Foydalanuvchi:Matkarimova Umida/qumloq

Fotoyadroviy reaksiyalar

Fotoyadroviy reaksiyalar deganda -γ nurlari atom yadrolari tomonidan yutilganda sodir bo’ladigan reaksiyalarni tushunamiz. Bu reaksiyada yadrolar tomonidan nuklonlar chiqarish hodisasi yadro fotoelektr effekti deyiladi.

Fotoyadroviy reaksiyani hosil qiluvchi zarra bu fotonlardir. Energiyasi ma’lum qiymatga ega bo’lgan fotonlarni atomga uchib kirishi natijasida turli xil jarayonlar ketadi, agar uchib kirgan gamma kvant yadro atrofidagi erkin elektronlar bilan tas’irlashsa kompton effekti hodisasi yoki bog’langan elektronlar bilan fotoeffekt hodisasi kuzatilishi mumkin. Endi yana bir boshqa variant agar gamma kvant elektronlar bilan ta’sirlashmay yadoroga uchib kirsachi unda qanday holat bo’ladi. Gamma kvant yutilganda yadro nuklon tarkibini o’zgartirmagan holda ortiqcha energiya oladi va ortiqcha energiyaga ega bo’lgan yadro birikma yadro hisoblanadi. Boshqa yadroreaksiyalari singari, gamma-kvantning yadro tomonidan yutilishi zarur energiya va spin nisbatlari bajarilgan taqdirdagina mumkin. Agar yadroga o’tgan energiya yadrodagi nuklonning bog’lanish energiyasidan oshsa, hosil bo’lgan birikma yadrosining parchalanishi ko’pincha nuklonlarning, asosan, neytronlarning chiqishi bilan sodir bo’ladi. Bu parchalanish yadro reaksiyalariga olib keladi. Fotonlar odatda atom elektronlari bilan o’zaro ta’sir qilsa yoki yadro maydoniga kirmasdan ta’sir qilsa ham, yuqori energiyali fotonlar yadroga kirib, nuklonlar, α zarrachalar yoki boshqa zarrachalarni chiqarishga olib kelishi mumkin.

Demak shunday deyish mumkinki faqat yuqori energiyali fotonlar yadroga kirishi mumkin ekan va bu uchun ma’lum qiymat ya’ni fotoyadroviy reaksiya sodir bo’lishi uchun zarur bo’lgan minimal foton energiyasi 2,2 MeV sifatida belgilangan. Yana bir xulosani fotoyadroviy reaksiyalar sodir bo’lishi uchun kelayotgan fotonning energiyasi yadrodagi nuklonlarni solishtirma bog’lanish energiyasidan katta bo’lishi kerak. Anashundagina yadroviy reaksiya sodir bo’lib yadrodan nuklonlar chiqishi mumkin. Be va B elementlari uchun γ kvantni yadro reaksiyasini hosil qilishi uchun zarur qiymatlari mos ravishda 1,666 MeV, 2,226 MeV ga teng. Fotoyadroviy reaksiyalar endotermik reaksiyalar tipiga kiradi.

Fotoyadroviy reaksiyalarni tabiatda hosil bo'lish jarayoni .

Endi gamma kvantlar ,fotoyadroviy reaksiyalarni hosil qiladigan asosiy zarralarni ko’rib chiqaylik.Chaqmoq zaryadlari vaqti-vaqti bilan er usti gamma nurlari deb ataladigan kuchli gamma nurlarini chiqaradi. Yer yuzidagi gamma nurlari chaqnashlaridagi gamma nurlari azot va kislorod kabi atmosfera yadrolari bilan reaksiyaga kirishish uchun yetarlicha yuqori energiyaga ega. Atmosferadagi yadro reaksiyalari neytronlarni va pozitronlarni chiqaradigan beqaror izotoplarni hosil qiladi.Biroq, nuklonlarning bog’lanish energiyasi past bo’lgan bir nechta nuklidlar mavjud va boshqa yadrolar bilan fotoyadroviy reaksiyalarni qo’zg’atish uchun kamida 8 MeV energiyaga ega fotonlar kerak bo’ladi. Bunday energiyaga ega bo’lgan fotonlar ba’zi yadro reaktsiyalarida paydo bo’ladi yoki moddada juda tez elektronlar sekinlashganda olinadi. Radioaktiv parchalanish jarayonida, qoida tariqasida, bunday gamma kvantlar hosil bo’lmaydi, shuning uchun β-yemirilishning gamma kvantlari fotoyadroviy reaktsiyalarni qo’zg’atolmaydi va boshqa moddalarda yangi induktsiyalangan radioaktivlik paydo bo’lishiga olib keladi. Chaqmoq va momaqaldiroq bulutlari zarrachalarning tabiiy tezlatgichlaridir. Momaqaldiroq bulutlari ichidagi elektr maydonlarida rivojlanadigan relativistik qochqin elektronlarning ko’chkilari γ-nurlarini chiqaradi. Bu γ-nurlari yerdagi observatoriyalar, havo detektorlari va koinotdan yer yuzidagi γ-nurlari chaqnashlari sifatida aniqlangan. γ-nurlarining energiyasi etarlicha yuqori bo’lib, ular atmosferadagi fotoyadro reaktsiyalarini qo’zg’atishi mumkin, beqaror radioaktiv izotoplarning β+ parchalanishi orqali neytronlar va oxir-oqibat pozitronlar hosil qiladi, ayniqsa 13N, bu hosil bo’ladi. 14N+γ→13N+n orqali, bu yerda γ fotonni va n neytronni bildiradi. Biroq, neytronlar va pozitronlarning kuzatuv dalillari ortib borayotganiga qaramay, bu reaksiya hozirgacha aniq kuzatilmagan. Bu yerda biz yashindan keyin neytron va pozitron signallarining yerdagi kuzatuvlari haqida xabar beramiz. 2017-yil 6-fevral kuni Yaponiyada sodir bo‘lgan momaqaldiroq paytida chaqmoqdan 0,5–1,7 kilometr uzoqlikdagi kuzatuv maydonchalarimizda davomiyligi bir millisekunddan kam bo‘lgan γ-nurlari chaqnashi aniqlandi. Keyingi γ-nurlarining porlashi tez pasayib, eksponensial parchalanish konstantasi 40-60 millisekundga teng bo’ldi va undan keyin bir daqiqa davom etgan taxminan 0,511 MeVda uzaygan chiziqli emissiya kuzatildi. Kuzatilgan yemirilish vaqt shkalasi va taxminan 10 MeV γ-nurlarining keyingi yorug’ligidagi spektral kesish neytronni tutib qo’yish natijasida qo’zg’atilgan yadrolardan γ-nurlarining qo’zg’alishi bilan yaxshi izohlanadi. Uzaygan chiziq emissiyasining markaziy energiyasi elektron-pozitron annigilyatsiyasiga to’g’ri keladi, bu pozitronlarning hosil bo’lishining ishonchli dalillarini beradi. Yadro fotoeffekti 1934-yil D.Chedvik va Goldxaber tomonidan 208Tl radioaktiv izotopdan chiqadigan E=2.62 MeV energiyali gamma-nurlar bilan deytronni bambardimon qilishda kuzatilgan. γ +2 H → n + p (1) yadrolarda fotoyadroviy reaksiyani hosil qilish uchun gamma-kvant energiyasi nuklonnning yadrodagi bo’g’lanish energiyasidan katta bo’lishi kerak

Fotoyaroviy reaksiyalarni amaliyotda qo'llanilishi .

Zamonamizning dolzarb muammosi portlovchi moddalarni tez va xavfsiz aniqlashdir. Uni hal qilish uchun ham aniqlik, ham yuqori tezlik bilan ajralib turadigan yuqori samarali usulni yaratish talab etiladi. Fotoyadroviy reaksiyalarga asoslangan bu usul Skolkovo fondi rezidenti “Minitron” MChJ mutaxassislari tomonidan ishlab chiqilgan.

Portlovchi qurilmalar yordamida sodir etilgan terrorchilik harakatlari bugungi kunning ayanchli haqiqati bo‘lib qolmoqda. Shu sababli, portlovchi moddalarni o’z vaqtida aniqlay oladigan texnik vositalarni takomillashtirish doimo dolzarb vazifa bo’lib qoladi. Odatda aeroportlarda buning uchun introskoplar - rentgen-televideniya qurilmalari ishlatiladi. Ammo introskop shaffof bagajning faqat ikki o’lchovli rasmini beradi, shuning uchun bu yuk xavfli yoki yo’qligi haqidagi yakuniy qaror inson operatorida qoladi.

Garchi introskoplar bilan ishlaydigan xavfsizlik xodimlari maxsus tayyorgarlikdan o’tishsa ham, ular xatolikdan himoyalanmaydi, ularning narxi juda yuqori bo’ladi. Ularni boshqa texnik vositalar, masalan, gaz analizatorlari bilan to’liq almashtirib bo’lmaydi. Yana bir dolzarb vazifa hududni minalardan tozalash. Ko’plab urushlar mamlakatda xavfli meros

qoldiradi. Ba’zida odamlar o’nlab yillar davomida mina dalalarida o’lishni davom ettiradilar. Bundan tashqari, minalar katta maydonlarda qishloq xo’jaligi ishlarini olib borishni imkonsiz qiladi, bu ayniqsa Afrika va Janubi-Sharqiy Osiyo mamlakatlari uchun qiyin bo’lib, aholisi tez-tez ochlikdan tahdid solmoqda. Kongo, Efiopiya, Sudan, Somali, Angola, Afg’oniston, Iroq, Vetnam, Laos, Kambodja, Myanma va boshqa ko’plab mamlakat- larda bu muammo keskin. Yevropada ko’plab minalar nafaqat ikkinchi jahon urushidan keyin va 1990-yillardagi Bolqondagi so’nggi urushlardan keyin ham saqlanib qolgan.Rossiya ham bu muammosidan chetda qolmadi. Portlovchi moddalarni aniqlash uchun gamma nurlaridan foydalanish birinchi marta 1985 yilda amerikalik fizik Luis Alvares tomonidan taklif qilingan. Rossiyada bu g’oya Fizika instituti olimlarining tadqiqotlarida ishlab chiqilgan. P.N. Lebedev RAS. Ishlab chiqilgan usulda bugungi kunda ishlatiladigan barcha portlovchi moddalar tarkibidagi azot ( 14N ) va uglerod ( 13 C) izotoplari yadrolarida yuzaga keladigan fotoyadroviy reaktsiyalar qo’llaniladi. Agar ular γ-nurlanish energiyasi ma’lum chegara qiymatlaridan oshib ketadigan γ nurlanishiga duch kelsalar, u holda ma’lum fotoyadroviy reaktsiyalar sodir bo’ladi. Azot yadrosi 14 N ikkita protonni yo’qotib, qisqa muddatli Bor yadrosiga aylanishi mumkin 12 B. Shuningdek, azot 14 N ikkita neytronni yo’qotishi mumkin, keyin u boshqa azot izotopiga aylanadi - 12 N. Agar uglerod 13C γ nurlanishiga duchor bo’lsa , uning yadrosi bir protonni yo’qotib, 12 B bor yadrosiga ham aylanadi . Keyin nima bo’ladi? Olingan azot va bor yadrolari juda qisqa vaqt davomida mavjud. Bor 12 B ning yarim yemirilish davri 20,2 millisekundga, azot 12 N niki esa 11 millisekundga teng. Ular β-zarrachalar (elektronlar yoki pozitronlar) chiqishi bilan 12 C uglerod yadrolariga aylanadi :12 B* → 12 C + (e- )+ v 12 N* → 12 C +(e+) + v

Moddaning asosiy qismidagi bu betta-zarralar, o’z navbatida, γ kvantlarning paydo bo’lishiga olib keladi. Olingan gamma kvantlar pozitronlar va elektronlar bilan birgalikda detektor tomonidan qayd etiladi. Ushbu fotoyadroviy reaktsiyalarni mos yozuvlar sifatida tanlash portlovchi moddalarni aniqlash usulining yuqori sezgirligini ta’minlaydi, chunki har qanday boshqa kimyoviy elementlar 55 MeV dan kam energiyaga ega bo’lgan γ nurlari bilan nurlantirilganda, yarimparchalanish davri 1 dan 100 ms gacha bo’lgan boshqa izotoplar hosil bo’lmaydi. Shuning uchun, agar tekshirilayotgan ob’ekt 31-55 MeV diapazonida gamma-kvanta energiyasiga ega bo’lgan gamma-nurlanishning qisqa pulsi bilan nurlantirilsa, keyingi 20 ms vaqt oralig’ida u javob beradi, agar mavjud bo’lsa. 12 B va 12 N izotoplarining parchalanishidan ikkilamchi γ-kvantlar oqimi bilan undagi azot va yoki uglerodning yetarli konsentratsiyasi, bu obyektda portlovchi moddaning mavjudligini anglatadi. Aks holda, bu oqim o’lchangan vaqt oralig’ida bo’lmaydi. Usulning muhim afzalligi uning tezligidir. Bizni qiziqtirgan obyektni qisqa gamma nurlanish zarbasi bilan nurlantirgandan so’ng, atigi 20 millisekundni ”kutish” kerak va javob keladi. Agar azot va uglerod kontsentratsiyasi etarlicha yuqori bo’lsa, biz radiatsiya oqimini olamiz. Portlovchi moddalarni aniqlash uchun fotoyadroviy reaktsiyalardan foydalanganda, azot va uglerod xavfli signal beradigan holatlar va ”noto’g’ri signallar” holatlarini farqlashni o’rganish kerak. Haqiqatan ham, atrofimizdagi ko’p narsalar ko’p miqdorda azot yoki uglerodni o’z ichiga olishi mumkin. Uglerodning qanday nisbati mavjudligini aniqlash mumkin. Bu 12 N va 12 B yadrolarining yarimparchalanish davri bir xil darajada qisqa bo’lsa ham, baribir har xil bo’lganligi sababli mumkin. Olimlar turli moddalar uchun xarakterli vaqt spektrlarini aniqladilar va ularni K-portretlar deb atashdi. K-portretning qiymatiga ko’ra, bagajda qachon zararsiz yog’och borligini va qachon geksogen ekanligini tushunish mumkin. Fotoyadroviy reaksiyalar usulining yana bir afzalligi - o’rganilayotgan obyekt to’g’ridan-to’g’ri kuzatish uchun mavjud bo’lmaganda uni qo’llash imkoniyatidir. Masalan, tuproqda yashiringan minalarni qidirishda. Gamma-nurlanishning yuqori penetratsion kuchi tufayli tuproq qatlami endi muammo emas. Kompyuter simulyatsiyalari shuni ko’rsatdiki, ushbu turdagi fotoyadroviy reaktsiyadan foydalanadigan portlovchi moddalar detektori qalinligi 25 santimetrgacha bo’lgan tuproq qatlami ostida yoki 40 santimetrgacha chuqurlikdagi suvda 40 gramm trotil topadi.

Maqola :O'zMU Fizika fakulteti talabasi Umida Matkarimova tomonidan tayyorlangan .