30,31. Радиоактивтілік. Ядролық реакциялар.

Ядролық физиканыңдаму тарихына көз жүгіртсек, оның қайнар көзі 1886 жылы француз ғалымы А.Беккерель ашқан табиғи радиоактивтік құбылысынан басталады. А.Беккерель уран тұзының фотопластинаға әсерін зерттеген. Тәжірибелер барысында ол мына құбылысты байқаған: уран тұздары тығыз қара қағазбен оралған фотопластинаға әсер етіп, оның қараюын туғызатын, өтімділігі жоғары белгісіз сәулелерді шығарады екен. Мұқият зерттеулер нәтижесінде Беккерель өтімділігі жоғары белгісіз сәулелерді уран атомының өзі, ешқандай сыртқы әсерсіз – ақ, өздігінен шығаратынын анықтады. Белгісіз сәулелердің заттармен әрекеттескенде: 1) фотопластинканы қарайтатыны, яғни химиялық әсерінің бары; 2) газдарды иондауы; 3) кейбір қатты денелер мен сұйықтардың люминесценциясын туғызатыны сияқты қасиеттері белгілі болды.

Бұл құбылысты зерттеу жұмыстары бірден басталды. Францияда 1898 жылы М.Склодовская-Кюри мен П.Кюри торий элементінің өздігінен сәуле шығаруын ашты. Өздігінен сәуле шығаратын химиялық элементті радиоактивті деп, ал сәуле шығару процесін радиоактивтік деп атауды М.Кюри ұсынған еді. Радиоактивтік латынның “radio” – сәуле шығару, “activus” – әрекетті деген сөздерінен алынған. Осы жылы ерлі–зайыпты ғалымдар тонналаған уран кенін өңдеу арқылы, радиоактивті екі жаңа химиялық элементті бөліп алады. Радиоактивтігі ураннан миллион есе қарқынды элементті радий, екінші элементті М.Склодовскаяның отанының құрметіне полоний (лат. Польша) деп атаған. 1908 жылы Резерфорд спектрлік анализ әдісімен радиоактивті газ – радонды ашты. бөлшегінің табиғатын 1908 жылы Резерфорд көптеген эксперименттік зерттеулер нәтижесінде анықтады. Альфа – ыдырауы кезінде ядродан өздігінен бөлшек – гелий атомының ядросы (екі протон және екі нейтрон) ұшып шығады және жаңа химиялық элементтің туындысы пайда болады. Альфа – ыдырау кезінде атом ядросы зарядтық саны екіге және массалық саны A төртке кем туынды ядроға түрленеді. Жаңа элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жүйенің бас жағына қарай екі орынға ығысады:

,

мұндағы аналық ядроның белгісі, туынды ядроның таңбасы. Гелий атомының ядросы болып табылатын бөлшек үшін белгісін пайдаланайық.

Бета – ыдырау кезінде атом ядросының зарядтық саны бір заряд бірлігіне артады, ал массалық сан өзгермейді. Жаңа элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жүйенің соңына қарай бір орынға ығысады:

мұндағы электрлік заряды нөлге тең, тыныштық массасы жоқ электрондық антинейтринодеп аталатын бөлшек. Мысалы,

Бұндай ыдырауды электрондық ыдыраудеп атайды. Радиоактивті электронды ыдырау процесі ядрода нейтронның протонға айналуы және осы кезде электронның және антинейтриноның қабаттаса түзілуі арқылы өтеді:

1900 жылы Вилард ядролық сәуле шығарудың құрамындағы үшінші компоненттің бар екенін тапты, оны гамма сәуле шығару деп атаған. Гамма – сәуле шығару магнит өрісінде ауытқымайды, демек, оның заряды жоқ. Гамма – сәуле шығару радиоактивтік ыдыраудың жеке бір түрі емес, ол альфа және бета – ыдыраулармен қабаттаса өтетін процесс. Жоғарыда айтқанымыздай, туынды ядро қозған күйде болады. Қозған күйдегі ядро атом сияқты, жоғарғы энергетикалық деңгейден төменгі энергетикалық деңгейге өткенде, энергиясы бар гамма – квантын шығарады, мұндағы қозған, қалыпты күйдегі энергиялар.

Ядродан шығатын сәулелері дегеніміз – фотондар ағыны болып шықты.

Гамма – ыдыраудың формуласын жазайық:

мұндағы қозған аналық ядро, оның қалыпты күйдегі нуклиді. 9 – суретте бор ядросының ыдырауының сызбасы көрсетілген. сәулесінің толқын ұзындығы өте қысқа болып келеді: Сондықтан радиоактивті сәулелердің ішінде сәулесінің өтімділік қабілеті ең жоғары, ол 10 – суретте көрсетілгендей қалыңдығы қорғасын қабатынан өтіп кетеді. Гамма – кванттың өтімділік қабілеті өте жоғары, ауадағы еркін жүру жолының ұзындығы

Ядролық реакция кезінде мол энергия бөлініп шығатын реакцияның бір түрі жеңіл элементтер ядроларының синтезі (бірігуі) болып табылады. Жеңіл элементтер ядроларының синтезі миллиондаған градус температураларда жүзеге асады.Өте жоғары температурада жеңіл ядролардың бірігіп ауырлау ядроны түзу реакциясын – термоядролық реакция деп атайды. Тізбекті ядролық реакция деп белгілі ядролық реакция келесі дәл сондай реакцияны туғызатын процесті айтады.