერთგვაროვანი, მაგრამ არის "სხივების" ნაზავი. პიერ კიურიმ აღმოაჩინა, რომ როდესაც მაგნიტური ველი მოქმედებს რადიუმის გამოსხივებაზე, ზოგიერთი სხივი გადახრილია, ზოგი კი არა. ცნობილი იყო, რომ მაგნიტური ველი გადახრის მხოლოდ დამუხტულ მფრინავ ნაწილაკებს, დადებით და უარყოფითს სხვადასხვა მიმართულებით. გადახრის მიმართულებიდან გამომდინარე დავრწმუნდით, რომ გადახრილი b-სხივები უარყოფითად იყო დამუხტული. შემდგომმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ არ იყო ფუნდამენტური განსხვავება კათოდსა და b- სხივებს შორის, რაც ნიშნავს, რომ ისინი წარმოადგენდნენ ელექტრონების ნაკადს.

გადახრილ სხივებს უფრო ძლიერი უნარი ჰქონდათ შეაღწიონ სხვადასხვა მასალებში, ხოლო არაგადახრილი სხივები ადვილად შეიწოვებოდა თხელი ალუმინის ფოლგასაც კი - ასე მოიქცა, მაგალითად, ახალი ელემენტის პოლონიუმის გამოსხივება - მისი გამოსხივება მუყაოს მეშვეობითაც კი არ შეაღწია. ყუთის კედლები, რომელშიც ინახებოდა პრეპარატი.

უფრო ძლიერი მაგნიტების გამოყენებისას აღმოჩნდა, რომ a-სხივებიც გადახრილია, მხოლოდ B- სხივებზე ბევრად სუსტი და სხვა მიმართულებით. აქედან მოჰყვა, რომ ისინი დადებითად იყვნენ დამუხტული და ჰქონდათ საგრძნობლად დიდი მასა (როგორც მოგვიანებით გავარკვიეთ, ნაწილაკების მასა 7740-ჯერ მეტია ელექტრონის მასაზე). ეს ფენომენი პირველად 1899 წელს აღმოაჩინეს ა.ბეკერელმა და ფ.გიზელმა. მოგვიანებით გაირკვა, რომ a-ნაწილაკები ჰელიუმის ატომების ბირთვებია (ნუკლიდი 4 He) მუხტით +2 და მასით 4 ერთეული. ( სმ. ნახშირბადის ერთეული.). როდესაც 1900 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა პოლ ვილარმა (1860–1934) უფრო დეტალურად შეისწავლა a- და b სხივების გადახრა, მან აღმოაჩინა რადიუმის გამოსხივების მესამე ტიპი, რომელიც არ იხრება ყველაზე ძლიერ მაგნიტურ ველებში მალევე დაადასტურა ბეკერელმა. ამ ტიპის გამოსხივებას, ალფა და ბეტა სხივების ანალოგიით, ეწოდა გამა სხივები ბერძნული ანბანის პირველი ასოებით სხვადასხვა გამოსხივების აღნიშვნა შემოთავაზებული იყო რეზერფორდის მიერ. გამა სხივები რენტგენის მსგავსი აღმოჩნდა, ე.ი. ისინი ელექტრომაგნიტური გამოსხივებაა, მაგრამ უფრო მოკლე ტალღის სიგრძით და შესაბამისად მეტი ენერგიით. ყველა ამ ტიპის გამოსხივება აღწერილი იყო მ.კურიის მიერ ( სმ. RADIUM) თავის მონოგრაფიაში "რადიუმი და რადიოაქტიურობა" (გამოქვეყნდა პარიზში 1904 წელს, რუსული თარგმანი - 1905). მაგნიტური ველის ნაცვლად, ელექტრული ველი შეიძლება გამოყენებულ იქნას რადიაციის "გაყოფისთვის", მხოლოდ მასში დატვირთული ნაწილაკები არ გადაიხრება ძალის ხაზების პერპენდიკულურად, არამედ მათ გასწვრივ - გადახრის ფირფიტებისკენ.

დიდი ხნის განმავლობაში გაურკვეველი იყო, საიდან მოდის მთელი ეს სხივები. რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, მრავალი ფიზიკოსის შრომით, დაზუსტდა რადიოაქტიური გამოსხივების ბუნება და მისი თვისებები და აღმოაჩინეს რადიოაქტიურობის ახალი ტიპები.

ალფა სხივები გამოიყოფა ძირითადად ყველაზე მძიმე და, შესაბამისად, ნაკლებად სტაბილური ატომების ბირთვებით (ისინი განლაგებულია პერიოდულ სისტემაში ტყვიის შემდეგ). ეს არის მაღალი ენერგიის ნაწილაკები. ჩვეულებრივ შეინიშნება a-ნაწილაკების რამდენიმე ჯგუფი, რომელთაგან თითოეულს აქვს მკაცრად განსაზღვრული ენერგია. ამრიგად, 226 Ra ბირთვიდან გამოსხივებულ თითქმის ყველა a-ნაწილაკს აქვს ენერგია 4,78 მევ (მეგაელექტრონ-ვოლტი) და a-ნაწილაკების მცირე ნაწილს 4,60 მევ ენერგიით. რადიუმის კიდევ ერთი იზოტოპი, 221 Ra, ასხივებს a-ნაწილაკების ოთხ ჯგუფს 6,76, 6,67, 6,61 და 6,59 მევ ენერგიით. ეს მიუთითებს ბირთვებში რამდენიმე ენერგეტიკული დონის არსებობაზე, მათი განსხვავება შეესაბამება ბირთვის მიერ გამოსხივებულ g-კვანტების ენერგიას. ასევე ცნობილია "სუფთა" ალფა ემიტერები (მაგალითად, 222 Rn).

ფორმულის მიხედვით ე = მუ 2 /2 შეგიძლიათ გამოთვალოთ a-ნაწილაკების სიჩქარე გარკვეული ენერგიით. მაგალითად, 1 მოლი ა-ნაწილაკებით ე= 4,78 მევ-ს აქვს ენერგია (SI ერთეულებში) ე= 4,78 10 6 eV ґ 96500 J/(eV mol) = 4,61 10 11 J/mol და მასა მ= 0,004 კგ/მოლი, საიდანაც u» 15200 კმ/წმ, რაც ათობით ათასი ჯერ აღემატება პისტოლეტის ტყვიის სიჩქარეს. ალფა ნაწილაკებს აქვთ ყველაზე ძლიერი მაიონებელი ეფექტი: როდესაც ისინი ეჯახებიან სხვა ატომებს გაზში, თხევადში ან მყარში, ისინი „აშორებენ“ ელექტრონებს მათგან და ქმნიან დამუხტულ ნაწილაკებს. ამ შემთხვევაში, a-ნაწილაკები ძალიან სწრაფად კარგავენ ენერგიას: მათ ინარჩუნებს თუნდაც ფურცელი. ჰაერში რადიუმის a-გამოსხივება მხოლოდ 3,3 სმ-ს გადის, თორიუმის a- გამოსხივება - 2,6 სმ და ა.შ. საბოლოო ჯამში, a-ნაწილაკი, რომელმაც დაკარგა კინეტიკური ენერგია, იჭერს ორ ელექტრონს და გადაიქცევა ჰელიუმის ატომად. ჰელიუმის ატომის პირველი იონიზაციის პოტენციალი (He – e ® He +) არის 24,6 eV, მეორე (He + – e ® He +2) არის 54,4 eV, რაც ბევრად აღემატება სხვა ატომებს. როდესაც ელექტრონები იჭერენ a-ნაწილაკებს, გამოიყოფა უზარმაზარი ენერგია (7600 კჯ/მოლზე მეტი), ასე რომ, არც ერთ ატომს, გარდა თავად ჰელიუმის ატომებისა, არ შეუძლია შეინარჩუნოს ელექტრონები, თუ ა-ნაწილაკი ახლოს იქნება. .

ა-ნაწილაკების ძალიან მაღალი კინეტიკური ენერგია შესაძლებელს ხდის მათ „დანახვას“ შეუიარაღებელი თვალით (ან ჩვეულებრივი გამადიდებელი შუშის დახმარებით), ეს პირველად აჩვენა 1903 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა და ქიმიკოსმა უილიამ კრუკსმა (1832 - 1919. მან ნემსის წვერზე დააწება რადიუმის მარცვალი, რომელიც თვალით ძლივს ჩანდა და ნემსი მიამაგრა ფართო მინის მილში, ნემსის წვერიდან არც ისე შორს ფოსფორის ფენით დაფარული ფირფიტა (ეს იყო თუთიის სულფიდი), ხოლო მეორე ბოლოში იყო გამადიდებელი შუშა, თუ ფოსფორს სიბნელეში შეისწავლით, ხედავთ მთელ ველს, რომელიც ციმციმებს ყოველი ნაპერწკალი არის ერთი ნაწილაკის ზემოქმედების შედეგი, რომელსაც კრუქსი უწოდა სპინთარისკოპი (ბერძნულიდან - ნაპერწკალი და სკოპეო - ვუყურებ, ვაკვირდები). მაგალითად, ამ მეთოდის გამოყენებით შესაძლებელი გახდა საკმაოდ ზუსტად დადგინდეს ავოგადროს მუდმივი ( სმ. ავოგადროს კანონი).

ბირთვში პროტონები და ნეიტრონები ერთმანეთთან იმართება ბირთვული ძალებით, ამიტომ გაუგებარია, როგორ შეეძლო ბირთვს დაეტოვებინა ალფა ნაწილაკი, რომელიც შედგება ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან. პასუხი 1928 წელს გასცა ამერიკელმა ფიზიკოსმა (1933 წელს სსრკ-დან ემიგრაციაში წასული) ჯორჯ (გეორგი ანტონოვიჩი) გამოვმა). კვანტური მექანიკის კანონების თანახმად, a- ნაწილაკებს, ისევე როგორც დაბალი მასის ნებისმიერ ნაწილაკს, აქვთ ტალღური ბუნება და, შესაბამისად, მათ აქვთ მცირე ალბათობა, რომ დასრულდნენ ბირთვის გარეთ, პატარაზე (დაახლოებით 6. · 10–12 სმ) მანძილი მისგან. როგორც კი ეს მოხდება, ნაწილაკი იწყებს კულონის მოგერიებას ძალიან ახლომდებარე დადებითად დამუხტული ბირთვიდან.

ძირითადად მძიმე ბირთვები ექვემდებარება ალფა დაშლას - მათგან 200-ზე მეტია ცნობილი და ალფა ნაწილაკები გამოიყოფა ელემენტების იზოტოპების უმეტესობის მიერ ბისმუტის შემდეგ. ცნობილია მსუბუქი ალფა გამოსხივებები, ძირითადად იშვიათი დედამიწის ელემენტების ატომები. მაგრამ რატომ დაფრინავენ ალფა ნაწილაკები ბირთვიდან და არა ცალკეული პროტონები? თვისობრივად ეს აიხსნება ენერგიის მომატებით -დაშლის დროს (a -ნაწილაკები - ჰელიუმის ბირთვები სტაბილურია). ა-დაშლის რაოდენობრივი თეორია შეიქმნა მხოლოდ 1980-იან წლებში მის შემუშავებაში მონაწილეობას იღებდნენ ადგილობრივი ფიზიკოსები, მათ შორის ლევ დავიდოვიჩ ლანდაუ, არკადი ბეინუსოვიჩ მიგდალი (1911–1991), ვორონეჟის უნივერსიტეტის ბირთვული ფიზიკის განყოფილების ხელმძღვანელი სტანისლავ გეორგიევიჩ კადმენი; და კოლეგები .

ბირთვიდან a-ნაწილაკის გასვლა იწვევს სხვა ქიმიური ელემენტის ბირთვს, რომელიც პერიოდულ სისტემაში ორი უჯრედი მარცხნივ არის გადატანილი. ამის მაგალითია პოლონიუმის შვიდი იზოტოპის (ბირთვული მუხტი 84) ტრანსფორმაცია ტყვიის სხვადასხვა იზოტოპებად (ბირთვული მუხტი 82): 218 Po ® 214 Pb, 214 Po ® 210 Pb, 210 Po ® 206 Pb, 211 Po ® 207 Pb, 215 Po ® 211 Pb, 212 Po ® 208 Pb, 216 Po ® 212 Pb. ტყვიის იზოტოპები 206 Pb, 207 Pb და 208 Pb სტაბილურია, დანარჩენი რადიოაქტიურია.

ბეტა დაშლა.

ბეტა დაშლა ხდება როგორც მძიმე, ისე მსუბუქ ბირთვებში, როგორიცაა ტრიტიუმი. ამ სინათლის ნაწილაკებს (სწრაფ ელექტრონებს) აქვთ უფრო მაღალი შეღწევადი ძალა. ამრიგად, ჰაერში b-ნაწილაკებს შეუძლიათ ფრენა რამდენიმე ათეული სანტიმეტრით, თხევად და მყარ ნივთიერებებში - მილიმეტრის ფრაქციებიდან დაახლოებით 1 სმ-მდე, b- სხივების ენერგეტიკული სპექტრი არ არის დისკრეტული. ბირთვიდან გამომავალი ელექტრონების ენერგია შეიძლება განსხვავდებოდეს თითქმის ნულიდან მოცემულ რადიონუკლიდისთვის დამახასიათებელ გარკვეულ მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე. როგორც წესი, b ნაწილაკების საშუალო ენერგია გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე a ნაწილაკების; მაგალითად, b- გამოსხივების ენერგია 228 Ra-დან არის 0,04 მევ. მაგრამ არის გამონაკლისები; ასე რომ, ხანმოკლე ნუკლიდის 11 Be-ის b- გამოსხივება ატარებს 11,5 მევ ენერგიას. დიდი ხნის განმავლობაში გაურკვეველი იყო, როგორ გამოფრინდნენ ნაწილაკები ერთი და იგივე ელემენტის იდენტური ატომებიდან სხვადასხვა სიჩქარით. როდესაც ატომისა და ატომის ბირთვის სტრუქტურა გაირკვა, გაჩნდა ახალი საიდუმლო: საიდან მოდის ბირთვიდან გამოქცეული b ნაწილაკები – ბოლოს და ბოლოს, ბირთვში ელექტრონები არ არის. მას შემდეგ, რაც ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯეიმს ჩადვიკმა აღმოაჩინა ნეიტრონი 1932 წელს, რუსმა ფიზიკოსებმა დიმიტრი დმიტრიევიჩ ივანენკომ (1904–1994) და იგორ ევგენიევიჩ ტამმა და დამოუკიდებლად გერმანელმა ფიზიკოსმა ვერნერ ჰაიზენბერგმა გამოთქვეს ვარაუდი, რომ ატომის ბირთვები შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ამ შემთხვევაში, b- ნაწილაკები უნდა წარმოიქმნას ნეიტრონის პროტონად და ელექტრონად გადაქცევის ინტრაბირთვული პროცესის შედეგად: n ® p + e. ნეიტრონის მასა ოდნავ აღემატება პროტონისა და ელექტრონის გაერთიანებულ მასას, მასის ჭარბი მასა, აინშტაინის ფორმულის შესაბამისად. ე = მკ 2, იძლევა ბირთვიდან გამომავალი ელექტრონის კინეტიკურ ენერგიას, ამიტომ b-დაშლა შეინიშნება ძირითადად ნეიტრონების ჭარბი რაოდენობის ბირთვებში. მაგალითად, ნუკლიდი 226 Ra არის a-ემიტერი, და რადიუმის ყველა მძიმე იზოტოპი (227 Ra, 228 Ra, 229 Ra და 230 Ra) არის b-ემიტერი.

დარჩა იმის გარკვევა, თუ რატომ აქვთ b- ნაწილაკებს, a-ნაწილაკებისგან განსხვავებით, უწყვეტი ენერგიის სპექტრი, რაც ნიშნავს, რომ ზოგიერთ მათგანს აქვს ძალიან დაბალი ენერგია, ხოლო ზოგს აქვს ძალიან მაღალი ენერგია (და ამავე დროს მოძრაობს სიჩქარით ახლოს სინათლის სიჩქარე). უფრო მეტიც, ყველა ამ ელექტრონის მთლიანი ენერგია (იგი იზომებოდა კალორიმეტრით) აღმოჩნდა ნაკლები, ვიდრე საწყისი ბირთვის ენერგიასა და მისი დაშლის პროდუქტის განსხვავება. კიდევ ერთხელ, ფიზიკოსებს შეექმნათ ენერგიის შენარჩუნების კანონის „დარღვევა“: საწყისი ბირთვის ენერგიის ნაწილი გაურკვეველ ადგილას გაქრა. ურყევი ფიზიკური კანონი 1931 წელს „გადაარჩინა“ შვეიცარიელმა ფიზიკოსმა ვოლფგანგ პაულიმ, რომელმაც თქვა, რომ b-დაშლის დროს ბირთვიდან ორი ნაწილაკი გაფრინდა: ელექტრონი და ჰიპოთეტური ნეიტრალური ნაწილაკი - ნეიტრინო თითქმის ნულოვანი მასით, რომელიც ატარებს. ჭარბი ენერგია. b- გამოსხივების უწყვეტი სპექტრი აიხსნება ელექტრონებსა და ამ ნაწილაკებს შორის ენერგიის განაწილებით. ნეიტრინოები (როგორც მოგვიანებით გაირკვა, ე.წ. ელექტრონული ანტინეიტრინო წარმოიქმნება b-დაშლის დროს) ძალიან სუსტად ურთიერთქმედებენ მატერიასთან (მაგალითად, ისინი ადვილად ჭრიან დედამიწის დიამეტრს და უზარმაზარ ვარსკვლავსაც კი) და, შესაბამისად, არ იქნა აღმოჩენილი. დიდი ხნის განმავლობაში - ექსპერიმენტულად თავისუფალი ნეიტრინოები დარეგისტრირდა მხოლოდ 1956 წელს. ამრიგად, დახვეწილი ბეტა დაშლის სქემაა: n ® p + . ბ-დაშლის რაოდენობრივი თეორია, რომელიც ეფუძნება პაულის იდეებს ნეიტრინოების შესახებ, შეიმუშავა 1933 წელს იტალიელმა ფიზიკოსმა ენრიკო ფერმის მიერ, რომელმაც ასევე შესთავაზა სახელწოდება ნეიტრინო (იტალიურად "ნეიტრონი").

b-დაშლის დროს ნეიტრონის პროტონად გადაქცევა პრაქტიკულად არ ცვლის ნუკლიდის მასას, მაგრამ ზრდის ბირთვის მუხტს ერთით. შესაბამისად, წარმოიქმნება ახალი ელემენტი, პერიოდულ სისტემაში გადაადგილებულია ერთი უჯრედი მარჯვნივ, მაგალითად: ®, ®, მიიღება სტაბილური ნუკლიდი (სწორედ ამ მაგალითით აღმოაჩინა ალვარესმა ამ ტიპის რადიოაქტიურობა).

ატომის ელექტრონულ გარსში K-დაჭერის დროს ელექტრონი უმაღლესი ენერგეტიკული დონიდან „ჩამოდის“ გაუჩინარებული ელექტრონის ადგილზე, ჭარბი ენერგია ან გამოიყოფა რენტგენის სხივების სახით, ან იხარჯება გამგზავრებაზე. უფრო სუსტად შეკრული ერთი ან მეტი ელექტრონის ატომი - ეგრეთ წოდებული აუგერის ელექტრონები, სახელწოდებით ფრანგი ფიზიკოსის პიერ ოჟერის (1899–1993) პატივსაცემად, რომელმაც აღმოაჩინა ეს ეფექტი 1923 წელს (მან გამოიყენა მაიონებელი გამოსხივება შიდა ელექტრონების დასამარცხებლად).

1940 წელს გეორგი ნიკოლაევიჩ ფლეროვმა (1913-1990) და კონსტანტინე ანტონოვიჩ პეტრჟაკმა (1907-1998) ურანის მაგალითის გამოყენებით აღმოაჩინეს სპონტანური გაყოფა, რომლის დროსაც არასტაბილური ბირთვი იშლება ორ მსუბუქ ბირთვად, რომელთა მასები არ განსხვავდება. ბევრი, მაგალითად :) . ამ პროცესს თან ახლავს უზარმაზარი (ქიმიურ რეაქციებთან შედარებით) ენერგიის გამოყოფა, რამაც გამოიწვია ბირთვული იარაღის შექმნა და ატომური ელექტროსადგურების მშენებლობა.

1934 წელს მარი კიურის ქალიშვილმა ირენ ჟოლიო-კიურიმ და მისმა მეუღლემ ფრედერიკ ჟოლიო-კიურიმ აღმოაჩინეს პოზიტრონის დაშლა. ამ პროცესში ბირთვის ერთ-ერთი პროტონი გადაიქცევა ნეიტრონად და ანტიელექტრონად (პოზიტრონი) - იგივე მასის, მაგრამ დადებითად დამუხტული ნაწილაკი; ამავდროულად, ნეიტრინო გამოფრინავს ბირთვიდან: p ® n + e + + 238. ბირთვის მასა არ იცვლება, მაგრამ ხდება ცვლა, b-ისგან განსხვავებით - დაშლა, მარცხნივ, b + დაშლა დამახასიათებელია ბირთვებისთვის. პროტონების სიჭარბე (ე.წ. ნეიტრონების დეფიციტური ბირთვები). ამრიგად, ჟანგბადის მძიმე იზოტოპები 19 O, 20 O და 21 O b - აქტიურია, ხოლო მისი მსუბუქი იზოტოპები 14 O და 15 O b + აქტიურია, მაგალითად: 14 O ® 14 N + e + + 238. ანტინაწილაკების მსგავსად. , პოზიტრონები მაშინვე ნადგურდებიან (ინგრევა) როდესაც ხვდებიან ელექტრონებს ორი გ კვანტის წარმოქმნით. პოზიტრონის დაშლა ხშირად კონკურენციას უწევს K-დაჭერას.

1982 წელს აღმოაჩინეს პროტონის რადიოაქტიურობა: პროტონის ემისია ბირთვის მიერ (ეს შესაძლებელია მხოლოდ ზოგიერთი ხელოვნურად წარმოებული ბირთვების ჭარბი ენერგიით). 1960 წელს ფიზიკურმა ქიმიკოსმა ვიტალი იოსიფოვიჩ გოლდანსკიმ (1923–2001) თეორიულად იწინასწარმეტყველა ორი პროტონის რადიოაქტიურობა: ორი პროტონის ამოფრქვევა დაწყვილებული სპინებით ბირთვიდან. ის პირველად 1970 წელს დაფიქსირდა. ორნეიტრონის რადიოაქტიურობა ასევე ძალიან იშვიათად შეინიშნება (აღმოჩენილია 1979 წელს).

1984 წელს აღმოაჩინეს კასეტური რადიოაქტიურობა (ინგლისური კლასტერიდან - bunch, swarm). ამ შემთხვევაში, სპონტანური დაშლისგან განსხვავებით, ბირთვი იშლება ძალიან განსხვავებული მასის ფრაგმენტებად, მაგალითად, მძიმე ბირთვიდან 14-დან 34-მდე მასის მქონე ბირთვები ასევე იშვიათად შეინიშნება და ამან გამოიწვია იგი ძნელია გამოვლენა დიდი ხნის განმავლობაში.

ზოგიერთ ბირთვს შეუძლია სხვადასხვა მიმართულებით დაშლა. მაგალითად, 221 Rn იშლება 80% b ნაწილაკების ემისიით და 20% ნაწილაკებით იშვიათი დედამიწის ელემენტების (137 Pr, 141 Nd, 141 Pm, 142 Sm და ა.შ.) დაშლა ან ელექტრონის დაჭერით; პოზიტრონის ემისია. რადიოაქტიური გამოსხივების სხვადასხვა ტიპს ხშირად (მაგრამ არა ყოველთვის) ახლავს გ- გამოსხივება. ეს იმიტომ ხდება, რომ მიღებულ ბირთვს შეიძლება ჰქონდეს ზედმეტი ენერგია, საიდანაც ის გამოიყოფა გამა სხივების გამოსხივებით. g- გამოსხივების ენერგია ფართო დიაპაზონშია, მაგალითად, 226 Ra-ის დაშლის დროს ის უდრის 0,186 მევ-ს, ხოლო 11 Be-ის დაშლისას აღწევს 8 მევ-ს.

ილია ლენსონი

ლიტერატურა:

სტაროსელსკაია-ნიკიტინა O.A. რადიოაქტიურობის ისტორია და ბირთვული ფიზიკის გაჩენა. მ., სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის გამომცემლობა, 1963 წ
კუდრიავცევი ლ.ს. ფიზიკის ისტორია, ტ. 2, 3. მ., განათლება, 1956, 1971 წ
სოდი ფ. ატომური ენერგიის ისტორია. მ., ატომიზდატი, 1979 წ
კადმენსკი ს.გ. ატომური ბირთვების რადიოაქტიურობა: ისტორია, შედეგები, უახლესი მიღწევები. „სოროსის სასწავლო ჟურნალი“, 1999, No11



რადიოაქტიურობა არის გარკვეული იზოტოპების ატომების უნარი სპონტანურად დაშლის, გამოსხივების რადიაციის. ბეკერელმა პირველმა აღმოაჩინა ურანის მიერ გამოსხივებული ასეთი გამოსხივება, ამიტომ თავიდან რადიოაქტიურ გამოსხივებას ბეკერელის სხივები ეწოდა. რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი ტიპია ალფა ნაწილაკების გამოდევნა ატომის ბირთვიდან - ალფა დაშლა (იხ. ალფა გამოსხივება) ან ბეტა ნაწილაკები - ბეტა დაშლა (იხ. ბეტა გამოსხივება).

რადიოაქტიური დაშლის დროს, საწყისი ელემენტი იქცევა სხვა ელემენტის ატომად. ატომის ბირთვიდან ალფა ნაწილაკის გამოდევნის შედეგად, რომელიც წარმოადგენს ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონის ერთობლიობას, მიღებული ატომის (იხ.) მასობრივი რიცხვი მცირდება ოთხი ერთეულით და გამოდის მენდელეევის ცხრილში ორი უჯრედით არის გადატანილი მარცხნივ, ვინაიდან ელემენტის ატომური რიცხვი ტოლია ატომის ბირთვში არსებული პროტონების რაოდენობაზე. როდესაც ბეტა ნაწილაკი (ელექტრონი) გამოიდევნება, ბირთვში ერთი ნეიტრონი გარდაიქმნება პროტონად, რის შედეგადაც მიღებული ატომი გადაინაცვლებს D.I. მისი მასა თითქმის უცვლელი რჩება. ბეტა ნაწილაკების გამოდევნა ჩვეულებრივ ასოცირდება (იხ.).

ნებისმიერი რადიოაქტიური იზოტოპის დაშლა ხდება შემდეგი კანონის მიხედვით: ატომების დაშლის რაოდენობა დროის ერთეულზე (n) პროპორციულია მოცემულ დროს არსებული ატომების (N) რაოდენობისა, ანუ n=λN; კოეფიციენტს λ ეწოდება რადიოაქტიური დაშლის მუდმივი და დაკავშირებულია იზოტოპის (T) ნახევარგამოყოფის პერიოდთან λ = 0,693/T თანაფარდობით. დაშლის ეს კანონი მივყავართ იმ ფაქტს, რომ დროის ყოველი მონაკვეთისთვის, რომელიც ტოლია T-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდს, იზოტოპის რაოდენობა განახევრდება. თუ რადიოაქტიური დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ატომებიც რადიოაქტიური აღმოჩნდება, მაშინ ისინი თანდათან გროვდებიან, სანამ რადიოაქტიური წონასწორობა დამყარდება მშობელსა და ქალიშვილს შორის; ამ შემთხვევაში, შვილობილი იზოტოპის ატომების რაოდენობა, რომლებიც წარმოიქმნება დროის ერთეულზე, უდრის იმავე დროს დაშლილ ატომების რაოდენობას.

ცნობილია 40-ზე მეტი ბუნებრივი რადიოაქტიური იზოტოპი. მათი უმრავლესობა განლაგებულია სამ რადიოაქტიურ სერიაში (ოჯახებში): ურანი-რადიუმი და აქტინიუმი. ყველა ეს რადიოაქტიური იზოტოპი ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში. მათი არსებობა კლდეებში, წყლებში, ატმოსფეროში, მცენარეებსა და ცოცხალ ორგანიზმებში იწვევს ბუნებრივ ან ბუნებრივ რადიოაქტიურობას.

ბუნებრივი რადიოაქტიური იზოტოპების გარდა, ახლა ცნობილია დაახლოებით ათასი ხელოვნურად რადიოაქტიური იზოტოპი. ისინი მიიღება ბირთვული რეაქციებით, ძირითადად ბირთვულ რეაქტორებში (იხ.). მრავალი ბუნებრივი და ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში სამკურნალოდ (იხ. სხივური თერაპია) და განსაკუთრებით დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის (იხ.). აგრეთვე მაიონებელი გამოსხივება.

რადიოაქტიურობა (ლათინური რადიუსიდან - ray და activus - ეფექტური) არის არასტაბილური ატომის ბირთვების უნარი სპონტანურად გარდაიქმნას სხვა, უფრო სტაბილურ ან სტაბილურ ბირთვებად. ბირთვების ასეთ გარდაქმნებს რადიოაქტიურს უწოდებენ, ხოლო თავად ბირთვებს ან შესაბამის ატომებს რადიოაქტიურ ბირთვებს (ატომებს). რადიოაქტიური გარდაქმნების დროს ბირთვები ასხივებენ ენერგიას დამუხტული ნაწილაკების ან ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამა სხივების ან გამა სხივების სახით.

გარდაქმნებს, რომლებშიც ერთი ქიმიური ელემენტის ბირთვი გადაიქცევა სხვა ატომური ნომრის სხვა ელემენტის ბირთვად, ეწოდება რადიოაქტიური დაშლა. ბუნებრივ პირობებში წარმოქმნილ და არსებულ რადიოაქტიურ იზოტოპებს (იხ.), ბუნებრივად რადიოაქტიურს უწოდებენ; ბირთვული რეაქციების შედეგად ხელოვნურად მიღებული იგივე იზოტოპები ხელოვნურად რადიოაქტიურია. არ არსებობს ფუნდამენტური განსხვავება ბუნებრივად და ხელოვნურად რადიოაქტიურ იზოტოპებს შორის, რადგან ატომური ბირთვების და თავად ატომების თვისებები განისაზღვრება მხოლოდ ბირთვის შემადგენლობითა და სტრუქტურით და არ არის დამოკიდებული მათი ფორმირების მეთოდზე.

რადიოაქტიურობა აღმოაჩინა 1896 წელს A.N. Becquerel-ის მიერ, რომელმაც აღმოაჩინა ურანის რადიაცია (იხ.), რომელსაც შეუძლია გამოიწვიოს ფოტოგრაფიული ემულსიის გაშავება და ჰაერის იონიზირება. კიური-სკლოდოვსკამ პირველმა გაზომა ურანის რადიაციის ინტენსივობა და გერმანელ მეცნიერთან გ. იზოტოპების თვისებას, სპონტანურად ასხივონ უხილავი გამოსხივება, კურიელებმა რადიოაქტიურობა უწოდეს. 1898 წლის ივლისში მათ განაცხადეს, რომ აღმოაჩინეს ახალი რადიოაქტიური ელემენტი, პოლონიუმი, ურანის ფისოვანი საბადოში (იხ.). 1898 წლის დეკემბერში გ.ბემონტთან ერთად აღმოაჩინეს რადიუმი (იხ.).

რადიოაქტიური ელემენტების აღმოჩენის შემდეგ, არაერთმა ავტორმა (ბეკერელი, კიური, რეზერფორდი და სხვ.) დაადგინა, რომ ამ ელემენტებს შეუძლიათ ასხივონ სამი სახის სხივები, რომლებიც განსხვავებულად იქცევიან მაგნიტურ ველში. რეზერფორდის (E. Rutherford, 1902) წინადადებით ამ სხივებს ეწოდა ალფა (იხ. ალფა გამოსხივება), ბეტა (იხ. ბეტა გამოსხივება) და გამა სხივები (იხ. გამა გამოსხივება). ალფა სხივები შედგება დადებითად დამუხტული ალფა ნაწილაკებისგან (ორმაგად იონიზირებული ჰელიუმის ატომები He4); ბეტა სხივები - დაბალი მასის უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებიდან - ელექტრონები; გამა სხივები ბუნებით რენტგენის სხივების მსგავსია და წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტს.

1902 წელს რეზერფორდმა და ფ. სოდიმ რადიოაქტიურობის ფენომენი ახსნეს ერთი ელემენტის ატომების სპონტანური გარდაქმნით მეორე ელემენტის ატომებად, რაც ხდება შემთხვევითობის კანონების მიხედვით და თან ახლავს ენერგიის გამოყოფას ალფა, ბეტა და სახით. გამა სხივები.

1910 წელს მ.კიური-სკლოდოვსკამ ა.დებიერნთან ერთად მიიღო სუფთა მეტალის რადიუმი და შეისწავლა მისი რადიოაქტიური თვისებები, კერძოდ, მან გაზომა რადიუმის დაშლის მუდმივი. რამდენიმე სხვა რადიოაქტიური ელემენტი მალევე აღმოაჩინეს. Debierne და F. Giesel აღმოაჩინეს ზღვის anemone. ჰანმა (O. Halm) აღმოაჩინა რადიოტორიუმი და მეზოთორიუმი, ბოლტვუდმა (V.V. Boltwood) აღმოაჩინა იონიუმი, ჰანმა და მეიტნერმა (L. Meitner) აღმოაჩინეს პროტაქტინიუმი. ამ ელემენტების ყველა იზოტოპი რადიოაქტიურია. 1903 წელს პიერ კიურმა და ს.ა. ლაბორდმა აჩვენეს, რომ რადიუმის პრეპარატს ყოველთვის აქვს მაღალი ტემპერატურა და რომ 1 გ რადიუმი თავისი დაშლის პროდუქტებით გამოყოფს დაახლოებით 140 კკალს 1 საათში. იმავე წელს ვ. რამსიმ და სოდიმ აღმოაჩინეს, რომ დალუქული რადიუმის ამპულა შეიცავდა ჰელიუმის გაზს. რეზერფორდის, ფ. დორნის, დებიერნისა და გიზელის ნაშრომებმა აჩვენა, რომ ურანისა და თორიუმის დაშლის პროდუქტებს შორის არის სწრაფად დაშლილი რადიოაქტიური აირები, რომელსაც ეწოდება რადიუმის, თორიუმის და აქტინის გამოსხივება (რადონი, თორონი, აქტინონი). ამრიგად, დადასტურდა, რომ დაშლის დროს, რადიუმის ატომები გადაიქცევა ჰელიუმის და რადონის ატომებად. ალფა და ბეტა დაშლის დროს ზოგიერთი ელემენტის რადიოაქტიური გარდაქმნის კანონები (გადაადგილების კანონები) პირველად ჩამოაყალიბეს სოდიმ, კ. ფაიანსმა და ვ.ჯ. რასელმა.

ეს კანონები შემდეგია. ალფა დაშლის დროს თავდაპირველი ელემენტი ყოველთვის წარმოქმნის სხვა ელემენტს, რომელიც მდებარეობს მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში თავდაპირველი ელემენტის მარცხნივ (რიგობითი ან ატომური რიცხვი 2-ით ნაკლებია). ბეტა დაშლის დროს, თავდაპირველი ელემენტი ყოველთვის აწარმოებს სხვა ელემენტს, რომელიც მდებარეობს პერიოდულ სისტემაში ერთი უჯრედი საწყისი ელემენტის მარჯვნივ (ატომური რიცხვი ერთით მეტია თავდაპირველ ელემენტზე).

რადიოაქტიური ელემენტების გარდაქმნების შესწავლამ გამოიწვია იზოტოპების აღმოჩენა, ანუ ატომები, რომლებსაც აქვთ იგივე ქიმიური თვისებები და ატომური რიცხვები, მაგრამ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან მასით და ფიზიკური თვისებებით, კერძოდ, რადიოაქტიური თვისებებით (გამოსხივების ტიპი, დაშლის სიჩქარე). ). აღმოჩენილი რადიოაქტიური ნივთიერებების დიდი რაოდენობით მხოლოდ რადიუმი (Ra), რადონი (Rn), პოლონიუმი (Po) და პროტაქტინიუმი (Pa) აღმოჩნდა ახალი ელემენტები, დანარჩენი კი ადრე ცნობილი ურანის (U), თორიუმის იზოტოპები. (Th), ტყვია (Pb), ტალიუმი (Tl) და ბისმუტი (Bi).

მას შემდეგ რაც რეზერფორდმა აღმოაჩინა ატომების ბირთვული სტრუქტურა და დაამტკიცა, რომ ეს არის ბირთვი, რომელიც განსაზღვრავს ატომის ყველა თვისებას, კერძოდ, მისი ელექტრონული გარსების სტრუქტურას და მის ქიმიურ თვისებებს (იხ. ატომი, ატომური ბირთვი), ცხადი გახდა, რომ რადიოაქტიური გარდაქმნები დაკავშირებულია ატომის ბირთვების ტრანსფორმაციასთან. ატომური ბირთვების სტრუქტურის შემდგომმა შესწავლამ შესაძლებელი გახადა რადიოაქტიური გარდაქმნების მექანიზმის სრულად გაშიფვრა.

ბირთვების პირველი ხელოვნური ტრანსფორმაცია - ბირთვული რეაქცია (იხ.) - განახორციელა რეზერფორდმა 1919 წელს აზოტის ატომების ბირთვების დაბომბვით პოლონიუმის ალფა ნაწილაკებით. ამავე დროს, აზოტის ბირთვები გამოყოფდნენ პროტონებს (იხ.) და გადაიქცნენ O17 ჟანგბადის ბირთვებად. 1934 წელს F. Joliot-Curie და I. Joliot-Curie პირველებმა მიიღეს ხელოვნურად ფოსფორის რადიოაქტიური იზოტოპი ალფა ნაწილაკებით Al ატომების დაბომბვით. P30 ბირთვები, ბუნებრივად რადიოაქტიური იზოტოპების ბირთვებისგან განსხვავებით, დაშლის დროს ასხივებდნენ არა ელექტრონებს, არამედ პოზიტრონებს (იხ. კოსმოსური გამოსხივება) და გადაიქცნენ სტაბილურ სილიკონის ბირთვებად Si30. ამრიგად, 1934 წელს ერთდროულად აღმოაჩინეს ხელოვნური რადიოაქტიურობა და რადიოაქტიური დაშლის ახალი ტიპი - პოზიტრონის დაშლა, ანუ β + -დაშლა.

Joliot-Curies-მა გამოთქვა აზრი, რომ ყველა სწრაფი ნაწილაკი (პროტონები, დეიტრონები, ნეიტრონები) იწვევს ბირთვულ რეაქციებს და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბუნებრივად რადიოაქტიური იზოტოპების მისაღებად. ფერმიმ (E. Fermi) და თანამშრომლებმა, ნეიტრონებით დაბომბეს სხვადასხვა ელემენტებს, მიიღეს თითქმის ყველა ქიმიური ელემენტის რადიოაქტიური იზოტოპები. ამჟამად, აჩქარებული დამუხტული ნაწილაკების (იხ. დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლები) და ნეიტრონების დახმარებით განხორციელდა ბირთვული რეაქციების მრავალფეროვნება, რის შედეგადაც შესაძლებელი გახდა ნებისმიერი რადიოაქტიური იზოტოპის მიღება.

1937 წელს ლ.ალვარესმა აღმოაჩინა რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის ახალი ტიპი - ელექტრონის დაჭერა. ელექტრონის დაჭერისას ატომის ბირთვი იჭერს ელექტრონს ატომის გარსიდან და გადაიქცევა სხვა ელემენტის ბირთვად. 1939 წელს ჰანმა და ფ. სტრასმანმა აღმოაჩინეს ურანის ბირთვის დაშლა უფრო მსუბუქ ბირთვებად (დაყოფის ფრაგმენტები) ნეიტრონებით დაბომბვისას. იმავე წელს ფლეროვმა და პიეტრზაკმა აჩვენეს, რომ ურანის ბირთვების დაშლის პროცესი სპონტანურად მიმდინარეობს გარე გავლენის გარეშე. ამრიგად, მათ აღმოაჩინეს რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის ახალი ტიპი - მძიმე ბირთვების სპონტანური გაყოფა.

ამჟამად ცნობილია რადიოაქტიური გარდაქმნების შემდეგი ტიპები, რომლებიც ხდება გარე გავლენის გარეშე, სპონტანურად, მხოლოდ ატომის ბირთვების სტრუქტურით განსაზღვრული შინაგანი მიზეზების გამო.

1. ალფა დაშლა. ბირთვი ატომური რიცხვით Z და მასის რიცხვით A ასხივებს ალფა ნაწილაკს - ჰელიუმის ბირთვს He4- და გადაიქცევა სხვა ბირთვში Z 2 ერთეულით ნაკლები და A 4 ერთეულით ნაკლები, ვიდრე თავდაპირველი ბირთვი. ზოგადად, ალფა დაშლა იწერება შემდეგნაირად:

სადაც X არის თავდაპირველი ბირთვი, Y არის დაშლის პროდუქტის ბირთვი.

2. ბეტა დაშლაარსებობს ორი ტიპი: ელექტრონი და პოზიტრონი, ან β - - და β + -დაშლა (იხ. ბეტა გამოსხივება). ელექტრონული დაშლის დროს, ელექტრონი და ნეიტრინო გამოფრინდებიან ბირთვიდან და წარმოიქმნება ახალი ბირთვი იგივე მასის ნომრით A, მაგრამ ატომური რიცხვით Z ერთით აღემატება თავდაპირველ ბირთვს:

პოზიტრონის დაშლის დროს, ბირთვი ასხივებს პოზიტრონს და ნეიტრინოს და წარმოიქმნება ახალი ბირთვი იგივე მასის რიცხვით, მაგრამ Z ერთით ნაკლები, ვიდრე თავდაპირველი ბირთვი:

ბეტა დაშლის დროს, საშუალოდ, ბირთვული ენერგიის 2/3 გადატანილია ნეიტრინოს ნაწილაკებით (ძალიან დაბალი მასის ნეიტრალური ნაწილაკები, რომლებიც ძალიან სუსტად ურთიერთქმედებენ მატერიასთან).

3. ელექტრონული გადაღება(ადრე ეწოდებოდა K-grab). ბირთვი იჭერს ელექტრონს ატომის ერთ-ერთი გარსიდან, ყველაზე ხშირად K- გარსიდან, ასხივებს ნეიტრინოს და გადაიქცევა ახალ ბირთვად იგივე მასის A რიცხვით, მაგრამ Z ატომური რიცხვით 1-ით ნაკლები. ორიგინალური ბირთვი.

ბირთვების ტრანსფორმაცია ელექტრონის დაჭერისა და პოზიტრონის დაშლის დროს ერთნაირია, ამიტომ დაშლის ეს ორი ტიპი ერთდროულად შეინიშნება ერთი და იგივე ბირთვებისთვის, ანუ ისინი ეჯიბრებიან ერთმანეთს. ვინაიდან ატომის შიდა გარსიდან ელექტრონის დაჭერის შემდეგ, ბირთვიდან უფრო შორს მდებარე ერთ-ერთი ორბიტიდან ელექტრონი თავის ადგილზე გადადის, ელექტრონის დაჭერას ყოველთვის თან ახლავს რენტგენის დამახასიათებელი გამოსხივების გამოსხივება.

4. იზომერული გადასვლა. ალფა ან ბეტა ნაწილაკების ემისიის შემდეგ, ზოგიერთი ტიპის ბირთვი აღგზნებულ მდგომარეობაშია (ჭარბი ენერგიის მდგომარეობაში) და ასხივებს აგზნების ენერგიას გამა კვანტების სახით (იხ. გამა გამოსხივება). ამ შემთხვევაში, რადიოაქტიური დაშლის დროს, ბირთვი, გარდა ალფა ან ბეტა ნაწილაკებისა, გამოყოფს გამა კვანტებსაც. ამრიგად, Sr90 იზოტოპის ბირთვები ასხივებენ მხოლოდ β-ნაწილაკებს, ხოლო Na24 ბირთვები, გარდა β-ნაწილაკებისა, ასევე გამა სხივებს. ბირთვების უმეტესობა აღგზნებულ მდგომარეობაშია დროის ძალიან მოკლე პერიოდებში, რომლის გაზომვა შეუძლებელია (10-9 წმ-ზე ნაკლები). თუმცა, ბირთვების მხოლოდ შედარებით მცირე რაოდენობა შეიძლება იყოს აღგზნებულ მდგომარეობაში შედარებით ხანგრძლივი დროის განმავლობაში - რამდენიმე თვემდე. ასეთ ბირთვებს იზომერებს უწოდებენ და მათი შესაბამისი გადასვლები აღგზნებული მდგომარეობიდან ნორმალურ მდგომარეობაში, რომელსაც თან ახლავს მხოლოდ გამა სხივების გამოსხივება, იზომერულია. A და Z იზომერული გადასვლების დროს ბირთვები არ იცვლება. რადიოაქტიურ ბირთვებს, რომლებიც ასხივებენ მხოლოდ ალფა ან ბეტა ნაწილაკებს, ეწოდება სუფთა ალფა ან ბეტა ემიტერები. ბირთვებს, რომლებშიც ალფა ან ბეტა დაშლას თან ახლავს გამა სხივების გამოსხივება, გამა ემიტერები ეწოდება. მხოლოდ ბირთვები, რომლებიც დიდი ხნის განმავლობაში არიან აღგზნებულ მდგომარეობაში, ანუ განიცდიან იზომერულ გადასვლებს, არიან სუფთა გამა გამოსხივება.

5. სპონტანური ბირთვული დაშლა. გაყოფის შედეგად ერთი ბირთვიდან წარმოიქმნება ორი მსუბუქი ბირთვი – დაშლის ფრაგმენტები. ვინაიდან იდენტური ბირთვები შეიძლება დაიყოს ორ ბირთვად სხვადასხვა გზით, დაშლის პროცესის დროს წარმოიქმნება მრავალი განსხვავებული წყვილი მსუბუქი ბირთვი სხვადასხვა Z და A-თი, ნეიტრონები გამოიყოფა, საშუალოდ 2-3 ნეიტრონი თითო ბირთვული დაშლის მოვლენაზე. გამა კვანტა. დაშლის დროს წარმოქმნილი ყველა ფრაგმენტი არასტაბილურია და განიცდის β - დაშლას. ურანის დაშლის ალბათობა ძალიან მცირეა, მაგრამ იზრდება Z-ის მატებასთან ერთად. ეს ხსნის დედამიწაზე ურანზე მძიმე ბირთვების არარსებობას. სტაბილურ ბირთვებში არის გარკვეული თანაფარდობა პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობას შორის, რომლის დროსაც ბირთვი ყველაზე სტაბილურია, ე.ი. ბირთვში ნაწილაკების უმაღლესი შეკავშირების ენერგია. მსუბუქი და საშუალო ბირთვებისთვის, მათი უდიდესი სტაბილურობა შეესაბამება პროტონებისა და ნეიტრონების დაახლოებით თანაბარ შემცველობას. მძიმე ბირთვებისთვის შეინიშნება ნეიტრონების რაოდენობის შედარებითი ზრდა სტაბილურ ბირთვებში. როდესაც ბირთვში არის პროტონების ან ნეიტრონების ჭარბი რაოდენობა, A საშუალო მნიშვნელობის მქონე ბირთვები არასტაბილურია და განიცდიან β - ან β + დაშლას, რომლის დროსაც ხდება ნეიტრონისა და პროტონის ურთიერთ ტრანსფორმაცია. როდესაც ნეიტრონების ჭარბი რაოდენობაა (მძიმე იზოტოპები), ერთ-ერთი ნეიტრონი გარდაიქმნება პროტონად ელექტრონისა და ნეიტრინოს გამოსხივებით:

როდესაც პროტონების სიჭარბეა (მსუბუქი იზოტოპები), ერთ-ერთი პროტონი გარდაიქმნება ნეიტრონად ან პოზიტრონისა და ნეიტრინოს ემისიით (β + დაშლა) ან მხოლოდ ნეიტრინოს (ელექტრონის დაჭერა):

ყველა მძიმე ბირთვი, რომელსაც აქვს Pb82-ზე მეტი ატომური რიცხვი, არასტაბილურია პროტონების მნიშვნელოვანი რაოდენობის გამო, რომლებიც ერთმანეთს მოგერიებენ. ამ ბირთვებში თანმიმდევრული ალფა და ბეტა დაშლის ჯაჭვები წარმოიქმნება ტყვიის იზოტოპების სტაბილური ბირთვების ჩამოყალიბებამდე. ექსპერიმენტული ტექნიკის გაუმჯობესებასთან ერთად, უფრო და უფრო მეტი ბირთვი, რომელიც ადრე ითვლებოდა სტაბილურად, აჩვენებს ძალიან ნელ რადიოაქტიურ დაშლას. ამჟამად ცნობილია 20 რადიოაქტიური იზოტოპი Z 82-ზე ნაკლები.

ნებისმიერი რადიოაქტიური გარდაქმნების შედეგად, მოცემული იზოტოპის ატომების რაოდენობა მუდმივად მცირდება. დროთა განმავლობაში აქტიური ატომების რაოდენობის შემცირების კანონი (რადიოაქტიური დაშლის კანონი) საერთოა ყველა სახის ტრანსფორმაციისთვის და ყველა იზოტოპისთვის. ის არის სტატისტიკური ხასიათის (გამოიყენება მხოლოდ რადიოაქტიური ატომების დიდი რაოდენობით) და არის შემდეგი. მოცემული იზოტოპის აქტიური ატომების რაოდენობა, რომლებიც იშლება ერთეულ დროში ΔN/Δt პროპორციულია N აქტიური ატომების რაოდენობისა, ანუ მოცემული იზოტოპის აქტიური ატომების იგივე k ფრაქცია იშლება დროის ერთეულში, მიუხედავად მათი რაოდენობისა. k რაოდენობას ეწოდება რადიოაქტიური დაშლის მუდმივი და წარმოადგენს აქტიური ატომების ნაწილს, რომლებიც იშლება ერთეულ დროში, ან შედარებით დაშლის სიჩქარეს. k იზომება დროის ერთეულების საპასუხო ერთეულებში, ანუ წამში-1 (1/წმ.), დღე-1, წელი-1 და ა.შ., თითოეული რადიოაქტიური იზოტოპისთვის მას აქვს თავისი სპეციფიკური მნიშვნელობა, რომელიც მერყეობს ძალიან ფართო ფარგლებში ლიმიტები სხვადასხვა იზოტოპებისთვის. დაშლის აბსოლუტური სიჩქარის დამახასიათებელ მნიშვნელობას ეწოდება მოცემული იზოტოპის ან პრეპარატის აქტივობა. ნივთიერების 1 გ აქტივობას ნივთიერების სპეციფიკური აქტივობა ეწოდება.

რადიოაქტიური დაშლის კანონიდან გამომდინარეობს, რომ აქტიური N ატომების რაოდენობის შემცირება ჯერ სწრაფად ხდება, შემდეგ კი უფრო და უფრო ნელა. დროს, რომლის დროსაც აქტიური ატომების რაოდენობა ან მოცემული იზოტოპის აქტივობა მცირდება ნახევრად, ეწოდება ამ იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი (T). t დროიდან N-ის შემცირების კანონი ექსპონენციალურია და აქვს შემდეგი ანალიტიკური გამოხატულება: N=N0e-λt, სადაც N0 არის აქტიური ატომების რაოდენობა დროის დასაწყისში (r=0), N არის აქტიური ატომების რაოდენობა. t დროის შემდეგ, e არის ბუნებრივი ლოგარითმების საფუძველი (რიცხვი ტოლია 2,718...). არსებობს შემდეგი კავშირი დაშლის მუდმივ k-სა და ნახევარგამოყოფის პერიოდს λ შორის: λT-0.693. აქედან

ნახევარგამოყოფის პერიოდი იზომება წამებში, წუთებში. და ა.შ. და სხვადასხვა იზოტოპებისთვის განსხვავდება ძალიან ფართო დიაპაზონში წამის მცირე წილადებიდან 10+21 წლამდე. იზოტოპებს დიდი λ და პატარა T ეწოდება ხანმოკლე, იზოტოპებს მცირე λ და დიდი T - ხანგრძლივ. თუ აქტიური ნივთიერება შედგება რამდენიმე რადიოაქტიური იზოტოპისგან სხვადასხვა ნახევარგამოყოფის პერიოდით, რომლებიც გენეტიკურად არ არის დაკავშირებული ერთმანეთთან, მაშინ დროთა განმავლობაში ნივთიერების აქტივობა ასევე მუდმივად შემცირდება და წამლის იზოტოპური შემადგენლობა მუდმივად შეიცვლება: პროპორცია. შემცირდება ხანმოკლე იზოტოპების რაოდენობა და გაიზრდება გრძელვადიანი იზოტოპების წილი. საკმარისად ხანგრძლივი დროის შემდეგ, პრაქტიკულად მხოლოდ ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპი დარჩება პრეპარატში. რადიოაქტიური ნივთიერებების დაშლის მრუდებით, რომელიც შედგება ერთი ან იზოტოპების ნარევისგან, შესაძლებელია განისაზღვროს ცალკეული იზოტოპების ნახევარგამოყოფის პერიოდი და მათი შედარებითი აქტივობა დროის ნებისმიერ მომენტში.

გენეტიკურად დაკავშირებული იზოტოპების აქტივობის ცვლილებების კანონები თვისობრივად განსხვავებულია; ისინი დამოკიდებულნი არიან მათი ნახევარგამოყოფის თანაფარდობაზე. ორი გენეტიკურად დაკავშირებული იზოტოპისთვის, T1 პერიოდით თავდაპირველი იზოტოპისთვის და T2 დაშლის პროდუქტისთვის, ამ კანონებს აქვთ უმარტივესი ფორმა. T1>T2-ზე საწყისი Q1 იზოტოპის აქტივობა ექსპონენტურად მცირდება T1 ნახევარგამოყოფის პერიოდის განმავლობაში. საწყისი იზოტოპის ბირთვების დაშლის გამო წარმოიქმნება საბოლოო იზოტოპის ბირთვები და გაიზრდება მისი Q2 აქტივობა. გარკვეული დროის გასვლის შემდეგ, მეორე იზოტოპის ბირთვების დაშლის სიჩქარე (მიახლოება იქნება ამ იზოტოპის ბირთვების წარმოქმნის სიჩქარესთან საწყისიდან (პირველი იზოტოპის დაშლის სიჩქარე Q1) და ეს ტემპები იქნება გარკვეული და მუდმივი თანაფარდობა დანარჩენი დროის განმავლობაში - ხდება რადიოაქტიური წონასწორობა.

საწყისი იზოტოპის აქტივობა განუწყვეტლივ მცირდება T1 პერიოდთან ერთად, შესაბამისად, რადიოაქტიური წონასწორობის მიღწევის შემდეგ, საბოლოო იზოტოპის Q2 აქტივობა და ორი იზოტოპის Q1 + Q2 საერთო აქტივობა ასევე შემცირდება საწყისი იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდის განმავლობაში. T1. როცა T1>T2 Q2=Q1. თუ რამდენიმე ხანმოკლე იზოტოპი თანმიმდევრულად წარმოიქმნება საწყისი გრძელვადიანი იზოტოპიდან, როგორც ეს ხდება ურანის და რადიუმის რადიოაქტიურ სერიაში, მაშინ წონასწორობის მიღწევის შემდეგ, თითოეული ხანმოკლე იზოტოპის აქტივობა თითქმის უტოლდება აქტივობას. ორიგინალური იზოტოპი. ამ შემთხვევაში, მთლიანი აქტივობა უდრის ყველა ხანმოკლე დაშლის პროდუქტების აქტივობების ჯამს და მცირდება ორიგინალური ხანგრძლივი იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდით, ისევე როგორც წონასწორობაში მყოფი ყველა იზოტოპის აქტივობა.

რადიოაქტიური წონასწორობა მიიღწევა პრაქტიკულად დროში, რომელიც უდრის იზოტოპის 5-10 ნახევარგამოყოფის პერიოდს დაშლის პროდუქტებიდან, რომელსაც აქვს ყველაზე გრძელი ნახევარგამოყოფის პერიოდი. თუ T1

ბუნებრივად რადიოაქტიური იზოტოპები მოიცავს ელემენტების პერიოდული სისტემის დაახლოებით 40 იზოტოპს Z 82-ზე მეტი, რომლებიც ქმნიან რადიოაქტიური გარდაქმნების სამ თანმიმდევრულ სერიას: ურანის სერია (ნახ. 1), თორიუმის სერია (ნახ. 2) და აქტინიუმის სერია ( სურ. 3). თანმიმდევრული ალფა და ბეტა დაშლით, ტყვიის საბოლოო სტაბილური იზოტოპები მიიღება სერიის საწყისი იზოტოპებიდან.

ბრინჯი. 1. ურანის სერია.


ბრინჯი. 2. თორიუმის სერია.


ბრინჯი. 3. ზღვის ანემონების სერია.

ნახატებზე ისრები მიუთითებს თანმიმდევრულ რადიოაქტიურ გარდაქმნებზე, რაც მიუთითებს დაშლის ტიპსა და ამ ტიპის ატომების პროცენტულ დაშლას. ჰორიზონტალური ისრები მიუთითებს გარდაქმნებზე, რომლებიც ხდება შემთხვევების თითქმის 100%-ში, ხოლო დახრილი ისრები მიუთითებს გარდაქმნებზე, რომლებიც ხდება შემთხვევების მცირე ნაწილში. როდესაც იზოტოპები ინიშნება, მითითებულია მათი ნახევარგამოყოფის პერიოდი. ფრჩხილებში არის სერიის წევრების ყოფილი სახელები, რაც მიუთითებს გენეტიკურ ურთიერთობაზე, ფრჩხილების გარეშე არის იზოტოპების ამჟამად მიღებული აღნიშვნები, რომლებიც შეესაბამება მათ ქიმიურ და ფიზიკურ ბუნებას. გრძელვადიანი იზოტოპები ჩასმულია ჩარჩოებში, ხოლო ტერმინალური სტაბილური იზოტოპები ჩასმულია ორმაგ ჩარჩოებში. ალფა დაშლას, როგორც წესი, ახლავს ძალიან დაბალი ინტენსივობის გამა გამოსხივება. ბუნებრივი ფონი გამოწვეულია ბუნებრივი რადიოაქტიურობა-გამოსხივებით და დედამიწის ზედაპირზე, ბიოსფეროში და ჰაერში შემავალი ბუნებრივად რადიოაქტიური იზოტოპების ზემოქმედებით და კოსმოსური გამოსხივებით (იხ.). ამ იზოტოპების გარდა, სხვადასხვა ნივთიერებები ასევე შეიცავს K40 იზოტოპს და დაახლოებით 20 სხვა რადიოაქტიურ იზოტოპს ძალიან გრძელი ნახევარგამოყოფის პერიოდით (109-დან 1021 წლამდე), რის შედეგადაც მათი შედარებითი აქტივობა ძალიან მცირეა სხვა აქტივობასთან შედარებით. იზოტოპები.

დედამიწის გარსში შემავალი რადიოაქტიური იზოტოპები ითამაშეს და აგრძელებენ განსაკუთრებულ როლს ჩვენი პლანეტის განვითარებაში, განსაკუთრებით სიცოცხლის განვითარებასა და შენარჩუნებაში, რადგან ისინი ანაზღაურებდნენ დედამიწაზე წარმოქმნილ სითბოს დანაკარგებს და უზრუნველყოფენ ტემპერატურის პრაქტიკულ მუდმივობას. პლანეტა მრავალი მილიონი წლის განმავლობაში. რადიოაქტიური იზოტოპები, ისევე როგორც ყველა სხვა იზოტოპი, ბუნებაში გვხვდება ძირითადად დისპერსიულ მდგომარეობაში და გვხვდება ყველა ნივთიერებაში, მცენარეულ და ცხოველურ ორგანიზმში.

იზოტოპების ფიზიკოქიმიური თვისებების განსხვავების გამო, მათი შედარებითი შემცველობა ნიადაგებსა და წყლებში განსხვავებულია. ურანის, თორიუმის და აქტინიუმის გაზის დაშლის პროდუქტები - თორონი, რადონი და აქტინონი - მუდმივად გამოიყოფა ჰაერში ნიადაგის წყლებიდან. ამ აირისებრი პროდუქტების გარდა, ჰაერი ასევე შეიცავს რადიუმის, თორიუმის და აქტინიუმის ალფა და ბეტა აქტიურ დაშლის პროდუქტებს (აეროზოლების სახით). ნიადაგიდან რადიოაქტიური ელემენტები, სტაბილური ელემენტების მსგავსად, შედიან მცენარეებში ნიადაგის წყალთან ერთად, ამიტომ მცენარის ღერო და ფოთლები ყოველთვის შეიცავს ურანს, რადიუმს, თორიუმს მათი დაშლის პროდუქტებით, კალიუმით და სხვა იზოტოპებით, თუმცა შედარებით მცირე კონცენტრაციით. . მცენარეები და ცხოველები ასევე შეიცავს იზოტოპებს C14, H3, Be7 და სხვა, რომლებიც წარმოიქმნება ჰაერში კოსმოსური გამოსხივების ნეიტრონების გავლენის ქვეშ. იმის გამო, რომ ადამიანის სხეულსა და გარემოს შორის უწყვეტი გაცვლა ხდება, ყველა რადიოაქტიური იზოტოპი, რომელსაც შეიცავს საკვები, წყალი და ჰაერი, ასევე შეიცავს ორგანიზმში. იზოტოპები ორგანიზმში გვხვდება შემდეგი დოზებით: რბილ ქსოვილებში - 31 მრმ/წელიწადში, ძვლებში - 44 მრმ/წელიწადში. კოსმოსური გამოსხივების დოზა შეადგენს 80-90 მრმ/წელიწადში, გარე გამა გამოსხივების დოზა 60-80 მრმ/წელიწადში. საერთო დოზა შეადგენს 140-200 მრმ/წელიწადში. ფილტვებზე მოხვედრილი დოზა შეადგენს 600-800 მრმ/წელიწადში.

ხელოვნურად რადიოაქტიური იზოტოპები წარმოიქმნება სტაბილური იზოტოპების დაბომბვით ნეიტრონებით ან დამუხტული ნაწილაკებით სხვადასხვა ბირთვული რეაქციების შედეგად გამოიყენება დამუხტული ნაწილაკების წყაროდ.

სხვადასხვა ტიპის მაიონებელი გამოსხივების ნაკადებისა და დოზების გაზომვისთვის იხილეთ დოზიმეტრია, მაიონებელი გამოსხივების დოზები, ნეიტრონი.

იმის გამო, რომ რადიაციის დიდი დოზები მავნე გავლენას ახდენს ადამიანის ჯანმრთელობაზე, გამოიყენება სპეციალური დამცავი ზომები რადიაციულ წყაროებთან და რადიოაქტიურ იზოტოპებთან მუშაობისას (იხ.).

მედიცინასა და ბიოლოგიაში იზოტოპები გამოიყენება მეტაბოლიზმის შესასწავლად, დიაგნოსტიკური და თერაპიული მიზნებისთვის (იხ.). სხეულში რადიოაქტიური იზოტოპების შემცველობა და მათი გაცვლის დინამიკა განისაზღვრება ადამიანის გარე გამოსხივების მრიცხველების გამოყენებით.