Aatomituumade alfalagunemisel massiarv. Mis on alfa- ja beeta-lagunemine? Beeta lagunemine, alfa lagunemine: valemid ja reaktsioonid. Alfalagunemisele alluvad elemendid

Kaasaegsete keemiliste kontseptsioonide kohaselt on element teatud tüüpi aatomid, millel on sama tuumalaeng, mis kajastub elemendi järjekorranumbris D.I tabelis. Mendelejev. Isotoobid võivad erineda neutronite arvu ja vastavalt ka aatommassi poolest, kuid kuna positiivselt laetud osakeste – prootonite – arv on sama, on oluline mõista, et jutt käib samast elemendist.

Prootoni mass on 1,0073 amu. (aatommassi ühikud) ja laeng +1. Elektrilaengu ühik on elektroni laeng. Elektriliselt neutraalse neutroni mass on 1,0087 amu. Isotoobi tähistamiseks on vaja näidata selle aatommass, mis on kõigi prootonite ja neutronite summa, ning tuuma laeng (prootonite arv või samaväärselt seerianumber). Aatommass, mida nimetatakse ka nukleoninumbriks või nukleoniks, kirjutatakse tavaliselt elemendi sümboli vasakusse ülaossa ja seerianumber vasakpoolsesse alaossa.

Sarnast tähistust kasutatakse elementaarosakeste puhul. Niisiis, β-kiirtele, mis on elektronid ja millel on tühine mass, määratakse laeng -1 (alumine) ja massiarv 0 (ülemine). α-osakesed on positiivsed kahekordse laenguga heeliumioonid, seetõttu tähistatakse neid sümboliga "He", mille tuumalaeng on 2 ja massiarv 4. Prootonite suhtelised massid p n on 1 ja nende laengud on vastavalt 1 ja 0.

Elementide isotoopidel ei ole tavaliselt eraldi nimetusi. Ainus erand on vesinik: selle isotoop massinumbriga 1 on protium, 2 on deuteerium ja 3 on triitium. Erinimetuste kasutuselevõtt on tingitud sellest, et vesiniku isotoobid erinevad üksteisest massi poolest võimalikult palju.

Isotoobid: stabiilsed ja radioaktiivsed

Isotoobid on stabiilsed ja radioaktiivsed. Esimesed ei kõdune, seetõttu säilivad nad looduses algsel kujul. Stabiilsete isotoopide näideteks on hapnik aatommassiga 16, süsinik aatommassiga 12 ja fluor, mille aatommass on 19. Enamik looduslikke elemente on mitme stabiilse isotoobi segu.

Radioaktiivse lagunemise tüübid

Radioaktiivsed looduslikud ja tehislikud isotoobid lagunevad spontaanselt α- või β-osakeste emissiooniga, moodustades stabiilse isotoobi.

Nad räägivad kolme tüüpi spontaansetest tuumatransformatsioonidest: α-lagunemisest, β-lagunemisest ja γ-lagunemisest. α-lagunemise käigus kiirgab tuum α-osakest, mis koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist, mille tulemusena isotoobi massiarv väheneb 4 võrra ja tuuma laeng väheneb 2 võrra. Näiteks raadium laguneb radooniks ja heeliumiooniks:

Ra(226,88)→Rn(222,86)+He(4,2).

β-lagunemise korral muutub neutron ebastabiilses tuumas prootoniks ning tuum kiirgab välja β-osakese ja antineutriino. Isotoobi massiarv ei muutu, kuid tuuma laeng suureneb 1 võrra.

γ-lagunemise ajal kiirgab ergastatud tuum väikese lainepikkusega γ-kiirgust. Sel juhul tuuma energia väheneb, kuid tuuma laeng ja massiarv jäävad muutumatuks.

1. TUUMAARI FÜÜSIKA 1.4. β-lagunemine

Beeta-lagunemise tüübid ja omadused. Beeta-lagunemise teooria elemendid. Radioaktiivsed perekonnad

beeta lagunemine tuum on ebastabiilse tuuma iseeneslik muundumine isobar tuumaks elektroni (positroni) emissiooni või elektroni kinnipüüdmise tulemusena. Teada on umbes 900 beeta-radioaktiivset tuuma. Neist ainult 20 on looduslikud, ülejäänud on kunstlikult saadud.
Beeta-lagunemise tüübid ja omadused

Neid on kolme tüüpi β - lagunemine: elektrooniline β – lagunemine, positron β + -lagunemine ja elektronide püüdmine ( e- jäädvustada). Esimene neist on peamine.

Kell elektrooniline β – - lagunemineüks tuuma neutronitest muutub elektroni emissiooniga prootoniks ja elektroni antineutriinoks.

Näited: vaba neutroni lagunemine

, T 1/2 = 11,7 min;

triitiumi lagunemine

, T 1/2 = 12 aastat vana.

Kell positroon β + - lagunemineüks tuuma prootonitest muutub positiivselt laetud elektroni (positroni) ja elektronneutriino emissiooniga neutroniks

. (1,41b)

Näide

Võrreldes suguvõsade esivanemate poolestusaegu Maa geoloogilise elueaga (4,5 miljardit aastat), on näha, et peaaegu kogu toorium-232 on Maa aines säilinud, uraan-238 on lagunenud aastaks. umbes pool, uraan-235 - enamasti on neptuunium-237 praktiliselt kõik.

Raskete ioonide akumulaatorid avavad põhimõtteliselt uusi võimalusi eksootiliste tuumade omaduste uurimisel. Eelkõige võimaldavad need koguda ja pikka aega kasutada täielikult ioniseeritud aatomeid - "paljaid" tuumasid. Selle tulemusena saab võimalikuks uurida nende aatomituumade omadusi, millel puudub elektrooniline keskkond ja milles puudub aatomituumaga välise elektronkihi Coulombi efekt.

Riis. 3.2 E-püüdmise skeem isotoobis (vasakul) ja täielikult ioniseeritud aatomites ja (paremal)

Aatomi lagunemine seotud olekusse avastati esmakordselt 1992. aastal. Täheldati täielikult ioniseeritud aatomi β - lagunemist seotud aatomi olekuteks. Aatomituumade N-Z diagrammil on 163 Dy tuum tähistatud mustaga. See tähendab, et see on stabiilne kernel. Tõepoolest, neutraalse aatomi osana on 163 Dy tuum stabiilne. Selle põhiseisundit (5/2+) saab asustada 163 Ho tuuma põhiolekust (7/2+) e-püüdmise tulemusena. Elektronkihiga ümbritsetud 163 Ho tuum on β - -radioaktiivne ja selle poolestusaeg on ~10 4 aastat. See kehtib aga ainult siis, kui arvestada elektronkihiga ümbritsetud tuuma. Täielikult ioniseeritud aatomite puhul on pilt põhimõtteliselt erinev. Nüüd osutub 163 Dy tuuma põhiseisund energialt kõrgemaks kui 163 Ho tuuma põhiseisund ja avaneb võimalus 163 Dy lagunemiseks (joonis 3.2).

Lagunemise tulemusena tekkinud elektroni saab kinni püüda iooni vabale K- või L-kihile. Selle tulemusena on lagunemisel (3.8) selline vorm

→ + e - + e (seotud olekus).

β-lagunemise energiad K- ja L-kesteks on vastavalt (50,3±1) keV ja (1,7±1) keV. Et jälgida ESR-i salvestusrõnga K- ja L-kestade lagunemist seotud olekutesse, koguti GSI-sse 108 täielikult ioniseeritud tuuma. Kogunemisajal tekkisid β + -lagunemise tulemusena tuumad (joon. 3.3).

Riis. 3.3. Ioonide akumulatsiooni dünaamika: a - katse erinevatel etappidel ESR-i salvestusrõngasse kogunenud Dy 66+ ioonide vool, β - Dy 66+ ja Ho 67+ ioonide intensiivsused, mõõdetuna vastavalt välise ja sisemise asukohatundlike detektoritega

Kuna Ho 66+ ioonidel on praktiliselt sama M/q suhe kui primaarkiire Dy 66+ ioonidel, akumuleeruvad nad samale orbiidile. Kogunemisaeg oli ~30 min. Dy 66+ tuuma poolestusaja mõõtmiseks tuli orbiidile kogunenud kiir puhastada Ho 66+ ioonide segust. Kiire puhastamiseks ioonidest süstiti kambrisse argooni gaasijuga tihedusega 6·10 12 aatom/cm 2 ja läbimõõduga 3 mm, mis läbis akumuleerunud ioonkiire vertikaalsuunas. Tänu sellele, et Ho 66+ ioonid püüdsid elektrone kinni, langesid nad tasakaaluorbiidilt välja. Tala puhastati umbes 500 s. Pärast seda gaasijuga blokeeriti ja rõngas ringlesid edasi Dy 66+ ioonid ja äsja tekkinud (pärast gaasijoa väljalülitamist) lagunemise tulemusena tekkinud Ho 66+ ioonid. Selle etapi kestus oli 10 kuni 85 minutit. Ho 66+ tuvastamine ja tuvastamine põhines asjaolul, et Ho 66+ saab edasi ioniseerida. Selleks süstiti viimases etapis hoiurõngasse uuesti gaasijuga. 163 Ho 66+ ioonilt eemaldati viimane elektron ja selle tulemusena saadi ioon 163 Ho 67+. Gaasijoa lähedal asus asenditundlik detektor, mis registreeris kiirest väljuvat 163 Ho 67+ iooni. Joonisel fig. 3.4 näitab β-lagunemise tulemusena tekkinud 163 Ho tuumade arvu sõltuvust akumulatsiooniajast. Sisend näitab asukohatundliku detektori ruumilist eraldusvõimet.
Seega tõestas 163 Ho tuuma kuhjumine 163 Dy kiires lagunemise võimalikkust.

→ + e - + e (seotud olekus).

Riis. 3.4. Tütarioonide 163 Ho 66+ ja primaarsete 163 Dy 66+ suhe olenevalt akumuleerumisajast. Sisend näitab sisemise detektori salvestatud 163 Ho 67+ tippu.

Muutes ajavahemikku kiirte puhastamise Ho 66+ lisandist ja lisandikiires äsja moodustunud Ho 66+ ioonide tuvastamise aega, saab mõõta täielikult ioniseeritud Dy 66+ isotoobi poolestusaega. Selgus, et ~0,1 aastat.
Sarnane lagunemine leiti ka 187 Re 75+ puhul. Saadud tulemus on astrofüüsika jaoks äärmiselt oluline. Fakt on see, et neutraalsete 187 Re aatomite poolestusaeg on 4·10 10 aastat ja neid kasutatakse radioaktiivsete kelladena. 187 Re 75+ poolväärtusaeg on vaid 33 ± 2 aastat. Seetõttu tuleb astrofüüsikalistes mõõtmistes teha vastavad parandused, kuna tähtedes on 187 Re kõige sagedamini ioniseeritud olekus.
Täielikult ioniseeritud aatomite omaduste uurimine avab uue uurimissuuna nende tuumade eksootiliste omaduste kohta, millel puudub välise elektronkihi Coulombi efekt.

Alfa- ja beetakiirgust nimetatakse üldiselt radioaktiivseks lagunemiseks. See on protsess, mis on emissioon tuumast, mis toimub tohutu kiirusega. Selle tulemusena võib aatom või selle isotoop muutuda ühest keemilisest elemendist teise. Tuumade alfa- ja beetalagunemine on iseloomulik ebastabiilsetele elementidele. Nende hulka kuuluvad kõik aatomid, mille laengu number on suurem kui 83 ja massiarv suurem kui 209.

Reaktsioonitingimused

Lagunemine, nagu ka teised radioaktiivsed muundumised, on loomulik ja kunstlik. Viimane tekib mõne võõrosakese sattumise tõttu tuuma. Kui palju alfa- ja beetalagunemist aatom läbi võib teha, sõltub ainult sellest, kui kiiresti stabiilne olek saavutatakse.

Looduslikes tingimustes toimub alfa- ja beeta-miinus lagunemine.

Kunstlikes tingimustes esinevad neutronid, positronid, prootonid ja muud haruldasemad tuumade lagunemise ja muundumised.

Need nimed andsid need, kes uurisid radioaktiivset kiirgust.

Stabiilse ja ebastabiilse kerneli erinevus

Lagunemisvõime sõltub otseselt aatomi olekust. Nn "stabiilne" ehk mitteradioaktiivne tuum on iseloomulik mittelagunevatele aatomitele. Teoreetiliselt võib selliseid elemente jälgida lõputult, et nende stabiilsuses lõplikult veenduda. See on vajalik selliste tuumade eraldamiseks ebastabiilsetest tuumadest, millel on äärmiselt pikk poolestusaeg.

Ekslikult võib sellist "aeglustunud" aatomit segi ajada stabiilsega. Silmatorkav näide võib aga olla telluur ja täpsemalt selle isotoobi number 128, mille vanus on 2,2·10 24 aastat. See juhtum ei ole isoleeritud. Lantaan-138 poolestusaeg on 10 11 aastat. See periood on kolmkümmend korda vanem kui olemasoleva universumi vanus.

Radioaktiivse lagunemise olemus

See protsess on juhuslik. Iga lagunev radionukliid omandab kiiruse, mis on igal juhul konstantne. Lagunemiskiirus ei saa muutuda välistegurite mõjul. Pole vahet, kas reaktsioon toimub tohutu gravitatsioonijõu mõjul absoluutses nullpunktis, elektri- ja magnetväljas, mis tahes keemilise reaktsiooni käigus jne. Protsessi saab mõjutada ainult otsene mõju aatomituuma sisemusele, mis on praktiliselt võimatu. Reaktsioon on spontaanne ja sõltub ainult aatomist, milles see kulgeb, ja selle sisemisest olekust.

Radioaktiivsetele lagunemistele viidates kasutatakse sageli terminit "radionukliid". Need, kes sellega kursis ei ole, peaksid teadma, et see sõna viitab aatomite rühmale, millel on radioaktiivsed omadused, oma massiarv, aatomnumber ja energiastaatus.

Erinevaid radionukliide kasutatakse tehnika-, teadus- ja muudes inimelu valdkondades. Näiteks meditsiinis kasutatakse neid elemente haiguste diagnoosimisel, ravimite, tööriistade ja muude esemete töötlemisel. On isegi mitmeid terapeutilisi ja prognostilisi radiopreparaate.

Sama oluline on isotoobi määramine. See sõna viitab teatud tüüpi aatomitele. Neil on sama aatomnumber kui tavalisel elemendil, kuid erinev massiarv. Selle erinevuse põhjustab neutronite arv, mis ei mõjuta laengut nagu prootonid ja elektronid, vaid muudavad nende massi. Näiteks lihtsal vesinikul on neid lausa 3. See on ainuke element, mille isotoopidele on antud nimed: deuteerium, triitium (ainus radioaktiivne) ja protium. Muudel juhtudel antakse nimed vastavalt aatommassile ja põhielemendile.

Alfa lagunemine

See on omamoodi radioaktiivne reaktsioon. See on tüüpiline keemiliste elementide perioodilisuse tabeli kuuenda ja seitsmenda perioodi looduslikele elementidele. Eriti tehis- või transuraanelementide jaoks.

Alfalagunemisele alluvad elemendid

Seda lagunemist iseloomustavad metallid hõlmavad tooriumi, uraani ja muid kuuenda ja seitsmenda perioodi elemente keemiliste elementide perioodilisest tabelist, arvestades vismutist. Protsessi allutatakse ka raskete elementide isotoobid.

Mis juhtub reaktsiooni ajal?

Alfalagunemisel eralduvad tuumast osakesed, mis koosnevad 2 prootonist ja paarist neutronist. Emiteeritud osake ise on heeliumi aatomi tuum, mille mass on 4 ühikut ja laeng +2.

Selle tulemusena ilmub uus element, mis asub perioodilisuse tabeli originaalist kaks lahtrit vasakul. Selle paigutuse määrab asjaolu, et algne aatom on kaotanud 2 prootonit ja koos sellega ka esialgse laengu. Selle tulemusena väheneb saadud isotoobi mass algolekuga võrreldes 4 massiühiku võrra.

Näited

Selle lagunemise käigus tekib uraanist toorium. Tooriumist tuleb raadium, sellest radoon, mis lõpuks annab polooniumi, ja lõpuks plii. Selle protsessi käigus moodustuvad nende elementide isotoobid, mitte nemad ise. Nii selgub uraan-238, toorium-234, raadium-230, radoon-236 ja nii edasi kuni stabiilse elemendi ilmumiseni. Sellise reaktsiooni valem on järgmine:

Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218

Eraldatud alfaosakese kiirus emissiooni hetkel on 12 000 kuni 20 000 km/sek. Olles vaakumis, teeks selline osake 2 sekundiga ümber maakera, liikudes mööda ekvaatorit.

beeta lagunemine

Selle osakese ja elektroni erinevus seisneb välimuse kohas. Beeta lagunemine toimub aatomi tuumas, mitte seda ümbritsevas elektronkihis. Kõige tavalisem kõigist olemasolevatest radioaktiivsetest transformatsioonidest. Seda võib täheldada peaaegu kõigis praegu olemasolevates keemilistes elementides. Sellest järeldub, et igal elemendil on vähemalt üks lagunemisele alluv isotoop. Enamikul juhtudel põhjustab beeta-lagunemine beeta-miinus lagunemist.

Reaktsiooni edenemine

Selles protsessis väljutatakse tuumast elektron, mis on tekkinud neutroni spontaansel muundumisel elektroniks ja prootoniks. Sel juhul jäävad suurema massi tõttu tuumasse prootonid ja elektron, mida nimetatakse beeta-miinusosakeseks, lahkub aatomist. Ja kuna prootoneid on ühiku kohta rohkem, muutub elemendi tuum ise ülespoole ja paikneb perioodilisustabelis algsest paremal.

Näited

Beeta lagunemine kaalium-40-ga muudab selle kaltsiumi isotoobiks, mis asub paremal. Radioaktiivne kaltsium-47 muutub skandium-47-ks, mis võib muutuda stabiilseks titaan-47-ks. Kuidas see beeta-lagunemine välja näeb? Valem:

Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47

Beetaosakese põgenemiskiirus on 0,9 korda suurem kui valguse kiirus, mis on 270 000 km/sek.

Looduses ei leidu liiga palju beeta-aktiivseid nukliide. Märkimisväärseid on väga vähe. Näiteks kaalium-40, mida on looduslikus segus vaid 119/10 000. Lisaks on oluliste looduslike beeta-miinus aktiivsete radionukliidide hulgas uraani ja tooriumi alfa- ja beetalagunemisproduktid.

Beeta lagunemisel on tüüpiline näide: toorium-234, mis alfalagunemisel muutub protaktiinumiks-234 ja siis samamoodi uraaniks, kuid selle teine ​​isotoop number 234. See uraan-234 muutub alfalagunemise tõttu taas tooriumiks. , aga hoopis teistmoodi. Sellest toorium-230-st saab seejärel raadium-226, mis muutub radooniks. Ja samas järjekorras, kuni talliumini, ainult erinevate beeta üleminekutega tagasi. See radioaktiivne beeta-lagunemine lõpeb stabiilse plii-206 moodustumisega. Sellel teisendusel on järgmine valem:

Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206

Looduslikud ja olulised beeta-aktiivsed radionukliidid on K-40 ja elemendid talliumist uraanini.

Beeta pluss lagunemine

Samuti on beeta pluss teisendus. Seda nimetatakse ka positroni beeta lagunemiseks. See kiirgab tuumast osakest, mida nimetatakse positroniks. Tulemuseks on algse elemendi teisendamine vasakpoolseks elemendiks, millel on väiksem arv.

Näide

Kui elektronide beeta lagunemine toimub, muutub magneesium-23 naatriumi stabiilseks isotoobiks. Radioaktiivsest euroopium-150-st saab samarium-150.

Saadud beeta-lagunemisreaktsioon võib tekitada beeta+ ja beeta-emissioone. Osakeste põgenemiskiirus on mõlemal juhul 0,9 valguse kiirusest.

Muud radioaktiivsed lagunemised

Lisaks sellistele reaktsioonidele nagu alfa- ja beeta-lagunemine, mille valem on laialt tuntud, on ka teisi protsesse, mis on haruldasemad ja tehisradionukliididele iseloomulikumad.

neutronite lagunemine. Eraldatakse 1 massiühikuga neutraalne osake. Selle käigus muutub üks isotoop teiseks väiksema massiarvuga. Näiteks liitium-9 muundamine liitium-8-ks, heelium-5 muundamine heelium-4-ks.

Kui jood-127 stabiilset isotoopi kiiritada gammakiirgusega, muutub see isotoobiks number 126 ja omandab radioaktiivsuse.

prootoni lagunemine. See on äärmiselt haruldane. Selle käigus eraldub prooton, mille laeng on +1 ja 1 massiühik. Aatommass väheneb ühe väärtuse võrra.

Igasuguse radioaktiivse transformatsiooniga, eriti radioaktiivse lagunemisega, kaasneb energia vabanemine gammakiirguse kujul. Nad kutsuvad seda gammakiirguseks. Mõnel juhul täheldatakse väiksema energiaga röntgenikiirgust.

See on gammakvantide voog. See on elektromagnetkiirgus, tugevam kui röntgenikiirgus, mida kasutatakse meditsiinis. Selle tulemusena tekivad gamma kvantid ehk energia voolab aatomituumast. Röntgenkiirgus on samuti elektromagnetiline, kuid tekib aatomi elektronkihtidest.

Alfa osakeste vahemik

Alfaosakesed massiga 4 aatomiühikut ja laenguga +2 liiguvad sirgjooneliselt. Tänu sellele saame rääkida alfaosakeste vahemikust.

Jooksu väärtus sõltub algenergiast ja jääb õhus vahemikku 3–7 (vahel 13) cm. Tihedas keskkonnas on see millimeetri sajandik. Selline kiirgus ei suuda läbida paberilehte ja inimese nahka.

Tänu oma massi- ja laengunumbrile on alfaosakesel suurim ioniseeriv jõud ja see hävitab kõik, mis tema teel on. Sellega seoses on alfa-radionukliidid inimestele ja loomadele kehaga kokkupuutel kõige ohtlikumad.

Beetaosakeste läbitungimisvõime

Väikese massiarvu, mis on prootonist 1836 korda väiksem, negatiivse laengu ja suuruse tõttu mõjub beetakiirgus ainele, millest see läbi lendab, nõrgalt, kuid pealegi on lend pikem. Samuti ei ole osakese tee sirge. Sellega seoses räägivad nad läbitungimisvõimest, mis sõltub vastuvõetud energiast.

Radioaktiivse lagunemise ajal õhus tekkinud beetaosakeste läbitungimisvõime ulatub 2,3 m-ni, vedelikes loetakse neid sentimeetrites ja tahketes ainetes - sentimeetri murdosades. Inimkeha koed edastavad kiirgust 1,2 cm sügavusele. Beetakiirguse eest kaitsmiseks võib olla lihtne kuni 10 cm veekiht Piisavalt suure lagunemisenergiaga 10 MeV osakeste voog neeldub peaaegu täielikult sellistes kihtides: õhk - 4 m; alumiinium - 2,2 cm; raud - 7,55 mm; plii - 5,2 mm.

Arvestades nende väikest suurust, on beetakiirguse osakestel alfaosakestega võrreldes madal ioniseerimisvõime. Allaneelamisel on need aga palju ohtlikumad kui välisel kokkupuutel.

Kõigist kiirgusliikidest on praegu suurim läbitungiv jõudlus neutronil ja gammal. Nende kiirguste ulatus õhus ulatub mõnikord kümnete ja sadade meetriteni, kuid madalamate ionisatsiooniindeksitega.

Enamiku gammakiirte isotoopide energia ei ületa 1,3 MeV. Harva saavutatakse väärtused 6,7 MeV. Sellega seoses kasutatakse sellise kiirguse eest kaitsmiseks sumbustegurina terase, betooni ja plii kihte.

Näiteks koobalti gammakiirguse kümnekordseks summutamiseks on vaja umbes 5 cm paksust pliikaitset, 100-kordseks sumbumiseks on vaja 9,5 cm Betooni kaitse on 33 ja 55 cm ning vesi - 70 ja 115 cm .

Neutronite ioniseerivad omadused sõltuvad nende energiatõhususest.

Igas olukorras on parim viis kiirguse eest kaitsmiseks olla kiirgusallikast võimalikult kaugel ja viibida võimalikult vähe aega kõrge kiirgusega piirkonnas.

aatomi lõhustumine

Aatomite all mõeldakse spontaanset või neutronite mõju all olevat kaheks, ligikaudu võrdse suurusega osaks.

Need kaks osa muutuvad keemiliste elementide tabeli põhiosa elementide radioaktiivseteks isotoopideks. Alustage vasest kuni lantaniidideni.

Vabanemise käigus pääseb välja paar lisaneutronit ja gammakvantide kujul tekib energia ülejääk, mis on palju suurem kui radioaktiivse lagunemise ajal. Niisiis, ühes radioaktiivse lagunemise aktis ilmub üks gamma-kvant ja lõhustumise ajal 8,10 gamma-kvanti. Samuti on hajutatud fragmentidel suur kineetiline energia, mis muutub termilisteks indikaatoriteks.

Vabanenud neutronid on võimelised provotseerima sarnaste tuumade paari eraldumist, kui need asuvad läheduses ja neutronid neid tabavad.

Sellega seoses on võimalik aatomituumade eraldumise ja suure hulga energia tekitamise hargnev, kiirendav ahelreaktsioon.

Kui selline ahelreaktsioon on kontrolli all, saab seda kasutada teatud eesmärkidel. Näiteks kütte või elektri jaoks. Sellised protsessid viiakse läbi tuumaelektrijaamades ja reaktorites.

Kui te kaotate kontrolli reaktsiooni üle, toimub aatomiplahvatus. Sarnast kasutatakse tuumarelvades.

Looduslikes tingimustes on ainult üks element - uraan, millel on ainult üks lõhustuv isotoop numbriga 235. See on relv.

Tavalises uraani tuumareaktoris moodustavad nad uraanist-238 neutronite mõjul uue isotoobi numbriga 239 ja sellest plutooniumi, mis on kunstlik ja looduslikult ei esine. Sel juhul kasutatakse saadud plutoonium-239 relvade jaoks. See aatomituumade lõhustumise protsess on kõigi aatomirelvade ja -energia olemus.

Sellised nähtused nagu alfa- ja beetalagunemine, mille valemit koolis uuritakse, on meie ajal laialt levinud. Tänu nendele reaktsioonidele on olemas tuumaelektrijaamad ja paljud teised tuumafüüsikal põhinevad tööstusharud. Kuid ärge unustage paljude nende elementide radioaktiivsust. Nendega töötades on vajalik eriline kaitse ja kõigi ettevaatusabinõude järgimine. Vastasel juhul võib see põhjustada korvamatut katastroofi.

beeta lagunemine

β-lagunemine, aatomituuma radioaktiivne lagunemine, millega kaasneb elektroni või positroni lahkumine tuumast. See protsess on tingitud tuuma ühe nukleoni spontaansest muundumisest teist tüüpi nukleoniks, nimelt: kas neutroni (n) muundumisest prootoniks (p) või prootoni muutumisest neutroniks. Esimesel juhul lendab elektron (e -) tuumast välja - toimub nn β - lagunemine. Teisel juhul lendab tuumast välja positron (e +) - toimub β + lagunemine. Väljumine B.-r. elektrone ja positroneid nimetatakse ühiselt beetaosakesteks. Nukleonide vastastikuste transformatsioonidega kaasneb teise osakese - neutriino ( ν ) β+ lagunemise ehk antineutriino A korral tuumas olevate nukleonide koguarvuga võrdne ei muutu ning tuumaproduktiks on perioodilisussüsteemis selle kõrval paremal seisev algtuuma isobaar. elementidest. Vastupidi, β + -lagunemise ajal väheneb prootonite arv ühe võrra ja neutronite arv suureneb ühe võrra ning moodustub isobaar, mis seisab algse tuuma naabruses vasakul. Sümboolselt on mõlemad protsessid B.-r. on kirjutatud järgmisel kujul:

kus -Z neutronid.

Lihtsaim näide (β - -lagunemine on vaba neutroni muundumine prootoniks elektroni ja antineutriino emissiooniga (neutroni poolestusaeg ≈ 13 min):

Keerulisem näide (β - lagunemine - vesiniku - triitiumi raske isotoobi lagunemine, mis koosneb kahest neutronist (n) ja ühest prootonist (p):

On ilmne, et see protsess taandub seotud (tuuma) neutroni β - lagunemiseni. Sel juhul muutub β-radioaktiivne triitiumi tuum perioodilisuse tabeli järgmise elemendi tuumaks - heeliumi kerge isotoobi 3 2 He tuumaks.

β + lagunemise näide on süsiniku isotoobi 11 C lagunemine vastavalt järgmisele skeemile:

Prootoni muundumine tuuma sees neutroniks võib toimuda ka siis, kui prooton püüab kinni ühe elektroni aatomi elektronkihist. Kõige sagedamini toimub elektronide püüdmine

B.-r. täheldatud nii looduslikult radioaktiivsetes kui ka kunstlikult radioaktiivsetes isotoopides. Selleks, et tuum oleks ühe β-transformatsiooni tüübi suhtes ebastabiilne (see tähendab, et see võib läbida B.-r.), on reaktsioonivõrrandi vasakul küljel olevate osakeste masside summa. peab olema suurem kui teisendusproduktide masside summa. Seetõttu B. - jõel. energia vabaneb. B. energia - jõgi. Eβ saab arvutada selle massierinevuse põhjal, kasutades seost E = mc2, kus koos - valguse kiirus vaakumis. β-lagunemise korral

kus M - neutraalsete aatomite massid. β+ lagunemise korral kaotab neutraalne aatom ühe oma kestas oleva elektroni, B.-r energia. on võrdne:

kus mina- elektroni mass.

B. energia - jõgi. jaguneb kolme osakese vahel: elektron (või positroni), antineutriino (või neutriino) ja tuum; iga valgusosake suudab ära kanda peaaegu igasuguse energia vahemikus 0 kuni E β, st nende energiaspektrid on pidevad. Ainult K-püüdmise korral kannab neutriino alati sama energiat.

Niisiis ületab β - -lagunemise korral algse aatomi mass lõpliku aatomi massi ja β + -lagunemise korral on see ülejääk vähemalt kaks elektroni massi.

B. uurimistöö – jõgi. tuumad on teadlastele korduvalt esitanud ootamatuid saladusi. Pärast radioaktiivsuse avastamist tekkis B. nähtus – jõgi. on pikka aega peetud argumendiks elektronide olemasolu poolt aatomituumades; see oletus osutus kvantmehaanikaga selges vastuolus (vt aatomituum). Seejärel tekitas B.-r. ajal emiteeritud elektronide energia ebastabiilsus mõne füüsiku seas isegi umbusku energia jäävuse seadusesse, sest. oli teada, et selles transformatsioonis osalevad tuumad täpselt määratletud energiaga olekutes. Tuumast väljuvate elektronide maksimaalne energia on täpselt võrdne alg- ja lõpptuuma energiate vahega. Kuid antud juhul ei olnud selge, kuhu energia kaob, kui emiteeritud elektronid kannavad vähem energiat. Saksa teadlase W. Pauli oletus uue osakese – neutriino – olemasolust päästis mitte ainult energia jäävuse seaduse, vaid ka teise olulise füüsikaseaduse – nurkimpulsi jäävuse seaduse. Kuna neutroni ja prootoni spinnid (ehk õiged momendid) on võrdsed 1/2, siis spinni säilitamiseks B.-r. saab olla vaid paaritu arv osakesi, mille spinn on 1/2. Eelkõige vaba neutroni n → p + e - + ν β - lagunemise korral välistab impulsi jäävuse seaduse rikkumise ainult antineutriino ilmnemine.

B.-r. esineb perioodilise süsteemi kõigi osade elementides. Kalduvus β-transformatsioonile tuleneb neutronite või prootonite liigsest olemasolust paljudes isotoopides võrreldes maksimaalsele stabiilsusele vastava kogusega. Seega on kalduvus β + lagunemisele ehk K-haardumisele iseloomulik neutronipuudulikele isotoopidele ja kalduvus β -lagunemisele neutronirikastele isotoopidele. Kõigist perioodilisustabeli elementidest on teada umbes 1500 β-radioaktiivset isotoopi, välja arvatud kõige raskemad (Z ≥ 102).

B. energia - jõgi. praegu teadaolevad isotoobid ulatuvad

poolestusajad on laias vahemikus 1,3 10 -2 sek(12 N) kuni beetalagunemiseni 2 10 13 aastat (looduslik radioaktiivne isotoop 180 W).

Tulevikus B. töötuba - jõgi. viinud füüsikud korduvalt vanade ideede kokkuvarisemiseni. Tehti kindlaks, et B. - jõgi. valitsevad täiesti uue iseloomuga jõud. Vaatamata pikale perioodile, mis on möödunud B.-r.-i avastamisest, ei ole B.-r.-i põhjustava interaktsiooni olemust täielikult uuritud. Seda interaktsiooni nimetati "nõrgaks", kuna. see on 10 12 korda nõrgem kui tuuma oma ja 10 9 korda nõrgem kui elektromagnetiline (ületab ainult gravitatsiooni vastastikmõju; vt Nõrgad interaktsioonid). Nõrk interaktsioon on omane kõikidele elementaarosakestele (vt elementaarosakesed) (välja arvatud footon). Möödus peaaegu pool sajandit, enne kui füüsikud avastasid, et B.-r. sümmeetria "parem" ja "vasak" vahel võib katkeda. See pariteedi mittesäilitamine on omistatud nõrkade interaktsioonide omadustele.

B. õpib – jõgi. Sellel oli ka teine ​​oluline aspekt. Tuuma eluiga võrreldes B.-r. ja β-osakeste spektri kuju sõltub tuuma sees paiknevatest olekutest, milles paiknevad algnukleon ja produktinukleon. Seetõttu avardas B.-r.-i uurimine lisaks teabele nõrkade interaktsioonide olemuse ja omaduste kohta oluliselt arusaamist aatomituumade ehitusest.

B. tõenäosus – jõgi. oleneb sisuliselt sellest, kui lähedased on alg- ja lõpptuumade nukleonide olekud üksteisele. Kui nukleoni olek ei muutu (nukleon näib jäävat samasse kohta), siis on tõenäosus maksimaalne ja vastavat algoleku üleminekut lõppolekusse nimetatakse lubatuks. Sellised üleminekud on iseloomulikud B. - jõele. kerged tuumad. Kerged tuumad sisaldavad peaaegu sama palju neutroneid ja prootoneid. Raskemates tuumades on rohkem neutroneid kui prootoneid. Erinevat tüüpi nukleonide olekud on üksteisest sisuliselt erinevad. See raskendab B. - jõgi; on üleminekuid, mille juures B. - jõgi. juhtub väikese tõenäosusega. Üleminekut takistab ka vajadus muuta tuuma spinni. Selliseid üleminekuid nimetatakse keelatud. Ülemineku iseloom mõjutab ka β-osakeste energiaspektri kuju.

Beeta-spektromeetri abil viiakse läbi eksperimentaalne uuring β-radioaktiivsete tuumade emiteeritud elektronide energiajaotuse kohta (beeta-spekter). β-spektrite näited on näidatud joonisel riis. üks ja riis. 2 .

Lit.: Alfa-, beeta- ja gamma-spektroskoopia, toim. K. Zigbana, tlk. inglise keelest, c. 4, M., 1969, Ch. 22-24; Eksperimentaalne tuumafüüsika, toim. E. Segre, tlk. inglise keelest, 3. kd, M., 1961.

E. M. Leikin.

Neutroni beetaspekter. Kineetika on kantud x-teljele. elektroni energia E in kev, y-teljel - elektronide arv N (E) suhtelistes ühikutes (vertikaalsed jooned näitavad antud energiaga elektronide mõõtmisvigade piire).

Suur Nõukogude entsüklopeedia. - M.: Nõukogude entsüklopeedia. 1969-1978 .

Vaadake, mis on "Beeta lagunemine" teistes sõnaraamatutes:

Beeta lagunemine, aatomituumade radioaktiivsed muundumised, rxx protsessis kiirgavad tuumad elektrone ja antineutriinosid (beeta-lagunemine) või positroneid ja neutriinosid (beeta + lagunemine). Väljumine B. p. elektronidel ja positronitel on ühine nimetus. beetaosakesed. Kell…… Suur entsüklopeediline polütehniline sõnaraamat

Kaasaegne entsüklopeedia

beeta lagunemine- (b lagunemine), radioaktiivsuse liik, mille käigus lagunev tuum kiirgab elektrone või positroneid. Elektroonilise beeta-lagunemise (b) korral muutub neutron (tuumasisene või vaba) prootoniks elektroni ja antineutriino emissiooniga (vt ... ... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat

beeta lagunemine- (β lagunemine) aatomituumade radioaktiivsed transformatsioonid, mille käigus tuumad kiirgavad elektrone ja antineutriinosid (β lagunemine) või positroneid ja neutriinosid (β+ lagunemine). Väljumine B. p. elektrone ja positroneid nimetatakse ühiselt beetaosakesteks (β osakesteks) ... Vene töökaitse entsüklopeedia

- (b lagunemine). neutroni n spontaansed (spontaansed) muundumised prootoniks p ja prootoni neutroniks aatomi sees. tuumad (nagu ka vaba neutroni muundumine prootoniks), millega kaasneb elektroni emissioon e-l või positronil e + ja elektronide antineutriinod ... ... Füüsiline entsüklopeedia

Neutroni spontaansed muundumised prootoniks ja prootoni neutroniks aatomituuma sees, samuti vaba neutroni muundumine prootoniks, millega kaasneb elektroni ehk positroni ja neutriino ehk antineutriino emissioon. topelt beeta lagunemine…… Tuumaenergia mõisted

- (vt beeta) aatomituuma radioaktiivne transformatsioon, mille käigus emiteeritakse elektron ja antineutriino või positroon ja neutriino; beetalagunemisel muutub aatomituuma elektrilaeng ühe võrra, massiarv ei muutu. Uus sõnastik...... Vene keele võõrsõnade sõnastik

beeta lagunemine- beetakiired, beeta-lagunemine, beetaosakesed. Esimene osa hääldatakse [beeta] ... Kaasaegse vene keele hääldus- ja stressiraskuste sõnastik

Olemas., Sünonüümide arv: 1 lagunemine (28) ASIS sünonüümide sõnastik. V.N. Trishin. 2013... Sünonüümide sõnastik

Beeta lagunemine, beeta lagunemine... Õigekirjasõnastik

BEETA LAGUNEMINE- (ß lagunemine) aatomituuma radioaktiivne transformatsioon (nõrk interaktsioon), mille käigus kiirguvad elektron ja antineutriino või positroon ja neutriino; aadressil B. r. aatomituuma elektrilaeng muutub ühe võrra, mass (vt) ei muutu ... Suur polütehniline entsüklopeedia

Raamatud

• Kiirguse ja aine probleemidest füüsikas. Olemasolevate teooriate kriitiline analüüs: kvantmehaanika metafüüsiline olemus ja kvantväljateooria illusoorsus. Alternatiiv - virvendavate osakeste mudel, Petrov Yu.I. , Raamat on pühendatud mõistete "laine" ja "osake" ühtsuse ja vastandumise probleemide analüüsile. Nendele probleemidele lahendust otsides, matemaatilised põhialused ... Kategooria: