Atomu kodolu alfa sabrukšanas gadījumā masas skaitlis. Kas ir alfa sabrukšana un beta sabrukšana? Beta sabrukšana, alfa sabrukšana: formulas un reakcijas. Elementi, kas pakļauti alfa sabrukšanai

Saskaņā ar mūsdienu ķīmiskajiem jēdzieniem elements ir atomu veids ar vienādu kodollādiņu, kas ir atspoguļots elementa kārtas numurā D.I. tabulā. Mendeļejevs. Izotopi var atšķirties pēc neitronu skaita un attiecīgi arī pēc atomu masas, taču, tā kā pozitīvi lādēto daļiņu – protonu – skaits ir vienāds, ir svarīgi saprast, ka runa ir par vienu un to pašu elementu.

Protona masa ir 1,0073 amu. (atommasas vienības) un lādiņš +1. Elektriskā lādiņa mērvienība ir elektrona lādiņš. Elektriski neitrāla neitrona masa ir 1,0087 amu. Lai apzīmētu izotopu, ir jānorāda tā atommasa, kas ir visu protonu un neitronu summa, un kodola lādiņš (protonu skaits vai, līdzvērtīgi, sērijas numurs). Atomu masu, ko sauc arī par nukleona numuru vai nukleonu, parasti raksta elementa simbola augšējā kreisajā stūrī, bet sērijas numuru - apakšējā kreisajā pusē.

Līdzīgu apzīmējumu izmanto elementārdaļiņām. Tātad β-stariem, kas ir elektroni un kuriem ir niecīga masa, tiek piešķirts lādiņš -1 (apakšā) un masas skaitlis 0 (augšpusē). α-daļiņas ir pozitīvi divkārši lādēti hēlija joni, tāpēc tās apzīmē ar simbolu "He" ar kodola lādiņu 2 un masas skaitli 4. Relatīvās protonu masas p n tiek pieņemtas kā 1, un to lādiņi ir attiecīgi 1 un 0.

Elementu izotopiem parasti nav atsevišķu nosaukumu. Vienīgais izņēmums ir ūdeņradis: tā izotops ar masas skaitli 1 ir protijs, 2 ir deitērijs un 3 ir tritijs. Īpašu nosaukumu ieviešana ir saistīta ar to, ka ūdeņraža izotopi pēc iespējas vairāk atšķiras viens no otra pēc masas.

Izotopi: stabili un radioaktīvi

Izotopi ir stabili un radioaktīvi. Pirmie nesadalās, tāpēc dabā tiek saglabāti sākotnējā formā. Stabilu izotopu piemēri ir skābeklis ar atomu masu 16, ogleklis ar atomu masu 12 un fluors ar atomu masu 19. Lielākā daļa dabisko elementu ir vairāku stabilu izotopu maisījums.

Radioaktīvās sabrukšanas veidi

Radioaktīvie izotopi, dabiskie un mākslīgie, spontāni sadalās, izdalot α- vai β-daļiņas, veidojot stabilu izotopu.

Viņi runā par trīs veidu spontānām kodolpārvērtībām: α-sabrukšanu, β-sabrukšanu un γ-sabrukšanu. α-sabrukšanas laikā kodols izstaro α-daļiņu, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem, kā rezultātā izotopa masas skaitlis samazinās par 4, bet kodola lādiņš samazinās par 2. Piemēram, rādijs sadalās radonā un hēlija jonos:

Ra(226, 88) → Rn(222, 86)+He(4, 2).

β-sabrukšanas gadījumā neitrons nestabilā kodolā pārvēršas par protonu, un kodols izstaro β-daļiņu un antineitrīnu. Izotopa masas skaitlis nemainās, bet kodola lādiņš palielinās par 1.

γ sabrukšanas laikā ierosinātais kodols izstaro γ starojumu ar nelielu viļņa garumu. Kodola enerģija samazinās, bet kodola lādiņš un masas skaitlis paliek nemainīgi.

1. KODOLEKĻA FIZIKA 1.4. β-sabrukšana

Beta sabrukšanas veidi un īpašības. Beta sabrukšanas teorijas elementi. Radioaktīvās ģimenes

beta sabrukšana kodols ir nestabila kodola spontānas pārvēršanās process izobāra kodolā elektrona (pozitrona) emisijas vai elektrona uztveršanas rezultātā. Ir zināmi aptuveni 900 beta-radioaktīvi kodoli. No tiem tikai 20 ir dabīgi, pārējās iegūtas mākslīgi.
Beta sabrukšanas veidi un īpašības

Ir trīs veidi β - sabrukšana: elektroniska β – sabrukšana, pozitrons β + - sabrukšana un elektronu satveršana ( e-uztveršana). Pirmais ir galvenais.

Plkst elektroniskā β – - sabrukums viens no kodola neitroniem pārvēršas par protonu ar elektrona emisiju un elektronu antineitronu.

Piemēri: brīva neitrona sabrukšana

, T 1/2 = 11,7 min;

tritija sabrukšana

, T 1/2 = 12 gadus vecs.

Plkst pozitrons β + - sabrukums viens no kodola protoniem pārvēršas par neitronu ar pozitīvi lādēta elektrona (pozitrona) un elektronu neitrīno emisiju

. (1,41b)

Piemērs

Salīdzinot ģimeņu senču pussabrukšanas periodus ar Zemes ģeoloģisko mūžu (4,5 miljardi gadu), redzams, ka gandrīz viss torijs-232 ir saglabājies Zemes vielā, urāns-238 ir sadalījies līdz plkst. apmēram puse, urāns-235 - lielākoties neptūnijs-237 ir praktiski viss.

Smago jonu akumulatori paver principiāli jaunas iespējas eksotisko kodolu īpašību izpētē. Jo īpaši tie ļauj uzkrāties un ilgstoši izmantot pilnībā jonizētus atomus - "tukšos" kodolus. Rezultātā kļūst iespējams pētīt to atomu kodolu īpašības, kuriem nav elektroniskās vides un kuros nav ārējā elektrona apvalka Kulona efekta ar atoma kodolu.

Rīsi. 3.2. E-tveršanas shēma izotopā (pa kreisi) un pilnībā jonizētos atomos un (pa labi)

Pirmo reizi atoma sabrukšana saistītā stāvoklī tika atklāta 1992. gadā. Tika novērota pilnībā jonizēta atoma β - sabrukšana saistīto atomu stāvokļos. 163 Dy kodols atomu kodolu N-Z diagrammā ir atzīmēts melnā krāsā. Tas nozīmē, ka tas ir stabils kodols. Patiešām, būdams neitrāla atoma daļa, 163 Dy kodols ir stabils. Tā pamatstāvokli (5/2+) var aizpildīt e-tveršanas rezultātā no 163 Ho kodola pamata stāvokļa (7/2+). 163 Ho kodols, ko ieskauj elektronu apvalks, ir β - -radioaktīvs un tā pussabrukšanas periods ir ~10 4 gadi. Tomēr tas ir taisnība tikai tad, ja mēs uzskatām, ka kodolu ieskauj elektronu apvalks. Pilnībā jonizētiem atomiem attēls ir būtiski atšķirīgs. Tagad 163 Dy kodola pamatstāvoklis izrādās enerģētiski augstāks nekā 163 Ho kodola pamatstāvoklis un paveras iespēja 163 Dy sabrukšanai (3.2. att.)

Sabrukšanas rezultātā radušos elektronu var notvert uz jona brīvā K vai L veida apvalka. Tā rezultātā sabrukumam (3.8) ir forma

→ + e - + e (saistītā stāvoklī).

β-sabrukšanas enerģija K un L-čaulās ir attiecīgi (50,3±1) keV un (1,7±1) keV. Lai novērotu K- un L-čaumalu sadalīšanos saistītajos stāvokļos ESR uzglabāšanas gredzenā, GSI tika uzkrāti 108 pilnībā jonizēti kodoli. Uzkrāšanās laikā β + -sabrukšanas rezultātā izveidojās kodoli (3.3. att.).

Rīsi. 3.3. Jonu uzkrāšanās dinamika: a - Dy 66+ jonu strāva, kas uzkrāta ESR uzglabāšanas gredzenā dažādos eksperimenta posmos, β - Dy 66+ un Ho 67+ jonu intensitātes, mērītas attiecīgi ar ārējiem un iekšējiem pozīcijai jutīgiem detektoriem.

Tā kā Ho 66+ joniem ir praktiski tāda pati M/q attiecība kā primārā stara Dy 66+ joniem, tie uzkrājas vienā orbītā. Uzkrāšanās laiks bija ~30 min. Lai izmērītu Dy 66+ kodola pussabrukšanas periodu, orbītā uzkrātais stars bija jāattīra no Ho 66+ jonu piejaukuma. Lai attīrītu staru no joniem, kamerā tika ievadīta argona gāzes strūkla ar blīvumu 6·10 12 atom/cm 2 un diametru 3 mm, kas šķērsoja uzkrāto jonu staru vertikālā virzienā. Sakarā ar to, ka Ho 66+ joni satvēra elektronus, tie izkrita no līdzsvara orbītas. Stars tika tīrīts aptuveni 500 s. Pēc tam gāzes strūkla tika bloķēta un gredzenā turpināja cirkulēt Dy 66+ joni un jaunizveidotie (pēc gāzes strūklas atslēgšanas) Ho 66+ joni sabrukšanas rezultātā. Šī posma ilgums svārstījās no 10 līdz 85 minūtēm. Ho 66+ noteikšana un identificēšana tika balstīta uz faktu, ka Ho 66+ var tālāk jonizēt. Lai to izdarītu, pēdējā posmā uzglabāšanas gredzenā atkal tika ievadīta gāzes strūkla. Pēdējais elektrons tika atdalīts no 163 Ho 66+ jona, un rezultātā tika iegūts 163 Ho 67+ jons. Netālu no gāzes strūklas atradās pozicionējošs detektors, kas reģistrēja 163 Ho 67+ jonus, kas atstāj staru. Uz att. 3.4 parāda β-sabrukšanas rezultātā izveidoto 163 Ho kodolu skaita atkarību no uzkrāšanās laika. Ielaidums parāda pozīcijas jutīgā detektora telpisko izšķirtspēju.
Tādējādi 163 Ho kodolu uzkrāšanās 163 Dy starā pierādīja sabrukšanas iespējamību.

→ + e - + e (saistītā stāvoklī).

Rīsi. 3.4. Meitas jonu 163 Ho 66+ attiecība pret primārajiem joniem 163 Dy 66+ atkarībā no uzkrāšanās laika. Ielaidums parāda 163 Ho 67+ maksimumu, ko ierakstījis iekšējais detektors.

Mainot laika intervālu starp staru kūļa attīrīšanu no Ho 66+ piemaisījuma un jaunizveidoto Ho 66+ jonu noteikšanas laiku piemaisījumu kūlī, var izmērīt pilnībā jonizētā Dy 66+ izotopa pussabrukšanas periodu. Izrādījās ~0,1 gads.
Līdzīgs sabrukums tika konstatēts arī 187 Re 75+. Iegūtais rezultāts ir ārkārtīgi svarīgs astrofizikai. Fakts ir tāds, ka neitrālu 187 Re atomu pussabrukšanas periods ir 4·10 10 gadi, un tos izmanto kā radioaktīvos pulksteņus. 187 Re 75+ pussabrukšanas periods ir tikai 33 ± 2 gadi. Tāpēc astrofiziskajos mērījumos ir jāveic atbilstošas ​​korekcijas, jo zvaigznēs 187 Re visbiežāk atrodas jonizētā stāvoklī.
Pilnībā jonizētu atomu īpašību izpēte paver jaunu pētījumu līniju par kodolu eksotiskajām īpašībām, kuriem nav ārējā elektronu apvalka Kulona efekta.

Alfa un beta starojumu parasti sauc par radioaktīvo sabrukšanu. Šis ir process, kas ir kodola emisija, kas notiek milzīgā ātrumā. Tā rezultātā atoms vai tā izotops var mainīties no viena ķīmiskā elementa uz citu. Kodolu alfa un beta sabrukšana ir raksturīga nestabiliem elementiem. Tie ietver visus atomus, kuru lādiņa skaitlis ir lielāks par 83 un masas skaitlis ir lielāks par 209.

Reakcijas apstākļi

Sabrukšana, tāpat kā citas radioaktīvās pārvērtības, ir dabiska un mākslīga. Pēdējais rodas dažu svešķermeņu iekļūšanas dēļ kodolā. Cik daudz alfa un beta sabrukšanas atoms var iziet, ir atkarīgs tikai no tā, cik ātri tiek sasniegts stabils stāvoklis.

Dabiskos apstākļos notiek alfa un beta mīnus sabrukšana.

Mākslīgos apstākļos notiek neitronu, pozitronu, protonu un citi retāki kodolu sabrukšanas un transformācijas veidi.

Šos vārdus deva tie, kas pētīja radioaktīvo starojumu.

Atšķirība starp stabilu un nestabilu kodolu

Spēja sabrukt ir tieši atkarīga no atoma stāvokļa. Tā sauktais "stabilais" jeb neradioaktīvais kodols ir raksturīgs nesadalošiem atomiem. Teorētiski šādus elementus var novērot bezgalīgi, lai galīgi pārliecinātos par to stabilitāti. Tas ir nepieciešams, lai atdalītu šādus kodolus no nestabiliem, kuriem ir ārkārtīgi ilgs pussabrukšanas periods.

Kļūdas dēļ šādu "palēninātu" atomu var sajaukt ar stabilu. Tomēr telūrs un, konkrētāk, tā izotopu numurs 128, kam ir 2,2·10 24 gadi, var būt spilgts piemērs. Šis gadījums nav izolēts. Lantāna-138 pussabrukšanas periods ir 10 11 gadi. Šis periods ir trīsdesmit reizes lielāks par esošā Visuma vecumu.

Radioaktīvās sabrukšanas būtība

Šis process ir nejaušs. Katrs bojājošais radionuklīds iegūst ātrumu, kas ir nemainīgs katrā gadījumā. Sabrukšanas ātrums nevar mainīties ārējo faktoru ietekmē. Nav svarīgi, vai reakcija notiks milzīga gravitācijas spēka ietekmē, pie absolūtās nulles, elektriskā un magnētiskā laukā, jebkuras ķīmiskas reakcijas laikā utt. Procesu var ietekmēt tikai tieša ietekme uz atoma kodola iekšpusi, kas praktiski nav iespējams. Reakcija ir spontāna un ir atkarīga tikai no atoma, kurā tā norisinās, un tā iekšējā stāvokļa.

Runājot par radioaktīvo sabrukšanu, bieži tiek lietots termins "radionuklīds". Tiem, kas to nepārzina, jāzina, ka šis vārds attiecas uz atomu grupu, kam ir radioaktīvās īpašības, savs masas numurs, atomu skaits un enerģijas statuss.

Dažādi radionuklīdi tiek izmantoti tehniskajās, zinātnes un citās cilvēka dzīves jomās. Piemēram, medicīnā šos elementus izmanto slimību diagnostikā, medikamentu, instrumentu un citu priekšmetu apstrādē. Ir pat vairāki terapeitiski un prognostiski radiopreparāti.

Tikpat svarīgi ir noteikt izotopu. Šis vārds attiecas uz īpašu atomu veidu. Viņiem ir tāds pats atomu skaits kā parastam elementam, bet atšķirīgs masas skaitlis. Šo atšķirību izraisa neitronu skaits, kas neietekmē lādiņu, piemēram, protonus un elektronus, bet maina to masu. Piemēram, vienkāršajam ūdeņradim to ir pat 3. Šis ir vienīgais elements, kura izotopiem ir doti nosaukumi: deitērijs, tritijs (vienīgais radioaktīvais) un protijs. Citos gadījumos nosaukumi tiek doti atbilstoši atomu masām un galvenajam elementam.

Alfa sabrukšana

Tā ir sava veida radioaktīvā reakcija. Tas ir raksturīgs dabas elementiem no ķīmisko elementu periodiskās tabulas sestā un septītā perioda. Īpaši mākslīgiem vai transurāna elementiem.

Elementi, kas pakļauti alfa sabrukšanai

Metāli, kuriem raksturīga šī sabrukšana, ietver toriju, urānu un citus sestā un septītā perioda elementus no ķīmisko elementu periodiskās tabulas, skaitot no bismuta. Procesam tiek pakļauti arī izotopi no smagajiem elementiem.

Kas notiek reakcijas laikā?

Alfa sabrukšanas laikā no kodola izdalās daļiņas, kas sastāv no 2 protoniem un neitronu pāra. Pati emitētā daļiņa ir hēlija atoma kodols, kura masa ir 4 vienības un lādiņš +2.

Rezultātā parādās jauns elements, kas periodiskajā tabulā atrodas divas šūnas pa kreisi no oriģināla. Šo izkārtojumu nosaka tas, ka sākotnējais atoms ir zaudējis 2 protonus un līdz ar to arī sākotnējo lādiņu. Rezultātā iegūtā izotopa masa salīdzinājumā ar sākotnējo stāvokli tiek samazināta par 4 masas vienībām.

Piemēri

Šīs sabrukšanas laikā no urāna veidojas torijs. No torija nāk rādijs, no tā nāk radons, kas galu galā dod poloniju, un visbeidzot svins. Šajā procesā veidojas šo elementu izotopi, nevis tie paši. Tātad, izrādās, urāns-238, torijs-234, rādijs-230, radons-236 un tā tālāk, līdz parādās stabils elements. Šādas reakcijas formula ir šāda:

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

Izolētas alfa daļiņas ātrums emisijas brīdī ir no 12 000 līdz 20 000 km/sek. Atrodoties vakuumā, šāda daļiņa ap zemeslodi apbrauktu 2 sekundēs, virzoties pa ekvatoru.

beta sabrukšana

Atšķirība starp šo daļiņu un elektronu ir parādīšanās vietā. Beta sabrukšana notiek atoma kodolā, nevis to aptverošajā elektronu apvalkā. Visizplatītākā no visām esošajām radioaktīvajām pārvērtībām. To var novērot gandrīz visos šobrīd esošajos ķīmiskajos elementos. No tā izriet, ka katram elementam ir vismaz viens sabrukšanai pakļauts izotops. Vairumā gadījumu beta sabrukšana izraisa beta-mīnus samazināšanos.

Reakcijas gaita

Šajā procesā no kodola tiek izmests elektrons, kas radies spontānas neitrona pārtapšanas rezultātā par elektronu un protonu. Šajā gadījumā lielākas masas dēļ protoni paliek kodolā, un elektrons, ko sauc par beta mīnus daļiņu, atstāj atomu. Un, tā kā uz vienību ir vairāk protonu, pats elementa kodols mainās uz augšu un periodiskajā tabulā atrodas pa labi no sākotnējā.

Piemēri

Beta sabrukšana ar kāliju-40 pārvērš to par kalcija izotopu, kas atrodas labajā pusē. Radioaktīvais kalcijs-47 kļūst par skandiju-47, kas var pārvērsties par stabilu titānu-47. Kā izskatās šī beta sabrukšana? Formula:

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

Beta daļiņas izplūdes ātrums ir 0,9 reizes lielāks par gaismas ātrumu, kas ir 270 000 km/sek.

Dabā nav pārāk daudz beta aktīvo nuklīdu. Nozīmīgu ir ļoti maz. Piemērs ir kālijs-40, kas dabiskā maisījumā ir tikai 119/10 000. Starp nozīmīgākajiem dabiskajiem beta-mīnus aktīvajiem radionuklīdiem ir arī urāna un torija alfa un beta sabrukšanas produkti.

Beta sabrukšanai ir tipisks piemērs: torijs-234, kas alfa sabrukšanas procesā pārvēršas par protaktīniju-234 un tādā pašā veidā kļūst par urānu, bet tā otra izotopa numurs ir 234. Šis urāns-234 atkal alfa sabrukšanas dēļ kļūst par toriju. , bet cita veida tas. Pēc tam šis torijs-230 kļūst par rādiju-226, kas pārvēršas radonā. Un tādā pašā secībā, līdz tallijam, tikai ar dažādām beta pārejām atpakaļ. Šī radioaktīvā beta sabrukšana beidzas ar stabila svina-206 veidošanos. Šai transformācijai ir šāda formula:

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

Dabiski un nozīmīgi beta-aktīvie radionuklīdi ir K-40 un elementi no tallija līdz urānam.

Beta plus sabrukšana

Ir arī beta plus transformācija. To sauc arī par pozitronu beta sabrukšanu. Tas no kodola izstaro daļiņu, ko sauc par pozitronu. Rezultātā sākotnējais elements tiek pārveidots par kreiso elementu, kuram ir mazāks skaitlis.

Piemērs

Kad notiek elektronu beta sabrukšana, magnijs-23 kļūst par stabilu nātrija izotopu. Radioaktīvais eiropijs-150 kļūst par samāriju-150.

Iegūtā beta sabrukšanas reakcija var radīt beta+ un beta emisijas. Daļiņu izplūdes ātrums abos gadījumos ir vienāds ar 0,9 no gaismas ātruma.

Citas radioaktīvas sabrukšanas

Papildus tādām reakcijām kā alfa sabrukšana un beta sabrukšana, kuru formula ir plaši zināma, ir arī citi procesi, kas ir retāki un raksturīgāki mākslīgajiem radionuklīdiem.

neitronu sabrukšana. Tiek emitēta neitrāla daļiņa ar 1 masas vienību. Tās laikā viens izotops pārvēršas par otru ar mazāku masas skaitli. Piemērs varētu būt litija-9 pārvēršana par litiju-8, hēlija-5 pārvēršana par hēliju-4.

Kad stabilais joda-127 izotops tiek apstarots ar gamma stariem, tas kļūst par izotopu numuru 126 un iegūst radioaktivitāti.

protonu sabrukšana. Tas ir ārkārtīgi reti. Tās laikā izdalās protons, kura lādiņš ir +1 un 1 masas vienība. Atomu svars kļūst mazāks par vienu vērtību.

Jebkura radioaktīvā transformācija, jo īpaši radioaktīvā sabrukšana, tiek pavadīta ar enerģijas izdalīšanos gamma starojuma veidā. Viņi to sauc par gamma stariem. Dažos gadījumos tiek novēroti rentgena stari ar mazāku enerģiju.

Tā ir gamma kvantu plūsma. Tas ir elektromagnētiskais starojums, cietāks par rentgenu, ko izmanto medicīnā. Rezultātā parādās gamma kvanti jeb enerģija plūst no atoma kodola. Rentgena starojums ir arī elektromagnētisks, bet rodas no atoma elektronu apvalkiem.

Alfa daļiņu diapazons

Alfa daļiņas ar 4 atomu vienību masu un lādiņu +2 pārvietojas pa taisnu līniju. Šī iemesla dēļ mēs varam runāt par alfa daļiņu klāstu.

Skrējiena vērtība ir atkarīga no sākotnējās enerģijas un svārstās no 3 līdz 7 (dažreiz 13) cm gaisā. Blīvā vidē tas ir milimetra simtdaļa. Šāds starojums nevar iekļūt papīra loksnē un cilvēka ādā.

Pateicoties savai masai un lādiņa skaitlim, alfa daļiņai ir vislielākā jonizējošā jauda, ​​un tā iznīcina visu savā ceļā. Šajā sakarā alfa radionuklīdi ir visbīstamākie cilvēkiem un dzīvniekiem, nonākot saskarē ar ķermeni.

Beta daļiņu caurlaidības spēja

Mazā masas skaitļa, kas ir 1836 reizes mazāks par protonu, negatīvā lādiņa un izmēra dēļ, beta starojums vāji iedarbojas uz vielu, caur kuru tas lido, bet, turklāt, lidojums ir ilgāks. Arī daļiņas ceļš nav taisns. Šajā sakarā viņi runā par iespiešanās spēju, kas ir atkarīga no saņemtās enerģijas.

Beta daļiņu caurlaidības spējas, kas radušās radioaktīvās sabrukšanas laikā gaisā, sasniedz 2,3 m, šķidrumos tās tiek skaitītas centimetros, bet cietās vielās - centimetru daļās. Cilvēka ķermeņa audi pārraida starojumu līdz 1,2 cm dziļumam. Lai aizsargātu pret beta starojumu, var kalpot vienkāršs ūdens slānis līdz 10 cm.Daļiņu plūsmu ar pietiekami augstu sabrukšanas enerģiju 10 MeV gandrīz pilnībā absorbē šādi slāņi: gaiss - 4 m; alumīnijs - 2,2 cm; dzelzs - 7,55 mm; svins - 5,2 mm.

Ņemot vērā to nelielo izmēru, beta starojuma daļiņām ir zema jonizējošā jauda salīdzinājumā ar alfa daļiņām. Tomēr, norijot, tie ir daudz bīstamāki nekā ārējās iedarbības laikā.

Visaugstākā iespiešanās spēja starp visiem starojuma veidiem pašlaik ir neitroni un gamma. Šo starojumu diapazons gaisā dažkārt sasniedz desmitiem un simtiem metru, bet ar zemākiem jonizācijas indeksiem.

Lielākā daļa gamma staru izotopu enerģijas nepārsniedz 1,3 MeV. Reti tiek sasniegtas 6,7 MeV vērtības. Šajā sakarā, lai aizsargātu pret šādu starojumu, vājinājuma koeficientam tiek izmantoti tērauda, ​​betona un svina slāņi.

Piemēram, lai desmitkārtīgi vājinātu kobalta gamma starojumu, nepieciešams apmēram 5 cm biezs svina vairogs, 100-kārtīgam vājinājumam nepieciešams 9,5 cm Betona aizsardzība būs 33 un 55 cm, bet ūdens - 70 un 115 cm. .

Neitronu jonizējošā veiktspēja ir atkarīga no to energoefektivitātes.

Jebkurā situācijā labākais veids, kā aizsargāties pret radiāciju, ir atrasties pēc iespējas tālāk no avota un pēc iespējas mazāk laika pavadīt augsta starojuma zonā.

atomu skaldīšanās

Ar atomiem tiek domāts spontāns vai neitronu ietekmē divās daļās, kuru izmērs ir aptuveni vienāds.

Šīs divas daļas kļūst par elementu radioaktīvajiem izotopiem no ķīmisko elementu tabulas galvenās daļas. Sāciet no vara līdz lantanīdiem.

Atbrīvošanās laikā izplūst pāris papildu neitroni un rodas enerģijas pārpalikums gamma kvantu veidā, kas ir daudz lielāks nekā radioaktīvās sabrukšanas laikā. Tātad vienā radioaktīvās sabrukšanas aktā parādās viens gamma kvants, un dalīšanās akta laikā parādās 8,10 gamma kvanti. Tāpat izkliedētajiem fragmentiem ir liela kinētiskā enerģija, kas pārvēršas termiskajos indikatoros.

Atbrīvotie neitroni spēj izraisīt līdzīgu kodolu pāra atdalīšanos, ja tie atrodas tuvumā un neitroni tiem trāpa.

Šajā sakarā ir iespējama sazarojoša, paātrinoša atomu kodolu atdalīšanas ķēdes reakcija un liela enerģijas daudzuma radīšana.

Kad šāda ķēdes reakcija tiek kontrolēta, to var izmantot noteiktiem mērķiem. Piemēram, apkurei vai elektrībai. Šādi procesi tiek veikti atomelektrostacijās un reaktoros.

Ja jūs zaudējat kontroli pār reakciju, tad notiks atomu sprādziens. Līdzīgu izmanto kodolieročos.

Dabiskos apstākļos ir tikai viens elements – urāns, kuram ir tikai viens skaldāmais izotops ar numuru 235. Tas ir ierocis.

Parastā urāna kodolreaktorā no urāna-238 neitronu ietekmē tie veido jaunu izotopu ar numuru 239 un no tā - plutoniju, kas ir mākslīgs un dabā nerodas. Šajā gadījumā iegūtais plutonijs-239 tiek izmantots ieroču vajadzībām. Šis atomu kodolu dalīšanās process ir visu atomu ieroču un enerģijas būtība.

Tādas parādības kā alfa sabrukšana un beta sabrukšana, kuru formula tiek pētīta skolā, mūsdienās ir plaši izplatītas. Pateicoties šīm reakcijām, pastāv atomelektrostacijas un daudzas citas nozares, kuru pamatā ir kodolfizika. Tomēr neaizmirstiet par daudzu šo elementu radioaktivitāti. Strādājot ar tiem, nepieciešama īpaša aizsardzība un visu piesardzības pasākumu ievērošana. Pretējā gadījumā tas var izraisīt neatgriezenisku katastrofu.

beta sabrukšana

β-sabrukšana, atoma kodola radioaktīvā sabrukšana, ko pavada elektrona vai pozitrona aiziešana no kodola. Šis process ir saistīts ar viena no kodola nukleoniem spontānu transformāciju cita veida nukleonā, proti: neitrona (n) pārvēršanās protonā (p) vai protona pārvēršanās par neitronu. Pirmajā gadījumā no kodola izlido elektrons (e -) - notiek tā sauktā β - sabrukšana. Otrajā gadījumā no kodola izlido pozitrons (e +) - notiek β + sabrukšana. Izbrauc pie B.-r. elektronus un pozitronus kopā sauc par beta daļiņām. Savstarpējās nukleonu pārvērtības pavada citas daļiņas - neitrīno ( ν ) β+ sabrukšanas jeb antineutrino A gadījumā, kas vienāds ar kopējo nukleonu skaitu kodolā, nemainās, un kodola produkts ir sākotnējā kodola izobārs, kas stāv tam blakus pa labi periodiskajā sistēmā. no elementiem. Gluži pretēji, β + -sabrukšanas laikā protonu skaits samazinās par vienu, un neitronu skaits palielinās par vienu, un veidojas izobārs, kas atrodas blakus pa kreisi no sākotnējā kodola. Simboliski abi procesi B.-r. ir rakstīti šādā formā:

kur -Z neitroni.

Vienkāršākais piemērs (β - -sabrukšana ir brīva neitrona pārvēršanās protonā ar elektrona un antineitrona emisiju (neitronu pussabrukšanas periods ≈ 13 min):

Sarežģītāks piemērs (β - sabrukšana - smaga ūdeņraža - tritija izotopa sabrukšana, kas sastāv no diviem neitroniem (n) un viena protona (p):

Ir acīmredzams, ka šis process tiek reducēts līdz saistītā (kodola) neitrona β sabrukšanai. Šajā gadījumā β-radioaktīvais tritija kodols pārvēršas par nākamā elementa kodolu periodiskajā tabulā - vieglā hēlija izotopa 3 2 He kodolā.

β + sabrukšanas piemērs ir oglekļa izotopa 11 C sabrukšana saskaņā ar šādu shēmu:

Protona pārvēršanās par neitronu kodola iekšpusē var notikt arī tad, ja protons satver vienu no elektroniem no atoma elektronu apvalka. Visbiežāk notiek elektronu uztveršana

B.-r. novērots gan dabiski radioaktīvos, gan mākslīgi radioaktīvos izotopos. Lai kodols būtu nestabils attiecībā uz kādu no β-transformācijas veidiem (tas ir, tas varētu tikt pakļauts B.-r.), reakcijas vienādojuma kreisajā pusē esošo daļiņu masu summa. jābūt lielākai par transformācijas produktu masu summu. Tāpēc pie B. - upes. enerģija tiek atbrīvota. B. enerģija - upe. Eβ var aprēķināt no šīs masas starpības, izmantojot sakarību E = mc2, kur ar - gaismas ātrums vakuumā. β-sabrukšanas gadījumā

kur M - neitrālu atomu masas. β+ sabrukšanas gadījumā neitrāls atoms zaudē vienu no elektroniem savā čaulā, B.-r enerģiju. ir vienāds ar:

kur es- elektrona masa.

B. enerģija - upe. sadalīts starp trim daļiņām: elektronu (vai pozitronu), antineitrīnu (vai neitrīno) un kodolu; katra no gaismas daļiņām var aiznest gandrīz jebkuru enerģiju no 0 līdz E β, t.i., to enerģijas spektri ir nepārtraukti. Tikai K-tveršanā neitrīno vienmēr aizvada to pašu enerģiju.

Tātad β - -sabrukšanas gadījumā sākotnējā atoma masa pārsniedz gala atoma masu, un β + -sabrukšanas gadījumā šis pārpalikums ir vismaz divas elektronu masas.

B. pētījums - upe. kodoli vairākkārt ir iepazīstinājuši zinātniekus ar negaidītiem noslēpumiem. Pēc radioaktivitātes atklāšanas B. fenomens – upe. jau sen tiek uzskatīts par argumentu par labu elektronu klātbūtnei atomu kodolos; šis pieņēmums izrādījās skaidrā pretrunā ar kvantu mehāniku (skat. atoma kodolu). Tad B.-r. laikā emitēto elektronu enerģijas nepastāvība dažos fiziķos pat izraisīja neticību enerģijas nezūdamības likumam, kopš. bija zināms, ka šajā transformācijā piedalās kodoli stāvokļos ar skaidri noteiktu enerģiju. No kodola izplūstošo elektronu maksimālā enerģija ir tieši vienāda ar starpību starp sākotnējā un beigu kodola enerģiju. Bet šajā gadījumā nebija skaidrs, kur enerģija pazūd, ja emitētie elektroni nes mazāk enerģijas. Vācu zinātnieka V. Pauli pieņēmums par jaunas daļiņas - neitrīno - eksistenci izglāba ne tikai enerģijas nezūdamības likumu, bet arī citu svarīgu fizikas likumu - leņķiskā impulsa nezūdamības likumu. Tā kā neitrona un protona spini (t.i., pareizie momenti) ir vienādi ar 1/2, tad, lai saglabātu spinu B.-r. var būt tikai nepāra skaits daļiņu ar spinu 1/2. Jo īpaši brīvā neitrona n → p + e - + ν gadījumā β - sabrukšanas gadījumā tikai antineitrona parādīšanās izslēdz impulsa saglabāšanas likuma pārkāpumu.

B.-r. notiek visu periodiskās sistēmas daļu elementos. Tendence uz β-transformāciju rodas tāpēc, ka vairākos izotopos ir pārmērīgs neitronu vai protonu daudzums, salīdzinot ar daudzumu, kas atbilst maksimālajai stabilitātei. Tādējādi tieksme uz β + sabrukšanu vai K uztveršanu ir raksturīga neitronu deficīta izotopiem, un tendence uz β - sabrukšanu ir raksturīga ar neitroniem bagātiem izotopiem. Ir zināmi aptuveni 1500 β-radioaktīvo izotopu no visiem periodiskās tabulas elementiem, izņemot smagākos (Z ≥ 102).

B. enerģija - upe. šobrīd zināmie izotopi svārstās no

pussabrukšanas periodi ir plašā diapazonā no 1,3 10 -2 sek(12 N) līdz Beta sabrukšanai 2 10 13 gadi (dabiskais radioaktīvais izotops 180 W).

Nākotnē B. kabinets – upe. vairākkārt noveda fiziķus līdz veco ideju sabrukumam. Noskaidrots, ka B. - upe. valda pilnīgi jauna rakstura spēki. Neskatoties uz ilgo periodu, kas pagājis kopš B.-r. atklāšanas, mijiedarbības raksturs, kas izraisa B.-r., nav pilnībā izpētīts. Šo mijiedarbību sauca par "vāju", jo. tas ir 10 12 reizes vājāks par kodolenerģiju un 10 9 reizes vājāks par elektromagnētisko (pārspēj tikai gravitācijas mijiedarbību; skat. Vājas mijiedarbības). Vāja mijiedarbība ir raksturīga visām elementārdaļiņām (sk. elementārdaļiņām) (izņemot fotonu). Pagāja gandrīz pusgadsimts, līdz fiziķi atklāja, ka B.-r. simetrija starp "labo" un "kreiso" var tikt izjaukta. Šī paritātes nesaglabāšanās ir saistīta ar vājas mijiedarbības īpašībām.

B. mācās - upe. Tam bija arī vēl viens svarīgs aspekts. Kodola kalpošanas laiks attiecībā pret B.-r. un β-daļiņu spektra forma ir atkarīga no stāvokļiem, kādos kodola iekšpusē atrodas sākotnējais nukleons un produkta nukleons. Tāpēc B.-r.pētījums papildus informācijai par vājās mijiedarbības būtību un īpašībām būtiski paplašināja izpratni par atomu kodolu uzbūvi.

B. varbūtība - upe. būtībā ir atkarīgs no tā, cik tuvu viens otram atrodas nukleonu stāvokļi sākotnējā un beigu kodolā. Ja nukleona stāvoklis nemainās (šķiet, ka nukleons paliek tajā pašā vietā), tad varbūtība ir maksimāla un tiek saukta atbilstošā sākuma stāvokļa pāreja uz galīgo. Šādas pārejas ir raksturīgas B. - upei. vieglie kodoli. Vieglie kodoli satur gandrīz vienādu neitronu un protonu skaitu. Smagākos kodolos neitronu ir vairāk nekā protonu. Dažādu veidu nukleonu stāvokļi būtiski atšķiras viens no otra. Tas sarežģī B. - upe; ir pārejas, pie kurām B. - upe. notiek ar mazu varbūtību. Pāreju apgrūtina arī nepieciešamība mainīt kodola spinu. Šādas pārejas tiek sauktas par aizliegtām. Pārejas raksturs ietekmē arī β-daļiņu enerģijas spektra formu.

Eksperimentāls pētījums par β-radioaktīvo kodolu emitēto elektronu enerģijas sadalījumu (beta spektrs) tiek veikts, izmantojot Beta spektrometru. β-spektru piemēri ir parādīti rīsi. viens un rīsi. 2 .

Lit.: Alfa, beta un gamma spektroskopija, red. K. Zigbana, tulk. no angļu valodas, c. 4, M., 1969, Ch. 22-24; Eksperimentālā kodolfizika, red. E. Segre, tulk. no angļu valodas, 3. sēj., M., 1961. gads.

E. M. Leikins.

Neitronu beta spektrs. Kinētika ir attēlota uz x ass. elektronu enerģija E in kev, uz y ass - elektronu skaits N (E) relatīvās vienībās (vertikālās līnijas norāda elektronu ar doto enerģiju mērījumu kļūdu robežas).

Lielā padomju enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija. 1969-1978 .

Skatiet, kas ir "Beta decay" citās vārdnīcās:

Beta sabrukšana, atomu kodolu radioaktīvās pārvērtības, rxx procesā kodoli izstaro elektronus un antineitronus (beta sabrukšana) vai pozitronus un neitrīno (beta + sabrukšana). Izbraukšana plkst. B. p. elektroniem un pozitroniem ir kopīgs nosaukums. beta daļiņas. Pie…… Lielā enciklopēdiskā politehniskā vārdnīca

Mūsdienu enciklopēdija

beta sabrukšana- (b sabrukšana), radioaktivitātes veids, kurā sadalošais kodols izstaro elektronus vai pozitronus. Elektroniskā beta sabrukšanas gadījumā (b) neitrons (intrakodols vai brīvs) pārvēršas par protonu ar elektrona un antineutrino emisiju (sk. ... ... Ilustrētā enciklopēdiskā vārdnīca

beta sabrukšana- (β sabrukšana) atomu kodolu radioaktīvās pārvērtības, kuru laikā kodoli izstaro elektronus un antineitrīnus (β sabrukšana) vai pozitronus un neitrīno (β+ sabrukšana). Izbraukšana plkst. B. p. elektronus un pozitronus kopā sauc par beta daļiņām (β daļiņām) ... Krievijas darba aizsardzības enciklopēdija

- (b sabrukšana). neitrona n spontānas (spontānas) pārvērtības par protonu p un protona par neitronu atoma iekšienē. kodoli (kā arī brīva neitrona pārvēršana protonā), ko pavada elektrona emisija uz e vai pozitrons e + un elektronu antineitroni ... ... Fiziskā enciklopēdija

Neitrona spontānas pārvēršanās par protonu un protonu par neitronu atoma kodola iekšienē, kā arī brīvā neitrona transformācija protonā, ko pavada elektrona jeb pozitrona un neitrīno jeb antineitrona emisija. dubultā beta sabrukšana…… Kodolenerģijas termini

- (sk. beta) atoma kodola radioaktīvā transformācija, kurā izstarojas elektrons un antineitrīns vai pozitrons un neitrīno; beta sabrukšanas gadījumā atoma kodola elektriskais lādiņš mainās par vienu, masas skaitlis nemainās. Jauna vārdnīca...... Krievu valodas svešvārdu vārdnīca

beta sabrukšana- beta stari, beta sabrukšana, beta daļiņas. Pirmā daļa tiek izrunāta [beta] ... Mūsdienu krievu valodas izrunas un stresa grūtību vārdnīca

Eksist., Sinonīmu skaits: 1 sabrukums (28) ASIS Sinonīmu vārdnīca. V.N. Trišins. 2013... Sinonīmu vārdnīca

Beta sabrukšana, beta sabrukšana... Pareizrakstības vārdnīca

BETA SADŪTĪBA- (ß sabrukšana) atoma kodola radioaktīvā transformācija (vāja mijiedarbība), kurā izdalās elektrons un antineitrīns vai pozitrons un neitrīno; pie B. r. atoma kodola elektriskais lādiņš mainās par vienu, masa (sk.) nemainās ... Lielā Politehniskā enciklopēdija

Grāmatas

• Par radiācijas un matērijas problēmām fizikā. Esošo teoriju kritiskā analīze: kvantu mehānikas metafiziskais raksturs un kvantu lauka teorijas iluzorais raksturs. Alternatīva - mirgojošo daļiņu modelis, Petrovs Yu.I. , Grāmata ir veltīta jēdzienu "vilnis" un "daļiņa" vienotības un pretstatīšanas problēmu analīzei. Meklējot risinājumu šīm problēmām, matemātiskos pamatus fundamentālo ... Kategorija: