5-мавзу: Радиоактивлик. Радиоактивлик ходисасини моҳияти. Радиоактив емирилишнинг асосий қонунлари. Кетма-кет парчаланиш. Альфа емирилиш. Бета емирилиш. Радиоактив қатори ва трансуран элементлар. Ядроларнинг гамма нурланиши

§ 4.3 Алфа-емирилиш
Алфа-емирилишядровий кучлар таъсирида барча сақланишқонунларининг бажарилишлиги билан рўй беради. Алфа зарралар хоссаларини ўрганишзаряди З=2, масса сони А=4, боғланишэнергияси Е=28 МеВ, спини И=0, магнит моменти µ=0 бўlgан ялонғоч гелий атоми эканлигини кўрсатди.
Табиий радиоактив алфа-емирилишфақат даврий системанинг охиридаги З>82 висмутдан кейин жойлашган оғир элемент изотопларида кузатилади. Сунъий равишда нуклонлар сони А=140-160 соҳада ётувчи нодир ер элементларида ҳам алфа актив изотоплар ҳосил қилинадилар.
Алфа-емириlgан ядро заряди ∆З=2, масса сони ∆А=4 га камаяди, даврий системада икки катак олдинга силжийди:

Алфа-емирилишенергетик жиҳатдан мумкин бўлиши учун ушбу шарт бажарилиши лозим:
(4.4)
яъни дастлабки она ядронинг массаси (энергияси) ҳосилавий ядро ва алфа-зарра масса(энергия)лари йиғиндисидан катта бўлиши керак.
Энергиялар фарқига -емирилиш энергияси Е_ дейилади. Емирилиш энергияси бўлакларга (-зарра ва ҳосилавий ядроларга) кинетик энергия беришга сарф бўлади.
(4.5)
бу ерда -лар -зарра ва ҳосилавий ядролар кинетик энергиялари.
Агар емирилувчи ядро нисбатан тинч ҳолатда Р(А,З)=0 бўлса, алфа зарра (п ) ва ҳосилавий ядро (п_ҳ.я.) импулслар тэнглигидан -зарра ва ҳосилавий ядролар тепки энергиясини топишмумкин
(4.6)
(4.7)

(4.5) шартдан



(4.8)
Худди шунингдек (4.9)
Шундай қилиб, -емирилишэнергияси Е_ нинг асосий қисми зарра кинетик энергиясига, озгина (~2% га яқин) қисминигина ҳосилавий ядро тепки энергиясига сарф бўлар экан.
Масалан, емирилишда Е_=6,203 МеВ
(4.8) ва (4.9) формулаларга кўра



Алфа-емирилувчи ядролар бўйича тажриба хулосалари:
1) Кўпгина ядролардан чиқувчи -зарралар энергияси монохроматик.
2) Айрим ҳолларда энергиялари бир-бирларига яқин бўlgан бир неча монохроматик -зарралар чиқаришади, бунга -емирилишнинг нозик структураси дейилади. Масалан,
Т_1= 4,88 МеВ(96%)

Т_2=4,68 МеВ(4%)
Қавс ичида -зарралар интенсивлиги фоиз ҳисобида келтириlgан.
Алфа емирилишнинг нозик структураси дастлабки емирилувчи она ядронинг ҳосилавий ядро уйғонган ҳолатларига емирилиштуфайли ҳосил бўлади. Ҳосилавий ядро асосий ҳолатига уйғонган ҳолатидан гамма-квантлар чиқаришбилан асосий ҳолатга ўтадилар (4.1-расм).


4.1-расм.
Алфа спектр нозик структураси ҳосилавий ядронинг уйғонган ҳолатлари ва энергияларини, яъни емирилишсхемасини аниқлашимкониятини беради.
Алфа спектр нозик структурасида ₀-энергияси емирилишқийматига мос келса, қоlgан ₁, ₂, ...- зарралар энергиялари мос равишда уйғонишэнергия қадар кичик чиқади.
Баъзи ҳолларда алфа емирилувчи она ядронинг уйғонган ҳолатидан ҳосилавий ядро асосий ҳолатига емирилишбилан рўй бериши мумкин. Бу алфа зарралар кинетик энергияси уйғонишэнергияси қадар катта бўлади. Бундай алфа-зарралар узоқ чопувчи алфа-зарралар деб аталади (4.2-расм).


4.2-расм
Бунда ₁, ₂, ₃ лар ₀ –дан уйғонишэнергиялари қадар энергиялари ортиқ бўлади. Узоқ чопувчи -зарралар емирилувчи ядронинг емирилишсхемасини аниқлашимкониятини беради.
3) Алфа зарралар интенсивлиги энергиясига боғлиқ бўлиб, энергияси ошиши билан интенсивлиги кескин оша боради.
4) Алфа табиий радиоактив изотоплардан чиқувчи α-зарралар энергиялари 4МеВ  Т_ 9 МеВ оралиғида, бу ядроларнинг ярим емирилишдаврлари Т_1/2 эса 3•10^-7 секунд Т_1/2 5•1015 йил оралиғида бўлади. Алфа зарралар кинетик энергиялари нисбати 2,5 марта ўзгарса, ярим емирилишдаврлари нисбати 10²⁴ маротаба ўзгаради. Лекин шундай катта фарқ бўлишига қарамасдан алфа емирилишдаври билан энергияси ўртасидаги алоқадорлик мавжуд. Алфа зарралар энергияси 1% камайса, ярим емирилишдаври 10 маротаба ошади, агар энергия 10% камайса, ярим емирилишдаври 2-3 тартибга ўзгаради. Тажриба натижаларига асосланиб бу боғланишни 1911-1922 йиллар Гейгер-Неттоллар аниқлаганлар.
lgλ = Alg R_+ Б (4.10)
Бу ерда λ-емирилишдоимийси, А, В –доимий сонлар (радиоактив оилаларга хос бўlgан ўзгармас сон),R_- -зарранинг ҳавода чопишмасофаси.
Алфа зарранинг ҳавода чопиш масофаси кинетик энергияси орқали R_см=0,3 МеВ ифодаланади. У ҳолда (4.10) ифодани
lgλ = АlgТ_+ Въ (4.11)
кўринишда ёзамиз.
(4.11) Гейгер-Неттол формуласи аҳамияти шундаки, узоқ яшовчи алфа емирилувчи ядроларнинг ярим емирилишвақтини бевосита ўлчашмумкин бўлмаган ядроларда бу ядролардан чиқаётган ҳажм энергияси, иккинчи -зарралар кинетик энергиясига кўра емирилишвақтини аниқлашмумкин.
5) Алфа емирилишэнергияси масса сонига боғлиқ бўлиб, масса сонининг ошиши билан энергияси ошиб боради, бу ўзгаришда иккита максимум қиймати учрайди: бири А=145 да, иккинчиси А=212 да.
Алфа энергиясининг масса сони А ошиши билан ўсиб боришлигини томчи моделига кўра, Кулон энергияси ошишлиги бу билан боғланишэнергиясининг камайиб, массасини ошиб боришлиги билан тушунтиришмумкин. Яъни дастлабки ядрода ҳосила ядрога қараганда заряд катта, Кулон энергияси катта, боғланишэнергияси кичик, массаси эса ошиб бораверади. Алфа зарралар энергияси ошиб боришлигини солиштирма боғланишэнергиясига кўра тушунтиришмумкин. Солиштирма боғланишэнергиясини масса сонига боғлиқлик графигидан кўриниб турибдики, ўта оғир ядроларга қарийб 5,5 МеВ тўғри келади. Бу дэган сўз, оғир ядродан бир протон ёки бир нейтронни ажратиб олишучун ядрога 5,5 МеВ энергия беришзарур, демакдир.