Radioaktiv parchalanish paytida yadrolarning o'zgarishi. Radioaktiv parchalanishning atom yadrolari qonunlarining o'zgarishi. Radiatsiyaning inson tanasiga ta'siri. Radiatsiya ta'siri

Savollar.

1. a yemirilishi natijasida radiy bilan nima sodir bo'ladi?

Radiy Ra (metall) yemirilganda, a-zarrachalar chiqishi bilan radon Ra (gaz) ga aylanadi.

2. Radioaktiv kimyoviy elementlarning a- yoki b-emirilishi natijasida nima sodir bo'ladi?

a- va b-emirilish jarayonida bir kimyoviy elementning boshqasiga aylanishi sodir bo'ladi.

3. Radioaktiv parchalanish jarayonida atomning qaysi qismi - yadro yoki elektron qobiq o'zgarishlarga uchraydi? Nima uchun siz shunday deb o'ylaysiz?

Radioaktiv transformatsiya jarayonida atom yadrosi o'zgarishga uchraydi, chunki Bu atomning kimyoviy xossalarini belgilaydigan yadrodir.

4. Radiyning a-yemirilish reaksiyasini yozing va bu belgidagi har bir belgi nimani anglatishini tushuntiring.

5. Elementning harf belgisidan oldin keladigan yuqori va pastki raqamlar qanday nomlanadi?

Ular massa va zaryad raqamlari deb ataladi.

6. Massa soni nima? to'lov raqami?

Massa soni berilgan atomning butun atom massa birliklari soniga teng.
Zaryad soni berilgan atom yadrosining elementar elektr zaryadlari soniga teng.

7. Radiyning a-emirilish reaksiyasi misolidan foydalanib, zaryad (zaryad soni) va massa sonining saqlanish qonunlari nima ekanligini tushuntiring.

Massa soni va zaryadlarining saqlanish qonuni shuni ko'rsatadiki, radioaktiv o'zgarishlarda atomlarning massa sonlari yig'indisi va transformatsiyalarda ishtirok etuvchi barcha zarrachalarning zaryadlari yig'indisining qiymati doimiy qiymatdir.

8. Rezerford va Soddi kashfiyotidan qanday xulosa kelib chiqdi?

Atomlarning yadrolari murakkab tarkibga ega degan xulosaga keldi.

9. Radioaktivlik nima?

Radioaktivlik - ba'zi atom yadrolarining zarrachalar chiqarish orqali o'z-o'zidan boshqa yadrolarga o'tish qobiliyati.

Mashqlar.

1. Quyidagi elementlar atomlari yadrolarining massasini (amuda butun sonlarga aniq) va zaryadini (elementar zaryadlarda) aniqlang: uglerod 12 6 C; lityum 6 3 Li; kaltsiy 40 20 Ca.

2. Oldingi masalada keltirilgan kimyoviy elementlarning har birining atomida nechta elektron bor?

3. Litiy atomi yadrosining massasi 6 3 Li vodorod atomi yadrosining massasi 1 1 H dan necha marta katta ekanligini (butun sonlar ichida) aniqlang.

4. Beriliy atomining yadrosi 9 4 Be uchun aniqlang: a) massa soni; b) a dagi yadroning massasi. e.m (butun sonlargacha aniq); v) yadro massasi uglerod atomining massasining 1/12 qismidan necha marta katta bo'lsa 12 6 C (butun sonlargacha aniq): d) zaryad raqami; e) elementar elektr zaryadlardagi yadro zaryadi; f) elementar elektr zaryadlardagi atomdagi barcha elektronlarning umumiy zaryadi; g) atomdagi elektronlar soni.

5. Massa soni va zaryadining saqlanish qonunlaridan foydalanib, quyidagi b-yemirilish reaksiyasi natijasida hosil bo‘lgan X kimyoviy element yadrosining massa soni va zaryadini aniqlang:

14 6 C → X + 0 -1 e,

bu yerda 0 -1 e - b-zarracha (elektron). Bu elementni D.I.Mendeleyevning darslik bargidagi jadvalidan toping. U nima deyiladi?

1. RADIOAKTİV TRANSFORMASIYALAR

Ernest Ruterford Yangi Zelandiyada ingliz oilasida tug'ilgan. Yangi Zelandiyada oliy ma'lumot oldi, keyin 1895 yilda Kembrijga kelib, Tomsonning yordamchisi sifatida ilmiy ish boshladi. 1898 yilda Ruterford Monrealdagi MakGill universitetining (Kanada) fizika bo'limiga taklif qilindi va u erda Kembrijda boshlangan radioaktivlik bo'yicha tadqiqotlarni davom ettirdi.

1899 yilda Monrealda Ruterfordning hamkasbi Ouns unga toriyning radioaktivligi havo oqimlariga sezgir ekanligini ma'lum qildi. Bu kuzatuv qiziq tuyuldi, Ruterford qiziqib qoldi va toriy birikmalarining radioaktivligi, agar toriy yopiq ampulada boʻlsa, intensivligi doimiy boʻlib turishini, ammo tajriba ochiq havoda oʻtkazilsa, u tez pasayishini va hatto zaiflashishini aniqladi. havo oqimlari natijalarga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, toriy birikmalari yaqinida joylashgan jismlar, bir muncha vaqt o'tgach, o'zlari ham radioaktiv bo'lgandek nurlanishni boshlaydilar. Ruterford bu xususiyatni "hayajonli faoliyat" deb atagan.

Tez orada Ruterford tushundiki, agar toriy birikmalari alfa zarralaridan tashqari, o'z navbatida radioaktiv bo'lgan boshqa zarrachalarni ham chiqaradi deb faraz qilsak, bu hodisalarning barchasini osongina tushuntirish mumkin. U bu zarrachalardan tashkil topgan moddani "emanatsiya" deb atadi va uni radioaktiv gazga o'xshash deb hisobladi, bu emanatsiyani chiqaradigan toriy yonida joylashgan jismlarda ko'rinmas nozik bir qatlamda joylashgan bo'lib, bu jismlarga aniq radioaktivlik beradi. Ushbu farazdan kelib chiqqan holda, Rezerford toriy preparati bilan aloqa qilgan havoni shunchaki ajratib olib, keyin uni ionlash kamerasiga kiritib, uning faolligi va asosiy fizik xususiyatlarini aniqladi. Jumladan, Ruterford emanatsiyaning radioaktivlik darajasi (keyinchalik toron deb atalgan, xuddi radiy va aktiniy chiqaradigan radioaktiv gazlar radon va aktinon deb atalgan) vaqtga qarab juda tez eksponensial pasayishini ko'rsatdi: har daqiqada faollik ikki baravar kamayadi. o'n daqiqada u allaqachon sezilmaydigan bo'lib qoladi.

Shu bilan birga, Kyurilar radiy ham yaqin atrofdagi jismlarning faolligini qo'zg'atish qobiliyatiga ega ekanligini ko'rsatdi. Radioaktiv eritmalar cho'kindilarining radioaktivligini tushuntirish uchun ular Bekkerel tomonidan ilgari surilgan nazariyani qabul qildilar va bu yangi hodisani "induktsiyalangan radioaktivlik" deb atashdi. Kyurilar induktsiyalangan radioaktivlik radiy chiqaradigan nurlar tomonidan jismlarning qandaydir maxsus qo'zg'alishi natijasida yuzaga keladi, deb ishonishgan: fosforessensiyaga o'xshash narsa, ular bu hodisani bevosita o'xshatishgan. Biroq, Ruterford "hayajonli faoliyat" haqida gapirganda, dastlab 19-asr fizikasi qabul qilishga tayyor bo'lgan induksiya hodisasini ham nazarda tutgan bo'lishi kerak. Ammo Ruterford allaqachon Kyurilardan ko'ra ko'proq narsani bilar edi: u qo'zg'alish yoki induksiya toriy ta'sirining bevosita natijasi emas, balki emanatsiya ta'sirining natijasi ekanligini bilardi. O'sha paytda Kyurilar radiyning chiqishini hali aniqlamagan edilar, uni Later va Dorn 1900 yilda, ular ilgari Ruterford toriy bilan o'tkazgan xuddi shu radiy tadqiqotlarini takrorlagandan keyin qo'lga kiritdilar.

1900 yilning bahorida, o'z kashfiyotini e'lon qilib, Ruterford tadqiqotini to'xtatdi va to'yi bo'lishi kerak bo'lgan Yangi Zelandiyaga qaytib keldi. O'sha yili Monrealga qaytgach, u 1898 yilda Oksfordda kimyo fakultetini tamomlagan va yaqinda Monrealga kelgan Frederik Soddi (1877-1956) bilan uchrashdi. Bu ikki yoshning uchrashuvi fizika tarixi uchun quvonchli voqea bo‘ldi. Ruterford Soddiga o'zining kashfiyoti haqida gapirib, u toronni ajratib olishga muvaffaq bo'lganini aytdi, bu erda ochilayotgan keng tadqiqot sohasini ta'kidladi va uni toriy birikmasini birgalikda kimyoviy va fizik tadqiq qilish uchun jamoaga taklif qildi. Soddy rozi bo'ldi.

Ushbu tadqiqot yosh olimlarga ikki yil davom etdi. Soddi, xususan, toriy chiqishining kimyoviy tabiatini o'rgangan. Tadqiqotlari natijasida u yangi gaz hech qanday ma'lum kimyoviy reaksiyalarga umuman kirmasligini ko'rsatdi. Shu sababli, u inert gazlar soniga tegishli deb taxmin qilish qoldi, ya'ni (Soddi 1901 yil boshida aniq ko'rsatganidek) yangi gaz o'zining kimyoviy xossalari bo'yicha argonga o'xshaydi (hozirda bu uning gazlaridan biri ekanligi ma'lum. izotoplari), 1894 yilda Rayleigh va Ramsay havoda kashf etgan

Ikki yosh olimning mashaqqatli mehnati yangi muhim kashfiyot bilan yakunlandi: ularning preparatlarida toriy bilan bir qatorda kimyoviy xossalari bilan toriydan farq qiladigan va toriydan kamida bir necha ming marta faolroq bo‘lgan yana bir element topildi. Bu element ammiak bilan cho'ktirish orqali toriydan kimyoviy jihatdan ajratilgan. 1900-yilda uran uranidan olingan radioaktiv elementni X deb atagan Uilyam Kruks misolidan so‘ng, yosh olimlar yangi radioaktiv elementga toriy X deb nom berishdi. Bu yangi elementning faolligi to‘rt kun ichida ikki barobar kamayadi; Bu vaqt uni batafsil o'rganish uchun etarli edi. Tadqiqotlar inkor etib bo'lmaydigan xulosa chiqarishga imkon berdi: toriyning emanatsiyasi go'yo toriydan umuman emas, balki toriy X dan olingan. Agar ma'lum bir toriy namunasida toriy X toriydan ajratilgan bo'lsa, u holda toriyning intensivligi toriy nurlanishi dastlab ajralishdan oldingiga qaraganda ancha kam edi, lekin yangi radioaktiv moddaning doimiy shakllanishi tufayli vaqt o'tishi bilan eksponensial qonunga muvofiq asta-sekin o'sib bordi.

1902 yilgi birinchi ishda olimlar bu hodisalarning barchasini tushuntirib, shunday xulosaga kelishdi:

“...radioaktivlik kimyoviy oʻzgarishlar bilan kechadigan atom hodisasi boʻlib, unda yangi turdagi moddalar hosil boʻladi. Bu o'zgarishlar atomning ichida sodir bo'lishi kerak, radioaktiv elementlar esa atomlarning o'z-o'zidan o'zgarishi bo'lishi kerak... Shuning uchun radioaktivlikni atom ichidagi kimyoviy jarayonning ko'rinishi deb hisoblash kerak». (Falsafiy jurnal, (6), 4, 395 (1902)).

Va keyingi yil ular aniqroq yozdilar:

“Radioaktiv elementlar boshqa barcha elementlar orasida eng yuqori atom massasiga ega. Bu, aslida, ularning yagona umumiy kimyoviy xossasidir. Atom parchalanishi va massasi vodorod atomining massasi bilan bir xil bo'lgan og'ir zaryadlangan zarrachalarning otilib chiqishi natijasida fizikaviy va kimyoviy xossalari vodorod atomining massasidan butunlay boshqacha bo'lgan, avvalgisidan engilroq, yangi tizim qoladi. original element. Parchalanish jarayoni bir marta boshlangan, keyin ma'lum tezlikda bir bosqichdan ikkinchisiga o'tadi, bu juda o'lchanadi. Har bir bosqichda bir yoki bir nechta a zarralari oxirgi bosqichlarga yetguncha, a zarralari yoki elektronlar allaqachon chiqarilganda chiqariladi. Atomlarning yangi bo'laklariga va zarracha chiqqandan keyin asl atomdan olingan va faqat cheklangan vaqt davomida mavjud bo'lgan, doimiy ravishda o'zgarib turadigan yangi atomlarga maxsus nomlar berish maqsadga muvofiqdir. Ularning ajralib turadigan xususiyati beqarorlikdir. Ularning to'planishi mumkin bo'lgan miqdorlar juda kichik, shuning uchun ularni oddiy usullar bilan o'rganish mumkin emas. Beqarorlik va u bilan bog'liq nurlar emissiyasi bizga ularni o'rganish uchun yo'l beradi. Shuning uchun biz ushbu atom parchalarini "metabolonlar" deb atashni taklif qilamiz." (Falsafiy jurnal, (6), 5, 536 (1903)).

Taklif etilgan atama omon qolmadi, chunki nazariyani shakllantirishga bo'lgan bu birinchi ehtiyotkor urinish tez orada mualliflarning o'zlari tomonidan tuzatildi va bir qator noaniq fikrlarga aniqlik kiritildi, ehtimol o'quvchining o'zi buni ta'kidladi. O'zining tuzatilgan ko'rinishida nazariya endi yangi atamaga muhtoj emas edi va o'n yil o'tgach, o'sha paytda allaqachon dunyoga mashhur olim va fizika bo'yicha Nobel mukofoti laureati bo'lgan bu yosh olimlardan biri quyidagicha ifodalangan:

"Radioaktiv moddaning atomlari o'z-o'zidan o'zgarishlarga duchor bo'ladi. Har lahzada atomlarning umumiy sonining kichik bir qismi beqaror bo'lib qoladi va portlovchi tarzda parchalanadi. Aksariyat hollarda atomning bir bo'lagi - a-zarrasi juda katta tezlikda chiqariladi, ba'zi hollarda portlash tez elektronning chiqishi va rentgen nurlarining paydo bo'lishi bilan birga keladi; katta penetratsion kuch va g-nurlanish sifatida tanilgan. Radiatsiya atomlarning o'zgarishi bilan birga keladi va ularning parchalanish darajasini aniqlaydigan o'lchov bo'lib xizmat qiladi. Atom oʻzgarishi natijasida oʻzining fizik-kimyoviy xossalari boʻyicha asl moddadan butunlay farq qiluvchi mutlaqo yangi turdagi modda hosil boʻlishi aniqlandi. Biroq, bu yangi moddaning o'zi ham beqaror va xarakterli radioaktiv nurlanishning tarqalishi bilan o'zgaradi ...

Shunday qilib, ba'zi elementlarning atomlari oddiy molekulyar modifikatsiyalar paytida chiqarilgan energiya bilan solishtirganda juda katta miqdorda energiya emissiyasi bilan birga o'z-o'zidan parchalanishga duchor bo'lishi aniq aniqlangan" ( E. Ruterford, Atomning tuzilishi, Scientia, 16, 339 (1914)).

1903 yilda keltirilgan maqolada Ruterford va Soddi "metabolonlar" jadvalini tuzdilar, ular nazariyasiga ko'ra, o'zlarining tajribalari va boshqa olimlarning tajribalariga ko'ra parchalanish mahsulotlari sifatida shakllanadilar:

Bu radioaktiv moddalarning birinchi "oila daraxtlari". Asta-sekin tabiiy radioaktiv elementlarning bu oilalarida boshqa moddalar o'z o'rnini egalladi va bunday oilalarning faqat uchtasi borligi aniqlandi, ulardan ikkitasida uran, uchinchisida toriy bor. Birinchi oilada 14 ta "avlod", ya'ni ketma-ket parchalanish natijasida bir-biridan kelib chiqqan 14 ta element, ikkinchisi - 10, uchinchisi - 11; har qanday zamonaviy fizika darsligida siz ushbu "oila daraxtlari" ning batafsil tavsifini topishingiz mumkin.

Keling, bir fikr bildiraylik. Endi bu juda tabiiy bo'lib tuyulishi mumkin, bundan tashqari, Ruterford va Soddi o'zlarining tajribalari natijasida kelgan xulosalar. Umuman olganda, biz nima haqida gaplashdik? Bir muncha vaqt o'tgach, dastlab toza toriy tarkibida yangi element aralashmasi mavjud bo'lib, undan, o'z navbatida, gaz hosil bo'lgan, u ham radioaktiv edi. Yangi elementlarning shakllanishini aniq ko'rish mumkin. Vizual, lekin juda ko'p emas. Shuni yodda tutish kerakki, yangi elementlar hosil bo'lgan miqdorlar o'sha paytda eng aniq kimyoviy tahlil uchun zarur bo'lgan minimal dozalardan juda uzoq edi. Biz faqat radioaktiv usullar, fotografiya va ionlash orqali aniqlanishi mumkin bo'lgan deyarli sezilmaydigan izlar haqida gapirgan edik. Ammo bu ta'sirlarning barchasini boshqa yo'l bilan tushuntirish mumkin edi (induksiya, dastlabki preparatlarda yangi elementlarning boshidanoq mavjudligi, radiyning kashf etilishida bo'lgani kabi va boshqalar). Emirilish unchalik ravshan emasligi, Kruks ham, Kyuri ham shunga o'xshash hodisalarni kuzatgan bo'lsalar ham, uning zarracha ishorasini ko'rmaganliklari aniq. 1903 yilda, atomizm g'alabasining eng yuqori cho'qqisida elementlarning o'zgarishi haqida gapirish uchun katta jasorat kerak bo'lganligi haqida ham jim turish mumkin emas. Agar Ruterford va Soddi butun o'n yillar davomida uni hayratlanarli qat'iyat bilan himoya qilmaganlarida, bu gipoteza hech qanday tanqiddan himoyalanmagan va, ehtimol, o'rnidan turmagan bo'lar edi, biz keyinroq gaplashamiz.

Bu yerda radioaktiv induksiya nazariyasi ham radioaktiv bo‘lmagan elementlarda radioaktivlikning har bir ko‘rinishi bilan yangi radioaktiv elementlarni izlashda sa’y-harakatlarning sochilib ketishiga yo‘l qo‘ymaslik orqali fanga katta xizmat qilganligini qo‘shimcha qilishimiz o‘rinli ko‘rinadi.

2. a-ZARARALARNING TABIATI

Radioaktiv parchalanish nazariyasida biz hozirgacha o'tib ketgan juda muhim nuqta, ammo taqdimotning soddaligi uchun jimgina, radioaktiv moddalar chiqaradigan a-zarralarning tabiati, ularga tegishli gipoteza uchun. korpuskulyar xossalari Ruterford va Soddi nazariyasi uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega.

Dastlab, a-zarralar - nurlanishning sekin tarkibiy qismi bo'lib, materiya tomonidan oson so'riladi - ular Rezerford tomonidan kashf etilgandan so'ng, asosan tez o'tish kuchiga qaraganda yuz baravar ko'p bo'lgan b-nurlari bilan qiziqqan fiziklarning e'tiborini jalb qilmadi. a-zarralar.

Rezerfordning radioaktiv jarayonlarni tushuntirishda a zarrachalarning ahamiyatini oldindan ko‘ra bilishi va ularni o‘rganishga ko‘p yillarini bag‘ishlagani Rezerford dahosining yorqin namoyon bo‘lishi va uning faoliyati muvaffaqiyatini belgilovchi asosiy omillardan biridir.

1900 yilda Robert Rayleigh (Robert Strett, Jon Uilyam Reylining o'g'li) va undan mustaqil ravishda Kruks hech qanday eksperimental dalillar bilan tasdiqlanmagan gipotezani ilgari surdilar, a zarralari musbat zaryadga ega. Bugun biz a-zarralarni eksperimental o'rganish yo'lida turgan qiyinchiliklarni juda yaxshi tushuna olamiz. Bu qiyinchiliklar ikki xil: birinchidan, a zarrachalar b zarrachalardan ancha og‘irroq bo‘ladi, shuning uchun ular elektr va magnit maydonlari ta’sirida biroz og‘irlashadi va, albatta, sezilarli og‘ish hosil qilish uchun oddiy magnit yetarli emas edi; ikkinchidan, a-zarrachalar havoda tez so‘riladi, bu esa ularni kuzatishni yanada qiyinlashtiradi.

Ikki yil davomida Ruterford alfa zarralarini magnit maydonda yo'naltirishga harakat qildi, ammo u doimo noaniq natijalarga erishdi. Nihoyat, 1902 yil oxirida, Per Kyurining mehribon vositachiligi tufayli u etarli miqdorda radiy olishga muvaffaq bo'lganda, u ko'rsatilgan qurilma yordamida magnit va elektr maydonlarida a zarrachalarining og'ishini ishonchli tarzda o'rnatishga muvaffaq bo'ldi. 364-betda.

U kuzatgan og'ish unga a zarrasi musbat zaryadga ega ekanligini aniqlash imkonini berdi; og'ish tabiatiga ko'ra, Ruterford a zarracha tezligi taxminan yorug'lik tezligining yarmiga teng ekanligini aniqladi (keyinchalik takomillashtirishlar tezlikni yorug'lik tezligining taxminan o'ndan biriga qisqartirdi); e/m nisbati taxminan 6000 elektromagnit birlik bo'lib chiqdi. Bundan kelib chiqadiki, agar alfa zarracha elementar zaryadga ega bo'lsa, unda uning massasi vodorod atomining massasidan ikki baravar ko'p bo'lishi kerak. Ruterford bu ma'lumotlarning barchasi juda taxminiy ekanligini bilar edi, lekin ular hali ham bitta sifatli xulosa chiqarishga imkon berdi: a-zarralar atom massalari bilan bir xil tartibdagi massaga ega va shuning uchun Goldshteyn kuzatgan kanal nurlariga o'xshaydi, lekin bor. sezilarli darajada yuqori tezlik. Olingan natijalar, deydi Ruterford, "radioaktiv jarayonlarni yoritib beradi" va biz bu yorug'likning aksini Ruterford va Soddi qog'ozlaridan keltirilgan parchalarda ko'rganmiz.

1903 yilda Mari Kyuri Rezerfordning kashfiyotini hozirda barcha fizika darsliklarida tasvirlangan o'rnatish yordamida tasdiqladi, unda radiy chiqaradigan barcha nurlar tomonidan yaratilgan sintillyatsiya tufayli bir vaqtning o'zida a-zarrachalarning qarama-qarshi burilishlarini kuzatish mumkin edi. va b-nurlari va g-nurlanishning elektr va magnit maydonlariga immuniteti.

Radioaktiv parchalanish nazariyasi Rezerford va Soddini elementlarning radioaktiv oʻzgarishi natijasida hosil boʻladigan barcha turgʻun moddalar radioaktiv rudalarda boʻlishi kerak, degan fikrga olib keldi, bu oʻzgarishlar minglab yillar davomida sodir boʻlgan. Uran rudalarida Ramsey va Travers tomonidan topilgan geliyni radioaktiv parchalanish mahsuloti deb hisoblash kerak emasmi?

1903 yil boshidan radioaktivlikni o'rganish Gizel (Braunshveyg "Hininfabrik" kompaniyasi) 50% sof elementni o'z ichiga olgan radiy bromid hidrat kabi sof radiy birikmalarini chiqarganligi tufayli kutilmagan yangi turtki oldi. o'rtacha narxlar. Ilgari, eng ko'p 0,1% sof elementni o'z ichiga olgan birikmalar bilan ishlash kerak edi!

O'sha vaqtga kelib, Soddi Ramsey kimyoviy laboratoriyasida emanatsiya xususiyatlarini o'rganishni davom ettirish uchun Londonga qaytib keldi - o'sha paytda bunday turdagi tadqiqotlar o'tkazilishi mumkin bo'lgan dunyodagi yagona laboratoriya. U sotuvga chiqarilgan 30 mg preparatni sotib oldi va bu miqdor unga o'sha 1903 yilda Ramzi bilan bir necha oylik radiy tarkibida geliy borligini va geliyning parchalanish jarayonida hosil bo'lishini isbotlash uchun etarli edi. emanatsiya haqida.

Ammo geliy radioaktiv o'zgarishlar jadvalida qaysi o'rinni egallagan? Bu radiy o'zgarishlarining yakuniy mahsuloti yoki uning evolyutsiyasining ba'zi bir bosqichining mahsulotimi? Tez orada Ruterford geliy radiy chiqaradigan a zarrachalardan hosil bo'lishini, har bir a zarrasi ikkita musbat zaryadli geliy atomi ekanligini tushundi. Ammo buni isbotlash uchun ko'p yillik mehnat kerak bo'ldi. Rezerford va Geyger biz bobda muhokama qilgan a-zarracha hisoblagichini ixtiro qilgandagina dalilga erishildi. 13. Ayrim a zarrachaning zaryadini o'lchash va e/m nisbatini aniqlash darhol uning massasi m ga geliy atomining massasiga teng qiymatni berdi.

Va shunga qaramay, bu barcha tadqiqotlar va hisob-kitoblar hali a-zarralar geliy ionlari bilan bir xil ekanligini qat'iy isbotlagani yo'q. Aslida, agar, aytaylik, a-zarrachaning otilishi bilan bir vaqtda geliy atomi ajralib chiqsa, u holda barcha tajribalar va hisob-kitoblar o'z kuchini saqlab qoladi, ammo a-zarracha vodorod atomi yoki boshqa noma'lum modda bo'lishi mumkin. Ruterford bunday tanqidning ehtimolini yaxshi bilgan va uni rad etish uchun 1908 yilda Royds bilan birgalikda yuqoridagi rasmda sxematik tasvirlangan o'rnatish yordamida o'z gipotezasini hal qiluvchi isbotladi: radon tomonidan chiqarilgan a-zarralar yig'iladi va spektroskopik tahlil uchun naychada to'plangan; bu holda geliyning xarakterli spektri kuzatiladi.

Shunday qilib, 1908 yildan boshlab, a zarralari geliy ionlari ekanligi va geliyning tabiiy radioaktiv moddalarning tarkibiy qismi ekanligiga shubha yo'q edi.

Boshqa masalaga o'tishdan oldin shuni qo'shimcha qilamizki, uran rudalarida geliy topilganidan bir necha yil o'tgach, amerikalik kimyogar Boltvud tarkibida uran va toriy bo'lgan rudalarni o'rganar ekan, uran rudalarining oxirgi radioaktiv bo'lmagan mahsuloti ketma-ket ketma-ket hosil bo'lgan degan xulosaga keldi. uranning o'zgarishi qo'rg'oshindir va bundan tashqari, radiy va aktiniyning o'zi uranning parchalanish mahsulotlaridir. Shuning uchun Ruterford va Soddining "metabolonlar" jadvali sezilarli o'zgarishlarga duch kelgan bo'lishi kerak.

Atom parchalanishi nazariyasi yana bir qiziqarli oqibatlarga olib keldi. Radioaktiv o'zgarishlar doimiy tezlikda sodir bo'lganligi sababli, uni o'sha paytda ma'lum bo'lgan hech qanday fizik omil (1930), uran rudasida mavjud bo'lgan uran, qo'rg'oshin va geliy miqdorining nisbati bilan, rudaning o'zi yoshi bilan o'zgartira olmaydi. aniqlanishi mumkin, ya'ni Yerning yoshi. Birinchi hisob-kitobda bir milliard sakkiz yuz million yil degan raqam berilgan, ammo bu sohada muhim tadqiqotlar olib borgan Jon Joli (1857-1933) va Robert Reyli (1875-1947) bu taxminni juda noto‘g‘ri deb hisoblashgan. Endi uran rudalarining yoshi taxminan bir yarim milliard yil deb hisoblanadi, bu esa dastlabki hisob-kitoblardan unchalik farq qilmaydi.

3. RADIOFAOLLIKNING ASOSIY QONUNI

Ruterford toriy chiqishi faolligining vaqt o'tishi bilan kamayishining eksponensial qonunini eksperimental ravishda o'rnatganligini yuqorida aytgan edik: faollik taxminan bir daqiqada ikki baravar kamayadi. Ruterford va boshqalar tomonidan o'rganilgan barcha radioaktiv moddalar sifat jihatidan bir xil qonunga bo'ysungan, ammo ularning har biri o'zining yarimparchalanish davriga ega edi. Bu eksperimental fakt oddiy formula bilan ifodalanadi ( Ushbu formula o'xshaydi

Bu erda l - yarim yemirilish davri doimiysi va uning teskarisi elementning o'rtacha ishlash muddati. Atomlar sonining yarmiga kamayishi uchun zarur bo'lgan vaqt yarim yemirilish davri deb ataladi. Yuqorida aytib o'tganimizdek, A elementdan elementga katta farq qiladi va shuning uchun unga bog'liq bo'lgan barcha boshqa miqdorlar ham o'zgaradi. Masalan, uran I ning o'rtacha umri 6 milliard 600 million yilni, aktiniy A soniyaning uch mingdan uch qismini tashkil qiladi, bu esa radioaktiv atomlarning N 0 soni bilan boshlang'ich momentga ega bo'lmagan atomlar soni o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatadi. hali chirigan paytda t. Bu qonunni boshqacha ifodalash mumkin: ma'lum vaqt oralig'ida parchalanadigan atomlarning ulushi elementni tavsiflovchi doimiy bo'lib, radioaktiv parchalanish doimiysi deb ataladi va uning teskarisi o'rtacha umr ko'rish vaqti deb ataladi.

1930 yilgacha ushbu hodisaning tabiiy tezligiga zarracha ta'sir ko'rsatadigan hech qanday omil ma'lum emas edi. 1902 yildan boshlab, Ruterford va Soddi, keyin esa boshqa ko'plab fiziklar radioaktiv jismlarni turli xil jismoniy sharoitlarga joylashtirdilar, ammo radioaktiv parchalanish konstantasida zarracha o'zgarishga erisha olmadilar.

"Radioaktivlik, - deb yozgan edi Ruterford va Soddi, - bizning hozirgi ma'lumotlarimizga ko'ra, biz ma'lum bo'lgan va boshqariladigan kuchlarning ta'sir doirasidan butunlay tashqarida qoladigan jarayonning natijasi sifatida qaralishi kerak; uni yaratish ham, o‘zgartirish ham, to‘xtatish ham mumkin emas”. (Falsafiy jurnal, (6), 5, 582 (1903).).

Elementning o'rtacha ishlash muddati har bir element uchun o'zgarmas, aniq belgilangan doimiydir, lekin ma'lum elementning alohida atomining individual ishlash muddati mutlaqo noaniq. O'rtacha umr ko'rish vaqt o'tishi bilan kamaymaydi: yangi hosil bo'lgan atomlar guruhi uchun ham, erta geologik davrlarda hosil bo'lgan atomlar guruhi uchun ham bir xil. Xulosa qilib aytganda, antropomorf taqqoslashdan foydalanib, radioaktiv elementlarning atomlari o'ladi, lekin qarimaydi, deb aytishimiz mumkin. Umuman olganda, eng boshidanoq, radioaktivlikning asosiy qonuni bugungi kungacha saqlanib qolganidek, mutlaqo tushunarsiz bo'lib tuyuldi.

Aytilganlarning barchasidan ma'lum bo'ldiki, radioaktivlik qonuni ehtimollik qonunidir. Uning ta'kidlashicha, atomning ma'lum bir vaqtda parchalanish ehtimoli barcha mavjud radioaktiv atomlar uchun bir xil. Shunday qilib, biz statistik qonun haqida gapiramiz, bu ko'rib chiqilgan atomlar soni qanchalik ko'p bo'lsa, aniqroq bo'ladi. Agar radioaktivlik hodisasiga tashqi sabablar ta'sir qilgan bo'lsa, unda bu qonunni tushuntirish juda oddiy bo'lar edi: bu holda, ma'lum bir vaqtda parchalanadigan atomlar tashqi ta'sirga nisbatan juda qulay sharoitda bo'lgan atomlar bo'ladi. sabab. Atomning parchalanishiga olib keladigan bu maxsus sharoitlar, masalan, atomlarning termal qo'zg'alishi bilan izohlanishi mumkin. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, radioaktivlikning statistik qonuni klassik fizikaning statistik qonunlari bilan bir xil ma'noga ega bo'lib, alohida dinamik qonunlarning sintezi sifatida qaraladi, ularning ko'pligi tufayli statistik jihatdan ko'rib chiqish uchun qulaydir.

Ammo eksperimental ma'lumotlar ushbu statistik qonunni tashqi sabablar bilan aniqlangan qonunlar yig'indisiga qisqartirishni mutlaqo imkonsiz qildi. Tashqi sabablarni istisno qilib, ular atomning o'zida atomning o'zgarishi sabablarini izlay boshladilar.

"Chunki, - deb yozgan Mari Kyuri, - ko'p sonli atomlar yig'indisida, ularning ba'zilari darhol yo'q qilinadi, boshqalari esa juda uzoq vaqt mavjud bo'lib, bir xil atomlarning barcha atomlarini ko'rib chiqishning iloji yo'q. oddiy modda butunlay bir xil, ammo shuni tan olish kerakki, ularning taqdiridagi farq individual farqlar bilan belgilanadi. Ammo keyin yangi qiyinchilik paydo bo'ladi. Biz hisobga olmoqchi bo'lgan farqlar shunday bo'lishi kerakki, ular moddaning "qarishi" ni aniqlamasligi kerak. Ular shunday bo'lishi kerakki, atomning ma'lum vaqt davomida yashash ehtimoli uning mavjud bo'lgan vaqtga bog'liq emas. Atomlar tuzilishi haqidagi har qanday nazariya, agar u yuqorida bayon qilingan fikrlarga asoslangan bo'lsa, bu talabni qondirishi kerak." (Ma'ruzalar va muhokamalar du Conseil Solvay tenu a Bruxelles du 27-au 30-aprel 1913, Parij, 1921, p. 68-69).

Mari Kyurining nuqtai nazarini uning shogirdi Debyer ham baham ko'rdi, u har bir radioaktiv atom doimiy ravishda ko'plab turli holatlardan tez o'tib, ma'lum bir o'rtacha holatni o'zgarmagan holda va tashqi sharoitlardan mustaqil holda saqlab turadi, degan farazni ilgari surdi. Bundan kelib chiqadiki, o'rtacha hisobda bir xil turdagi barcha atomlar bir xil xususiyatlarga ega va atom vaqti-vaqti bilan o'tadigan beqaror holat tufayli bir xil parchalanish ehtimoliga ega. Ammo atomning doimiy parchalanish ehtimoli mavjudligi uning o'ta murakkabligini anglatadi, chunki u tasodifiy harakatlarga duchor bo'lgan ko'p sonli elementlardan iborat bo'lishi kerak. Atomning markaziy qismi bilan chegaralangan bu atom ichidagi qo'zg'alish tashqi haroratdan sezilarli darajada yuqori bo'lgan atomning ichki haroratini kiritish zarurligiga olib kelishi mumkin.

Mari Kyuri va Debirning bu mulohazalari, ammo hech qanday eksperimental ma'lumotlar bilan tasdiqlanmagan va hech qanday haqiqiy oqibatlarga olib kelmagan, fiziklar orasida javob topmadi. Biz ularni eslaymiz, chunki radioaktiv parchalanish qonunini klassik talqin qilishdagi muvaffaqiyatsiz urinish statistik qonunning birinchi yoki hech bo'lmaganda eng ishonchli misoli bo'lib, uni alohida ob'ektlarning individual xatti-harakatlari qonunlaridan kelib chiqib bo'lmaydi. Statistik qonunning yangi tushunchasi to'g'ridan-to'g'ri, yaxlitlikni tashkil etuvchi alohida ob'ektlarning xatti-harakatlaridan qat'i nazar, paydo bo'ladi. Bunday kontseptsiya Kyuri va Debirning muvaffaqiyatsiz urinishlaridan o'n yil o'tgach aniq bo'ladi.

4. RADIOAKTİV IZOTOPLAR

O'tgan asrning birinchi yarmida ba'zi kimyogarlar, xususan, Jan Baptiste Dyuma (1800-1884) elementlarning atom og'irligi va ularning kimyoviy va fizik xususiyatlari o'rtasida ma'lum bir bog'liqlikni payqashdi. Bu kuzatishlar Dmitriy Ivanovich Mendeleev (1834-1907) tomonidan yakunlandi, u 1868 yilda kimyodagi eng chuqur umumlashmalardan biri bo'lgan elementlarning davriy sistemasi haqidagi o'zining mohir nazariyasini e'lon qildi. Mendeleev o'sha paytda ma'lum bo'lgan elementlarni atom og'irligini oshirish tartibida joylashtirdi. Mana, o'sha davr ma'lumotlariga ko'ra ularning atom og'irligini ko'rsatadigan birinchisi:

7Li; 9.4Ve; 11B; 12C; 14N; 160; 19F;

23Na; 24 mg; 27,3Al; 28Si; 31P; 32S; 35,50Cl.

Mendeleev elementlarning kimyoviy va fizik xossalari atom og'irligining davriy funktsiyalari ekanligini ta'kidladi. Masalan, birinchi qatorda yozilgan elementlarda zichlik atom og'irligi oshishi bilan muntazam ravishda oshib boradi, qatorning o'rtasida maksimal darajaga etadi va keyin kamayadi; bir xil davriylik, garchi unchalik aniq bo'lmasa ham, birinchi va ikkinchi qatorning elementlari uchun boshqa kimyoviy va fizik xususiyatlar (erish nuqtasi, kengayish koeffitsienti, o'tkazuvchanlik, oksidlanish va boshqalar) bilan bog'liq holda ko'rish mumkin. Bu o'zgarishlar ikkala qatorda bir xil qonun bo'yicha sodir bo'ladi, shuning uchun bir ustunda joylashgan elementlar (Li va Na, Be va Mg va boshqalar) o'xshash kimyoviy xususiyatlarga ega. Bu ikki qator davrlar deb ataladi. Shunday qilib, barcha elementlar o'z xususiyatlariga muvofiq davrlar bo'yicha taqsimlanishi mumkin. Bundan Mendeleev qonuni kelib chiqadi: elementlarning xossalari davriy ravishda ularning atom og'irliklariga bog'liq.

Davriy tasnifga sabab bo‘lgan qizg‘in bahs-munozarani va uning fan rivojiga ko‘rsatgan bebaho xizmatlari orqali bosqichma-bosqich o‘rnatilishini bu yer bilan bog‘lash joyi emas. O'tgan asrning oxiriga kelib uni deyarli barcha kimyogarlar qabul qilganligini, uni nazariy talqin qilishga urinishlarning befoyda ekanligiga ishonch hosil qilgan holda, uni eksperimental fakt sifatida qabul qilganligini ta'kidlash kifoya.

20-asrning boshida, Seylonda qimmatbaho toshlarni qayta ishlash jarayonida yangi mineral - torianit topildi, u hozir ma'lum bo'lganidek, toriy-uran mineralidir. Bir oz torianit tahlil qilish uchun Angliyaga yuborilgan. Biroq, birinchi tahlilda, Soddi mashhur nemisning analitik kimyo bo'yicha ishiga bog'lagan xato tufayli, toriy sirkoniy bilan chalkashtirib yuborildi, shu sababli uran rudasi deb hisoblangan tekshirilayotgan moddaga Kyuri usuli qo'llanildi. radiyni uran rudasidan ajratib oling. 1905 yilda ushbu usuldan foydalanib, Vilgelm Remzi va Otto Xan (ikkinchisi o'ttiz yil o'tgach, uranning bo'linish reaktsiyasini kashf qilib, o'z nomini abadiylashtirdi) kimyoviy tahlilda toriy ekanligi aniqlangan, ammo undan kuchliroq radioaktivlik bilan ajralib turadigan moddani olishdi. . Toriyda bo'lgani kabi, uning parchalanishi toriy X hosil bo'lishiga olib keldi; toron va boshqa radioaktiv elementlar. Kuchli radioaktivlik hosil bo'lgan moddada hali kimyoviy jihatdan aniqlanmagan yangi radioaktiv element mavjudligini ko'rsatdi. U radiotoriy deb nomlangan. Tez orada ma'lum bo'ldiki, u toriyning parchalanish seriyasining elementi bo'lib, u Ruterford va Soddining oldingi tahlilidan chetlab o'tgan va toriy va toriy X orasiga qo'yilishi kerak edi. Radiotoriyning o'rtacha umri taxminan ikki yil ekanligi aniqlandi. . Bu radiotoriyning laboratoriyalarda qimmat radiy o'rnini bosishi uchun etarlicha uzoq vaqt. Sof ilmiy qiziqishdan tashqari, bu iqtisodiy sabab ko'plab kimyogarlarni uni ajratib olishga harakat qildi, ammo barcha urinishlar muvaffaqiyatsizlikka uchradi. Uni toriydan hech qanday kimyoviy jarayon bilan ajratish mumkin emas edi, bundan tashqari, 1907 yilda Xon radiotoriyni hosil qiluvchi mezotoriy elementini kashf etgani va u ham toriydan ajralmas bo'lib chiqqanligi sababli muammo yanada murakkablashgandek tuyuldi. Amerikalik kimyogarlar Makkoy va Ross muvaffaqiyatsizlikka uchragan holda, buni va boshqa eksperimentchilarning muvaffaqiyatsizliklarini ajralishning tubdan mumkin emasligi bilan tushuntirishga jur'at etishdi, ammo ularning zamondoshlari uchun bunday tushuntirish faqat qulay bahona bo'lib tuyuldi. Ayni paytda, 1907-1910 yillarda. Ba'zi radioaktiv elementlarni boshqalardan ajratib bo'lmaydigan boshqa holatlar ham bo'lgan. Eng tipik misollar toriy va ioniy, mezotoriy I va radiy, radiy D va qo'rg'oshin edi.

Ba'zi kimyogarlar yangi radioelementlarning ajralmasligini 19-asrda kimyo duch kelgan noyob yer elementlari bilan taqqoslashdi. Dastlab, noyob erlarning o'xshash kimyoviy xossalari bu elementlarning xususiyatlarini bir xil deb hisoblash imkonini berdi va faqat keyinroq, kimyoviy usullar takomillashgani sababli, ularni asta-sekin ajratish mumkin bo'ldi. Biroq, Soddi bu o'xshatish uzoqqa cho'zilgan deb hisoblardi: noyob erlar misolida, qiyinchilik elementlarni ajratishda emas, balki ularning ajralish faktini aniqlashda edi. Aksincha, radioaktiv elementlarga kelsak, bu ikki element orasidagi farq boshidanoq aniq, lekin ularni ajratish mumkin emas.

1911 yilda Soddi radiyni o'z ichiga olgan mezotoriyumning tijorat preparatini tizimli ravishda o'rgandi va bu ikki elementdan birining nisbiy tarkibini hatto takroriy fraksiyonel kristallanishga murojaat qilish orqali ham oshirish mumkin emasligini aniqladi. Soddi ikkita element turli xil radioaktiv xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin, ammo boshqa kimyoviy va fizik xususiyatlar shunchalik o'xshash bo'lishi mumkinki, ularni oddiy kimyoviy jarayonlar bilan ajratib bo'lmaydi degan xulosaga keldi. Agar ikkita shunday element bir xil kimyoviy xossalarga ega bo'lsa, ular elementlarning davriy jadvalida bir joyda joylashtirilishi kerak; shuning uchun ularni izotoplar deb atagan.

Ushbu asosiy g'oyadan Soddi "radioaktiv o'zgarishlarda joy almashish qoidasini" shakllantirish orqali nazariy tushuntirish berishga harakat qildi: bitta alfa zarrachaning chiqishi elementning davriy jadvalda ikki o'rinni chapga siljishiga olib keladi. Ammo o'zgartirilgan element keyinchalik ikkita b zarrachaning chiqishi bilan davriy jadvalning bir hujayrasiga qaytishi mumkin, buning natijasida har xil atom og'irliklariga qaramay, ikkala element bir xil kimyoviy xususiyatlarga ega bo'ladi. 1911 yilda b-nurlarini chiqaradigan va, qoida tariqasida, juda qisqa umrga ega bo'lgan radioaktiv elementlarning kimyoviy xossalari hali ham kam ma'lum edi, shuning uchun bu tushuntirishni qabul qilishdan oldin, b-nurlarini chiqaradigan elementlarning xususiyatlarini yaxshiroq tushunish kerak edi. - nurlar. Soddi bu ishni yordamchisi Flekga ishonib topshirdi. Ish juda ko'p vaqtni oldi va unda Ruterfordning ikkala yordamchisi Ressel va Xevsi qatnashdilar; keyinchalik Fayans ham bu vazifani zimmasiga oldi.

1913 yil bahorida ish yakunlandi va Soddi hukmronligi hech qanday istisnosiz tasdiqlandi. Buni juda sodda tarzda ifodalash mumkin edi: alfa zarrachaning emissiyasi berilgan elementning atom og'irligini 4 birlikka kamaytiradi va elementni davriy jadvalda ikki pog'ona chapga siljitadi; b-zarrachaning emissiyasi elementning atom og'irligini sezilarli darajada o'zgartirmaydi, balki uni davriy sistemada bir o'rin o'ngga siljitadi. Shuning uchun, agar a zarrachaning emissiyasi natijasida yuzaga kelgan transformatsiyadan so'ng b zarrachalar emissiyasi bilan ikkita transformatsiya sodir bo'lsa, u holda uchta transformatsiyadan so'ng element jadvaldagi o'zining dastlabki joyiga qaytadi va dastlabki element bilan bir xil kimyoviy xususiyatlarga ega bo'ladi, ammo atom og'irligi 4 birlik kam bo'lgan. Bundan ham aniq kelib chiqadiki, ikki xil elementning izotoplari bir xil atom og'irligiga ega, ammo kimyoviy xossalari har xil bo'lishi mumkin. Styuart ularni izobarlar deb atagan. 371-sahifada 1913-yilda Soddi tomonidan berilgan shaklda radioaktiv transformatsiyalar paytida siljish qoidasini aks ettiruvchi diagramma keltirilgan. Endi biz, albatta, 1913-yilda Soddi bilganidan ko‘ra ko‘proq radioaktiv izotoplarni bilamiz. bu keyingi texnik yutuqlar. Asosiy narsani yana bir bor ta'kidlash muhimroqdir: a-zarralar ikkita musbat zaryadni, b-zarrachalar esa bitta manfiy zaryadni; bu zarralarning birortasining emissiyasi elementning kimyoviy xossalarini o'zgartiradi. Demak, Soddi qoidasining chuqur ma'nosi shundan iboratki, elementlarning yoki hech bo'lmaganda radioaktiv elementlarning kimyoviy xossalari bu qoida kengaytirilgunga qadar klassik kimyo ta'kidlaganidek, atom og'irligiga emas, balki atom ichidagi elektr zaryadiga bog'liqdir.

Radioaktiv transformatsiyalar

1903 yilda Per Kyuri uran tuzlari doimiy ravishda va vaqt o'tishi bilan sezilarli darajada kamaymasdan issiqlik energiyasini chiqarishini aniqladi, bu esa massa birligiga nisbatan eng baquvvat kimyoviy reaktsiyalar energiyasiga nisbatan juda katta tuyulardi. Radiy undan ham ko'proq issiqlik chiqaradi - 1 g toza modda uchun soatiga taxminan 107 J. Ma'lum bo'lishicha, yer sharining tubida mavjud bo'lgan radioaktiv elementlar magmani eritish uchun etarli bo'lgan (cheklangan issiqlikni olib tashlash sharoitida)

Bu bitmas-tuganmas energiya manbai qayerda? Mari Kyuri 19-asrning oxirida ilgari surgan. ikkita gipoteza. Ulardan biri (Lord Kelvin tomonidan baham ko'rilgan ) radioaktiv moddalar kosmik nurlanishning bir turini ushlab, kerakli energiyani saqlaydi. Ikkinchi gipotezaga ko'ra, nurlanish atomlarning o'zida ba'zi o'zgarishlar bilan birga keladi, ular bir vaqtning o'zida chiqariladigan energiyani yo'qotadi. Ikkala faraz ham bir xil darajada aql bovar qilmaydigan bo'lib tuyuldi, lekin asta-sekin ikkinchisining foydasiga ko'proq dalillar to'planib bordi.

Ernest Ruterford radioaktiv moddalar bilan nima sodir bo'lishini tushunishga katta hissa qo'shgan. 1895 yilda havoda argon kashfiyoti bilan mashhur bo'lgan ingliz kimyogari Uilyam Ramsay kleveit mineralida yana bir olijanob gaz - geliyni topdi. Keyinchalik, boshqa minerallarda sezilarli miqdorda geliy topildi - faqat uran va toriy bo'lganlar. Bu ajablanarli va g'alati tuyuldi - noyob gaz minerallarda qaerdan paydo bo'lishi mumkin? Ruterford radioaktiv minerallar chiqaradigan alfa zarralarining tabiatini o'rganishni boshlaganida, geliy radioaktiv parchalanish mahsuloti ekanligi ma'lum bo'ldi ( sm. RADIOFAOLLIK). Bu shuni anglatadiki, ba'zi kimyoviy elementlar boshqalarni "hosil qilish" ga qodir - bu kimyogarlarning bir necha avlodlari tomonidan to'plangan barcha tajribaga zid edi.

Biroq, uran va toriyning geliyga "aylanishi" bu bilan cheklanmagan. 1899 yilda Ruterfordning laboratoriyasida (o'sha paytda u Monrealda ishlagan) yana bir g'alati hodisa kuzatildi: yopiq ampuladagi toriy elementining preparatlari doimiy faollikni saqlab turdi, ammo ochiq havoda ularning faolligi bog'liq edi. Qoralamalar. Ruterford toriy radioaktiv gaz chiqarishini tezda angladi (u toriy emanatsiyasi - lotincha emanatio - chiqish yoki toron deb ataldi), bu gazning faolligi juda tez pasaydi: taxminan bir daqiqada ikki baravarga (zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra - 55,6 soniyada) ). Xuddi shunday gazsimon "emanatsiya" radiyda ham topilgan (uning faolligi ancha sekin pasayib ketdi) - bu radium emanatsiyasi yoki radon deb ataldi. Aktiniyning o'ziga xos "emanatsiyasi" borligi aniqlandi, u bir necha soniya ichida yo'qoladi, u aktiniy chiqishi yoki aktinon deb ataldi. Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, bu barcha "emanatsiyalar" bir xil kimyoviy element - radonning izotoplari ( sm. Kimyoviy elementlar).

Seriyaning har bir a'zosi ma'lum kimyoviy elementlarning izotoplaridan biriga tayinlangandan so'ng, uran seriyasi uran-238 dan boshlanishi aniq bo'ldi ( T 1/2 = 4,47 milliard yil) va barqaror qo'rg'oshin-206 bilan tugaydi; bu qator a'zolaridan biri juda muhim element radiy bo'lgani uchun), bu qator uran-radiy qatori ham deyiladi. Aktiniy seriyasi (uning boshqa nomi - aktinoranium seriyasi) ham tabiiy urandan kelib chiqadi, lekin uning boshqa izotopidan - 235 U ( T 1/2 = 794 million yil). Toriy seriyasi 232 Th nukliddan boshlanadi ( T 1/2 = 14 milliard yil). Nihoyat, tabiatda mavjud bo'lmagan neptuniy seriyasi neptuniyning sun'iy ravishda olingan eng uzoq umr ko'radigan izotopi bilan boshlanadi: 237 Np 233 Pa 233 U 229 Th 225 Ra 225 Ac 221 Fr 217 At 213 Bi 213 Po 02 . Ushbu seriyada "vilka" ham mavjud: 2% ehtimollik bilan 213 Bi 209 Tl ga aylanishi mumkin, bu allaqachon 209 Pb ga aylanadi. Neptunium seriyasining yanada qiziqarli xususiyati gazsimon "emanatsiyalar" ning yo'qligi va seriyaning oxirgi a'zosi qo'rg'oshin o'rniga vismutdir. Ushbu sun'iy seriyaning ajdodining yarim umri "atigi" 2,14 million yilni tashkil etadi, shuning uchun neptunium, hatto Quyosh tizimining shakllanishi paytida ham mavjud bo'lsa ham, bugungi kungacha "omon qololmaydi", chunki Yerning yoshi 4,6 milliard yil deb baholanadi va bu vaqt davomida (2000 dan ortiq yarim umr) neptuniydan birorta ham atom qolmaydi.

Misol tariqasida, Ruterford radiy o'zgarishi zanjiridagi hodisalarning murakkab chigalini ochdi (radiy-226 uran-238 radioaktiv seriyasining oltinchi a'zosi). Diagrammada Ruterford davrining belgilari va nuklidlarning zamonaviy belgilari, shuningdek, parchalanish turi va yarim umr bo'yicha zamonaviy ma'lumotlar ko'rsatilgan; Yuqoridagi seriyada kichik "vilka" ham mavjud: 0,04% ehtimollik bilan RaC RaC"" (210 Tl) ga aylanishi mumkin, keyin u bir xil RaD ga aylanadi ( T 1/2 = 1,3 min). Ushbu radioaktiv qo'rg'oshinning yarimparchalanish muddati ancha uzoq, shuning uchun tajriba davomida uning keyingi o'zgarishlariga e'tibor bermaslik mumkin.

Ushbu seriyaning oxirgi a'zosi, qo'rg'oshin-206 (RaG) barqaror; tabiiy qo'rg'oshinda u 24,1% ni tashkil qiladi. Toriy seriyasi barqaror qo'rg'oshin-208 ga olib keladi (uning "oddiy" qo'rg'oshin tarkibidagi miqdori 52,4% ni tashkil qiladi), aktiniy seriyasi qo'rg'oshin-207 ga olib keladi (qo'rg'oshin tarkibidagi miqdori 22,1%). Ushbu qo'rg'oshin izotoplarining zamonaviy er qobig'idagi nisbati, albatta, asosiy nuklidlarning yarimparchalanish davri bilan ham, ularning Yer hosil bo'lgan materialdagi dastlabki nisbati bilan ham bog'liq. Va "oddiy", radioogen bo'lmagan, er qobig'idagi qo'rg'oshin atigi 1,4% ni tashkil qiladi. Shunday qilib, agar dastlab Yerda uran va toriy bo'lmaganida, undagi qo'rg'oshin 1,6 × 10-3% (taxminan kobalt bilan bir xil) emas, balki 70 baravar kam (masalan, indiy va boshqa noyob metallar kabi) bo'lar edi. tuliy!). Boshqa tomondan, bir necha milliard yil oldin sayyoramizga uchib kelgan xayoliy kimyogar undan ancha kam qo'rg'oshin va ko'proq uran va toriy topgan bo'lar edi...

1915-yilda F.Soddi toriyning Seylon mineral toritidan (ThSiO 4) parchalanishidan hosil boʻlgan qoʻrgʻoshinni ajratib olganida, uning atom massasi 207,77 ga teng, yaʼni “oddiy” qoʻrgʻoshinnikidan (207.2) koʻp boʻlib chiqdi. Bu "nazariy" (208) dan farqi, torit tarkibida qo'rg'oshin-206 hosil qiluvchi bir oz uran bo'lganligi bilan izohlanadi. Amerikalik kimyogari Teodor Uilyam Richards atom massalarini o'lchash sohasidagi vakolatli shaxs, tarkibida toriy bo'lmagan ba'zi uran minerallaridan qo'rg'oshinni ajratib olganida, uning atom massasi deyarli 206 ga teng bo'lib chiqdi. Bu qo'rg'oshinning zichligi biroz kamroq edi. va u hisoblanganga to'g'ri keldi: ( Pb)  206/207,2 = 0,994(Pb), bunda (Pb) = 11,34 g/sm 3. Bu natijalar nega qo'rg'oshin uchun, boshqa bir qator elementlarda bo'lgani kabi, atom massasini juda yuqori aniqlik bilan o'lchashning ma'nosi yo'qligini aniq ko'rsatib turibdi: turli joylarda olingan namunalar biroz boshqacha natijalar beradi ( sm. uglerod birligi).

Tabiatda diagrammalarda ko'rsatilgan o'zgarishlar zanjirlari doimiy ravishda sodir bo'ladi. Natijada, ba'zi kimyoviy elementlar (radioaktiv) boshqalarga aylanadi va bunday o'zgarishlar Yerning butun mavjudligi davrida sodir bo'lgan. Radioaktiv qatorlarning dastlabki a'zolari (ular ona deb ataladi) eng uzoq umr ko'rishadi: uran-238 ning yarimparchalanish davri 4,47 milliard yil, toriy-232 - 14,05 milliard yil, uran-235 ("aktinouran" deb ham ataladi). aktiniy seriyasining ajdodi) - 703,8 million yil. Ushbu uzun zanjirning barcha keyingi ("qizi") a'zolari sezilarli darajada qisqaroq umr ko'rishadi. Bunday holda, radiokimyogarlar "radioaktiv muvozanat" deb ataydigan holat yuzaga keladi: asosiy uran, toriy yoki aktiniydan oraliq radionuklid hosil bo'lish tezligi (bu tezlik juda past) ushbu nuklidning parchalanish tezligiga teng. Ushbu tezliklarning tengligi natijasida berilgan radionuklidning tarkibi doimiy bo'lib, faqat uning yarimparchalanish davriga bog'liq: radioaktiv qatorning qisqa muddatli a'zolarining kontsentratsiyasi kichik, uzoq umr ko'radigan a'zolarning kontsentratsiyasi. kattaroq. Oraliq parchalanish mahsulotlari tarkibining bu doimiyligi juda uzoq vaqt davom etadi (bu vaqt ota-nuklidning yarimparchalanish davri bilan belgilanadi, bu juda uzoq). Oddiy matematik o'zgarishlar quyidagi xulosaga olib keladi: onalar sonining nisbati ( N 0) va bolalar ( N 1, N 2, N 3...) atomlar yarim yemirilish davriga to‘g‘ridan-to‘g‘ri proportsionaldir: N 0:N 1:N 2:N 3... = T 0:T 1:T 2:T 3... Shunday qilib, uran-238 ning yarim yemirilish davri 4,47 10 9 yil, radiy 226 1600 yil, shuning uchun uran rudalaridagi uran-238 va radiy-226 atomlari sonining nisbati 4,47 10 9 ga teng: 1600 , undan hisoblash oson (bu elementlarning atom massalarini hisobga olgan holda) 1 tonna uranga radioaktiv muvozanatga erishilganda atigi 0,34 g radiy bor.

Va aksincha, rudalardagi uran va radiy nisbatini, shuningdek radiyning yarimparchalanish davrini bilib, uranning yarim yemirilish davrini aniqlash mumkin va radiyning yarimparchalanish davrini aniqlash uchun sizga kerak emas. ming yildan ortiq kuting - buning uchun (uning radioaktivligi bo'yicha) parchalanish tezligini (ya'ni .d qiymatini) o'lchash kifoya. N/d t) ushbu elementning kichik ma'lum miqdori (ma'lum miqdordagi atomlar bilan N) va keyin d formula bo'yicha N/d t = –N qiymatini aniqlang  = ln2/ T 1/2.

Siqilish qonuni. Agar biron-bir radioaktiv qatorning a'zolari elementlarning davriy tizimida ketma-ket chizilsa, bu qatordagi radionuklidlar asosiy elementdan (uran, toriy yoki neptuniy) qo'rg'oshin yoki vismutga silliq siljimaydi, balki "sakrab" ketadi. o'ngga va keyin chapga. Shunday qilib, uran seriyasida qo'rg'oshinning ikkita beqaror izotoplari (element No 82) vismut izotoplariga (element No 83), so'ngra poloniyning izotoplariga (element No 84) va yana qo'rg'oshin izotoplariga aylanadi. . Natijada, radioaktiv element ko'pincha elementlar jadvalining bir xil xujayrasiga qaytadi, ammo boshqa massaga ega bo'lgan izotop hosil bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, bu "sakrashlar"da F.Soddi 1911 yilda payqagan ma'lum bir naqsh bor.

Endi ma'lumki,  parchalanish paytida yadrodan  zarracha (geliy atomining yadrosi) chiqariladi, shuning uchun yadro zaryadi 2 ga kamayadi (davriy jadvalda chapga ikki hujayra siljishi) , va massa soni 4 ga kamayadi, bu bizga yangi elementning qanday izotopi hosil bo'lishini taxmin qilish imkonini beradi. Radonning -emirilishi misol bo'lishi mumkin:  + .  yemirilish vaqtida, aksincha, yadrodagi protonlar soni bittaga ko'payadi, lekin yadro massasi o'zgarmaydi ( sm. RADIOFAOLLIK), ya'ni. elementlar jadvalining o'ngga bir katakka siljishi mavjud. Radondan hosil bo'lgan poloniyning ikkita ketma-ket o'zgarishi bunga misol bo'ladi:   . Shunday qilib, agar biz "vilkalar" ni hisobga olmasak, masalan, radiy-226 ning parchalanishi natijasida (uran seriyasiga qarang) qancha alfa va beta zarralari chiqarilishini hisoblash mumkin. Dastlabki nuklid, yakuniy nuklid - . Massaning kamayishi (aniqrog'i, massa soni, ya'ni yadrodagi proton va neytronlarning umumiy soni) 226 - 206 = 20 ga teng, shuning uchun 20/4 = 5 alfa zarralari chiqarilgan. Bu zarralar 10 ta protonni olib ketdi va agar  parchalanish bo'lmasa, yakuniy parchalanish mahsulotining yadro zaryadi 88 - 10 = 78 ga teng bo'ladi. Aslida, yakuniy mahsulotda 82 proton bor, shuning uchun transformatsiyalar paytida. , 4 ta neytron protonga aylandi va 4  zarracha ajralib chiqdi.

Ko'pincha -emirilishdan keyin ikkita -emirilish sodir bo'ladi va shu bilan hosil bo'lgan element elementlar jadvalining dastlabki katakchasiga - dastlabki elementning engilroq izotopi shaklida qaytadi. Ushbu faktlar tufayli D.I.Mendeleevning davriy qonuni elementlarning massasi emas, balki ularning xossalari va yadrosining zaryadi o'rtasidagi munosabatni aks ettirganligi ma'lum bo'ldi (dastlab atomning tuzilishi noma'lum bo'lganida).

Radioaktiv siljish qonuni nihoyat 1913 yilda ko'plab olimlarning mashaqqatli izlanishlari natijasida shakllantirildi. Ular orasida Soddining yordamchisi Aleksandr Flek, Soddining stajyori A.S.Rassell, 1911–1913 yillarda Manchester universitetida Ruterford bilan birga ishlagan vengriyalik fizik-kimyogari Dyordji Xevsi va nemis (keyinroq amerikalik) fizik kimyogari Kasimir bor edi. 1887-1975). Ushbu qonun ko'pincha Soddy-Faience qonuni deb ataladi.

Elementlarning sun'iy o'zgarishi va sun'iy radioaktivlik. Bekkerel davridan beri radioaktiv birikmalar yaqinida bo'lgan eng oddiy moddalarning o'zlari ozmi-ko'pmi radioaktiv bo'lib qolishlari aniqlangan. Ruterford buni "hayajonli faoliyat" deb atagan, Kyurilar buni "induktsiyalangan faoliyat" deb atashgan, ammo uzoq vaqt davomida hech kim bu hodisaning mohiyatini tushuntirib bera olmadi.

1919 yilda Rezerford alfa zarrachalarining turli moddalar orqali o'tishini o'rgandi. Ma'lum bo'lishicha, tez uchuvchi -zarralar yorug'lik elementlarining yadrolariga, masalan, azot, tez uchuvchi protonlar (vodorod yadrolari) yadrolariga urilganda, ulardan vaqti-vaqti bilan chiqib ketishi mumkin, -zarrachaning o'zi esa yadroning bir qismiga aylanadi. , bu uning zaryadini bir marta oshiradi. Shunday qilib, +  + reaktsiyasi natijasida azotdan yana bir kimyoviy element - kislorod (uning og'ir izotopi) hosil bo'ladi. Bu bir elementni boshqasiga aylantirishning sun'iy ravishda amalga oshirilgan birinchi reaktsiyasi edi. Bunda, shuningdek, boshqa barcha yadro jarayonlarida ham umumiy zaryad (pastki yozuvlar) ham, massa soni ham saqlanib qoladi, ya'ni. proton va neytronlarning umumiy soni (yuqori yozuv).

Alkimyogarlarning azaliy orzusi ro'yobga chiqdi: inson ba'zi elementlarni boshqalarga aylantirishni o'rgandi, garchi Ruterford davrida hech kim bu mahoratdan amaliy natija kutmagan edi. Darhaqiqat, a-zarralarni olish uchun ularning manbai, masalan, radiy preparati bo'lishi kerak edi. Eng yomoni, azotda chiqarilgan har million a-zarra uchun o'rtacha atigi 20 ta kislorod atomi olingan.

Vaqt o'tishi bilan boshqa yadroviy reaktsiyalar amalga oshirildi va ularning ko'pchiligi amaliy foydalanishni topdi. 1932 yil aprel oyida Angliya Fanlar Akademiyasi (Qirollik jamiyati) yig'ilishida Ruterford o'z laboratoriyasida yorug'lik elementlarini (masalan, litiy) protonlar bilan parchalash reaktsiyalarini muvaffaqiyatli amalga oshirganligini e'lon qildi. Buning uchun vodoroddan olingan protonlar o'nlab va hatto yuz minglab voltsga teng yuqori kuchlanish yordamida tezlashtirilgan. Alfa zarrachalariga qaraganda kichikroq zaryad va massaga ega bo'lgan protonlar yadroga osonroq kirib boradi. Proton o'zini litiy-7 yadrosiga kiritib, uni berilliy-8 yadrosiga aylantiradi, u deyarli bir zumda ortiqcha energiyani "tashlaydi", ikkita -zarrachaga bo'linadi: +  ()  2. Agar yorug'lik izotopini olsak. litiy (tabiiy litiyda 7,5% ni tashkil qiladi), keyin geliyning ikkita izotopining yadrolari hosil bo'ladi: +  ()  + . Kislorod protonlari bilan bombardimon qilinganda ftor olindi: +  + ; alyuminiy - magniyni o'qqa tutishda: + + .

Ko'p turli transformatsiyalar deyteronlar, ya'ni og'ir vodorod izotopi deyteriyning yadrolari, yuqori tezlikka tezlashtirilgan holda amalga oshirildi. Shunday qilib, +  + reaktsiyasi davomida birinchi marta o'ta og'ir vodorod - tritiy hosil bo'ldi. Ikki deytronning to'qnashuvi turlicha borishi mumkin: +  + , bu jarayonlar boshqariladigan termoyadro reaktsiyasi imkoniyatini o'rganish uchun muhimdir. +  ()  2 reaktsiyasi muhim bo'lib chiqdi, chunki u deytronlarning nisbatan past energiyasida (0,16 MeV) sodir bo'ladi va ulkan energiya - 22,7 MeV chiqishi bilan birga keladi (esda tutingki, 1 MeV = 10 6 eV). , va 1 eV = 96,5 kJ/mol).

Beriliyni -zarrachalar bilan bombardimon qilganda sodir bo'ladigan reaksiya katta amaliy ahamiyatga ega bo'ldi: +  ()  + , 1932 yilda neytral neytron zarrasining ochilishiga olib keldi va radiy-berilliy neytron manbalari juda qulay bo'lib chiqdi. ilmiy tadqiqotlar uchun. Har xil energiyaga ega neytronlarni +  + reaksiyalari natijasida ham olish mumkin; +  + ; +  + . Zaryadga ega bo'lmagan neytronlar atom yadrolariga osonlikcha kirib boradi va yonayotgan nuklidga ham, neytronlarning tezligiga (energiyasi) ham bog'liq bo'lgan turli jarayonlarni keltirib chiqaradi. Shunday qilib, sekin neytron yadro tomonidan oddiygina tutilishi mumkin va yadro gamma kvantni chiqarish orqali ortiqcha energiyadan ajralib chiqadi, masalan: +  + . Bu reaksiya yadroviy reaktorlarda uranning boʻlinish reaksiyasini boshqarish uchun keng qoʻllaniladi: reaksiyani sekinlashtirish uchun kadmiy tayoqchalari yoki plitalari yadro qozoniga suriladi.

1934 yilda erlar Iren va Frederik Joliot-Kyuri muhim kashfiyot qilishdi. Ba'zi yorug'lik elementlarini alfa zarralari bilan bombardimon qilib (ularni poloniy chiqargan) ular berilliy uchun ma'lum bo'lgan reaktsiyaga o'xshash reaktsiyani kutishgan, ya'ni. neytronlarni nokaut qilish, masalan:

Agar masala shu o'zgarishlar bilan chegaralangan bo'lsa, u holda -nurlanishni to'xtatgandan so'ng, neytron oqimi darhol qurib ketishi kerak edi, shuning uchun poloniy manbasini olib tashlab, ular barcha faollik to'xtashini kutdilar, ammo zarrachalar hisoblagichi davom etishini aniqladilar. asta-sekin so'nadigan impulslarni ro'yxatdan o'tkazing - aniq eksponent qonunga muvofiq. Buni faqat bitta tarzda talqin qilish mumkin edi: alfa nurlanishi natijasida azot-13 uchun 10 daqiqa va fosfor-30 uchun 2,5 daqiqa xarakterli yarimparchalanish davri bilan ilgari noma'lum bo'lgan radioaktiv elementlar paydo bo'ldi. Bu elementlar pozitron yemirilishiga uchraydi:  + e + ,  + e + . Uchta barqaror tabiiy izotoplar bilan ifodalangan magniy bilan qiziqarli natijalarga erishildi va ma'lum bo'ldiki, -nurlanishda ularning barchasi 227- yoki pozitronli parchalanishga uchragan kremniy yoki alyuminiyning radioaktiv nuklidlarini beradi:

Sun'iy radioaktiv elementlarni ishlab chiqarish katta amaliy ahamiyatga ega, chunki u ma'lum bir maqsad uchun qulay bo'lgan yarimparchalanish davri va ma'lum quvvatga ega bo'lgan nurlanishning istalgan turini radionuklidlarni sintez qilish imkonini beradi. Neytronlarni "snaryadlar" sifatida ishlatish ayniqsa qulay. Neytronning yadro tomonidan tutilishi ko'pincha uni shu qadar beqaror qiladiki, yangi yadro radioaktiv bo'ladi. U "qo'shimcha" neytronning protonga aylanishi, ya'ni 227 nurlanish tufayli barqaror bo'lishi mumkin; Bunday reaktsiyalar juda ko'p ma'lum, masalan: +   + e. Atmosferaning yuqori qatlamlarida sodir bo'ladigan radiokarbon hosil bo'lish reaktsiyasi juda muhim: +  + ( sm. RADIOKARBONLARNI TAHLIL Usuli). Tritiy litiy-6 yadrolari tomonidan sekin neytronlarning yutilishi natijasida sintezlanadi. Tez neytronlar ta'sirida ko'plab yadroviy transformatsiyalarga erishish mumkin, masalan: +  + ; +  + ; +  + . Shunday qilib, oddiy kobaltni neytronlar bilan nurlantirish orqali gamma nurlanishining kuchli manbai bo'lgan radioaktiv kobalt-60 olinadi (u 60 Co - qo'zg'atilgan yadrolarning parchalanish mahsuloti tomonidan chiqariladi). Ba'zi transuran elementlari neytronlar bilan nurlanish natijasida hosil bo'ladi. Masalan, tabiiy uran-238 dan dastlab beqaror uran-239 hosil bo'ladi, u  parchalanish paytida ( T 1/2 = 23,5 min) birinchi transuran elementi neptuniy-239 ga aylanadi va u o'z navbatida -parchalanish orqali ( T 1/2 = 2,3 kun) juda muhim deb atalmish qurol darajasidagi plutoniy-239 ga aylanadi.

Kerakli yadro reaksiyasini o'tkazish orqali sun'iy yo'l bilan oltin olish va shu tariqa alkimyogarlar qila olmagan ishni bajarish mumkinmi? Nazariy jihatdan, bunga hech qanday to'siq yo'q. Bundan tashqari, bunday sintez allaqachon amalga oshirilgan, ammo u boylik keltirmagan. Oltinni sun'iy ravishda ishlab chiqarishning eng oson yo'li - simobni, oltindan keyin davriy jadvalda keyingi elementni neytronlar oqimi bilan nurlantirishdir. Keyin +  + reaksiyasi natijasida neytron simob atomidan protonni chiqarib yuboradi va uni oltin atomiga aylantiradi. Bu reaktsiya aniq massa raqamlarini ko'rsatmaydi ( A) simob va oltin nuklidlari. Tabiatdagi oltin yagona barqaror nuklid, tabiiy simob esa izotoplarning murakkab aralashmasidir A= 196 (0,15%), 198 (9,97%), 199 (1,87%), 200 (23,10%), 201 (13,18%), 202 (29,86%) va 204 (6,87%). Binobarin, yuqoridagi sxema bo'yicha faqat beqaror radioaktiv oltinni olish mumkin. U 1941 yil boshida Garvard universitetining bir guruh amerikalik kimyogarlari tomonidan simobni tez neytronlar oqimi bilan nurlantirish orqali olingan. Bir necha kundan keyin oltinning barcha radioaktiv izotoplari beta-parchalanish orqali yana simobning asl izotoplariga aylandi...

Ammo boshqa yo'l ham bor: agar simob-196 atomlari sekin neytronlar bilan nurlantirilsa, ular simob-197 atomlariga aylanadi: +  + . Yarim yemirilish davri 2,7 kun bo‘lgan bu atomlar elektron tutib olinadi va nihoyat barqaror oltin atomlariga aylanadi: + e  . Ushbu transformatsiya 1947 yilda Chikagodagi Milliy laboratoriya xodimlari tomonidan amalga oshirilgan. 100 mg simobni sekin neytronlar bilan nurlantirish orqali ular 0,035 mg 197Au ni oldilar. Barcha simobga nisbatan rentabellik juda kichik - atigi 0,035%, lekin 196Hg ga nisbatan u 24% ga etadi! Shu bilan birga, tabiiy simobdagi 196 Hg izotopi eng kichikdir, bundan tashqari, nurlanish jarayonining o'zi va uning davomiyligi (nurlanish bir necha yil talab qiladi) va murakkab aralashmadan barqaror "sintetik oltin" ni ajratib olish juda qimmatga tushadi. oltinni eng kambag'al rudadan ajratib olish ( Shuningdek qarang OLTIN). Shunday qilib, oltinni sun'iy ishlab chiqarish faqat nazariy qiziqish uyg'otadi.

Radioaktiv o'zgarishlarning miqdoriy qonuniyatlari. Agar ma'lum bir beqaror yadroni kuzatish mumkin bo'lsa, uning qachon parchalanishini oldindan aytib bo'lmaydi. Bu tasodifiy jarayon va faqat ma'lum hollarda ma'lum vaqt oralig'ida parchalanish ehtimolini baholash mumkin. Biroq, mikroskop ostida deyarli ko'rinmaydigan eng kichik chang zarrasi ham juda ko'p atomlarni o'z ichiga oladi va agar bu atomlar radioaktiv bo'lsa, ularning parchalanishi qat'iy matematik qonunlarga bo'ysunadi: juda ko'p miqdordagi ob'ektlarga xos bo'lgan statistik qonunlar kuchga kiradi. . Va keyin har bir radionuklid juda o'ziga xos qiymat bilan tavsiflanishi mumkin - yarim umr ( T 1/2) - mavjud yadro sonining yarmi parchalanadigan vaqt. Agar dastlabki daqiqada mavjud bo'lsa N 0 yadrosi, keyin bir muncha vaqt o'tgach t = T Ularning 1/2 qismi qoladi N 0/2, da t = 2T 1/2 qismi qoladi N 0/4 = N 0/2 2 , da t = 3T 1/2 – N 0/8 = N 0/2 3 va boshqalar. Umuman olganda, qachon t = nT 1/2 qismi qoladi N 0/2 n yadrolar, qaerda n = t/T 1/2 - yarim umrning soni (u butun son bo'lishi shart emas). Formulani ko'rsatish oson N = N 0/2 t / T 1/2 formulaga teng N = N 0e -   t, bu yerda  yemirilish doimiysi deb ataladi. Rasmiy ravishda, u emirilish darajasi d o'rtasidagi mutanosiblik koeffitsienti sifatida aniqlanadi N/d t va mavjud yadrolar soni: d N/d t = –N(minus belgisi buni bildiradi N vaqt o'tishi bilan kamayadi). Ushbu differensial tenglamani integrallash yadrolar sonining vaqtga eksponensial bog'liqligini beradi. Ushbu formulani almashtirish N = N 0/2 da t = T 1/2, yemirilish konstantasi yarim yemirilish davriga teskari proportsional ekanligini olamiz:  = ln2/ T 1/2 = 0,693/T 1/2.  = 1/ qiymati yadroning o'rtacha ishlash muddati deb ataladi. Masalan, 226 Ra uchun T 1/2 = 1600 yil,  = 1109 yil.

Berilgan formulalar bo'yicha, qiymatni bilish T 1/2 (yoki ), har qanday vaqt oralig'idan keyin radionuklid miqdorini hisoblash oson va ulardan siz radionuklid miqdori vaqtning turli nuqtalarida ma'lum bo'lsa, yarimparchalanish davrini hisoblashingiz mumkin. Yadrolar soni o'rniga siz mavjud yadrolar soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan formulaga radiatsiya faolligini almashtirishingiz mumkin. N. Faollik odatda namunadagi parchalanishlarning umumiy soni bilan emas, balki unga mutanosib bo'lgan impulslar soni bilan tavsiflanadi, ular faollikni o'lchash moslamasi tomonidan qayd etiladi. Agar, masalan, 1 g radioaktiv modda bo'lsa, uning yarimparchalanish davri qanchalik qisqa bo'lsa, modda shunchalik faol bo'ladi.

Boshqa matematik qonunlar oz sonli radionuklidlarning xatti-harakatlarini tavsiflaydi. Bu erda biz faqat ma'lum bir hodisaning ehtimoli haqida gapirishimiz mumkin. Masalan, radionuklidning bitta atomi (aniqrog'i, bitta yadro) bo'lsin. T 1/2 = 1 min. Bu atomning 1 daqiqa yashashi ehtimoli 1/2 (50%), 2 daqiqa - 1/4 (25%), 3 daqiqa - 1/8 (12,5%), 10 daqiqa - (1/2 ) 10 = 1/10 24 (0,1%), 20 min - (1/2) 20 = 1/1048576 (0,00001%). Bitta atom uchun imkoniyat ahamiyatsiz, ammo atomlar ko'p bo'lganda, masalan, bir necha milliard, keyin ularning ko'plari, shubhasiz, 20 yarim umr yoki undan ko'proq yashaydi. Atomning ma'lum vaqt oralig'ida parchalanish ehtimoli olingan qiymatlarni 100 dan ayirish yo'li bilan olinadi. Demak, agar atomning 2 daqiqada yashashi ehtimoli 25% bo'lsa, bu vaqt davomida xuddi shu atomning parchalanish ehtimoli. vaqt 100 - 25 = 75%, 3 daqiqa ichida parchalanish ehtimoli - 87,5%, 10 daqiqa ichida - 99,9% va hokazo.

Agar bir nechta beqaror atomlar mavjud bo'lsa, formula yanada murakkablashadi. Bunda hodisaning statistik ehtimoli binomial koeffitsientli formula bilan tavsiflanadi. Agar bo'lsa N atomlar va ulardan birining vaqt o'tishi bilan parchalanish ehtimoli t ga teng p, keyin vaqt davomida ehtimoli t dan N atomlar parchalanadi n(va shunga qarab qoladi N – n), ga teng P = N!p n (1–p) N – n /(N–n)!n! Atomlari tom ma'noda individual ravishda olinadigan yangi beqaror elementlarni sintez qilishda shunga o'xshash formulalardan foydalanish kerak (masalan, bir guruh amerikalik olimlar 1955 yilda Mendeleviy yangi elementini kashf etganlarida, ular uni atigi 17 atom miqdorida olishgan. ).

Radioaktiv nurlanish paytida materiya bilan nima sodir bo'ladi?
Radioaktivlikni tadqiq qilishning eng boshida ko'plab g'alati va g'ayrioddiy narsalar kashf qilindi.

Birinchidan Ajablanarlisi, uran, toriy va radiy radioaktiv elementlarning radiatsiya chiqaradigan izchilligi edi.
Kunlar, oylar va hatto yillar davomida radiatsiya intensivligi sezilarli darajada o'zgarmadi.
Issiqlik va bosimning oshishi kabi odatiy ta'sirlarga ta'sir qilmadi.
Radioaktiv moddalar kiradigan kimyoviy reaktsiyalar ham nurlanishning intensivligiga ta'sir qilmadi.

Ikkinchidan, radioaktivlik kashf etilgandan so'ng juda tez orada radioaktivlik energiya chiqishi bilan birga ekanligi ma'lum bo'ldi.
Per Kyuri kalorimetrga radiy xlorid ampulasini joylashtirdi.
Unga a-, b- va g-nurlar singib ketgan va ularning energiyasi tufayli kalorimetr qizdirilgan.
Kyuri 1 g og'irlikdagi radiy 1 soatda taxminan 582 J ga teng energiya chiqarishini aniqladi.
Va bunday energiya ko'p yillar davomida doimiy ravishda chiqariladi!

Chiqarilishiga barcha ma'lum ta'sirlar ta'sir qilmaydigan energiya qayerdan keladi?
Ko'rinib turibdiki, radioaktivlik paytida modda oddiy kimyoviy o'zgarishlardan butunlay farq qiladigan qandaydir chuqur o'zgarishlarni boshdan kechiradi.
Atomlarning o'zlari transformatsiyaga uchraydi, deb taxmin qilingan.
Endi bu fikr hayratlantirmasligi mumkin, chunki bola o'qishni o'rganishdan oldin ham bu haqda eshitishi mumkin.
Ammo 20-asrning boshlarida. bu fantastik tuyulardi va uni ifoda etishga jur'at etish uchun katta jasorat kerak edi.
O'sha paytda atomlarning mavjudligiga shubhasiz dalillar endigina olingan edi.
Demokritning materiyaning atom tuzilishi haqidagi g'oyasi nihoyat g'alaba qozondi.
Va shundan so'ng deyarli darhol atomlarning o'zgarmasligi shubha ostiga olinadi.

Shunday qilib, radioaktiv parchalanish paytida atomlarning ketma-ket o'zgarishi zanjiri sodir bo'ladi.
Keling, Rezerford boshlagan va u ingliz kimyogari F.Soddi bilan birga davom ettirgan birinchi tajribalarga to'xtalib o'tamiz.

Buni Ruterford kashf qildi faoliyat vaqt birligida chiqarilgan alfa zarralari soni sifatida aniqlangan toriy yopiq ampulada o'zgarishsiz qoladi.
Agar preparat hatto juda zaif havo oqimlari bilan ham puflansa, toriyning faolligi sezilarli darajada kamayadi.
Olim a-zarrachalar bilan bir vaqtda toriyning qandaydir radioaktiv gaz chiqarishini taklif qildi.

Rezerford tarkibida toriy bo'lgan ampuladan havo so'rib, radioaktiv gazni ajratib oldi va uning ionlash qobiliyatini tekshirdi.
Ma'lum bo'lishicha, bu gazning faolligi (toriy, uran va radiyning faolligidan farqli o'laroq) vaqt o'tishi bilan juda tez pasayadi.
Har bir daqiqada faollik ikki baravar kamayadi va o'n daqiqadan so'ng u deyarli nolga teng bo'ladi.
Soddi bu gazning kimyoviy xossalarini o'rganib chiqdi va u hech qanday reaksiyaga kirmasligini, ya'ni inert gaz ekanligini aniqladi.
Keyinchalik, bu gaz radon deb ataldi va D. I. Mendeleyevning davriy jadvaliga 86 seriya raqami ostida joylashtirildi.

Boshqa radioaktiv elementlar ham o'zgarishlarni boshdan kechirdi: uran, aktiniy, radiy.
Olimlar qilgan umumiy xulosani Ruterford aniq shakllantirgan: “Radioaktiv moddaning atomlari o'z-o'zidan o'zgarishlarga duchor bo'ladi.
Har lahzada atomlarning umumiy sonining kichik bir qismi beqaror bo'lib qoladi va portlovchi tarzda parchalanadi.
Aksariyat hollarda atomning bir bo'lagi - a-zarrasi juda katta tezlikda chiqariladi.
Ba'zi boshqa hollarda portlash tez elektronning chiqishi va nurlarning paydo bo'lishi bilan birga keladi, ular rentgen nurlari kabi katta o'tish kuchiga ega va g-nurlanish deb ataladi.

Atom oʻzgarishi natijasida oʻzining fizik-kimyoviy xossalari boʻyicha asl moddadan butunlay farq qiluvchi mutlaqo yangi turdagi modda hosil boʻlishi aniqlandi.
Biroq, bu yangi moddaning o'zi ham beqaror va xarakterli radioaktiv nurlanishning tarqalishi bilan o'zgaradi.

Shunday qilib, ma'lum elementlarning atomlari o'z-o'zidan parchalanishi, oddiy molekulyar modifikatsiyalar paytida ajralib chiqadigan energiya bilan solishtirganda juda katta miqdorda energiya emissiyasi bilan birga bo'lishi aniq aniqlangan.

Atom yadrosi kashf etilgandan so'ng, radioaktiv o'zgarishlar paytida aynan shu yadro o'zgarishlarga uchraganligi darhol ma'lum bo'ldi.
Axir, elektron qobiqda alfa zarralari umuman yo'q va qobiq elektronlari sonining bittaga kamayishi atomni yangi kimyoviy elementga emas, balki ionga aylantiradi.
Elektronning yadrodan chiqarilishi yadro zaryadini bir marta o'zgartiradi (uni oshiradi).

Shunday qilib, radioaktivlik - bu turli zarrachalarning emissiyasi bilan birga ba'zi yadrolarning o'z-o'zidan boshqasiga aylanishi.

Ofset qoidasi

Yadro transformatsiyalari deb ataladigan narsaga bo'ysunadi siljish qoidasi, birinchi marta Soddy tomonidan tuzilgan.

a yemirilish vaqtida yadro musbat zaryadini 2e yo'qotadi va M massasi taxminan to'rt atom massa birligiga kamayadi.
Natijada, element davriy jadvalning boshiga ikkita katakchaga siljiydi.

Bu yerda element, kimyoda bo'lgani kabi, umume'tirof etilgan belgilar bilan belgilanadi: yadro zaryadi belgining pastki chap qismida indeks sifatida, atom massasi esa belgining chap yuqori qismida indeks sifatida yoziladi.
Masalan, vodorod belgi bilan ifodalanadi
Geliy atomining yadrosi bo'lgan a zarrasi uchun belgi va boshqalar qo'llaniladi.
Beta-parchalanish jarayonida yadrodan elektron chiqariladi
Natijada, yadro zaryadi bir marta ortadi, ammo massa deyarli o'zgarmaydi:

Bu erda u elektronni bildiradi: yuqoridagi 0 indeksi uning massasi atom massa birligiga nisbatan juda kichik ekanligini bildiradi elektron antineytrino - bu energiyaning bir qismini olib yuradigan juda kichik (ehtimol nol) massaga ega neytral zarracha; b-emirilish davrida.
Antineytrinoning hosil bo'lishi har qanday yadroning b-emirilishi bilan birga keladi va bu zarracha ko'pincha mos keladigan reaktsiyalar tenglamalarida ko'rsatilmaydi.

b-emirilishdan so'ng element bir hujayrani davriy jadvalning oxiriga yaqinlashtiradi..

Gamma nurlanishi zaryadning o'zgarishi bilan birga kelmaydi; yadro massasi arzimas darajada o'zgaradi.

O'zgartirish qoidasiga ko'ra, radioaktiv parchalanish vaqtida umumiy elektr zaryadi saqlanib qoladi va yadrolarning nisbiy atom massasi taxminan saqlanadi.
Radioaktiv parchalanish jarayonida hosil bo'lgan yangi yadrolar ham radioaktiv bo'lishi va keyingi o'zgarishlarga duch kelishi mumkin.

Shunday qilib,
Radioaktiv parchalanish jarayonida atom yadrolari o'zgaradi.