Радиоактивдүүлүктү изилдөө тарыхы 1896-жылдын 1-мартында атактуу француз окумуштуусу Анри Беккерель уран туздарынын нурлануусунда кокусунан бир кызыкчылыкты тапкандан кийин башталган. Үлгү менен бир кутуда жайгашкан фотопластинкалар жарыктандырылып турганы белгилүү болду. Уран ушуга алып келген кызыктай, өтө өтүүчү радиация. Бул касиет мезгилдик таблицаны толуктаган эң оор элементтерде табылган. Ал "радиоактивдүүлүк" деп аталды.
Радиоактивдүүлүк мүнөздөмөлөрү менен таанышуу
Бул процесс – элементардык бөлүкчөлөрдүн (электрондордун, гелий атомдорунун ядролорунун) бир убакта бөлүнүп чыгышы менен элементтин изотопунун атомунун башка изотопко өзүнөн өзү өзгөрүшү. Атомдордун трансформациясы сырттан энергияны сиңирүүнү талап кылбастан, стихиялуу болуп чыкты. Радиоактивдүү ажыроодо энергиянын бөлүнүп чыгуу процессин мүнөздөгөн негизги чоңдук активдүүлүк деп аталат.
Радиактивдүү үлгүнүн активдүүлүгү – бул үлгүнүн убакыт бирдигиндеги ажыроолордун ыктымал саны. SI (System International)анын өлчөм бирдиги беккерел (Bq) деп аталат. 1 беккерелде мындай үлгүнүн активдүүлүгү алынат, мында орточо эсеп менен секундасына 1 ажыроо болот.
А=λN, мында λ ажыроо константасы, N – үлгүдөгү активдүү атомдордун саны.
α, β, γ-ажыратууларды бөлүү. Тиешелүү теңдемелер орун алмаштыруу эрежелери деп аталат:
| аталышы | Эмне болуп жатат | Реакция теңдемеси |
| α-дезинтеграция | гелий атомунун ядросунун чыгышы менен X атом ядросунун Y ядросуна айлануусу | ZAX→Z-2YA- 4 +2Ал4 |
| β - ажыроо | электрондун чыгышы менен X атом ядросунун Y ядросуна айлануусу | ZAX→Z+1YA +-1eA |
| γ - ажыроо | өзөктүн өзгөрүшү менен коштолбойт, энергия электромагниттик толкун түрүндө бөлүнүп чыгат | ZXA→ZXA +γ |
Радиоактивдүүлүктүн убакыт аралыгы
Бөлүкчөнүн ажыроо моментин бул конкреттүү атом үчүн аныктоо мүмкүн эмес. Ал үчүн бул үлгү эмес, “кырсык”. Бул процессти мүнөздөгөн энергиянын бөлүнүп чыгышы үлгүнүн активдүүлүгү катары аныкталат.
Белгиленген үлгүдөгү атомдордун так жарымы ажыроого учурай турган убакыт бар экени аныкталган. Бул убакыт аралыгы "жарым ажыроо мезгили" деп аталат. Бул түшүнүктү киргизүүнүн мааниси эмнеде?
Жарым ажыроо деген эмне?
Убакыттын өтүшү менен берилген үлгүдөгү бардык активдүү атомдордун так жарымы чирийт окшойт. Бирок бул эки жарым ажыроо учурунда бардык активдүү атомдор толугу менен чирийт дегенди билдиреби? Такыр жок. Белгилүү бир моменттен кийин радиоактивдүү элементтердин жарымы үлгүдө калат, ошол эле убакыттан кийин калган атомдордун жарымы ыдырайт жана башкалар. Бул учурда, нурлануу жарым ажыроо мезгилинен кыйла ашып, көпкө чейин сакталат. Бул активдүү атомдор нурланууга карабастан үлгүдө кала берет
Жарым ажыроо мезгили – бул берилген заттын касиеттеринен гана көз каранды болгон маани. Сандын мааниси көптөгөн белгилүү радиоактивдүү изотоптор үчүн аныкталган.
Таблица: "Жеке изотоптордун ажыроосунун жарым ажыроо мезгили"
| Аты | Дайындоо | Чыруу түрү | Жарым ажыроо мөөнөтү |
| Радиум |
88Ra219 |
альфа | 0, 001 секунд |
| Магний | 12Mg27 | бета | 10 мүнөт |
| Радон | 86Rn222 | альфа | 3, 8 түн |
| Кобальт | 27Co60 | бета, гамма | 5, 3 жыл |
| Радиум | 88Ra226 | альфа, гамма | 1620жыл |
| Уран | 92U238 | альфа, гамма | 4,5 миллиард жыл |
Жарым ажыроо мөөнөтүн аныктоо эксперименталдык түрдө жүргүзүлөт. Лабораториялык изилдөөлөрдүн жүрүшүндө активдүүлүк бир нече жолу өлчөнөт. Лабораториялык үлгүлөр минималдуу өлчөмдө болгондуктан (изилдөөчүнүн коопсуздугу эң маанилүү), эксперимент көп жолу кайталанып, ар кандай убакыт аралыгы менен жүргүзүлөт. Ал заттардын активдүүлүгүнүн өзгөрүү мыйзамдуулугуна негизделген.
Жарым ажыроо мезгилин аныктоо үчүн берилген үлгүнүн активдүүлүгү белгилүү бир убакыт аралыгы менен өлчөнөт. Бул параметр ыдыраган атомдордун санына байланыштуу экендигин эске алып, радиоактивдүү ажыроо мыйзамын колдонуу менен жарым ажыроо мезгили аныкталат.
Изотоптун аныктамасынын мисалы
Убакыттын берилген моментиндеги изилденип жаткан изотоптун активдүү элементтеринин саны N, байкоо t2- t болгон убакыт аралыгы болсун 1, бул жерде байкоонун башталышы жана аяктоо убактысы жетиштүү. n - берилген убакыт аралыгында ажыроочу атомдордун саны деп ойлойлу, анда n=KN(t2- t1).
Бул туюнтмада K=0,693/T½ пропорционалдуулуктун коэффициенти, ал ажыроо константасы деп аталат. T½ - изотоптун жарым ажыроо мезгили.
Убакыт аралыгын бирдик катары алалы. Бул учурда, K=n/N убакыт бирдигинде бузулуп жаткан изотоп ядролорунун үлүшүн көрсөтөт.
ажыроо константасынын маанисин билүү менен, ажыроонун жарым ажыроо мөөнөтүн да аныктоого болот: T½=0,693/K.
Мындан убакыт бирдигинде активдүү атомдордун белгилүү бир саны эмес, алардын белгилүү бир бөлүгү чирийт деген жыйынтык чыгат.
Радиоактивдүү ажыроо мыйзамы (LRR)
Жарым ажыроо мезгили RRRдин негизи болуп саналат. Үлгү Фредерико Содди жана Эрнест Рутерфорд тарабынан 1903-жылы эксперименталдык изилдөөлөрдүн жыйынтыгы боюнча алынган. Таң калыштуусу, 20-кылымдын башындагы шарттарда кемчиликсиз болгон приборлор менен жасалган бир нече өлчөө так жана негиздүү натыйжага алып келди. Ал радиоактивдүүлүк теориясынын негизи болуп калды. Радиоактивдүү ажыроо мыйзамынын математикалык белгилерин чыгаралы.
- N0берилген убакыттагы активдүү атомдордун саны болсун. Кийинубакыт аралыгы t, N элемент чирибестен калат.
- Жарым ажыроо мезгилине барабар болгон учурда активдүү элементтердин жарымы калат: N=N0/2.
- Дагы бир жарым ажыроо мезгилинен кийин үлгүдө төмөндөгүлөр калат: N=N0/4=N0/22 активдүү атомдор.
- Дагы бир жарым ажыроо мезгили өткөндөн кийин үлгү төмөнкүнү гана сактап калат: N=N0/8=N0/ 23.
- n жарым ажыроо мезгили өткөнгө чейин үлгүдө N=N0/2активдүү бөлүкчөлөр кала берет. Бул туюнтмада, n=t/T½: изилдөө убактысынын жарым ажыроо мезгилине катышы.
- ZRR бир аз башкача математикалык туюнтмага ээ, маселелерди чыгарууда ыңгайлуу: N=N02-t/ T½.
Үлгү жарым ажыроо мезгилинен тышкары, активдүү изотоптун белгилүү бир убакта чирибеген атомдорунун санын аныктоого мүмкүндүк берет. Байкоонун башталышында үлгү атомдорунун санын билүү менен, бир аз убакыт өткөндөн кийин бул дарынын колдонуу мөөнөтүн аныктоого болот.
Радиактивдүү ажыроо мыйзамынын формуласы жарым ажыроо мезгилин белгилүү бир параметрлер болгондо гана аныктоого жардам берет: үлгүдөгү активдүү изотоптордун саны, аны табуу өтө кыйын.
Мыйзамдын кесепеттери
Сиз RRR формуласын дарынын активдүүлүгү жана атомдук массасы түшүнүктөрүн колдонуп жазсаңыз болот.
Активдүүлүк радиоактивдүү атомдордун санына пропорционалдуу: A=A0•2-t/T. Бул формулада A0 – убакыттын баштапкы моментиндеги үлгүнүн активдүүлүгү, A –t секунддан кийинки активдүүлүк, T - жарым ажыроо мөөнөтү.
Заттын массасын үлгүдө колдонсо болот: m=m0•2-t/T
Убакыттын бирдей аралыгында бул дарынын курамындагы радиоактивдүү атомдордун бирдей үлүшү чирип кетет.
Мыйзамдын колдонуу чектери
Мыйзам бардык мааниде статистикалык, микрокосмодо болуп жаткан процесстерди аныктайт. Радиоактивдүү элементтердин жарым ажыроо мезгили статистикалык чоңдук экени түшүнүктүү. Атомдук ядролордогу окуялардын ыктымалдык табияты ыктыярдуу ядро каалаган учурда ыдырап кетиши мүмкүн экенин көрсөтүп турат. Окуяны алдын ала айтуу мүмкүн эмес, анын ыктымалдыгын белгилүү бир убакытта гана аныктоого болот. Натыйжада, жарым ажыроо мезгили маанисиз болот:
- бир атом үчүн;
- минималдуу салмак үлгүсү үчүн.
Атомдун өмүрү
Атомдун баштапкы абалында болушу бир секундага, балким миллиондогон жылга созулушу мүмкүн. Бул бөлүкчөнүн өмүрү жөнүндө да сөз кылуунун кереги жок. Атомдордун өмүрүнүн орточо маанисине барабар маанини киргизүү менен радиоактивдүү изотоптун атомдорунун бар экендиги, радиоактивдүү ажыроонун кесепеттери жөнүндө сөз кылууга болот. Атомдун ядросунун жарым ажыроо мезгили бул атомдун касиеттеринен көз каранды жана башка чоңдуктарга көз каранды эмес.
Маселени чечүү мүмкүнбү: орточо жашоо мөөнөтүн билип, жарым ажыроо мезгилин кантип табуу керек?
Атомдун орточо жашоо мөөнөтү менен ажыроо константасынын ортосундагы байланыштын жарым ажыроо мезгилинин формуласын аныктаңызжардам берет.
τ=T1/2/ln2=T1/2/0, 693=1/ λ.
Бул жазууда τ - орточо жашоо узактыгы, λ - ажыроо туруктуулугу.
Жарым ажыроо мөөнөтүн колдонуңуз
Жеке үлгүлөрдүн жашын аныктоо үчүн ZRRди колдонуу 20-кылымдын аягында изилдөөдө кеңири жайылган. Фоссилдик артефакттардын жашын аныктоонун тактыгы ушунчалык көбөйгөндүктөн, ал биздин заманга чейинки миң жылдыктар үчүн жашоо убактысы жөнүндө түшүнүк бере алат.
Фоссилдик органикалык үлгүлөрдүн радиокарбондук анализи бардык организмдерде бар көмүртек-14 (көмүртектин радиоактивдүү изотопу) активдүүлүгүнүн өзгөрүшүнө негизделген. Ал тирүү организмге зат алмашуу процессинде кирет жана анын курамында белгилүү бир концентрацияда болот. Өлгөндөн кийин айлана-чөйрө менен заттардын алмашуусу токтойт. Радиоактивдүү көмүртектин концентрациясы табигый ажыроодон улам төмөндөйт, активдүүлүк пропорционалдуу түрдө төмөндөйт.
Жарым ажыроо мезгили сыяктуу чоңдук болгондо, радиоактивдүү ажыроо мыйзамы формуласы организмдин өмүрү аяктагандан берки убакытты аныктоого жардам берет.
Радиоактивдик трансформация чынжырлары
Радиоактивдүүлүктү изилдөө лабораториялык шарттарда жүргүзүлгөн. Радиоактивдүү элементтердин бир нече саат, күн, атүгүл жылдар бою активдүүлүгүн сактап калуу укмуштуудай жөндөмдүүлүгү 20-кылымдын башындагы физиктерди таң калтырбай койгон жок. Изилдөөлөр, мисалы, торий, күтүлбөгөн натыйжа менен коштолду: жабык ампулада, анын активдүүлүгү маанилүү болгон. Кичине дем алганда ал жыгылды. Жыйынтык жөнөкөй болуп чыкты: торийдин өзгөрүшү радондун (газдын) чыгышы менен коштолот. Радиоактивдүүлүк процессинде бардык элементтер физикалык жана химиялык касиеттери боюнча айырмаланган таптакыр башка затка айланат. Бул зат өз кезегинде да туруксуз. Учурда окшош трансформациялардын үч сериясы белгилүү.
Атомдук жана ядролук изилдөөлөр же кырсыктар процессинде булганган зоналар жеткиликсиз болуу убактысын аныктоодо мындай кайра түзүүлөрдү билүү өтө маанилүү. Плутонийдин жарым ажыроо мезгили - анын изотопуна жараша - 86 жылдан (Pu 238) 80 миллион жылга чейин (Pu 244). Ар бир изотоптун концентрациясы аймакты дезинфекциялоо мезгили жөнүндө түшүнүк берет.
Эң кымбат металл
Биздин доордо алтын, күмүш жана платинадан алда канча кымбат металлдар бар экени белгилүү. Аларга плутоний кирет. Кызыгы, эволюция процессинде пайда болгон плутоний табиятта кездешпейт. Көпчүлүк элементтер лабораториялык шарттарда алынган. Плутоний-239ну өзөктүк реакторлордо эксплуатациялоо анын ушул күндөрү абдан популярдуу болушуна шарт түздү. Бул изотопту реакторлордо колдонуу үчүн жетиштүү санда алуу аны иш жүзүндө баа жеткис кылат.
Плутоний-239 табигый шарттарда уран-239 нептуний-239га айлануу чынжырынын натыйжасында алынат (жарым ажыроо мезгили - 56 саат). Ушундай эле чынжыр өзөктүк реакторлордо плутонийди топтоого мүмкүндүк берет. Керектүү сумманын пайда болуу ылдамдыгы табигый көрсөткүчтөн ашатмиллиарддаган жолу.
Энергия колдонмолору
Атомдук энергиянын кемчиликтери жана өз түрүн жок кылуу үчүн дээрлик бардык ачылыштарды колдонгон адамзаттын «кызыкчылыгы» жөнүндө көп айтууга болот. Ядролук чынжырлуу реакцияга катышууга жөндөмдүү плутоний-239дун ачылышы аны тынчтык энергиянын булагы катары пайдаланууга мүмкүндүк берди. Плутонийдин аналогу болгон Уран-235 жер бетинде өтө сейрек кездешет, аны уран рудасынан алуу плутоний алууга караганда алда канча кыйын.
Жердин доору
Радиоактивдүү элементтердин изотопторунун радиоизотоптук анализи белгилүү бир үлгүнүн өмүрү жөнүндө так маалымат берет.
Жер кыртышында камтылган "уран - торий" айлануу чынжырын колдонуу биздин планетанын жашын аныктоого мүмкүндүк берет. Бул элементтердин жер кыртышында орточо пайыздык көрсөткүчү бул методдун негизи болуп саналат. Акыркы маалыматтар боюнча, Жердин жашы 4,6 миллиард жыл.
