Atomiytimien alfahajoamisessa massaluku. Mikä on alfahajoaminen ja beetahajoaminen? Beetahajoaminen, alfahajoaminen: kaavat ja reaktiot. Alfa-hajoamisen alaiset elementit

Nykyaikaisten kemiallisten käsitteiden mukaan alkuaine on atomityyppi, jolla on sama ydinvaraus, mikä näkyy elementin järjestysnumerossa D.I.:n taulukossa. Mendelejev. Isotoopit voivat erota neutronien lukumäärästä ja vastaavasti atomimassasta, mutta koska positiivisesti varautuneiden hiukkasten - protonien - määrä on sama, on tärkeää ymmärtää, että puhumme samasta elementistä.

Protonin massa on 1,0073 amu. (atomimassayksiköt) ja varaus +1. Sähkövarauksen yksikkö on elektronin varaus. Sähköisesti neutraalin neutronin massa on 1,0087 amu. Isotoopin nimeämiseksi on ilmoitettava sen atomimassa, joka on kaikkien protonien ja neutronien summa, sekä ytimen varaus (protonien lukumäärä tai vastaavasti sarjanumero). Atomimassa, jota kutsutaan myös nukleoninumeroksi tai nukleoniksi, kirjoitetaan yleensä elementtisymbolin vasempaan yläkulmaan ja sarjanumero vasempaan alakulmaan.

Samanlaista merkintää käytetään alkuainehiukkasille. Joten β-säteille, jotka ovat elektroneja ja joiden massa on mitätön, määrätään varaus -1 (alhaalla) ja massaluku 0 (ylhäällä). α-hiukkaset ovat positiivisia kaksinkertaisesti varautuneita heliumioneja, joten niitä on merkitty symbolilla "He", jonka ydinvaraus on 2 ja massaluku 4. Protonien suhteelliset massat p n ovat 1 ja niiden varaukset vastaavasti 1 ja 0.

Alkuaineiden isotoopeilla ei yleensä ole erillisiä nimiä. Ainoa poikkeus on vety: sen isotooppi, jonka massaluku on 1, on protium, 2 on deuterium ja 3 on tritium. Erikoisnimien käyttöönotto johtuu siitä, että vedyn isotoopit eroavat mahdollisimman paljon toisistaan ​​massaltaan.

Isotoopit: stabiileja ja radioaktiivisia

Isotoopit ovat pysyviä ja radioaktiivisia. Ensimmäiset eivät hajoa, joten ne säilyvät luonnossa alkuperäisessä muodossaan. Esimerkkejä stabiileista isotoopeista ovat happi, jonka atomimassa on 16, hiili, jonka atomimassa on 12, ja fluori, jonka atomimassa on 19. Useimmat luonnon alkuaineet ovat useiden stabiilien isotooppien seos.

Radioaktiivisen hajoamisen tyypit

Radioaktiiviset isotoopit, luonnolliset ja keinotekoiset, hajoavat spontaanisti α- tai β-hiukkasten päästöjen myötä muodostaen stabiilin isotoopin.

He puhuvat kolmen tyyppisistä spontaaneista ydinmuutoksista: α-hajoamisesta, β-hajoamisesta ja γ-hajoamisesta. α-hajoamisen aikana ydin lähettää α-hiukkasta, joka koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista, minkä seurauksena isotoopin massaluku pienenee 4:llä ja ytimen varaus pienenee 2:lla. Esimerkiksi radium hajoaa radoniksi ja heliumioniksi:

Ra(226, 88) → Rn(222, 86) + He(4, 2).

β-hajoamisen tapauksessa epävakaassa ytimessä oleva neutroni muuttuu protoniksi ja ydin lähettää β-hiukkasen ja antineutrinon. Isotoopin massaluku ei muutu, mutta ytimen varaus kasvaa yhdellä.

γ-hajoamisen aikana virittynyt ydin lähettää γ-säteilyä pienellä aallonpituudella. Tässä tapauksessa ytimen energia pienenee, mutta ytimen varaus ja massaluku pysyvät ennallaan.

1. YDINFYSIIKKA 1.4. β-hajoaminen

Beetahajoamisen tyypit ja ominaisuudet. Beetahajoamisen teorian elementit. Radioaktiiviset perheet

beetan hajoaminen ydin on prosessi, jossa epästabiili ydin muuttuu spontaanisti isobar-ytimeksi elektronin (positronin) emission tai elektronin sieppauksen seurauksena. Noin 900 beetaradioaktiivista ydintä tunnetaan. Näistä vain 20 on luonnollisia, loput saadaan keinotekoisesti.
Beetahajoamisen tyypit ja ominaisuudet

Niitä on kolme tyyppiä β - hajoaminen: elektroninen β – rappeutuminen, positron β + -hajoaminen ja elektronien sieppaus ( e-kaapata). Ensimmäinen on tärkein.

klo elektroninen β – - rappeutuminen yksi ytimen neutroneista muuttuu protoniksi elektronin ja elektronin antineutrinon emission avulla.

Esimerkkejä: vapaan neutronin hajoaminen

, T 1/2 = 11,7 min;

tritiumin hajoaminen

, T 1/2 = 12 vuotta vanha.

klo positroni β + - rappeutuminen yksi ytimen protoneista muuttuu neutroniksi positiivisesti varautuneen elektronin (positronin) ja elektronineutrinon emission avulla

. (1.41b)

Esimerkki

Suvujen esi-isien puoliintumisaikojen vertailusta Maan geologiseen elinikään (4,5 miljardia vuotta) voidaan nähdä, että lähes kaikki torium-232 on säilynyt maan aineessa, uraani-238 on hajonnut. noin puolet, uraani-235 - suurimmaksi osaksi neptunium-237 on käytännössä kaikki.

Raskaat ioniakut avaavat täysin uusia mahdollisuuksia eksoottisten ytimien ominaisuuksien tutkimiseen. Erityisesti ne mahdollistavat täysin ionisoitujen atomien - "paljaiden" ytimien - keräämisen ja käytön pitkään. Tämän seurauksena on mahdollista tutkia sellaisten atomiytimien ominaisuuksia, joilla ei ole elektronista ympäristöä ja joissa ei ole ulomman elektronikuoren Coulomb-ilmiötä atomiytimen kanssa.

Riisi. 3.2 Kaavio e-kaappauksesta isotoopissa (vasemmalla) ja täysin ionisoiduissa atomeissa ja (oikealla)

Atomin hajoaminen sitoutuneeseen tilaan havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1992. Täysin ionisoituneen atomin β-hajoaminen sitoutuneisiin atomitiloihin havaittiin. Atomiytimien N-Z-kaaviossa 163 Dy -ydin on merkitty mustalla. Tämä tarkoittaa, että se on vakaa ydin. Itse asiassa, koska se on osa neutraalia atomia, 163 Dy -ydin on vakaa. Sen perustila (5/2+) voidaan asuttaa e-kaappauksen tuloksena 163 Ho -ytimen perustilasta (7/2+). Elektronikuoren ympäröimä 163 Ho -ydin on β - -radioaktiivinen ja sen puoliintumisaika on ~10 4 vuotta. Tämä on kuitenkin totta vain, jos tarkastellaan elektronikuoren ympäröimää ydintä. Täysin ionisoituneiden atomien kohdalla kuva on pohjimmiltaan erilainen. Nyt 163 Dy -ytimen perustila osoittautuu energialtaan korkeammaksi kuin 163 Ho -ytimen perustila ja avautuu mahdollisuus 163 Dy:n hajoamiseen (kuva 3.2).

Hajoamisen seurauksena muodostunut elektroni voidaan siepata ionin vapaalle K- tai L-kuorelle. Tämän seurauksena vaimenemisella (3.8) on muoto

→ + e - + e (sidottussa tilassa).

β-hajoamisen energiat K- ja L-kuoriksi ovat vastaavasti (50,3±1) keV ja (1,7±1) keV. K- ja L-kuorten hajoamisen sidottuihin tiloihin ESR-varastorenkaassa havainnollistamiseksi GSI:hen kerättiin 108 täysin ionisoitunutta ydintä. Akkumulaatioajan aikana β + -hajoamisen seurauksena muodostui ytimiä (kuva 3.3).

Riisi. 3.3. Ionien kertymisen dynamiikka: a - ESR-varastorenkaaseen kertyneiden Dy 66+ -ionien virta kokeen eri vaiheissa, β - Dy 66+ ja Ho 67+ -ionien intensiteetit mitattuna ulkoisilla ja sisäisillä paikkaherkillä ilmaisimilla.

Koska Ho 66+ -ioneilla on käytännössä sama M/q-suhde kuin ensisijaisen säteen Dy 66+ -ioneilla, ne kerääntyvät samalle kiertoradalle. Keräysaika oli ~30 min. Dy 66+ -ytimen puoliintumisajan mittaamiseksi kiertoradalle kertynyt säde oli puhdistettava Ho 66+ -ionien sekoituksesta. Säteen puhdistamiseksi ioneista kammioon injektoitiin argonkaasusuihku, jonka tiheys oli 6·10 12 atom/cm 2 ja halkaisija 3 mm, joka ylitti kerääntyneen ionisäteen pystysuunnassa. Koska Ho 66+ -ionit vangisivat elektroneja, ne putosivat tasapainokiertoradalta. Sädettä puhdistettiin noin 500 s. Tämän jälkeen kaasusuihku tukkeutui ja Dy 66+ -ionit ja vasta muodostuneet (kaasusuihkun sammuttamisen jälkeen) Ho 66+ -ionit jatkoivat hajoamisen seurauksena kiertämistä renkaassa. Tämän vaiheen kesto vaihteli 10 minuutista 85 minuuttiin. Ho 66+:n havaitseminen ja tunnistaminen perustui siihen, että Ho 66+ voidaan edelleen ionisoida. Tätä varten viimeisessä vaiheessa kaasusuihku ruiskutettiin jälleen varastorenkaaseen. Viimeinen elektroni irrotettiin 163 Ho 66+ -ionista ja tuloksena saatiin 163 Ho 67+ -ioni. Kaasusuihkun lähellä sijaitsi paikkaherkkä ilmaisin, joka rekisteröi 163 Ho 67+ -ionia, jotka poistuivat säteestä. Kuvassa 3.4 esittää β-hajoamisen seurauksena muodostuneiden 163 Ho-ytimien lukumäärän riippuvuutta akkumulaatioajasta. Upote näyttää paikkaherkän ilmaisimen spatiaalisen resoluution.
Siten 163 Ho-ytimen kerääntyminen 163 Dy -säteeseen osoitti hajoamisen mahdollisuuden

→ + e - + e (sidottussa tilassa).

Riisi. 3.4. Tytärionien 163 Ho 66+ ja primaaristen 163 Dy 66+ suhde akkumulaatioajankohdan mukaan. Sisäpuolella näkyy sisäisen ilmaisimen tallentama 163 Ho 67+ huippu.

Vaihtelemalla aikaväliä säteen puhdistamisesta Ho 66+ -epäpuhtaudesta ja vasta muodostuneiden Ho 66+ -ionien havaitsemisajan välillä epäpuhtaussäteessä voidaan mitata täysin ionisoidun Dy 66+ -isotoopin puoliintumisaika. Siitä tuli ~0,1 vuotta.
Samanlainen hajoaminen havaittiin myös 187 Re 75+:lle. Saatu tulos on erittäin tärkeä astrofysiikalle. Tosiasia on, että neutraalien 187 Re-atomien puoliintumisaika on 4·10 10 vuotta, ja niitä käytetään radioaktiivisina kelloina. 187 Re 75+:n puoliintumisaika on vain 33 ± 2 vuotta. Siksi astrofysikaalisissa mittauksissa on tehtävä asianmukaiset korjaukset, koska tähdissä 187 Re on useimmiten ionisoituneessa tilassa.
Täysin ionisoituneiden atomien ominaisuuksien tutkiminen avaa uuden tutkimuslinjan sellaisten ytimien eksoottisiin ominaisuuksiin, joista puuttuu ulomman elektronikuoren Coulombin vaikutus.

Alfa- ja beetasäteilyä kutsutaan yleisesti radioaktiiviseksi hajoamiseksi. Tämä on prosessi, joka on emissio ytimestä ja tapahtuu valtavalla nopeudella. Tämän seurauksena atomi tai sen isotooppi voi muuttua kemiallisesta alkuaineesta toiseen. Ytimen alfa- ja beetahajoaminen ovat tyypillisiä epävakaille alkuaineille. Näitä ovat kaikki atomit, joiden varausluku on suurempi kuin 83 ja massaluku suurempi kuin 209.

Reaktioolosuhteet

Hajoaminen, kuten muutkin radioaktiiviset muutokset, on luonnollista ja keinotekoista. Jälkimmäinen johtuu jonkin vieraan hiukkasen pääsystä ytimeen. Se, kuinka paljon alfa- ja beetahajoamista atomi voi läpikäydä, riippuu vain siitä, kuinka pian vakaa tila saavutetaan.

Luonnollisissa olosuhteissa tapahtuu alfa- ja beeta-miinushajoamista.

Keinotekoisissa olosuhteissa esiintyy neutroneja, positroneita, protoneja ja muita harvinaisempia ytimien hajoamisia ja muunnoksia.

Nämä nimet ovat antaneet radioaktiivista säteilyä tutkineet.

Ero vakaan ja epävakaan ytimen välillä

Kyky hajota riippuu suoraan atomin tilasta. Niin sanottu "stabiili" eli ei-radioaktiivinen ydin on ominaista hajoamattomille atomeille. Teoriassa tällaisia ​​elementtejä voidaan tarkkailla loputtomiin, jotta voidaan lopulta vakuuttua niiden stabiilisuudesta. Tämä on tarpeen tällaisten ytimien erottamiseksi epästabiileista ytimistä, joilla on erittäin pitkä puoliintumisaika.

Virheellisesti tällainen "hidastettu" atomi voidaan sekoittaa vakaaksi. Kuitenkin telluuri ja tarkemmin sanottuna sen isotooppinumero 128, jonka ikä on 2,2·10 24 vuotta, voi olla silmiinpistävä esimerkki. Tämä tapaus ei ole yksittäinen. Lantaani-138:n puoliintumisaika on 10 11 vuotta. Tämä ajanjakso on kolmekymmentä kertaa olemassa olevan universumin ikä.

Radioaktiivisen hajoamisen ydin

Tämä prosessi on satunnainen. Jokainen hajoava radionuklidi saavuttaa nopeuden, joka on vakio jokaisessa tapauksessa. Hajoamisnopeus ei voi muuttua ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta. Sillä ei ole väliä, tapahtuuko reaktio valtavan gravitaatiovoiman vaikutuksesta absoluuttisessa nollapisteessä, sähkö- ja magneettikentässä, minkä tahansa kemiallisen reaktion aikana ja niin edelleen. Prosessiin voidaan vaikuttaa vain suoralla vaikutuksella atomiytimen sisäosaan, mikä on käytännössä mahdotonta. Reaktio on spontaani ja riippuu vain atomista, jossa se etenee, ja sen sisäisestä tilasta.

Radioaktiivisista hajoamisista puhuttaessa käytetään usein termiä "radionuklidi". Niiden, jotka eivät tunne sitä, tulisi tietää, että tämä sana viittaa atomiryhmään, jolla on radioaktiivisia ominaisuuksia, oma massaluku, atomiluku ja energiatila.

Erilaisia ​​radionuklideja käytetään teknisillä, tieteellisillä ja muilla ihmiselämän aloilla. Esimerkiksi lääketieteessä näitä elementtejä käytetään sairauksien diagnosoinnissa, lääkkeiden, työkalujen ja muiden esineiden käsittelyssä. On jopa useita terapeuttisia ja prognostisia radioaktiivisia valmisteita.

Yhtä tärkeää on isotoopin määrittäminen. Tämä sana viittaa tietyntyyppisiin atomeihin. Niillä on sama atominumero kuin tavallisella alkuaineella, mutta eri massaluku. Tämä ero johtuu neutronien määrästä, jotka eivät vaikuta varaukseen, kuten protonit ja elektronit, mutta muuttavat niiden massaa. Esimerkiksi yksinkertaisessa vedyssä niitä on peräti 3. Tämä on ainoa alkuaine, jonka isotoopeille on annettu nimet: deuterium, tritium (ainoa radioaktiivinen) ja protium. Muissa tapauksissa nimet annetaan atomimassan ja pääalkuaineen mukaan.

Alfa hajoaminen

Tämä on eräänlainen radioaktiivinen reaktio. Se on tyypillistä luonnollisille alkuaineille kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän kuudennen ja seitsemännen jakson aikana. Erityisesti keinotekoisille tai transuraanielementeille.

Alfa-hajoamisen alaiset elementit

Metalleille, joille tämä hajoaminen on tunnusomaista, kuuluvat torium, uraani ja muut kuudennen ja seitsemännen jakson alkuaineet kemiallisten alkuaineiden jaksollisesta taulukosta vismutista laskettuna. Myös raskaiden alkuaineiden isotoopit alistetaan prosessiin.

Mitä tapahtuu reaktion aikana?

Alfahajoamisessa ytimestä vapautuu hiukkasia, jotka koostuvat kahdesta protonista ja kahdesta neutroniparista. Itse säteilevä hiukkanen on heliumatomin ydin, jonka massa on 4 yksikköä ja varaus +2.

Tämän seurauksena näkyviin tulee uusi elementti, joka sijaitsee kaksi solua alkuperäisen vasemmalla puolella jaksollisessa taulukossa. Tämän järjestelyn määrää se tosiasia, että alkuperäinen atomi on menettänyt 2 protonia ja sen mukana - alkuvarauksen. Tuloksena saadun isotoopin massa pienenee 4 massayksikköä verrattuna alkutilaan.

Esimerkkejä

Tämän hajoamisen aikana uraanista muodostuu toriumia. Toriumista tulee radiumia, radonia, joka lopulta antaa poloniumia, ja lopulta lyijyä. Tässä prosessissa muodostuu näiden alkuaineiden isotoopit, eivät ne itse. Joten käy ilmi, että uraani-238, torium-234, radium-230, radon-236 ja niin edelleen, vakaan elementin ilmestymiseen asti. Tällaisen reaktion kaava on seuraava:

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

Eristetyn alfahiukkasen nopeus päästöhetkellä on 12 000 - 20 000 km/s. Tyhjiössä tällainen hiukkanen kiertäisi maapallon 2 sekunnissa ja liikkuisi päiväntasaajaa pitkin.

beetan hajoaminen

Ero tämän hiukkasen ja elektronin välillä on esiintymispaikassa. Beetahajoaminen tapahtuu atomin ytimessä, ei sitä ympäröivässä elektronikuoressa. Yleisin kaikista olemassa olevista radioaktiivisista muutoksista. Se voidaan havaita lähes kaikissa tällä hetkellä olemassa olevissa kemiallisissa alkuaineissa. Tästä seuraa, että jokaisessa alkuaineessa on vähintään yksi isotooppi, joka on alttiina hajoamiselle. Useimmissa tapauksissa beeta-hajoaminen johtaa beeta-miinus-hajoamiseen.

Reaktion edistyminen

Tässä prosessissa ytimestä irtoaa elektroni, joka on syntynyt neutronin spontaanin muuttumisen seurauksena elektroniksi ja protoniksi. Tässä tapauksessa suuremman massan vuoksi protonit jäävät ytimeen, ja elektroni, jota kutsutaan beeta-miinushiukkaseksi, poistuu atomista. Ja koska protoneja on enemmän yksikköä kohden, itse elementin ydin muuttuu ylöspäin ja sijaitsee jaksollisessa taulukossa alkuperäisen oikealla puolella.

Esimerkkejä

Beetan hajoaminen kalium-40:llä muuttaa sen kalsiumin isotoopiksi, joka sijaitsee oikealla. Radioaktiivisesta kalsium-47:stä tulee skandium-47, joka voi muuttua vakaaksi titaani-47:ksi. Miltä tämä beta-hajoaminen näyttää? Kaava:

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

Beetahiukkasen pakonopeus on 0,9 kertaa valon nopeus, joka on 270 000 km/s.

Luonnossa ei ole liikaa beeta-aktiivisia nuklideja. Merkittäviä on hyvin vähän. Esimerkki on kalium-40, joka on vain 119/10 000 luonnollisessa seoksessa. Merkittäviä luonnollisia beeta-miinusaktiivisia radionuklideja ovat myös uraanin ja toriumin alfa- ja beetahajoamistuotteet.

Beetan hajoamisesta on tyypillinen esimerkki: torium-234, joka alfahajoamisessa muuttuu protaktinium-234:ksi ja muuttuu sitten samalla tavalla uraaniksi, mutta sen toinen isotooppi numero 234. Tästä uraani-234:stä tulee taas alfahajoamisen vuoksi torium. , mutta erilainen se. Tämä torium-230 muuttuu sitten radium-226:ksi, joka muuttuu radoniksi. Ja samassa järjestyksessä talliumiin asti, vain eri beeta-siirtymillä takaisin. Tämä radioaktiivinen beetahajoaminen päättyy vakaan lyijy-206:n muodostumiseen. Tällä muunnolla on seuraava kaava:

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

Luonnollisia ja merkittäviä beeta-aktiivisia radionuklideja ovat K-40 ja alkuaineet talliumista uraaniin.

Beta plus hajoaminen

Mukana on myös beta plus -muunnos. Sitä kutsutaan myös positronibeetan hajoamiseksi. Se lähettää ytimestä hiukkasen, jota kutsutaan positroniksi. Tuloksena on alkuperäisen elementin muunnos vasemmalla olevaksi elementiksi, jonka numero on pienempi.

Esimerkki

Kun elektronien beeta-hajoaminen tapahtuu, magnesium-23:sta tulee vakaa natriumin isotooppi. Radioaktiivisesta europium-150:stä tulee samarium-150.

Tuloksena oleva beeta-hajoamisreaktio voi aiheuttaa beeta+- ja beeta-päästöjä. Hiukkasten pakonopeus molemmissa tapauksissa on 0,9 valon nopeudesta.

Muut radioaktiiviset hajoamiset

Tällaisten reaktioiden, kuten alfahajoaminen ja beetahajoaminen, joiden kaava tunnetaan laajalti, lisäksi on muitakin keinotekoisille radionuklideille harvinaisempia ja tyypillisempiä prosesseja.

neutronien hajoaminen. Säteilee 1 massayksikön neutraali hiukkanen. Sen aikana yksi isotooppi muuttuu toiseksi, jolla on pienempi massaluku. Esimerkkinä voisi olla litium-9:n muuntaminen litium-8:ksi, helium-5:n muuntaminen helium-4:ksi.

Kun jodi-127:n vakaa isotooppi säteilytetään gammasäteillä, siitä tulee isotooppi numero 126 ja se saa radioaktiivisuuden.

protonien hajoaminen. Se on erittäin harvinainen. Sen aikana säteilee protoni, jonka varaus on +1 ja 1 massayksikkö. Atomipaino pienenee yhdellä arvolla.

Kaikkeen radioaktiiviseen muutokseen, erityisesti radioaktiiviseen hajoamiseen, liittyy energian vapautuminen gammasäteilyn muodossa. He kutsuvat sitä gammasäteiksi. Joissakin tapauksissa havaitaan pienemmän energian röntgensäteitä.

Se on gamma-kvanttien virta. Se on sähkömagneettista säteilyä, kovempaa kuin röntgensäde, jota käytetään lääketieteessä. Tämän seurauksena gamma-kvantteja ilmaantuu tai energia virtaa atomin ytimestä. Röntgensäteily on myös sähkömagneettista, mutta se syntyy atomin elektronikuorista.

Alfa-hiukkasalue

Alfahiukkaset, joiden massa on 4 atomiyksikköä ja joiden varaus on +2, liikkuvat suorassa linjassa. Tämän vuoksi voimme puhua alfa-hiukkasten valikoimasta.

Juoksun arvo riippuu alkuenergiasta ja vaihtelee välillä 3-7 (joskus 13) cm ilmassa. Tiheässä väliaineessa se on millimetrin sadasosa. Tällainen säteily ei voi läpäistä paperiarkkia ja ihmisen ihoa.

Oman massansa ja varauslukunsa ansiosta alfahiukkasella on suurin ionisoiva voima ja se tuhoaa kaiken, mitä tiellä on. Tässä suhteessa alfaradionuklidit ovat vaarallisimpia ihmisille ja eläimille altistuessaan keholle.

Beetahiukkasten tunkeutumiskyky

Pienen massaluvun, joka on 1836 kertaa pienempi kuin protoni, negatiivisesta varauksesta ja koosta johtuen beetasäteilyllä on heikko vaikutus aineeseen, jonka läpi se lentää, mutta lisäksi lento on pidempi. Myöskään hiukkasen reitti ei ole suora. Tässä suhteessa he puhuvat tunkeutumiskyvystä, joka riippuu vastaanotetusta energiasta.

Ilmassa radioaktiivisen hajoamisen aikana syntyneiden beetahiukkasten tunkeutumiskyky on 2,3 m, nesteissä ne lasketaan senttimetreinä ja kiinteissä aineissa - senttimetrin osissa. Ihmiskehon kudokset välittävät säteilyä 1,2 cm:n syvyyteen. Suojaamiseksi beetasäteilyltä voi toimia yksinkertainen, jopa 10 cm:n vesikerros Hiukkasten virtaus, jolla on riittävän korkea 10 MeV hajoamisenergia, absorboituu melkein kokonaan sellaisiin kerroksiin: ilma - 4 m; alumiini - 2,2 cm; rauta - 7,55 mm; lyijy - 5,2 mm.

Pienen kokonsa vuoksi beetasäteilyn hiukkasilla on alhainen ionisoiva teho alfa-hiukkasiin verrattuna. Nieltynä ne ovat kuitenkin paljon vaarallisempia kuin ulkoisen altistuksen aikana.

Kaikista säteilytyypeistä paras läpäisykyky on tällä hetkellä neutroni ja gamma. Näiden säteilyn kantama ilmassa saavuttaa joskus kymmeniä ja satoja metrejä, mutta alhaisemmilla ionisaatioindeksillä.

Useimmat gammasäteilyn isotoopit eivät ylitä energiaa 1,3 MeV. Harvoin saavutetaan arvot 6,7 MeV. Tässä suhteessa suojaamiseksi tällaiselta säteilyltä vaimennustekijänä käytetään teräs-, betoni- ja lyijykerroksia.

Esimerkiksi koboltti-gammasäteilyn vaimentamiseen kymmenkertaiseksi tarvitaan noin 5 cm paksu lyijysuoja, 100-kertaiseen vaimennukseen tarvitaan 9,5 cm Betonin suojaus on 33 ja 55 cm ja vesi - 70 ja 115 cm .

Neutronien ionisointikyky riippuu niiden energiatehokkuudesta.

Missä tahansa tilanteessa paras tapa suojautua säteilyltä on pysyä mahdollisimman kaukana lähteestä ja viettää mahdollisimman vähän aikaa korkean säteilyn alueella.

atomifissio

Atomilla tarkoitetaan spontaania tai neutronien vaikutuksen alaista kahteen, suunnilleen samankokoiseen osaan.

Näistä kahdesta osasta tulee alkuaineiden radioaktiivisia isotooppeja kemiallisten alkuaineiden taulukon pääosasta. Aloita kuparista lantanideihin.

Vapautumisen aikana pari ylimääräistä neutronia karkaa ja gamma-kvanttien muodossa on ylimääräistä energiaa, joka on paljon suurempi kuin radioaktiivisen hajoamisen aikana. Joten yhdessä radioaktiivisen hajoamisen yhteydessä ilmestyy yksi gamma-kvantti ja fission aikana 8,10 gamma-kvanttia. Myös hajallaan olevilla fragmenteilla on suuri kineettinen energia, joka muuttuu lämpöindikaattoreiksi.

Vapautuneet neutronit pystyvät provosoimaan samankaltaisten ytimien parin erottamisen, jos ne sijaitsevat lähellä ja neutronit osuvat niihin.

Tältä osin on mahdollista haaroittuva, kiihtyvä ketjureaktio atomiytimien erottamisessa ja suuren energiamäärän luomisessa.

Kun tällainen ketjureaktio on hallinnassa, sitä voidaan käyttää tiettyihin tarkoituksiin. Esimerkiksi lämmitykseen tai sähköön. Tällaisia ​​prosesseja suoritetaan ydinvoimalaitoksissa ja reaktoreissa.

Jos menetät reaktion hallinnan, tapahtuu atomiräjähdys. Samanlaista käytetään ydinaseissa.

Luonnollisissa olosuhteissa on vain yksi alkuaine - uraani, jolla on vain yksi halkeamiskykyinen isotooppi numerolla 235. Se on ase.

Tavallisessa uraaniydinreaktorissa uraani-238:sta neutronien vaikutuksesta ne muodostavat uuden isotoopin numerolla 239 ja siitä plutoniumin, joka on keinotekoista eikä esiinny luonnossa. Tässä tapauksessa tuloksena olevaa plutonium-239:ää käytetään asetarkoituksiin. Tämä atomiytimien fissioprosessi on kaikkien atomiaseiden ja -energian ydin.

Sellaiset ilmiöt kuin alfahajoaminen ja beetahajoaminen, joiden kaavaa tutkitaan koulussa, ovat aikamme yleisiä. Näiden reaktioiden ansiosta on olemassa ydinvoimaloita ja monia muita ydinfysiikkaan perustuvia aloja. Älä kuitenkaan unohda monien näiden alkuaineiden radioaktiivisuutta. Niiden kanssa työskennellessä vaaditaan erityistä suojausta ja kaikkien varotoimenpiteiden noudattamista. Muuten se voi johtaa korjaamattomaan katastrofiin.

beetan hajoaminen

β-hajoaminen, atomiytimen radioaktiivinen hajoaminen, johon liittyy elektronin tai positronin poistuminen ytimestä. Tämä prosessi johtuu ytimen yhden nukleonin spontaanista muuttumisesta toisenlaiseksi nukleoniksi, nimittäin: joko neutronin (n) muuttumisesta protoniksi (p) tai protonin muuttumisesta neutroniksi. Ensimmäisessä tapauksessa elektroni (e -) lentää ulos ytimestä - tapahtuu ns. β-hajoaminen. Toisessa tapauksessa positroni (e +) lentää ulos ytimestä - tapahtuu β + hajoamista. Lähtö osoitteesta B.-r. elektroneja ja positroneja kutsutaan yhteisesti beetahiukkasiksi. Nukleonien keskinäisiä muunnoksia seuraa toisen hiukkasen - neutrinon ( ν ) β+-hajoamisen tai antineutrino A:n tapauksessa ytimessä olevien nukleonien kokonaismäärä ei muutu, ja ytimen tuote on alkuperäisen ytimen isobaari, joka seisoo sen vieressä oikealla jaksollisessa järjestelmässä. elementeistä. Päinvastoin, β + -hajoamisen aikana protonien määrä vähenee yhdellä ja neutronien määrä kasvaa yhdellä, ja muodostuu isobaari, joka seisoo alkuperäisen ytimen vasemmalla puolella. Symbolisesti molemmat prosessit B.-r. on kirjoitettu seuraavassa muodossa:

missä -Z neutronit.

Yksinkertaisin esimerkki (β - -hajoaminen on vapaan neutronin muuttuminen protoniksi elektronin ja antineutrinon emission avulla (neutronin puoliintumisaika ≈ 13 min):

Monimutkaisempi esimerkki (β - hajoaminen - vedyn - tritiumin raskaan isotoopin hajoaminen, joka koostuu kahdesta neutronista (n) ja yhdestä protonista (p):

On selvää, että tämä prosessi pelkistyy sidotun (ydin)neutronin β-hajoamiseen. Tässä tapauksessa β-radioaktiivinen tritiumydin muuttuu jaksollisen taulukon seuraavan alkuaineen ytimeksi - kevyen heliumisotoopin 3 2 He ytimeksi.

Esimerkki β + -hajoamisesta on hiili-isotoopin 11 C hajoaminen seuraavan kaavion mukaisesti:

Protonin muuttuminen neutroniksi ytimen sisällä voi tapahtua myös seurauksena, kun protoni sieppaa yhden elektronin atomin elektronikuoresta. Useimmiten tapahtuu elektronien sieppaus

B.-r. havaitaan sekä luonnollisesti radioaktiivisissa että keinotekoisesti radioaktiivisissa isotoopeissa. Jotta ydin olisi epästabiili jonkin β-transformaatiotyypin suhteen (eli se voisi käydä läpi B.-r.:n), on reaktioyhtälön vasemmalla puolella olevien hiukkasten massojen summa. on oltava suurempi kuin muunnostuotteiden massojen summa. Siksi B. - joessa. energiaa vapautuu. B:n energia - joki. Eβ voidaan laskea tästä massaerosta käyttämällä relaatiota E = mc2, missä kanssa - valon nopeus tyhjiössä. β-hajoamisen tapauksessa

missä M - neutraalien atomien massat. β+-hajoamisen tapauksessa neutraali atomi menettää yhden kuoressaan olevista elektroneista, B.-r:n energian. on yhtä suuri kuin:

missä minä- elektronin massa.

B:n energia - joki. jakautuvat kolmeen hiukkaseen: elektroni (tai positroni), antineutrino (tai neutrino) ja ydin; jokainen valohiukkasista voi kuljettaa pois lähes minkä tahansa energian välillä 0 - E β, eli niiden energiaspektrit ovat jatkuvia. Vain K-kaappauksessa neutrino kuljettaa aina saman energian pois.

Joten β - -hajoamisessa alkuatomin massa ylittää lopullisen atomin massan, ja β + -hajoamisessa tämä ylimäärä on vähintään kaksi elektronimassaa.

B:n tutkimus - joki. ydin on toistuvasti esittänyt tutkijoille odottamattomia mysteereitä. Radioaktiivisuuden löytämisen jälkeen B:n ilmiö - joki. on pitkään pidetty argumentina elektronien läsnäolon puolesta atomiytimissä; tämä oletus osoittautui selväksi ristiriidoksi kvanttimekaniikan kanssa (katso atomiydin). Sitten B.-r.:n aikana säteilevien elektronien energian epäjohdonmukaisuus aiheutti jopa epäuskoa energian säilymisen lakiin joidenkin fyysikkojen keskuudessa, koska. tiedettiin, että ytimet tiloissa, joilla on hyvin määritelty energia, osallistuvat tähän muutokseen. Ytimestä pakenevien elektronien maksimienergia on täsmälleen yhtä suuri kuin alku- ja loppuytimen energioiden välinen ero. Mutta tässä tapauksessa ei ollut selvää, mihin energia katoaa, jos emittoidut elektronit kuljettavat vähemmän energiaa. Saksalaisen tiedemiehen W. Paulin oletus uuden hiukkasen - neutriinon - olemassaolosta ei pelastanut vain energian säilymislakia, vaan myös toisen tärkeän fysiikan lain - liikemäärän säilymislain. Koska neutronin ja protonin spinit (eli oikeat momentit) ovat 1/2, niin spinin säilyttämiseksi B.-r:n oikealla puolella. voi olla vain pariton määrä hiukkasia, joiden spin on 1/2. Erityisesti vapaan neutronin n → p + e - + ν β - hajoamisen tapauksessa vain antineutrinon ilmaantuminen sulkee pois liikemäärän säilymislain rikkomisen.

B.-r. esiintyy jaksollisen järjestelmän kaikkien osien elementeissä. Taipumus β-transformaatioon johtuu siitä, että useissa isotoopeissa on ylimäärä neutroneja tai protoneja verrattuna enimmäisstabiilisuutta vastaavaan määrään. Siten taipumus β + -hajoamiseen tai K-kaappaukseen on ominaista neutronivajaisille isotoopeille ja taipumus β -hajoamiseen on ominaista neutroneja sisältäville isotoopeille. Kaikista jaksollisen järjestelmän alkuaineista tunnetaan noin 1500 β-radioaktiivista isotooppia, paitsi raskaimpia (Z ≥ 102).

B:n energia - joki. tällä hetkellä tunnetut isotoopit vaihtelevat

puoliintumisajat ovat laajalla alueella 1,3 10 -2 sek(12 N) - Beta-hajoaminen 2 10 13 vuotta (luonnollinen radioaktiivinen isotooppi 180 W).

Tulevaisuudessa B:n työhuone - joki. toistuvasti johti fyysikot vanhojen ideoiden romahtamiseen. Todettiin, että B. - joki. täysin uudenlaiset voimat hallitsevat. Huolimatta pitkästä ajanjaksosta, joka on kulunut B.-r:n löytämisestä, B.-r:n aiheuttavan vuorovaikutuksen luonnetta ei ole täysin tutkittu. Tätä vuorovaikutusta kutsuttiin "heikoksi", koska. se on 10 12 kertaa heikompi kuin ydinvoima ja 10 9 kertaa heikompi kuin sähkömagneettinen (se ylittää vain gravitaatiovuorovaikutuksen; katso Heikko vuorovaikutus). Heikko vuorovaikutus on luontainen kaikille alkuainehiukkasille (katso alkuainehiukkaset) (paitsi fotoni). Melkein puoli vuosisataa kului ennen kuin fyysikot havaitsivat, että B.-r. "oikean" ja "vasemman" välinen symmetria voidaan rikkoa. Tämän pariteetin säilymättömyyden on katsottu johtuvan heikkojen vuorovaikutusten ominaisuuksista.

B. opiskelee - joki. Siinä oli myös toinen tärkeä näkökohta. Ytimen elinikä suhteessa B.-r. ja p-hiukkasten spektrin muoto riippuu tiloista, joissa alkunukleoni ja tuotenukleoni sijaitsevat ytimen sisällä. Siksi B.-r.:n tutkiminen heikkojen vuorovaikutusten luonteesta ja ominaisuuksista saatujen tietojen lisäksi laajensi merkittävästi ymmärrystä atomiytimien rakenteesta.

B:n todennäköisyys - joki. riippuu olennaisesti siitä, kuinka lähellä nukleonien tilat alku- ja loppuytimissä ovat toisilleen. Jos nukleonin tila ei muutu (nukleoni näyttää pysyvän samassa paikassa), niin todennäköisyys on suurin ja sitä vastaavaa alkutilan siirtymää lopulliseen kutsutaan sallituksi. Tällaiset siirtymät ovat ominaisia ​​B. - joelle. kevyet ytimet. Kevyet ytimet sisältävät lähes saman määrän neutroneja ja protoneja. Raskaammissa ytimissä on enemmän neutroneja kuin protoneja. Erityyppisten nukleonien tilat eroavat olennaisesti toisistaan. Se vaikeuttaa B. - joki; on siirtymiä, joissa B. - joki. tapahtuu pienellä todennäköisyydellä. Siirtymää vaikeuttaa myös tarve muuttaa ytimen spiniä. Tällaisia ​​siirtymiä kutsutaan kiellettyiksi. Siirtymän luonne vaikuttaa myös β-hiukkasten energiaspektrin muotoon.

Beeta-spektrometrillä suoritetaan kokeellinen tutkimus β-radioaktiivisten ytimien emittoimien elektronien energiajakaumasta (beetaspektri). Esimerkkejä β-spektreistä on esitetty kohdassa riisi. yksi ja riisi. 2 .

Lit.: Alfa-, beeta- ja gammaspektroskopia, toim. K. Zigbana, käänn. englannista, c. 4, M., 1969, Ch. 22-24; Experimental Nuclear Physics, toim. E. Segre, käänn. englannista, osa 3, M., 1961.

E. M. Leikin.

Neutronin beetaspektri. Kinetiikka piirretään x-akselille. elektronin energia E in kev, y-akselilla - elektronien lukumäärä N (E) suhteellisissa yksiköissä (pystyviivat osoittavat tietyn energian elektronien mittausvirheiden rajat).

Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1969-1978 .

Katso, mitä "Beta decay" on muissa sanakirjoissa:

Beetahajoaminen, atomiytimien radioaktiiviset muunnokset, rxx:n prosessissa ytimet lähettävät elektroneja ja antineutriinoja (beetahajoaminen) tai positroneita ja neutriinoja (beta + hajoaminen). Lähtö klo B. p. elektroneilla ja positroneilla on yhteinen nimi. beeta-hiukkasia. Klo…… Suuri tietosanakirja ammattikorkeakoulun sanakirja

Nykyaikainen tietosanakirja

beetan hajoaminen- (b-hajoaminen), radioaktiivisuuden tyyppi, jossa hajoava ydin lähettää elektroneja tai positroneja. Elektronisessa beeta-hajoamisessa (b) neutroni (ydinsisäinen tai vapaa) muuttuu protoniksi elektronin ja antineutrinon emission avulla (katso ... ... Kuvitettu tietosanakirja

beetan hajoaminen- (β-hajoaminen) atomiytimien radioaktiiviset muunnokset, joiden aikana ytimet lähettävät elektroneja ja antineutriinoja (β-hajoaminen) tai positroneja ja neutriinoja (β+-hajoaminen). Lähtö klo B. p. elektroneja ja positroneja kutsutaan yhteisesti beeta-hiukkasiksi (β-hiukkasiksi) ... Venäjän työsuojelun tietosanakirja

- (b hajoaminen). neutronin n spontaanit (spontaanit) muunnokset protoniksi p ja protonin neutroniksi atomin sisällä. ytimet (sekä vapaan neutronin muuttuminen protoniksi), johon liittyy elektronin emissio e:llä tai positronilla e + ja elektronien antineutriinot ... ... Fyysinen tietosanakirja

Neutronin spontaanit muunnokset protoniksi ja protonin neutroniksi atomiytimen sisällä sekä vapaan neutronin muuntuminen protoniksi, johon liittyy elektronin tai positroni ja neutrinon tai antineutrinon emissio. tupla-beetan hajoaminen…… Ydinvoiman termit

- (katso beeta) atomiytimen radioaktiivinen muunnos, jossa emittoidaan elektroni ja antineutrino tai positroni ja neutrino; beetahajoamisessa atomiytimen sähkövaraus muuttuu yhdellä, massaluku ei muutu. Uusi sanakirja...... Venäjän kielen vieraiden sanojen sanakirja

beetan hajoaminen- beeta-säteet, beetahajoaminen, beetahiukkaset. Ensimmäinen osa lausutaan [beta] ... Nykyaikaisen venäjän ääntämis- ja stressivaikeuksien sanakirja

Exist., Synonyymien lukumäärä: 1 hajoaminen (28) ASIS Synonyymisanakirja. V.N. Trishin. 2013... Synonyymien sanakirja

Beetahajoaminen, beetahajoaminen... Oikeinkirjoitussanakirja

BETA-HAJOAMINEN- (ß-hajoaminen) atomiytimen radioaktiivinen muunnos (heikko vuorovaikutus), jossa emittoidaan elektroni ja antineutrino tai positroni ja neutrino; osoitteessa B. r. atomiytimen sähkövaraus muuttuu yhdellä, massa (katso) ei muutu ... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

Kirjat

• Fysiikan säteilyn ja aineen ongelmista. Olemassa olevien teorioiden kriittinen analyysi: kvanttimekaniikan metafyysinen luonne ja kvanttikenttäteorian illusorinen luonne. Vaihtoehto - malli välkkyvistä hiukkasista, Petrov Yu.I. , Kirja on omistettu "aallon" ja "hiukkasen" käsitteiden yhtenäisyyden ja vastakohtaisuuden ongelmien analysointiin. Etsiessään ratkaisua näihin ongelmiin, matemaattiset perusteet... Kategoria: