Alfa-parchalanish

Alfa parchalanishining vizual tasviri

  Alfa-parchalanish yoki α-yemirilish radioaktiv parchalanishning bir turi bo'lib, unda atom yadrosi alfa zarrachasini (geliy yadrosi) chiqaradi va shu bilan massa soni to'rtga kamaygan boshqa atom yadrosiga aylanadi ("parchalanadi" deyish ham mumkin). Parchalangan atomning atom soni esa ikkitaga kamayadi. Alfa zarrasi ikkita proton va ikkita neytrondan iborat geliy-4 atomining yadrosi bilan bir xil. Uning zaryadi 6981320435297400000♠+2 e va massasi 7000400000000000000♠4 u ga teng7000400000000000000♠4 u . Masalan, uran-238 atomi alfa parchalanishdan so'ng toriy-234 ni hosil qiladi.

Alfa zarralari esa 6981320435297400000♠+2 e zaryadga ega, bu odatda ko'rsatilmaydi, chunki yadro tenglamasi elektronlarni hisobga olmagan holda yadro reaktsiyasini tasvirlaydi. Biroq bu soddalashtirish yadrolarning neytral atomlarda paydo bo'lishini anglatmaydi.

Tarixi

Alfa zarralari birinchi marta 1899-yilda Ernest Ruterford tomonidan radioaktivlik tadqiqotlarida aniqlangan va 1907-yilga kelib ular He²⁺ ionlari ekanligi isbotlangan. 1928-yilga kelib, George Gamow tunnel effekti orqali alfa parchalanish nazariyasini hal qildi. Alfa zarracha yadro ichida tortuvchi yadroviy potentsial o'ra va itaruvchi elektromagnit potentsial to'siq tomonidan tutilgan. Klassik ravishda alfa zarra to'siqdan o'ta olmasligi kerak edi, ammo kvant mexanikasining yangi kashf etilgan (o'sha paytdagi) tamoyillariga ko'ra, u yadrodan qochish uchun potensial to'siq orqali "tunnel o'tish" va to'siqning boshqa tomonida juda kichik ehtimollik (lekin nolga teng bo'lmagan) bilan paydo bo'lishi mumkinligi ko'rsatildi. Gamow yadro uchun model potentsialni hal qildi va birinchi prinsiplardan yemirilishning yarim davri va emissiya energiyasi o'rtasidagi bog'liqlikni keltirib chiqardi. Bu avval empirik tarzda kashf etilgan va Geiger-Nuttall qonuni sifatida tanilgan edi.

Mexanizm

Atom yadrosini ushlab turgan yadroviy kuch juda kuchli bo'lib, protonlar orasidagi itaruvchi elektromagnit kuchlardan ancha kuchli. Shu bilan birga, yadroviy kuch qisqa ta'sir masofaga (1-2 femtometr) ega, elektromagnit kuch esa cheksiz ta'sir diapazoniga ega. Yadroni birga ushlab turadigan tortishuvchi yadro kuchining kuchi nuklonlar soniga proporsional. Yadroni parchalashga urinayotgan proton-proton itarilishining umumiy buzuvchi elektromagnit kuchi uning atom raqamining kvadratiga taxminan proportsionaldir. 210 yoki undan ortiq nuklonli yadro shunchalik kattaki, uni bir-biriga bog'lab turgan kuchli yadro kuchi tarkibidagi protonlar orasidagi elektromagnit itarish kuchini zo'rg'a muvozanatlashtira oladi. Alfa parchalanishi bunday yadrolarda o'lchamni kamaytirish orqali barqarorlikni oshirish vositasi sifatida sodir bo'ladi.

Bitta proton yoki neytron yoki boshqa atom yadrolari emas, nega alfa zarralari yoki geliy yadrolari afzal ko'rilishi kerakligi qiziq. Buning bir sababi alfa zarrasining yuqori bog'lanish energiyasidir, ya'ni uning massasi ikkita erkin proton va ikkita erkin neytronning massalari yig'indisidan kichikdir. Bu esa parchalanish energiyasini oshiradi. Quyidagi tenglama orqali berilgan umumiy parchalanish energiyasini hisoblash mumkin.

$$E_{di}=(m_{\text{i}}-m_{\text{f}}-m_{\text{p}})c^{2}$$

bu yerda m_i yadroning boshlang'ich massasi, m_f - zarrachalar emissiyasidan keyingi yadro massasi va m_p - chiqarilgan (alfa-) zarraning massasi, ma'lum hollarda u musbat zaryadlanganligidan uning alfa ekanligini aniqlash mumkin. Ba'zi bosha zarrachalar emissiyasi rejimlari esa energiya qo'shishni talab qiladi. Masalan, uran-232 uchun hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, alfa zarralari emissiyasi 5,4 MeV energiyani chiqaradi. Bitta proton emissiyasi esa 6,1 MeV energiyani talab qiladi. Parchalanish energiyasining katta qismi alfa zarrachaning kinetik energiyasiga aylanadi. Impulsning saqlanishini bajarish uchun energiyaning bir qismi yadroning o'zining orqaga qaytishiga ketadi. Biroq, ko'pgina alfa-radioizotoplarning massa soni 210 dan oshib ketganligi sababli, alfa zarrachaning massa sonidan (4) ancha katta, yadroning orqaga qaytishiga ketadigan energiya ulushi odatda juda kichik, 2% dan kam bo'ladi. Shunga qaramay, qaytarilish energiyasi (keV shkalasi bo'yicha) kimyoviy bog'lanish kuchidan (eV shkalasida) ancha katta.

Biroq, kvant mexanikasi alfa zarrachani kvant tunnel effekti orqali qochishga imkon beradi. 1928-yilda George Gamow va Ronald Wilfred Gurney va Edward Condon tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan alfa parchalanishining kvant tunnel nazariyasi kvant nazariyasining juda yorqin tasdig'i sifatida e'tirof etildi. Aslini olganda, alfa zarrasi yadrodan uni chegaralab turgan devordan o'tish uchun yetarli energiya olish bilan emas, balki devor orqali tunnel o'tish orqali chiqadi. Gurney va Condon o'zlarining qog'ozlarida quyidagi fikrni bildirishdi:

Shu paytgacha yadroning qandaydir maxsus ixtiyoriy «beqarorligi»ni postulatsiya qilish zarur edi. Ammo keyingi eslatmada alohida gipotezasiz parchalanish kvant mexanikasi qonunlarining tabiiy natijasi ekanligi ta'kidlanadi. . . α-zarrachaning yadrodagi o'rnidan qo'zg'atish haqida ko'p narsa yozilgan. Ammo yuqorida tasvirlangan jarayondan α-zarracha deyarli sezilmasdan sirg'alib ketadi, deyish ma'qul.

Nazariyaga ko'ra, alfa zarrachani yadro ichidagi mustaqil zarracha deb hisoblash mumkin, ya'ni doimiy harakatda, lekin kuchli o'zaro ta'sir tufayli yadro ichida saqlanadi. Elektromagnit kuchning itaruvchi potentsial to'sig'i bilan har bir to'qnashuvda uning o'z yo'lini tunneldan o'tkazishi nolga teng bo'lmagan kichik ehtimollik mavjud. Tezligi 1,5×10⁷ m/s bo‘lgan alfa zarracha taxminan 10^-14 metr yadro diametrida sekundiga 10²¹ martadan ko'proq to'siq bilan to'qnashadi. Biroq, agar har bir to'qnashuvda qochish ehtimoli juda kichik bo'lsa, radioizotopning yarimparchalanish davri juda uzoq bo'ladi, chunki bu qochishning umumiy ehtimoli 50% ga yetishi uchun zarur bo'lgan vaqt ga teng. Ekstremal misol sifatida, vismut-209 izotopining yarimparchalanish davri 2.01*10¹⁹ yilni tashkil qiladi.

Foydalanadi

Tutun detektorlarida alfa-nurlatgichlar bo'lgan Americium-241 ishlatiladi. Alfa zarralari ochiq ion kamerasidagi havoni ionlashtiradi va ionlangan havo orqali kichik elektr tok o'tadi. Xonaga kiradigan olovning tutun zarralari alfa-zarra oqimni kamaytiradi va tutun detektorining signalini ishga tushiradi.

Radiy-223 ham alfa-nurlatgichrdir . Bu element skelet metastazlarini (suyaklardagi saraton) davolashda qo'llaniladi.

Alfa parchalanishi kosmik zondlar va sun'iy yurak stimulyatori uchun ishlatilgan radioizotop termoelektr generatorlari uchun xavfsiz quvvat manbai bo'lib xizmat qiladi. Alfa-parchalanish radioaktiv parchalanishning boshqa shakllariga qaraganda ancha oson himoyalangan.

Statik eliminatorlar odatda havoni ionlashtirish uchun polonium-210, alfa-nurlatgichdam foydalanadi, bu esa "statik yopishish" ning tezroq tarqalishiga imkon beradi.

Manbalar

• Energiyani oshirish orqali alfa nurlatgichlar (1-ilova)

Havolalar

• </img> Nuklidlarning LIVECharti - alfa parchalanish filtri bilan IAEA
• Qizining orqaga qaytishini ko'rsatuvchi 3 ta animatsion misol bilan alfa parchalanishi