Radioaktiv parchalanish haqida

Radioaktiv parchalanish (lotincha radius «nur» va āctīvus «faol, taʼsirchan» soʻzlaridan, fransuzcha radioactif, soʻzma-soʻz — «radioaktivlik») — beqaror atom yadrolarining tarkibi (zaryad soni Z, massa soni A) yoki ichki tuzilishining oʻz-oʻzidan oʻzgarishi boʻlib, bunda atom yadrolari elementar zarrachalar, gamma-kvantlar va/yoki yadro boʻlaklari chiqariladi. Radioaktiv parchalanish jarayoni radioaktivlik deb ham ataladi, tegishli nuklidlar esa radioaktiv (radionuklidlar) deb yuritiladi. Tarkibida radioaktiv yadrolar boʻlgan moddalar ham radioaktiv moddalar deyiladi.

Nazariya

Tabiiy radioaktivlik — tabiatda uchraydigan atom yadrolarining oʻz-oʻzidan parchalanishi.
Sunʼiy radioaktivlik — tegishli yadro reaksiyalari orqali sunʼiy yoʻl bilan olingan atom yadrolarining oʻz-oʻzidan parchalanishi.

Radioaktiv parchalanishga uchraydigan yadro ona yadro, uning parchalanishidan paydo boʻladigan yadro esa qiz yadro deb ataladi. Qiz yadroning ona yadroga nisbatan massa soni va zaryadining oʻzgarishi Soddining siljish qoidasi bilan tavsiflanadi.

Yadrodan alfa-zarrachalar chiqishi bilan kechadigan parchalanish alfa-parchalanish deb, beta-zarrachalar chiqishi bilan kechadigan parchalanish esa beta-parchalanish deb ataladi (hozirda beta-zarrachalar chiqarilmaydigan beta-parchalanish turlari ham maʼlum, biroq beta-parchalanishda har doim neytrino yoki antineytrino ajralib chiqadi). «Gamma-parchalanish» atamasi kam qoʻllanadi; yadrodan gamma-kvantlarning chiqishi odatda izomer oʻtish deb ataladi. Gamma-nurlanish koʻpincha boshqa parchalanish turlari bilan birga sodir boʻladi: parchalanishning dastlabki bosqichida qiz yadro qoʻzgʻalgan holatda hosil boʻlib, keyin gamma-kvantlar chiqarish orqali asosiy holatga oʻtadi.

Energiya spektrlari radioaktiv yadrolar chiqaradigan α-zarrachalar va γ-kvantlarda uzlukli («diskret»), β-zarrachalarda esa uzluksiz boʻladi.

Hozirgi vaqtda alfa-, beta- va gamma-parchalanishlardan tashqari, quyidagi zarrachalar chiqariladigan parchalanishlar ham aniqlangan: neytron, proton (shuningdek, ikkita proton), klaster radioaktivligi, spontan boʻlinish. Elektronni tutib olish, pozitronli parchalanish (yoki β⁺-parchalanish), shuningdek, ikki karra beta-parchalanish (va uning turlari) odatda beta-parchalanishning turli koʻrinishlari hisoblanadi.

Baʼzi izotoplar bir vaqtning oʻzida ikki yoki undan ortiq turdagi parchalanishga uchrashi mumkin. Masalan, vismut-212 64 % ehtimollik bilan talliy-208 ga (alfa-parchalanish orqali), 36 % ehtimollik bilan esa poloniy-212 ga (beta-parchalanish orqali) aylanadi.

Radioaktiv parchalanish natijasida hosil boʻlgan qiz yadro baʼzan oʻzi ham radioaktiv boʻlib, maʼlum vaqtdan keyin yana parchalanadi. Radioaktiv parchalanish barqaror, yaʼni radioaktiv boʻlmagan yadro hosil boʻlguniga qadar davom etadi. Bunday parchalanishlar ketma-ketligi parchalanish zanjiri, bunda hosil boʻladigan nuklidlar ketma-ketligi esa radioaktiv qator deb ataladi. Xususan, uran-238, uran-235 va toriy-232 dan boshlanadigan radioaktiv qatorlarning oxirgi (barqaror) nuklidlari mos ravishda qoʻrgʻoshin-206, qoʻrgʻoshin-207 va qoʻrgʻoshin-208.

Massa soni bir xil boʻlgan yadrolar A (izobarlar) beta-parchalanish orqali bir-biriga aylanishi mumkin. Har bir izobar zanjirda 1 tadan 3 tagacha beta-barqaror nuklid mavjud (ular beta-parchalanishga uchramaydi, ammo radioaktiv parchalanishning boshqa turlariga nisbatan albatta barqaror boʻlishi shart emas). Izobar zanjirdagi qolgan yadrolar beta-beqaror boʻlib, ketma-ket beta-minus yoki beta-plyus parchalanishlar orqali oʻziga eng yaqin beta-barqaror nuklidga aylanadi. Ikki beta-barqaror nuklid orasidagi izobar zanjir yadrolari ham β⁻−-, ham β⁺+-parchalanishga (yoki elektronni tutib olishga) uchrashi mumkin. Masalan, tabiatda mavjud kaliy-40 qoʻshni beta-barqaror argon-40 va kalsiy-40 yadrolariga parchalanishi mumkin:

{}_{19}^{40}{\textrm {K}}+e^{-}\rightarrow {}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}+\nu _{e},

{}_{19}^{40}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}+e^{+}+\nu _{e},

{}_{19}^{40}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{20}^{40}{\textrm {Ca}}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.

Tabiiy elementlarning radioaktivligi

Tajriba yoʻli bilan aniqlanishicha, radioaktiv, yaʼni barqaror izotoplarga ega boʻlmagan elementlar — tartib raqami 82 dan katta boʻlgan barcha kimyoviy elementlardir (yaʼni vismutdan boshlangan elementlar).

Yengilroq elementlarning barchasida barqaror izotoplar bilan birga yarimparchalanish davri nanosekundaning ulushlaridan tortib Koinot yoshidan juda koʻp marta ortiq qiymatlargacha boʻlgan radioaktiv izotoplar ham mavjud. Masalan, tellur-128 oʻrganilgan barcha radionuklidlar orasida oʻlchangan eng uzun yarimparchalanish davriga ega: ~2,2·10²⁴ yil.

Vismutdan yengilroq elementlar orasida beqarorligi bilan ajralib turadiganlari prometiy va texnetsiy boʻlib, ularning geologik davrlarga nisbatan uzoq yashovchi izotoplari yoʻq. Texnetsiyning eng uzoq yashovchi izotopi — texnetsiy-98 ning yarimparchalanish davri taxminan 4,2 mln yil, prometiyning eng uzoq yashovchi izotopi — prometiy-145 niki esa 17,5 yil. Shu sababli texnetsiy izotoplari va prometiy izotoplari Yer shakllangan davrdan buyon Yer qobigʻida saqlanib qolmagan; ular sunʼiy yoʻl bilan olingan.

Yarimparchalanish davri Yer yoshiga yaqin yoki undan koʻp marta uzun boʻlgan koʻplab tabiiy radioaktiv izotoplar mavjud. Shu bois, radioaktivligiga qaramay, ular tegishli elementlarning tabiiy izotop aralashmalarida uchraydi. Bunga kaliy-40, reniy-187, rubidiy-87, tellur-128 va boshqalar misol boʻladi.

Uzoq yashovchi ayrim izotoplar bilan ularning parchalanish mahsulotlari konsentratsiyalari nisbatini oʻlchash minerallarning, togʻ jinslarining va meteoritlarning geologik yoshini mutlaq aniqlash imkonini beradi.

Kashf etilish tarixi

Radioaktivlikni 1896-yilda fransuz fizigi A. Bekkerel kashf etgan. U lyuminessensiya bilan yaqinda kashf qilingan rentgen nurlari.

orasidagi bogʻliqlikni oʻrganayotgan edi. Bekkerelda «Har qanday lyuminessensiya rentgen nurlari bilan birga kechmaydimi?» degan savol paydo boʻldi. Taxminini tekshirish uchun u bir nechta birikma, jumladan uran tuzlaridan birini oldi; bu tuz sariq-yashil nur bilan fosforessensiyalanardi. Uni quyosh nuri bilan yoritib, qora qogʻozga oʻradi va oʻzi ham qora qogʻozga oʻralgan fotoplastinka ustiga qoʻyib, qorongʻi shkafda saqladi. Bir oz vaqt oʻtgach, plastinkani ochiltirganda, Bekkerel haqiqatan ham unda tuz boʻlagining tasvirini koʻrdi. Biroq lyuminessent nurlanish qora qogʻozdan oʻta olmasdi, bunday sharoitda plastinkaga faqat rentgen nurlari taʼsir koʻrsatishi mumkin edi. Bekkerel tajribani bir necha bor takrorlab, har safar bir xil natija oldi.

24-fevral 1896-yilda Fransiya fanlar akademiyasi yigʻilishida u «Fosforessensiya hosil qiladigan nurlanish haqida» nomli maʼruza qildi. Ammo bir necha kundan keyin natijalar talqiniga tuzatish kiritishga toʻgʻri keldi. 26 va 27-fevral kunlari Bekkerel laboratoriyasida biroz oʻzgartirilgan navbatdagi tajriba tayyorlandi, lekin havo bulutli boʻlgani sababli tajriba kechiktirildi. Yaxshi ob-havoni kutmay, 1-mart kuni Bekkerel quyosh nuriga umuman tutilmagan uran tuzi joylashtirilgan plastinkani ochiltirdi. Tabiiyki, tuz fosforessensiyalanmagan edi, ammo plastinkada uning izi paydo boʻlgandi. 2-mart kunidayoq Bekkerel bu kashfiyotni Parij fanlar akademiyasi yigʻilishida eʼlon qilib, ishini «Fosforessensiyalanuvchi jismlar chiqaradigan koʻrinmas radiatsiya haqida» deb nomladi.

Keyinchalik Bekkerel uranning boshqa birikmalari va minerallarini (jumladan, fosforessensiya bermaydiganlarini), shuningdek metall uranni sinab koʻrdi. Fotoplastinka har safar qorayardi. Tuz bilan plastinka orasiga metall xochcha qoʻyib, Bekkerel plastinkada uning xira konturini hosil qildi. Shunda shaffof boʻlmagan jismlardan oʻta oladigan, ammo rentgen nurlaridan farq qiladigan yangi nurlar kashf etilgani maʼlum boʻldi.

Bekkerel nurlanish intensivligi faqat namunadagi uran miqdoriga bogʻliqligini, uran qaysi birikma tarkibida ekaniga esa umuman bogʻliq emasligini aniqladi. Demak, bu xossa birikmalarga emas, aynan kimyoviy element — uranga xos edi.

Bekkerel oʻz kashfiyotini hamkor olimlar bilan boʻlishdi. 1898-yilda Mariya Kyuri va Pyer Kyuri toriyning radioaktivligini aniqladilar. Keyinchalik ular yangi radioaktiv elementlar — poloniy va radiyni kashf etishdi.

Ular uranning barcha birikmalari tabiiy radioaktivlikka ega ekanini, bu xossa eng kuchli darajada sof uranda namoyon boʻlishini aniqladilar. Bekkerel esa oʻzi qiziqqan lyuminoforlarni oʻrganishga qaytdi. Shunga qaramay, u radioaktivlikka oid yana bir muhim kashfiyot qildi. Bir kuni ommaviy maʼruza uchun unga radioaktiv modda kerak boʻlib qoldi. U moddani Kyuri er-xotinidan olib, probirkani kamzulining choʻntagiga soldi. Maʼruzadan soʻng radioaktiv preparatni egalariga qaytardi. Ertasi kuni esa choʻntak ostidagi terida probirka shaklida qizarish paydo boʻlganini sezdi. Bekkerel bu haqda Pyer Kyuriga aytdi; u esa oʻzida tajriba oʻtkazdi: radiy solingan probirkani bilagiga bogʻlab, oʻn soat olib yurdi. Bir necha kundan keyin uning terisida ham qizarish paydo boʻldi va u keyinchalik ogʻir yaraga aylandi. Bu yara uni ikki oy davomida qiynadi. Shu tariqa radioaktivlikning biologik taʼsiri birinchi marta aniqlandi.

Shundan keyin ham Kyuri er-xotini ishini jasorat bilan davom ettirdi. Mariya Kyuri 1934-yilda, jumladan radiy bilan uzoq vaqt ishlash oqibatlari bilan bogʻliq asoratlardan vafot etganini aytishning oʻzi kifoya.

1955-yilda Mariya Kyurining qayd daftarlari tekshirildi. Ular yozilgan paytda yuz bergan radioaktiv ifloslanish sababli hozirgacha nurlanish chiqaradi. Varaqlardan birida Pyer Kyurining radioaktiv barmoq izi saqlanib qolgan.

Radioaktiv parchalanish qonuni

Bir xil atomlarning koʻp miqdorda parchalanishini modellashtirish. Chapda 4 ta, oʻngda 400 ta atomdan boshlangan. Yuqorida yarimparchalanish davrlari soni koʻrsatilgan.

Radioaktiv parchalanish qonuni — Frederik Soddi va Ernest Rezerford tomonidan tajriba yoʻli bilan kashf etilib, 1903-yilda shakllantirilgan qonun. Qonunning zamonaviy ifodasi:

{\frac {dN}{dt}}=-\lambda N,

bu shuni anglatadiki, ixtiyoriy moddada t vaqt oraligʻidagi parchalanishlar soni namunada mavjud shu turdagi radioaktiv N atomlar soniga mutanosibdir.

Boshlangʻich sharti $N=N_{0}$ boʻlganda ushbu differensial tenglamaning yechimi $t=0:$

N(t)=N_{0}e^{-\lambda t}=N_{0}e^{-{\frac {t}{\tau }}},

bu yerda

\tau

— radioaktiv atomning oʻrtacha yashash vaqti.

Ushbu matematik ifodada λ — vaqt birligida radioaktiv parchalanish ehtimolini tavsiflaydigan, oʻlchov birligi s⁻¹ boʻlgan parchalanish doimiysidir. Minus belgisi radioaktiv yadrolar sonining vaqt oʻtishi bilan kamayishini koʻrsatadi. Qonun radioaktiv yadrolarning bir-biridan va vaqtdan mustaqil parchalanishini ifodalaydi: maʼlum yadroning navbatdagi har bir vaqt birligida parchalanish ehtimoli tajriba boshlanganidan beri oʻtgan vaqtga ham, namunada qolgan yadrolar soniga ham bogʻliq emas.

Bu qonun radioaktivlikning asosiy qonuni sanaladi. Undan parchalanishning muhim koʻrsatkichlari, jumladan, atomning oʻrtacha yashash vaqti va yarimparchalanish davri kelib chiqadi.

Radioaktiv yadroning parchalanish doimiysi koʻp hollarda atrof-muhit sharoitlariga (harorat, bosim, moddaning kimyoviy tarkibi va hokazolarga) deyarli bogʻliq emas. Masalan, bir necha kelvin haroratdagi qattiq tritiy T₂ xona haroratidagi yoki minglab kelvin haroratdagi gazsimon tritiy bilan bir xil tezlikda parchalanadi; T₂ molekulasi tarkibidagi tritiy ham, masalan, aminokislota valin tarkibida protiy (oddiy vodorod) atomlari oʻrnini egallagan tritiy ham bir xil tezlikda parchalanadi.

Laboratoriya sharoitida parchalanish doimiysining kichik oʻzgarishlari faqat elektronni tutib olish jarayonida aniqlangan: laboratoriyada hosil qilish mumkin boʻlgan harorat va bosim, shuningdek moddaning kimyoviy tarkibidagi oʻzgarishlar yadro atrofidagi elektron buluti zichligiga biroz taʼsir qiladi va parchalanish tezligini foizning ulushlariga oʻzgartiradi. Biroq laboratoriyada erishish qiyin boʻlgan, ammo masalan, yulduzlar ichida kuzatiladigan juda keskin sharoitlarda (atomning kuchli ionlanishi, elektronlarning yuqori zichligi, neytrinoning yuqori kimyoviy potensiali, kuchli magnit maydonlar) boshqa parchalanish turlarining ehtimolligi ham oʻzgarishi mumkin.

Radioaktiv parchalanish doimiysining oʻzgarmasligi tabiiy va sunʼiy obyektlar tarkibidagi radioaktiv yadrolar hamda toʻplangan parchalanish mahsulotlari konsentratsiyalarini oʻlchash orqali ularning yoshini aniqlash imkonini beradi. Buning uchun bir qator radioizotoplar orqali yoshni aniqlash usullari ishlab chiqilgan. Ular obyektlarning yoshini bir necha yildan milliardlab yilgacha aniqlash imkonini beradi; eng mashhurlari radiouglerod usuli, uran-qoʻrgʻoshin usuli, uran-geliy usuli, kaliy-argon usuli va boshqalardir.

Radioaktiv parchalanishda chiqadigan zarrachalarning turlari

E. Rezerford tajriba yoʻli bilan aniqladiki (1899), uran tuzlari magnit maydonda:

turlicha ogʻadigan uch turdagi nurlarni chiqaradi: birinchi turdagi nurlar musbat zaryadlangan zarrachalar oqimi singari ogʻadi; ular α-nurlar;
ikkinchi turdagi nurlar odatda magnit maydonda manfiy zaryadlangan zarrachalar oqimi kabi ogʻadi; ular β-nurlar deb atalgan (ammo qarama-qarshi tomonga ogʻadigan pozitronli beta-nurlar ham mavjud);
uchinchi turdagi, magnit maydonda ogʻmaydigan nurlar γ-nurlanish.

deb atalgan. Tadqiqotlar davomida radioaktiv parchalanishda chiqadigan boshqa zarracha turlari ham aniqlangan boʻlsa-da, ushbu nomlar hozirgacha saqlanib qolgan, chunki parchalanishning mos turlari eng keng tarqalgan.

Parchalanayotgan yadroning elektron qobiq bilan oʻzaro taʼsirida elektron qobiqdan zarrachalar (rentgen fotonlari, Oje elektronlari va konversion elektronlar) chiqishi mumkin. Nurlanishning dastlabki ikki turi elektron qobiqda boʻsh oʻrin hosil boʻlishi (xususan, elektronni tutib olish va konversion elektron chiqaradigan izomer oʻtishda) hamda bu boʻsh oʻrinning ketma-ket toʻlishi natijasida yuzaga keladi. Konversion elektron ichki konversiya bilan kechadigan izomer oʻtishda chiqariladi: yadroning energetik sathlari oʻrtasidagi oʻtishda ajralgan energiya gamma-kvant orqali olib ketilmay, qobiq elektronlaridan biriga uzatiladi.

Yadro oʻz-oʻzidan boʻlinganida u ikkita (kamroq hollarda uchta) nisbatan yengil yadroga, yaʼni boʻlinish boʻlaklariga hamda bir nechta neytronga ajraladi. Klasterli parchalanishda (bu jarayon boʻlinish va alfa-parchalanish oʻrtasidagi oraliq holatdir) ogʻir ona yadrodan nisbatan yengil yadro (¹⁴C, ¹⁶O va hokazolar) ajralib chiqadi.

Protonli (ikki protonli) va neytronli parchalanishda yadro mos ravishda protonlar va neytronlarni chiqaradi.

Beta-parchalanishning barcha turlarida (nazariy jihatdan bashorat qilingan, ammo hozircha aniqlanmagan neytrinosiz turidan tashqari) yadro neytrino yoki antineytrino chiqaradi.

Radioaktiv parchalanish turlari

Barcha parchalanish turlarini uch guruhga ajratish mumkin:

α-parchalanishga oʻxshashlar. Ularga klasterli parchalanish, proton emissiyasi, neytron emissiyasi va boshqalar kiradi. Barcha hollarda nuklonlarning bir qismi yadrodan ajraladi.
β-parchalanishga oʻxshashlar. Ularga β⁻-parchalanish, β⁺-parchalanish, ikki karra β-parchalanishlar va elektronni tutib olish kiradi. Bu jarayonlar kuchsiz oʻzaro taʼsir hisobiga sodir boʻladi. Yadrodagi nuklonlar soni oʻzgarmaydi, ammo protonlar neytronlarga (yoki aksincha) aylanadi va yadro zaryadi oʻzgaradi.
γ-parchalanishga oʻxshashlar. Bular γ-parchalanish (izomer oʻtish) va ichki konversiyadir. Bunda yadro foton chiqarish yoki energiyani qobiq elektroniga uzatish orqali qayta tuziladi. Yadroning nuklon tarkibi va zaryadi oʻzgarmaydi.

Aralash parchalanishlar ham boʻlishi mumkin: masalan, alfa-parchalanishda qoʻzgʻalgan sath hosil boʻlib, keyin gamma-kvant ajraladi yoki beta-parchalanishda kuchli qoʻzgʻalgan sath hosil boʻlib, «kechikkan» neytron chiqariladi.


Parchalanish nomi		Tavsifi	Qiz yadro	Chiqariladigan zarrachalar
Nuklonlar emissiyasi
Alfa-parchalanish	α	Yadrodan α-zarracha — geliy-4 atomi yadrosi ajraladi.	(A − 4, Z − 2)	⁴He
Proton emissiyasi	p	1–2 ta nuklon ajraladi. Proton yoki neytronlari juda ortiqcha boʻlgan yengil yadrolarga xos.	(A − 1, Z − 1)	p
Ikki protonli parchalanish	2p		(A − 2, Z − 2)	2p
Neytron emissiyasi	n		(A − 1, Z)	n
Ikki neytronli parchalanish	2n		(A − 2, Z)	2n
Klasterli parchalanish	CD	Klaster — ⁴He dan ogʻirroq, ammo qiz yadrodan ancha yengil yadro ajraladi.	(A − Aₓ, Z − Zₓ)	(Aₓ, Zₓ)
Oʻz-oʻzidan boʻlinish	SF	Boʻlinish boʻlaklarining massalari taxminan 2:3 nisbatda boʻladi. Ogʻir yadrolarga (transuran elementlariga) xos.	2(~A/2, ~Z/2)	2-5n
Turli beta-parchalanishlar
Beta-minus-parchalanish	β⁻	Neytron kuchsiz oʻzaro taʼsir tufayli parchalanib, elektron va antineytrino chiqaradi: $n\longrightarrow p+e^{-}+{\bar {\nu }}$ (kamdan kam hollarda elektron elektron qobiqda qolishi mumkin: bogʻlangan holatga beta-minus-parchalanish)	(A, Z + 1)	e⁻ + ν
Beta-plyus-parchalanish (pozitron emissiyasi)	β⁺	Teskari jarayon. Proton neytronga aylanib, pozitron va neytrino chiqaradi: $p\longrightarrow n+e^{+}+\nu$	(A, Z − 1)	e⁺ + ν
Elektronni tutib olish	ε	Proton atomning elektron qobigʻidan elektronni tutib olib, neytronga aylanadi va neytrino chiqaradi: $p+e^{-}\longrightarrow n+\nu$	(A, Z − 1)	ν
Ikki karra beta-minus-parchalanish	2β⁻	Bir vaqtda ikkita neytron parchalanadi: $2n\longrightarrow 2p+2e^{-}+2{\bar {\nu }}$ . Nazariy jihatdan bashorat qilingan, ammo kuzatilmagan neytrinosiz ikki karra beta-parchalanishda faqat elektronlar chiqariladi.	(A, Z + 2)	2e⁻ + 2ν
Ikki karra pozitronli parchalanish	2β⁺	Bir vaqtda ikkita proton parchalanadi. Har bir parchalanish pozitron chiqarish yoki elektronni tutib olish yoʻli bilan kechishi mumkin. Barcha turdagi neytrinosiz ikki karra beta-jarayonlar nazariy jihatdan bashorat qilingan, ammo kuzatilmagan.	(A, Z − 2)	2e⁺ + 2ν
Ikki elektronni tutib olish	2ε		(A, Z − 2)	2ν
Pozitron chiqarish bilan elektronni tutib olish	εβ⁺		(A, Z − 2)	e⁺ + 2ν
Izomer oʻtish
Gamma-parchalanish	γ	Yadro qoʻzgʻalgan holatdan energiyasi pastroq qoʻzgʻalgan holatga yoki asosiy holatga oʻtadi.	(A, Z)	γ
Ichki konversiya	IC	Chiqarilgan γ-kvantni atomning elektron qobigʻidagi elektron yutadi. Elektron yangi sathga oʻtadi yoki erkin holatga keladi (konversion elektron)	(A, Z)	e⁻

Alfa-parchalanish

Alfa-parchalanish deb atom yadrosining qiz yadro va α-zarrachaga oʻz-oʻzidan ajralishiga aytiladi (α-zarracha — ⁴He).

Alfa-parchalanish odatda massa soni А ≥ 140 boʻlgan ogʻir yadrolarda (ayrim istisnolar mavjud) sodir boʻladi. Ogʻir yadrolarda yadro kuchlarining toʻyinish xususiyati tufayli alohida α-zarrachalar hosil boʻladi; ular ikki proton va ikki neytrondan tarkib topadi. Hosil boʻlgan α-zarrachaga yadroning protonlari tomonidan taʼsir etadigan itaruvchi Kulon kuchlari alohida protonlarga nisbatan kuchliroq boʻladi. Ayni paytda α-zarracha yadroning boshqa nuklonlariga qaraganda yadro nuklonlari tomonidan kamroq tortiladi. Yadro chegarasida hosil boʻlgan alfa-zarracha potensial toʻsiqdan ichkariga qaytadi, ammo maʼlum ehtimollik bilan uni yengib oʻtishi ham mumkin (qarang: Tunnel effekti) va tashqariga chiqadi. Alfa-zarracha energiyasi kamayganda potensial toʻsiqning oʻtkazuvchanligi juda tez (eksponensial ravishda) kamayadi, shu sababli yashash vaqti, boshqa sharoitlar teng boʻlganda, alfa-parchalanish uchun mavjud energiyasi kamroq boʻlgan yadrolarda uzunroq boʻladi.

α-parchalanish uchun Soddining siljish qoidasi:

{}_{Z}^{A}{\textrm {X}}\rightarrow {}_{Z-2}^{A-4}{\textrm {Y}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}.

Misol (uran-238 ning toriy-234 ga alfa-parchalanishi):

{}_{92}^{238}{\textrm {U}}\rightarrow {}_{90}^{234}{\textrm {Th}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}.

α-parchalanish natijasida atom 2 ta katakka siljib, Mendeleyev davriy jadvalining boshlanishiga tomon yaqinlashadi (yaʼni yadroning Z zaryadi 2 ga kamayadi), qiz yadroning massa soni esa 4 ga kamayadi.

Beta-parchalanish

Beta-minus-parchalanish

Bekkerel β-nurlar elektronlar oqimi ekanini isbotladi. Beta-parchalanish — kuchsiz oʻzaro taʼsirning namoyon boʻlishidir.

Beta-parchalanish (aniqrogʻi, beta-minus-parchalanish, β⁻-parchalanish) — yadrodan elektron va elektron antineytrinosi chiqishi bilan kechadigan radioaktiv parchalanish.

Beta-parchalanish nuklon ichida kechadigan jarayondir. Beta-minus-parchalanish yadrodagi d-kvarklardan birining neytronlardan birida u-kvarkka aylanishi natijasida sodir boʻladi; bunda neytron protonga aylanadi va elektron hamda antineytrino chiqariladi:

{}_{0}^{1}{\textrm {n}}\rightarrow {}_{1}^{1}{\textrm {p}}+{}_{-1}^{0}{\textrm {e}}+{\bar {\nu }}_{e}.

Erkin neytronlar ham β⁻-parchalanishga uchrab, proton, elektron va antineytrino hosil qiladi (qarang: Neytronning beta-parchalanishi).

β⁻-parchalanish uchun Soddining siljish qoidasi:

{}_{Z}^{A}{\textrm {X}}\rightarrow {}_{Z+1}^{A}{\textrm {Y}}+{}_{-1}^{0}{\textrm {e}}+{\bar {\nu }}_{e}.

Misol (tritiyning geliy-3):

{}_{1}^{3}{\textrm {H}}\rightarrow {}_{2}^{3}{\textrm {He}}+{}_{-1}^{0}{\textrm {e}}+{\bar {\nu }}_{e}.

ga beta-parchalanishi). β⁻-parchalanishdan soʻng element 1 ta katakka siljib, Mendeleyev davriy jadvalining oxiriga tomon yaqinlashadi (yadroning zaryadi bir birlikka ortadi), massa soni esa oʻzgarmaydi.

Pozitronli parchalanish va elektronni tutib olish

Beta-parchalanishning boshqa turlari ham mavjud. Pozitronli parchalanishda (beta-plyus-parchalanishda) yadro pozitron va elektron neytrinosini chiqaradi. β⁺-parchalanishda yadro zaryadi bir birlikka kamayadi (yadro Mendeleyev jadvali boshiga tomon bitta katakka siljiydi), yaʼni yadro protonlaridan biri pozitron va neytrino chiqarib, neytronga aylanadi (kvarklar darajasida bu jarayon yadrodagi u-kvarklardan birining protonlaridan birida d-kvarkka aylanishi deb izohlanadi; erkin proton neytronga parchalanmaydi, chunki neytron protondan ogʻirroq boʻlgani uchun bu energiyaning saqlanish qonuniga zid. Ammo ona va qiz atomlar massalari farqi musbat boʻlsa, yadroda bunday jarayon sodir boʻlishi mumkin). Pozitronli parchalanish har doim unga raqobat qiluvchi elektronni tutib olish jarayoni bilan birga kechadi; bunda yadro atom qobigʻidan elektronni tutib oladi va neytrino chiqaradi, yadro zaryadi ham bir birlikka kamayadi. Biroq buning aksi toʻgʻri emas: elektronni tutib oladigan (ε-tutib olish) koʻplab nuklidlarda pozitronli parchalanish energiyaning saqlanish qonuniga koʻra mumkin emas. ε-tutib olishda elektron atomning qaysi qobigʻidan (K, L, M,…) tutilishiga qarab jarayon K-tutib olish, L-tutib olish, M-tutib olish va hokazo deb belgilanadi; tegishli qobiqlar mavjud va parchalanish energiyasi yetarli boʻlsa, odatda ularning barchasi bir-biri bilan raqobatlashadi. Biroq eng ehtimolli jarayon K-tutib olishdir, chunki K-qobiq elektronlarining yadro yaqinidagi zichligi uzoqroq qobiqlarnikidan katta. Elektron tutib olingach, elektron qobiqda hosil boʻlgan boʻsh oʻrinni yuqoriroq qobiqdan kelgan elektron toʻldiradi; bu jarayon kaskad shaklida boʻlishi mumkin (oʻtishdan keyin boʻsh oʻrin yoʻqolmaydi, balki yuqoriroq qobiqqa koʻchadi), energiya esa rentgen fotonlari va/yoki Oje elektronlari orqali uzatiladi; ular diskret energiya spektriga ega.

Quyida β⁺-parchalanish va elektronni tutib olish uchun Soddining siljish qoidasi berilgan:

{}_{Z}^{A}{\textrm {X}}\rightarrow {}_{Z-1}^{A}{\textrm {Y}}+e^{+}+\nu _{e}.

{}_{Z}^{A}{\textrm {X}}+e^{-}\rightarrow {}_{Z-1}^{A}{\textrm {Y}}+\nu _{e}.

Misol (ε-tutib olish: berilliy-7 ning litiy-7):

{}_{4}^{7}{\textrm {Be}}+e^{-}\rightarrow {}_{3}^{7}{\textrm {Li}}+\nu _{e}.

ga aylanishi). Pozitronli parchalanish va ε-tutib olishdan soʻng element 1 ta katakka siljib, Mendeleyev davriy jadvalining boshlanishiga tomon yaqinlashadi (yadroning zaryadi bir birlikka kamayadi), massa soni esa oʻzgarmaydi.

Ikki karra beta-parchalanish

Radioaktiv parchalanishning maʼlum turlari orasida eng kami uchraydigani ikki karra beta-parchalanishdir. Hozirgacha u faqat oʻn toʻrtta nuklidda aniqlangan va har birining yarimparchalanish davri 10¹⁸ yildan ortiq. Ikki karra beta-parchalanish nuklidga qarab quyidagicha kechishi mumkin:. Ikki karra beta-parchalanish nuklidga qarab quyidagicha sodir boʻlishi mumkin:

yadro zaryadi 2 ga ortadi (bunda ikkita elektron va ikkita antineytrino chiqariladi, 2β⁻-parchalanish);
yadro zaryadi 2 ga kamayadi, bunda ikkita neytrino va ikkita pozitron chiqariladi (ikki pozitronli parchalanish, 2β⁺-parchalanish);
bitta pozitron chiqarilishi qobiqdan elektronni tutib olish bilan birga kechadi (elektron-pozitron konversiyasi yoki εβ⁺-parchalanish);
ikkita elektron tutib olinadi (ikki elektronni tutib olish, 2ε-tutib olish).

Nazariy jihatdan bashorat qilingan, ammo hali kashf etilmagan neytrinosiz ikki karra beta-parchalanish ham mavjud.

Beta-parchalanishning umumiy xossalari

Beta-parchalanishning barcha turlarida yadroning massa soni saqlanadi, chunki har qanday beta-parchalanishda yadrodagi nuklonlar umumiy soni oʻzgarmaydi; faqat bir yoki ikkita neytron protonga (yoki aksincha) aylanadi.

Gamma-parchalanish (izomer oʻtish)

Deyarli barcha yadrolarda asosiy kvant holatidan tashqari, energiyasi yuqoriroq boʻlgan diskret qoʻzgʻalgan holatlar toʻplami mavjud (bundan ¹H, ²H, ³H va ³He yadrolari mustasno). Qoʻzgʻalgan holatlar yadro reaksiyalari yoki boshqa yadrolarning radioaktiv parchalanishi natijasida yuzaga kelishi mumkin. Qoʻzgʻalgan holatlarning aksariyati juda qisqa yashaydi (nanosekundadan kam). Ammo mikrosekundalar, sutkalar yoki yillar davomida yashaydigan nisbatan uzoq muddatli holatlar ham mavjud. Ular izomer holatlar deb ataladi, garchi qisqa va uzoq yashovchi holatlar oʻrtasidagi chegara anchayin shartli boʻlsa-da. Yadrolarning izomer holatlari, odatda, asosiy holatga (baʼzan bir nechta oraliq holat orqali) parchalanadi. Bu jarayonda bir yoki bir nechta gamma-kvant chiqariladi; yadro qoʻzgʻalishi konversion elektronlarning atom qobigʻidan chiqarilishi orqali ham kamayishi mumkin. Izomer holatlar odatdagi beta- va alfa-parchalanishlar orqali ham parchalanishi mumkin.

Radioaktivlikning maxsus turlari

Radioaktivlikning biologik taʼsiri

Radioaktivlik bizni har tomondan oʻrab turadi. Hatto inson tanasini tashkil etuvchi elementlarda ham quyidagi radioaktiv izotoplar mavjud: masalan, kaliy-40 va uglerod-14.

Radioaktiv parchalanishda deyarli har doim ionlashtiruvchi nurlanish chiqariladi. Ionlashtiruvchi nurlanish taʼsirida DNK molekulalarida sodir boʻladigan oʻzgarishlar mutatsiyaga uchragan hujayralarni keltirib chiqarishi mumkin. Bunday mutatsiyalarning aksariyati inson salomatligi uchun xavfli emas, ammo ayrimlari saraton kasalliklarini keltirib chiqarishi mumkin. Dunyo aholisi oladigan ionlashtiruvchi nurlanishning oʻrtacha yillik dozasining taxminan 80 % i tabiiy manbalarga, jumladan radioaktiv parchalanishga (shuningdek radioaktivlik bilan bevosita bogʻliq boʻlmagan manbalarga, masalan, kosmik nurlanishga) toʻgʻri keladi. Tabiiy nurlanishning eng muhim manbalaridan biri binolarda odamlar nafas bilan yutadigan radonning alfa-parchalanishidir.

Adabiyotlar

Sivuxin D. V. Fizikaning umumiy kursi. — 3-nashr, oʻzgartirishsiz. — M.: Fizmatlit, 2002. — Jild. V. Atom va yadro fizikasi. — 784 bet. — ISBN 5-9221-0230-3.