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

Шундай қилиб радиоактив емирилишларнинг турларини қуйидагича изоҳлаш мумкин(қўлёзма)
Символлар С – кучли тасирлашиш, Е – електромагнит ва W – кучсиз тасирлашишларни ифодалайди. ∆З ва ∆А – “ силжишқоидаси”

	Ўтиштури	∆З	∆А	Жараён	Тасирлашиш	Биринчи очган олимлар
1	 - ўтиш	–2	–4	 +	S+Е	Е.Резерфорд 1899 - йил
2	 - ўтиш	1	0	—	W	—
3	^– емирилиш	+1	0	 +е^–+	W	Е.Резерфорд 1899 - йил
4	^+ емирилиш	1	0	 +е^++	W	И.Жолио – Кюри Ф.Жолио – Кюри 1934- йил
5	К - қоплаш	–1	0	+е ^– +	N	А.Алберес 1937-йил
6	 нурланиш	0	0	 +	Е	П.Виллард 1900- йил
7	Спонтан бўлиниш			 +	S+Е	К.А.Петржак Г.Н.Флеров 1940 - йил
8	Протонли радиоактивлик	–1	–1	 +	S+Е	Ж.Черни ва бошқ. 1970
9	Икки протонли радиоактивлик	–2	–2	 + +	S+Е	Ж.Черни ва бошқ.1983

Радиоактив қаторлар ва трансуран элементлар (қўлёзма)
Атом массаси А > 209  емирилишига нисбатан но стабил . Бундай ядролар бир неча хил емирилишлар кетма – кетлигида стабил ядроларга айланадилар. Радиоактив қаторларда  ва  емирилишлар бир – бири билан навбатда бўлишади.
Табиатда 4 та турли радиоактив қаторлар мавжуд.
4та радиоактив қаторлардан кўп вақт яшайдиган изотопларни ва ва уларни емиришдаврини келтирамиз.

Қатор	Изотоп	Т1/2	Қатор	Изотоп	Т1/2
А = 4н		1,4•10^10йил	А = 4н +3		7•10^8йил
А = 4н + 2		4,5•10^9йил	А = 4н +1		2,2•10^6йил

Бундай изотоплар радиоактив қаторларни бошланғич изотоплари дейилади. Торий ерда сақланган, қисман емириlgан, кўп қисми емириlgан . ер қобиғида торий жуда кўп, унга нисбатан 140 марта кам, га нисбатан. ер мавжудлигида батамом емириlgан.
( н,2н )  емирилишбилан юзага келади
 + е^-+
Ҳар қайси изотоп ўзининг шахсий шахси номига эга:
— антиноуран ( АcУ)
— радиоторий(Рdtҳ)
— вторий (ТҳБ)
1940- йилдан бошлаб Z> 92 элементлари трансуран элементлар дейилади.
Малум бўlgан трансуран элементлар(қўлёзма)

	Номи ва беlgиланиши	Топиlgаан қаторлар А масса сонлари	Ярим емирилишсони
1	Нептуний 93Np	230-241	2,2 • 10^6 йил
2	Плутоний 94Pu	232-246	24340 йил
3	Атериций 95Ам	237-246	8000 йил
4	Кюрий 96Cm	238-249	1,7 • 10^7 йил
5	Берклей 97Bk	240-250	10^4 йил
6	Калифорний 98Sf	242-254	800 йил
7	Энштейний 99Es	243-255	140 кун
8	Фермей 100Fm	245-257	79 кун
9	Менделеевий 101Md	248-258	1,5 соат
10	Нобелий 102Nb	251-259	58 минут
11	Лоуренсий 103 Lu	255-260	3 минут
12	Курчатовий 104Ku	258-261	65 сек
13	З = 105	260-262	40 сек
14	З =106	263	0.9 сек
15	З =107	261	2 • 10^-3сек

§ 6.3 Мёссбауэр эффекти (самараси) (қўлёзма)

1958 – йилда  нурларнинг резонанс ютилиши аниқланди, бу Мёссбауэр эффекти дейилади. Бу оптикадаги резонанс флюресенсияси ҳодисасига ўхшаш. Агар қўзғаlgан атом ( ядро ) фотон нурласа , унда худди шундай бошқа уйғонмаган атом ядро ката еҳтимоллик билан бу  квантини ютади.
Уйғонган ядронинг нурланишида энергия фақат  квантга берилмасдан, ядронинг ўзига яни иlgариланма ҳаракат кўринишига кинетик ҳаракатига берилади. Худди шундай  квант энергияси ядро томонидан ютиlgанда фақат ядронинг ички энергиясига сарфланмасдан, балким унинг иlgариланма ҳаракат қилишга ҳам сарфланади. Албатта  квант нурланганда биринчи ядро ,  - квант ютиlgанда иккинчи ядро қўзғалмас бўлади.
Агар қўзғалмас ядро  квант нурласа , Е эса нурлангандан олдин ва нурлангандан кейин ядронинг энергия фарқи бўлса энергия ва импуллснинг сақланишқонунига асосланган
Е = Е_ + К_ядро ; P_ + P_ядро = 0
Бу ерда К_ядро – P_ядро –  квантни нурлагандан кейинги ядро кинетик энергияси ва импулси, П _ – нурланган  квантининг импулси , Е_ -  кванти энергияси.
Ядронинг кинетик энергияси
К_ядро = = ( узатиш(отдача) энергияси дейилади )
М_ядро – ядро массаси.
Е_ = П_c, шунинг учун ) ; К_ядро =
Ядро уйғонган ҳолат энергиялари дискрет ҳолатлар орасида ўтувчи -квант энергиялари ҳолатлар энергиялари айирмасига тэнг деб қаралади.
Уйғонган ҳолатлар маълум т вақт яшар экан, ноаниқлик принципига кўра т энергия ҳолатига эга бўлиши керак. бу Е-энергия хатолигига табиий ҳолат кэнглиги деб аталади.
Демак, уйғонган ҳолатдан чиқувчи гамма-квант энергияси Е=Г ҳолат кэнглиги қадар хато билан чиқади. Е-энергия уйғонган ҳолатдан чиқувчи гамма-квант энергиясига нисбатан жуда кичик.
Масалан, ⁵⁷Фе ядроси (6.3-расм) учун

Табиий ҳолат кэнглиги энергиясининг гамма-квант энергиясига нисбати

Ядро уйғонган ҳолатидан чиққан -квант уйғонмаган ўша ядро томо-нидан резонанс ютилмайди, чунки -квант ядродан чиқишда ва ядрога юти-лишда энергиясини тепкига сарфлайди. ⁵⁷Фе ядроси учун тепки энергияси

Кўриниб турибдики, гамма-квантнинг тепки учун йўқотган 2Т_Т энергияси уйғонган ҳолат табиий кэнглиги G дан жуда катта, шунинг учун резонанс ютилиши кузатилмайди.
Ядро тепкисига йўқотиlgан энергияни қоплашнинг бир неча усуллари мавжуд: манба ва ютувчини қиздириш, манбани ютгич томонга ҳар хил тезликда ҳаракатлантиришҳамда ядрони олдинги емирилишдан оlgан тепкисидан фойдаланиш(М: ядронинг уйғонган сатҳи -емирилиш, е^—қамрашёки -нурланишдан вужудга келса).
1953 йили инглиз олими Мун, нурланишманбаини ютгич йўналишида сентрофуга ёрдамида катта тезлик билан ҳаракатлантирди. Бунда Допплер эффектига кўра гамма-квант частотаси  га ошади (6.3-расм). Масалан, ⁵⁷Фе учун сентрофуга чизиқли тезлигини ҳисоблайлик.
энергияси энергия орттирмаси
тэнг бўлиши керак, у ҳолда бундан

Резонанс ютилиши бўлиши учун гамма-фотон тепки энергиялари табиий ҳолат кэнглиги энергиясидан кичик бўлгандагина кузатилади Т_Т<Г. Оптик соҳада фотон энергияси кичик, шунга кўра тепки энергиясининг ҳам кичик бўlgанлиги сабабли резонанс кузатилаверади, лекин ядро нурланишларида фотон энергияси юқори бўlgанлиги учун тепки энергияси ошиб кетади, натижада резонанс ютилишрўй бермайди. Масалан,⁵⁷Фе учун юқорида кўринадики, Г=610^-9еВ, Т_Т=210^-3 еВ, яъни тепки энергияси табиий ҳолат энергиясидан бир неча тартиб юқори. 1958 йилда немис физиги Р.Мёссбауэр (1929 йилда туғиlgан) тепки эффектини йўқотишучун кристалларга киритиlgан радиоактив ядроларнинг емирилишидан фойдаланишни таклиф қилди. Бу холда анча паст температураларда тепкини бутун кристалл қабул қилади. Кристалл алоҳида ядро массаларига қараганда фавқулодда катта массага эга бўlgанлиги сабабли, чиқарилишва ютилишжараёнларида амалда тепкига энергия сарфланмайди.
Кристалл температураси қанча паст бўлса, фотон энергияси қанча кичик бўлишса, тепкисиз резонанс ютилишеҳтимолияти шунча ошиб боради.
Айрим, масалан, темир кристаллида уй температурасида ҳам тепкисиз резонанс ютилишкузатилиши мумкин экан.
Мёссбауэр эффекти энергия ўзгаришларига жуда сезгир нисбий энергия ўзгаришларини 15-17 тартиб аниқликда ўлчашимкониятини беради. Мёссбауэр эффектига кўра атом қобиғидаги ўзгаришлар туфайли ядрога берадиган энг кичик таъсирларни, кристалл панжаралардаги боғланишлар ўзгаришларини, температура ва механик кучланишларни ва ҳ.к. юқори сезгирликда аниқлашмумкин, яъни бундай ҳолларда резонанс ютилишспектри сезиларли силжийди.
Мёссбауэр эффекти қатор ядролардаги гамма-нурланишнинг ўта нозик тузилишини текширишда, кристаллардаги ички магнит майдоннинг катталиги, уйғонган ядро ҳолатларининг квадрупол боғланишқийматлари ва магнит моментлари ва ҳ.к. ўрганишда кэнг қўлланилмоқда.
Мёссбауэр эффектига кўра ядро ҳолатларининг ўта нозик структу-расини ўрганишда қўлланилиши. (қўлланма)
Спектрал чизиқларнинг ўта нозик ажралиши атом қобиқ електронларининг ядро соҳасида вужудга келтирган магнит майдони Н_е10⁵ гс билан ядро магнит моменти _яд таъсирлашувига кўра бўлади.
Електрон ҳолатлар ўртасидаги энергия ўтишэнергиялари Е_ел еВ бўлса, нозик структурага мос келувчи нисбий энергия .
Бу энергия ажралишларни оптик спектроскопия усули билан ҳам ўрганишмумкин. Лекин ядро ҳолатларига мос келувчи ўта нозик ажралишлар, ўтишэнергияларининг (Е_яд=10⁴-10⁵ еВ) юқори бўлишлиги сабабли нисбий энергия бўлиб, энергия ўзгаришларига ўта сезгир бўlgан услублар бўлишлигини талаб етади. Бу талабга Мёссбауэр усули тўла мос келади.
⁵⁷Фе ядросини кўриб чиқайлик. Емирилиш схемаси 6.4-расмда келтирилган.

Асосий ва биринчи уйғонган ҳолат спинлари 1/2^- ва 3/2^- магнит квант сонига кўра асосий ҳолат м=+1/2; м=-1/2 биринчи уйғонган ҳолати эса тўртта +3/2, +1/2, -3/2, -1/2 ҳолатларга ажралади (6.5-расм).

-3/2
_ -1/2
3/2 +1/2
+3/2

_ 1/2
1/2
-1/2

6.5-расм Магнит квант сони танлашқоидасига кўра (м=0, 1), ажраlgан ҳолатлар ўртасида олтита ўтишбўлиши керак. Тажрибада ўтишларга мос келувчи Мёссбауэр ютилишспектри олинади (6.6-расм).

Н
94

88
82

80

-1,0 0 1,0 , см/с

6.6-расм

Олинган тажриба натижаларига кўра асосий ва уйғонган ҳолатларга мос келувчи ўта нозик ажралишэнергиялари Е лар ҳамда ўртача електрон магнит майдони кучланганлиги Н_е ва уйғонган ҳолат магнит моменти -ларни аниқлашмумкин.

Паунд, Ребка тажрибаси. Електромагнит тўлқиннинг гравитацион майдонда силжишини аниқлаш.
Умумий нисбийлик назариясига кўра гравитацион майдонда спектрал чизиқларнинг силжишларини аниқлашмақсадида 1960 йили Паунд ва Ребкалар тажриба ўтказдилар. Тажрибани АҚШ Гарвард университети физика лабораториясининг баландлиги 21 м бўlgан минорасида олиб борилди. Бу минора ичида тебранишлардан қутилишва бир жинсли температура ҳосил қилишмумкин бўлди. Тажрибада нур дастаси ҳаво орқали ўтаётганда заифлашиб қолмаслиги учун атмосфера босимидаги гелий билан тўлдириlgан, пластмассадан қилинган ва диаметри 40 см бўlgан силиндирик трубадан фойдаланилди. Гамма-нурланишнинг манбаи сифатида темир кристалли билан боғланган ⁵⁷Фе ядроларидан фойдаланилди. Темир кристалли ⁵⁷Cо ни ⁵⁷Фе га киритишйўли билан галваник усулда тайёрланди. ⁵⁷Cо нинг ядролари К-қамрашйўли билан қўзғатиlgан ⁵⁷Фе ядроларига айланади ва барқарор ⁵⁷Фе билан биргаликда кристалл панжараларини ҳосил қилади. ⁵⁷Фе ядросидан чиққан гамма-нурлар баландлиги ҳ=21 м бўlgан трубадан ўтиб, ⁵⁷Фе нинг уйғонмаган ядроларига эга бўlgан темир кристалларидан иборат ютувчи моддага тушади. Ютиlgан гамма-квантларнинг нисбий сони сцинтилляцион счетчикда қайд қилинади.
Нисбийлик назариясига кўра Е_-энергияли гамма квантнинг гравитацион массаси бўлиб, гамма-квант гравитацион майдон куч чизиқлари бўйлаб ҳаракат қиlgанда, масалан юқоридан пастга тик ҳаракатланаётган ёруғлик нурининг энергияси қийматга ортиб қолиши керак. Бу ерда г-еркин тушиштезланиши, Ҳ-ёруғлик квантининг босиб ўтган йўли.
Ёруғлик квантининг частотаси эса га ортади. Агар ёруғлик кванти гравитацион майдонга тескари йўналишда (юқорига) ҳаракат қилаётган бўлса, унинг частотаси, аксинча, юқоридаги қийматга камаяди.
Частота камайганда ёруғлик тўлқинининг узунлиги ортгани учун бу ҳодиса қизил силжиш деб ном оlgан. Масалан, гамма-фотон 1 м масофа ўтганда энергияси нисбий ўзгариши

Қизил силжишни ўлчашга манба ва ютгич сифатида ⁵⁷Фе фойдалинишган. Бу изотоп учун энергиянинг нисбий ўзгариши . Гамма-квант 21 м баландликни ўтганда энергиясининг нисбий ўзгариши 2,5•10^-15 ни ташқил етади. Бу эса Г/Е_ қийматидан тахминан юз марта кам. Демак, кизил силжишни сезишучун энергияни 10^-3 Г абсолют хатолик ёки Г/Е_ = 5•10^-16 нисбий хатолик билан ўлчашзарур. Бундай катта аниқликдаги ўлчашларни бажаришучун ютгич гелий билан тўлдириlgан труба ичига жойланиб, ҳарорат 1⁰К аниқликда ушлаб турилади. Систематик хатолардан қутилишучун манба билан ютгич ўрни алмаштириб турилди. Қизил силжишнатижасида бузиlgан резонанс ютилишманба ёки ютгични 0,75 мкм/с тезлик билан ҳаракатлантиришҳисобига ҳосил бўlgан Доплер силжишбилан компенсацияланиб тикланди. Кўп ойлар давом етган тажриба натижалари асосида қизил силжишучун қиймат олинди. Бу эса назарий ҳисоблашлар натижаларини тасдиқлади.