Radioaktiv parchalanish nima

Radioaktiv parchalanish (lotincha radius «nur» va āctīvus «faol» so‘zlaridan, fransuzcha radioactif, so‘zma-so‘z — «radioaktivlik») — beqaror atom yadrolarining tarkibi (zaryadining Z, massa sonining A) yoki ichki tuzilishining o‘z-o‘zidan o‘zgarishi bo‘lib, beqaror atom yadrolari tomonidan elementar zarrachalar, gamma-kvantlar va/yoki yadro bo‘laklari chiqarilishi orqali yuz beradi. Radioaktiv parchalanish jarayoni radioaktivlik deb ham ataladi, tegishli nuklidlar esa radioaktiv nuklidlar (radionuklidlar) deyiladi. Tarkibida radioaktiv yadrolar mavjud bo‘lgan moddalar ham radioaktiv deb ataladi.

Nazariya

Tabiiy radioaktivlik — tabiatda uchraydigan atom yadrolarining o‘z-o‘zidan parchalanishidir.
Sun’iy radioaktivlik — atom yadrolarining o‘z-o‘zidan parchalanishi bo‘lib, bunday yadrolar sun’iy usulda quyidagi jarayonlar orqali olinadi: yadro reaksiyalari.

Radioaktiv parchalanishga uchragan yadro ona yadro, uning natijasida hosil bo‘lgan yadro esa qiz yadro deb ataladi. Qiz yadroning ona yadroga nisbatan massa soni va zaryadi o‘zgarishini ifodalovchi qoida — Soddining siljish qoidasi.

Jarayon alfa-zarrachalar chiqishi bilan kechsa, alfa-parchalanish; beta-zarrachalar chiqishi bilan kechsa, beta-parchalanish deb ataladi (hozir beta-zarrachalar ajralmaydigan beta-parchalanish turlari ham ma’lum, lekin beta-parchalanishda har doim neytrino yoki antineytrino ajralib chiqadi). «Gamma-parchalanish» atamasi kam qo‘llanadi; yadroning gamma-kvantlar chiqarishi odatda izomerik o‘tish deb ataladi. Gamma-nurlanish ko‘pincha boshqa parchalanish turlariga hamrohlik qiladi: parchalanishning birinchi bosqichida qo‘zg‘algan holatdagi qiz yadro hosil bo‘ladi, keyin esa u gamma-kvantlar chiqarib, asosiy holatiga o‘tadi.

Radioaktiv yadrolar chiqaradigan α-zarrachalar va γ-kvantlarning energiya spektrlari uzlukli («diskret»), β-zarrachalarning spektri esa uzluksizdir.

Hozirgi vaqtda alfa-, beta- va gamma-parchalanishdan tashqari, boshqa turdagi parchalanishlar ham aniqlangan. Ularga quyidagilar kiradi: neytron chiqarish, proton chiqarish (shuningdek, ikki proton chiqarish), klasterli radioaktivlik, o‘z-o‘zidan bo‘linish. Elektron tutib olish, pozitronli parchalanish (yoki β⁺-parchalanish), shuningdek, qo‘sh beta-parchalanish (va uning turlari) odatda beta-parchalanishning turli ko‘rinishlari hisoblanadi.

Ba’zi izotoplar bir vaqtning o‘zida ikki yoki undan ortiq usulda parchalanishi mumkin. Masalan, vismut-212 64 % ehtimollik bilan talliy-208 ga (alfa-parchalanish orqali) va 36 % ehtimollik bilan poloniy-212 ga (beta-parchalanish orqali) aylanadi.

Radioaktiv parchalanish natijasida hosil bo‘lgan qiz yadro ham ba’zan radioaktiv bo‘lib chiqadi va ma’lum vaqtdan keyin o‘zi ham parchalanadi. Radioaktiv parchalanish barqaror, ya’ni radioaktiv bo‘lmagan yadro hosil bo‘lguncha davom etadi. Bunday parchalanishlar ketma-ketligi parchalanish zanjiri, ularda hosil bo‘ladigan nuklidlar ketma-ketligi esa radioaktiv qator deb ataladi. Xususan, uran-238, uran-235 va toriy-232 bilan boshlanadigan radioaktiv qatorlarning oxirgi (barqaror) nuklidlari mos ravishda qo‘rg‘oshin-206, qo‘rg‘oshin-207 va qo‘rg‘oshin-208.

Massa soni bir xil bo‘lgan yadrolar A (izobarlar) beta-parchalanish orqali bir-biriga aylanishi mumkin. Har bir izobar zanjirida 1 tadan 3 tagacha beta-barqaror nuklid mavjud (ular beta-parchalanishga uchramaydi, biroq radioaktiv parchalanishning boshqa turlariga nisbatan barqaror bo‘lishi shart emas). Izobar zanjiridagi qolgan yadrolar beta-beqaror bo‘lib, ketma-ket beta-minus yoki beta-plyus parchalanishlar orqali eng yaqin beta-barqaror nuklidga aylanadi. Izobar zanjirida ikkita beta-barqaror nuklid orasida joylashgan yadrolar β⁻- va β⁺-parchalanishga (yoki elektron tutib olishga) uchrashi mumkin. Masalan, tabiatda uchraydigan kaliy-40 qo‘shni 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

Tajribalarda aniqlanishicha, radioaktiv, ya’ni barqaror izotoplarga ega bo‘lmagan barcha kimyoviy elementlarning tartib raqami 82 dan katta (ya’ni vismutdan boshlab).

Yengilroq elementlarning barchasi barqaror izotoplardan tashqari, yarim yemirilish davrlari nanosoniyaning ulushlaridan tortib Koinot yoshidan bir necha daraja katta qiymatlargacha yetadigan radioaktiv izotoplarga ham ega. Masalan, tellur-128 o‘rganilgan radionuklidlar ichida o‘lchangan eng uzoq yarim yemirilish davriga ega: ~2,2·10²⁴ yil.

Vismutdan yengil elementlar orasida beqarorlik bo‘yicha istisnolar — prometiy va texnetsiy bo‘lib, ularda geologik davrlar davomiyligiga nisbatan uzoq yashovchi izotoplar yo‘q. Texnetsiyning eng uzoq yashovchi izotopi — texnetsiy-98 — taxminan 4,2 mln yil, prometiyning eng uzoq yashovchi izotopi — prometiy-145 esa 17,5 yil yarim yemirilish davriga ega. Shu sababli texnetsiy izotoplari va prometiy izotoplari Yer shakllangan davrdan beri Yer po‘stida saqlanib qolmagan va sun’iy usulda olingan.

Tabiatda yarim yemirilish davri Yer yoshi bilan taqqoslanadigan yoki undan bir necha barobar uzun bo‘lgan ko‘plab radioaktiv izotoplar mavjud. Shuning uchun, radioaktivligiga qaramay, ular tegishli elementlarning tabiiy izotop aralashmasida uchraydi. Bunga kaliy-40, reniy-187, rubidiy-87, tellur-128 va boshqa ko‘plab izotoplar misol bo‘ladi.

Ba’zi uzoq yashovchi izotoplar va ularning parchalanish mahsulotlari konsentratsiyalari nisbatini o‘lchash geologiyada minerallar, tog‘ jinslari va meteoritlarning mutlaq yoshini aniqlash imkonini beradi.

Kashf etilish tarixi

Radioaktivlikni 1896-yilda fransuz fizigi A. Bekkerel kashf etgan. U quyidagi hodisalar orasidagi bog‘liqlikni o‘rgandi: luminessensiya va yaqinda kashf etilgan rentgen nurlari.

Bekkerelning xayoliga bir savol keldi: «Har qanday luminessensiya rentgen nurlari bilan birga kechmaydimi?» Taxminini tekshirish uchun u bir necha birikmani, jumladan, uran tuzlaridan birini oldi; u sariq-yashil yorug‘lik bilan fosforessensiyalanardi. Uni quyosh nurida yoritgach, tuzni qora qog‘ozga o‘rab, qorong‘i javondagi yana qora qog‘ozga o‘ralgan fotoplastinka ustiga qo‘ydi. Bir muncha vaqt o‘tib plastinkani ochiltirganda, Bekkerel haqiqatan ham unda tuz bo‘lagining tasvirini ko‘rdi. Ammo luminessent nurlanish qora qog‘ozdan o‘ta olmasdi va bunday sharoitda plastinkaga faqat rentgen nurlari ta’sir qilishi mumkin edi. Bekkerel tajribani bir necha bor takrorladi va har safar bir xil natija oldi.

24-fevral 1896-yilda Fransiya Fanlar akademiyasining yig‘ilishida u «Fosforessensiya hosil qiladigan nurlanish haqida» nomli ma’ruza qildi. Biroq bir necha kundan so‘ng olingan natijalarning talqiniga tuzatish kiritishga to‘g‘ri keldi. 26–27-fevral kunlari Bekkerel laboratoriyasida kichik o‘zgarishlar bilan navbatdagi tajriba tayyorlangan, ammo havo bulutli bo‘lgani sababli u kechiktirilgan edi. Yaxshi ob-havoni kutmay, 1-mart kuni Bekkerel quyosh nuriga umuman tutilmagan uran tuzi yotgan plastinkani ochiltirdi. Tabiiyki, tuz fosforessensiyalanmagan, lekin plastinkada tasvir paydo bo‘lgan. 2-mart kuni Bekkerel bu kashfiyot haqida Parij Fanlar akademiyasida ma’ruza qildi va o‘z ishini «Fosforessensiyalanuvchi jismlar hosil qiladigan ko‘rinmas nurlanish haqida» deb nomladi.

Keyinchalik Bekkerel uranning boshqa birikmalari va minerallarini (jumladan, fosforessensiyalanmaydiganlarini), shuningdek, metall uranni ham sinab ko‘rdi. Fotoplastinkada har safar tasvir hosil bo‘ldi. Tuz bilan plastinka orasiga metall xochcha qo‘yib, Bekkerel plastinkada xochchaning xira konturlarini oldi. Shunda shaffof bo‘lmagan jismlardan o‘tadigan, ammo rentgen nurlari bo‘lmagan yangi nurlar kashf etilgani ayon bo‘ldi.

Bekkerel nurlanish intensivligi faqat preparatdagi uran miqdoriga bog‘liqligini, uning qanday birikma tarkibida ekaniga esa mutlaqo bog‘liq emasligini aniqladi. Demak, bu xususiyat birikmalarga emas, balki kimyoviy element — uranga xos edi.

Bekkerel o‘z kashfiyotini hamkor olimlar bilan o‘rtoqlashdi. 1898-yilda Mariya Kyuri va Pyer Kyuri toriy elementining radioaktivligini aniqladilar; keyinchalik quyidagi radioaktiv elementlarni kashf etdilar: poloniy va radiy.

Ular uranning barcha birikmalari tabiiy radioaktivlikka ega ekanini, bu xususiyat eng yaqqol uranning o‘zida namoyon bo‘lishini aniqladilar. Bekkerel esa o‘zini qiziqtirgan lyuminoforlarni o‘rganishga qaytdi. Shunga qaramay, u radioaktivlikka oid yana bir katta kashfiyot qildi. Bir kuni ommaviy ma’ruza uchun Bekkerelga radioaktiv modda kerak bo‘ldi. Uni Kyuri er-xotinidan olib, probirkani jiletining cho‘ntagiga soldi. Ma’ruzadan so‘ng radioaktiv preparatni egalariga qaytardi, ertasi kuni esa jilet cho‘ntagi ostidagi terisida probirka shaklida qizarish paydo bo‘lganini payqadi. Bekkerel bu haqda Pyer Kyuriga aytdi va u o‘zida tajriba o‘tkazdi: radiy solingan probirkani bilagiga bog‘lab, o‘n soat ko‘tarib yurdi. Bir necha kundan so‘ng unda ham qizarish paydo bo‘lib, keyinchalik og‘ir yaraga aylandi; u bundan ikki oy aziyat chekdi. Shu tariqa radioaktivlikning biologik ta’siri ilk bor aniqlandi.

Shundan keyin ham Kyurilar jasorat bilan o‘z ishlarini davom ettirishdi. Mariya Kyuri 1934-yilda, jumladan, radiy bilan uzoq ishlash oqibatlariga bog‘liq asoratlardan vafot etganini aytish kifoya.

1955-yilda Mariya Kyurining qayd daftarlari tekshirildi. Ularni to‘ldirish paytida yuzaga kelgan radioaktiv ifloslanish sababli daftarlar hozirgacha nurlanish tarqatadi. Varaqlardan birida Pyer Kyurining radioaktiv barmoq izi saqlanib qolgan.

Radioaktiv parchalanish qonuni

Bir xil atomlar ko‘plab parchalanganda yuz beradigan jarayonning modellashtirilishi. Chapda 4 ta atomdan, o‘ngda 400 ta atomdan boshlanadi. Yuqorida yarim yemirilish davrlari soni ko‘rsatilgan.

Radioaktiv parchalanish qonuni — Frederik Soddi va Ernest Rezerford tomonidan tajriba yo‘li bilan kashf etilgan va 1903-yilda ifodalangan qonundir. Qonunning zamonaviy ta’rifi:

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

Bu har qanday modda uchun t vaqt oralig‘ida sodir bo‘ladigan parchalanishlar soni namunadagi N ta radioaktiv atom soniga mutanosib ekanini anglatadi.

Ushbu differensial tenglamaning boshlang‘ich sharti $N=N_{0}$ bo‘lib, vaqt $t=0:$

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

bo‘lganda, tenglamaning yechimi quyidagicha:

\tau

— radioaktiv atomning o‘rtacha yashash vaqtidir.

Ushbu matematik ifodada λ — parchalanish doimiysi bo‘lib, u vaqt birligidagi radioaktiv parchalanish ehtimolligini ifodalaydi va o‘lchov birligi s⁻¹ ga teng. Manfiy ishora radioaktiv yadrolar soni vaqt o‘tishi bilan kamayishini ko‘rsatadi. Qonun radioaktiv yadrolarning bir-biridan va vaqtdan mustaqil parchalanishini ifodalaydi: muayyan yadroning navbatdagi har bir vaqt birligida parchalanish ehtimoli tajriba boshlanganidan buyon o‘tgan vaqtga ham, namunada qolgan yadrolar soniga ham bog‘liq emas.

Bu qonun radioaktivlikning asosiy qonuni hisoblanadi. Undan parchalanishga oid bir nechta muhim xulosalar, jumladan, quyidagi ko‘rsatkichlarning ta’riflari kelib chiqadi: atomning o‘rtacha yashash vaqti va yarim yemirilish davri.

Radioaktiv yadroning parchalanish doimiysi ko‘p hollarda atrofdagi sharoitlarga (harorat, bosim, moddaning kimyoviy tarkibi va hokazolarga) deyarli bog‘liq 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, masalan, aminokislota valin tarkibidagi protiy atomlari o‘rniga tritiy atomlari kelgan holatda ham protiy (oddiy vodorod) o‘rnidagi kabi bir xil tezlikda parchalanadi.

Laboratoriya sharoitida parchalanish doimiysidagi kichik o‘zgarishlar faqat elektron tutib olish jarayonida aniqlangan: laboratoriyada erishish mumkin bo‘lgan harorat va bosim, shuningdek, kimyoviy tarkibning o‘zgarishi yadro atrofidagi elektron bulutining zichligini biroz o‘zgartirib, parchalanish tezligining foizning ulushlari miqdorida o‘zgarishiga olib kelishi mumkin. Ammo yetarlicha keskin sharoitlarda (atomning yuqori darajada ionlanishi, elektronlarning katta zichligi, neytrinoning yuqori kimyoviy potensiali, kuchli magnit maydonlar) boshqa parchalanish turlarining ehtimolligi ham o‘zgarishi mumkin. Bunday sharoitlarga laboratoriyada erishish qiyin, ammo ular, masalan, yulduzlarning ichki qismlarida uchraydi.

Radioaktiv parchalanish doimiysining barqarorligi turli tabiiy va sun’iy obyektlarning yoshini ulardagi radioaktiv yadrolar konsentratsiyasi va to‘plangan parchalanish mahsulotlari konsentratsiyasini o‘lchash orqali aniqlash imkonini beradi. Bir necha yildan milliardlab yillargacha bo‘lgan obyektlarning yoshini o‘lchaydigan bir qator radioizotopli yosh aniqlash usullari ishlab chiqilgan. Ularning eng mashhurlari — radiouglerod usuli, uran-qo‘rg‘oshin usuli, uran-geliy usuli, kaliy-argon usuli va boshqalar.

Radioaktiv parchalanishda chiqariladigan zarrachalar turlari

E. Rezerford tajribalarda (1899) uran tuzlari uch turdagi nur chiqarishini aniqladi. Bu nurlar magnit maydonida turlicha og‘adi:

birinchi turdagi nurlar musbat zaryadlangan zarrachalar oqimiga o‘xshab og‘adi; ular α-nurlar;
nomi berilgan; ikkinchi tur nurlar magnit maydonida odatda manfiy zaryadlangan zarrachalar oqimi kabi og‘adi va ular β-nurlar deb atalgan (biroq teskari tomonga og‘adigan pozitronli beta-nurlar ham mavjud);
uchinchi tur nurlar magnit maydonida og‘maydi va ular γ-nurlanish.

deb atalgan. Tadqiqotlarda radioaktiv parchalanish vaqtida ajralib chiqadigan boshqa zarrachalar ham aniqlangan bo‘lsa-da, bu nomlar hozirgacha saqlanib qolgan, chunki tegishli parchalanish turlari eng ko‘p tarqalgan.

Parchalanayotgan yadro elektron qobiq bilan o‘zaro ta’sirlashganda elektron qobiqdan zarrachalar (rentgen fotonlari, Oje elektronlari, konversion elektronlar) chiqarilishi mumkin. Nurlanishning dastlabki ikki turi elektron qobiqda bo‘sh o‘rin (xususan, elektron tutib olish yoki konversion elektron chiqariladigan izomerik o‘tish vaqtida) hosil bo‘lib, keyin bu o‘rin elektronlar tomonidan ketma-ket to‘ldirilganda yuzaga keladi. Konversion elektron ichki konversiya bilan kechadigan izomerik o‘tishda chiqariladi: bunda yadroning energiya sathlari orasidagi o‘tishda ajralgan energiyani gamma-kvant olib ketmaydi, balki u qobiq elektronlaridan biriga uzatiladi.

Yadroning o‘z-o‘zidan bo‘linishida u ikkita (kamdan-kam uchta) nisbatan yengil yadroga — bo‘linish bo‘laklari deb ataladigan yadrolarga — va bir nechta neytronga ajraladi. Klasterli parchalanishda (bo‘linish va alfa-parchalanish o‘rtasidagi oraliq jarayon) og‘ir ona yadro nisbatan yengil yadroni (¹⁴C, ¹⁶O va hokazo) chiqaradi.

Protonli (ikki protonli) va neytronli parchalanishda yadro tegishlicha protonlar va neytronlar chiqaradi.

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

Radioaktiv parchalanish turlari

Parchalanishning barcha turlarini uch guruhga ajratish mumkin:

α-parchalanishga o‘xshash jarayonlar. Bularga klasterli parchalanish, proton emissiyasi, neytron emissiyasi va boshqalar kiradi. Barcha hollarda nuklonlarning bir qismi yadrodan «ajralib chiqadi».
β-parchalanishga o‘xshash jarayonlar. Bularga β⁻-parchalanish, β⁺-parchalanish, qo‘sh β-parchalanishlar va elektron tutib olish kiradi. Bunda parchalanish kuchsiz o‘zaro ta’sir hisobiga yuz beradi. Yadrodagi nuklonlar soni o‘zgarmaydi, ammo protonlar neytronlarga (yoki aksincha) aylanib, yadroning zaryadi o‘zgaradi.
γ-parchalanishga o‘xshash jarayonlar. Bularga γ-parchalanish (izomerik o‘tish) va ichki konversiya kiradi. Bu jarayonlarda yadro qayta tuziladi va foton chiqaradi yoki energiyani qobiq elektroniga uzatadi. Yadroning nuklon tarkibi ham, zaryadi ham o‘zgarmaydi.

Aralash parchalanishlar ham kuzatiladi: masalan, alfa-parchalanishdan keyin qo‘zg‘algan sathdan gamma-kvant chiqishi yoki beta-parchalanishda kuchli qo‘zg‘algan sathdan «kechikkan» neytron chiqishi.


Parchalanish nomi		Tavsifi	Qiz yadro	Emissiya
Nuklon emissiyasi
Alfa-parchalanish	α	Yadrodan α-zarracha — geliy-4 atomining yadrosi ajralib chiqadi.	(A − 4, Z − 2)	⁴He
Proton emissiyasi	p	1–2 nuklon ajralib chiqadi. Bu protonlari yoki neytronlari ortiqcha bo‘lgan 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, ya’ni ⁴He dan og‘irroq, ammo qiz yadrodan ancha yengil yadro ajralib chiqadi.	(A − Aₓ, Z − Zₓ)	(Aₓ, Zₓ)
O‘z-o‘zidan bo‘linish	SF	Bo‘linish bo‘laklarining massalari taxminan 2:3 nisbatda bo‘ladi. Bu og‘ir yadrolarga (transuran elementlariga) xos.	2(~A/2, ~Z/2)	2-5n
Beta-parchalanishning turli turlari
Beta-minus parchalanish	β⁻	Neytron kuchsiz o‘zaro ta’sir natijasida parchalanib, elektron va antineytrino chiqaradi: $n\longrightarrow p+e^{-}+{\bar {\nu }}$ (kamdan-kam hollarda elektron elektron qobiqda qolishi mumkin: bog‘langan holatga beta-minus parchalanish)	(A, Z + 1)	e⁻ + ν
Beta-plyus parchalanish (pozitron emissiyasi)	β⁺	Teskari jarayon. Proton pozitron va neytrino chiqarib, neytronga aylanadi: $p\longrightarrow n+e^{+}+\nu$	(A, Z − 1)	e⁺ + ν
Elektron tutib olish	ε	Proton atomning elektron qobig‘idan elektronni tutib olib, neytronga aylanadi va neytrino chiqaradi: $p+e^{-}\longrightarrow n+\nu$	(A, Z − 1)	ν
Qo‘sh beta-minus parchalanish	2β⁻	Bir vaqtning o‘zida ikkita neytron parchalanadi: $2n\longrightarrow 2p+2e^{-}+2{\bar {\nu }}$ . Nazariy jihatdan bashorat qilingan, lekin kuzatilmagan neytrinosiz qo‘sh beta-parchalanish bashorat qilingan, ammo kuzatilmagan; unda faqat elektronlar chiqariladi.	(A, Z + 2)	2e⁻ + 2ν
Qo‘sh pozitronli parchalanish	2β⁺	Bir vaqtning o‘zida ikkita proton parchalanadi. Har bir parchalanish pozitron emissiyasi yoki elektron tutib olish ko‘rinishida bo‘lishi mumkin. Barcha turdagi neytrinosiz qo‘sh beta-jarayonlar bashorat qilingan, ammo kuzatilmagan.	(A, Z − 2)	2e⁺ + 2ν
Qo‘sh elektron tutib olish	2ε		(A, Z − 2)	2ν
Pozitron chiqarish bilan kechadigan elektron tutib olish	εβ⁺		(A, Z − 2)	e⁺ + 2ν
Izomerik o‘tish
Gamma-parchalanish	γ	Yadro qo‘zg‘algan holatdan energiyasi pastroq bo‘lgan qo‘zg‘algan holatga yoki asosiy holatga o‘tadi.	(A, Z)	γ
Ichki konversiya	IC	Chiqarilgan γ-kvant atomning elektron qobig‘idagi elektron tomonidan yutiladi. Elektron yangi sathga o‘tadi yoki erkin bo‘lib qoladi (konversion elektron)	(A, Z)	e⁻

Alfa-parchalanish

Alfa-parchalanish — atom yadrosining qiz yadro va α-zarrachaga o‘z-o‘zidan bo‘linishidir. Alfa-zarracha geliy atomining yadrosi (⁴He).

Alfa-parchalanish, odatda, massa soni A ≥ 140 bo‘lgan og‘ir yadrolarda sodir bo‘ladi (biroq ayrim istisnolar ham bor). Og‘ir yadrolar ichida yadro kuchlarining to‘yinish xususiyati tufayli ikki proton va ikki neytrondan tashkil topgan alohida α-zarrachalar hosil bo‘ladi. Hosil bo‘lgan α-zarracha yadro protonlarining Kulon kuchlari ta’siridagi itarilishiga alohida protonlarga qaraganda kuchliroq duchor bo‘ladi. Shu bilan birga, α-zarrachani yadroning boshqa nuklonlari qolgan nuklonlarga nisbatan kuchsizroq tortadi. Yadro chegarasiga yetgan alfa-zarracha potensial to‘siqdan ichkariga qaytadi, ammo muayyan ehtimollik bilan uni yengib o‘tishi mumkin (qarang: Tunnellanish effekti) va tashqariga uchib chiqadi. Alfa-zarracha energiyasi kamaygan sari potensial to‘siqning o‘tkazuvchanligi juda tez (eksponensial ravishda) pasayadi, shuning uchun yashash vaqti, boshqa sharoitlar bir xil bo‘lganda, alfa-parchalanish uchun energiyasi kamroq bo‘lgan yadrolarda uzoqroq bo‘ladi.

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 katak orqaga, ya’ni Mendeleyev jadvalining boshiga tomon siljiydi (bunda yadro zaryadi Z 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 o‘zaro ta’sirning namoyon bo‘lishi.

Beta-parchalanish (aniqrog‘i, beta-minus parchalanish, β⁻-parchalanish) — yadrodan elektron va elektron antineytrinosi chiqarilishi bilan kechadigan radioaktiv parchalanish.

Beta-parchalanish nuklon ichida yuz beradigan jarayondir. Beta-minus parchalanish yadro neytronlaridan biridagi d-kvarkning neytron tarkibidagi u-kvarkka aylanishi tufayli sodir bo‘ladi; bunda neytron protonga aylanib, elektron va antineytrino chiqaradi:

{}_{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 antineytrinoga aylanadi (qarang: Neytronning beta-parchalanishi).

Soddining siljish qoidasi: β⁻-parchalanish uchun

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

Misol (beta-parchalanish: tritiyning geliy-3 ga aylanishi):

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

β⁻-parchalanishdan keyin element 1 katak oldinga, ya’ni Mendeleyev jadvalining oxiriga tomon siljiydi (yadro zaryadi bir birlikka ortadi), massa soni esa o‘zgarmaydi.

Pozitronli parchalanish va elektron 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 qarab bir katakka siljiydi), ya’ni yadroning bir protoni pozitron va neytrino chiqarib, neytronga aylanadi (kvarklar darajasida bu jarayon u-kvarklardan birining yadroning protonlaridan birida d-kvarkka aylanishi sifatida ifodalanadi; erkin proton neytronga parchalanmaydi, chunki neytron protondan og‘irroq bo‘lgani uchun bu energiyaning saqlanish qonuniga zid; biroq ona va qiz atom massalari orasidagi farq musbat bo‘lsa, yadro ichida bunday jarayon sodir bo‘lishi mumkin). Pozitronli parchalanish doimo unga raqobatdosh bo‘lgan elektron tutib olish bilan birga uchraydi; bunda yadro atom qobig‘idan elektronni tutib olib, neytrino chiqaradi va yadro zaryadi ham bir birlikka kamayadi. Biroq buning aksi to‘g‘ri emas: elektron tutib olish (ε-tutib olish) jarayoniga uchraydigan ko‘plab nuklidlarda pozitronli parchalanish energiyaning saqlanish qonuni bilan taqiqlanadi. ε-tutib olishda elektron atomning qaysi elektron qobig‘idan (K, L, M,…) tutilishiga qarab, jarayon K-tutib olish, L-tutib olish, M-tutib olish va hokazo deb belgilanadi. Tegishli qobiqlar mavjud bo‘lsa va parchalanish energiyasi yetarli bo‘lsa, bu jarayonlar odatda o‘zaro raqobatlashadi. Biroq K-tutib olish ehtimoli eng yuqori, chunki K-qobiq elektronlarining yadro yaqinidagi konsentratsiyasi uzoqroq qobiqlarnikidan yuqori. Elektron tutilgandan so‘ng elektron qobig‘ida hosil bo‘lgan bo‘sh o‘rinni yuqoriroq qobiqdan ko‘chib o‘tadigan elektron egallaydi. Bu jarayon ketma-ket davom etishi mumkin (elektron ko‘chganda bo‘sh o‘rin yo‘qolmay, yuqoriroq qobiqqa siljiydi), energiya esa rentgen fotonlari va/yoki Oje elektronlari orqali olib ketiladi; ularning energiya spektri diskretdir.

β⁺-parchalanish va elektron tutib olish uchun Soddining siljish qoidasi:

{}_{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 dan litiy-7):

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

Pozitronli parchalanish va ε-tutib olishdan keyin element 1 katak orqaga, ya’ni Mendeleyev jadvalining boshiga tomon siljiydi (yadro zaryadi bir birlikka kamayadi), massa soni esa o‘zgarmaydi.

Qo‘sh beta-parchalanish

Radioaktiv parchalanishning ma’lum turlari ichida eng kami uchraydigani — qo‘sh beta-parchalanish. Hozirga qadar u faqat o‘n to‘rtta nuklidda aniqlangan va ularning har birida yarim yemirilish davri 10¹⁸ yildan ortiq. Qo‘sh beta-parchalanish nuklid turiga qarab quyidagicha kechishi mumkin:. Qo‘sh beta-parchalanish nuklid turiga qarab quyidagicha kechishi mumkin:

yadro zaryadi 2 ga ortadi (bunda ikkita elektron va ikkita antineytrino chiqadi, 2β⁻-parchalanish)
yadro zaryadi 2 ga kamayadi, ikkita neytrino va ikkita pozitron chiqadi (qo‘sh pozitronli parchalanish, 2β⁺-parchalanish)
bitta pozitronning chiqishi qobiqdan elektron tutib olish bilan birga kechadi (elektron-pozitron konversiyasi yoki εβ⁺-parchalanish)
ikkita elektron tutib olinadi (qo‘sh elektron tutib olish, 2ε-tutib olish).

Hali aniqlanmagan, ammo nazariy jihatdan bashorat qilingan neytrinosiz qo‘sh beta-parchalanish ham mavjud bo‘lishi mumkin.

Beta-parchalanishning umumiy xususiyatlari

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

Gamma-parchalanish (izomerik o‘tish)

Deyarli barcha yadrolar asosiy kvant holatidan tashqari energiyasi yuqoriroq bo‘lgan diskret qo‘zg‘algan holatlarga ham ega (bundan ¹H, ²H, ³H va ³He yadrolari mustasno). Yadro reaksiyalarida yoki boshqa yadrolarning radioaktiv parchalanishida qo‘zg‘algan holatlar hosil bo‘lishi mumkin. Qo‘zg‘algan holatlarning aksariyati juda qisqa (bir nanosekunddan kam) yashaydi. Biroq yashash vaqti mikrosekundlar, kunlar yoki yillar bilan o‘lchanadigan ancha uzoq yashovchi holatlar ham bor, ular izomerik holatlar deyiladi. Ularni qisqa yashovchi holatlardan ajratuvchi chegara shartlidir. Yadrolarning izomerik holatlari, odatda, asosiy holatga (ba’zan bir necha oraliq holatdan o‘tib) parchalanadi. Bunda bir yoki bir nechta gamma-kvant chiqadi; yadroning qo‘zg‘alishi atom qobig‘idan konversion elektronlar ajralib chiqishi orqali ham yo‘qolishi mumkin. Izomerik holatlar odatdagi beta- va alfa-parchalanish orqali ham parchalanishi mumkin.

Radioaktivlikning maxsus turlari

Radioaktivlikning biologik ta’siri

Radioaktivlik bizni hamma joyda o‘rab turadi. Hatto inson tanasini tashkil etuvchi elementlarda ham radioaktiv izotoplar mavjud. Masalan, kaliy-40 va uglerod-14.

Radioaktiv parchalanishda deyarli har doim ionlashtiruvchi nurlanish ajralib chiqadi. Ionlashtiruvchi nurlanish ta’sirida DNK molekulalari o‘zgarishi natijasida mutatsiyalar hujayralarda yuzaga kelishi mumkin. Bunday mutatsiyalarning aksariyati inson salomatligi uchun xavfli emas, ammo ayrimlari saraton kasalliklarini keltirib chiqarishi mumkin. Dunyo bo‘ylab insonlar oladigan ionlashtiruvchi nurlanishning o‘rtacha yillik dozasining taxminan 80 % i tabiiy manbalardan keladi. Bunga radioaktiv parchalanish bilan bog‘liq manbalar ham, radioaktivlik bilan bevosita bog‘liq bo‘lmagan manbalar (masalan, kosmik nurlanish) ham kiradi. Tabiiy nurlanish manbalarining eng muhimlaridan biri binolarda nafas olayotganda organizmga kiradigan radonning alfa-parchalanishidir.

Adabiyotlar

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