Alfa-parchalanish
Alfa-parchalanish yoki α-yemirilish radioaktiv parchalanishning bir turi boʻlib, unda atom yadrosi alfa zarrachasini (geliy yadrosi) chiqaradi va shu bilan massa soni toʻrtga 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 +2 e va massasi 4 u ga teng4 u . Masalan, uran-238 atomi alfa parchalanishdan soʻng toriy-234 ni hosil qiladi.
Alfa zarralari esa +2 e zaryadga ega, bu odatda koʻrsatilmaydi, chunki yadro tenglamasi elektronlarni hisobga olmagan holda yadro reaktsiyasini tasvirlaydi. Biroq bu soddalashtirish yadrolarning neytral atomlarda paydo boʻlishini anglatmaydi.
TarixiTahrirlash
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 oʻra va itaruvchi elektromagnit potentsial to'siq tomonidan tutilgan. Klassik ravishda alfa zarra toʻsiqdan oʻta olmasligi kerak edi, ammo kvant mexanikasining yangi kashf etilgan (oʻsha paytdagi) tamoyillariga koʻra, u yadrodan qochish uchun potensial toʻsiq orqali „tunnel oʻtish“ va toʻsiqning boshqa tomonida juda kichik ehtimollik (lekin nolga teng boʻlmagan) bilan paydo boʻlishi mumkinligi koʻrsatildi. Gamow yadro uchun model potentsialni hal qildi va birinchi prinsiplardan yemirilishning yarim davri va emissiya energiyasi oʻrtasidagi bogʻliqlikni keltirib chiqardi. Bu avval empirik tarzda kashf etilgan va Geiger-Nuttall qonuni sifatida tanilgan edi[1].
MexanizmTahrirlash
Atom yadrosini ushlab turgan yadroviy kuch juda kuchli boʻlib, protonlar orasidagi itaruvchi elektromagnit kuchlardan ancha kuchli. Shu bilan birga, yadroviy kuch qisqa taʼsir masofaga (1-2 femtometr) ega, elektromagnit kuch esa cheksiz taʼsir 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 bogʻlab turgan kuchli yadro kuchi tarkibidagi protonlar orasidagi elektromagnit itarish kuchini zoʻrgʻa muvozanatlashtira oladi. Alfa parchalanishi bunday yadrolarda oʻlchamni kamaytirish orqali barqarorlikni oshirish vositasi sifatida sodir boʻladi[2].
Bitta proton yoki neytron yoki boshqa atom yadrolari emas, nega alfa zarralari yoki geliy yadrolari afzal koʻrilishi kerakligi qiziq. Buning bir sababi alfa zarrasining yuqori bogʻlanish energiyasidir, yaʼni uning massasi ikkita erkin proton va ikkita erkin neytronning massalari yigʻindisidan kichikdir. Bu esa parchalanish energiyasini oshiradi. Quyidagi tenglama orqali berilgan umumiy parchalanish energiyasini hisoblash mumkin.Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle E_{di}=(m_\text{i}-m_\text{f} — m_\text{p})c²} bu yerda mi yadroning boshlangʻich massasi, mf — zarrachalar emissiyasidan keyingi yadro massasi va mp — chiqarilgan (alfa-) zarraning massasi, maʼlum hollarda u musbat zaryadlanganligidan uning alfa ekanligini aniqlash mumkin. Baʼzi bosha zarrachalar emissiyasi rejimlari esa energiya qoʻshishni talab qiladi. Masalan, uran-232 uchun hisob-kitoblar shuni koʻrsatadiki, 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 oʻzining orqaga qaytishiga ketadi. Biroq, koʻpgina 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 boʻladi[3]. Shunga qaramay, qaytarilish energiyasi (keV shkalasi boʻyicha) kimyoviy bogʻlanish kuchidan (eV shkalasida) ancha katta.
Biroq, kvant mexanikasi alfa zarrachani kvant tunnel effekti orqali qochishga imkon beradi. 1928-yilda George Gamow[4] va Ronald Wilfred Gurney va Edward Condon tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan alfa parchalanishining kvant tunnel nazariyasi[5] kvant nazariyasining juda yorqin tasdigʻi sifatida eʼtirof etildi. Aslini olganda, alfa zarrasi yadrodan uni chegaralab turgan devordan oʻtish uchun yetarli energiya olish bilan emas, balki devor orqali tunnel oʻtish orqali chiqadi. Gurney va Condon oʻzlarining qogʻozlarida 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 taʼkidlanadi. . . α-zarrachaning yadrodagi oʻrnidan qoʻzgʻatish haqida koʻp narsa yozilgan. Ammo yuqorida tasvirlangan jarayondan α-zarracha deyarli sezilmasdan sirgʻalib ketadi, deyish maʼqul. [6]
Nazariyaga koʻra, alfa zarrachani yadro ichidagi mustaqil zarracha deb hisoblash mumkin, yaʼni doimiy harakatda, lekin kuchli oʻzaro taʼsir tufayli yadro ichida saqlanadi. Elektromagnit kuchning itaruvchi potentsial toʻsigʻi bilan har bir toʻqnashuvda uning oʻz yoʻlini tunneldan oʻtkazishi nolga teng boʻlmagan kichik ehtimollik mavjud. Tezligi 1,5×107 m/s bo‘lgan alfa zarracha taxminan 10-14 metr yadro diametrida sekundiga 1021 martadan koʻproq toʻsiq bilan toʻqnashadi. Biroq, agar har bir toʻqnashuvda qochish ehtimoli juda kichik boʻlsa, radioizotopning yarimparchalanish davri juda uzoq boʻladi, chunki bu qochishning umumiy ehtimoli 50 % ga yetishi uchun zarur boʻlgan vaqt ga teng. Ekstremal misol sifatida, vismut-209 izotopining yarimparchalanish davri 2.01*1019 yilni tashkil qiladi.
FoydalanadiTahrirlash
Tutun detektorlarida alfa-nurlatgichlar boʻlgan Americium-241 ishlatiladi. Alfa zarralari ochiq ion kamerasidagi havoni ionlashtiradi va ionlangan havo orqali kichik elektr tok oʻtadi. 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 qoʻllaniladi.
Alfa parchalanishi kosmik zondlar[7] va sun'iy yurak stimulyatori uchun ishlatilgan radioizotop termoelektr generatorlari uchun xavfsiz quvvat manbai boʻlib xizmat qiladi[8]. 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.
ManbalarTahrirlash
- ↑ „Gamow theory of alpha decay“ (6-noyabr 1996-yil). 24-fevral 2009-yilda asl nusxadan arxivlandi.
- ↑ Arthur Beiser „Chapter 12: Nuclear Transformations“,. Concepts of Modern Physics, 6th, McGraw-Hill, 2003 — 432–434 bet. ISBN 0-07-244848-2. 3-iyul 2016-yilda qaraldi. Wayback Machine saytida arxivlandi (2016-10-04).
- ↑ Arthur Beiser „Chapter 12: Nuclear Transformations“,. Concepts of Modern Physics, 6th, McGraw-Hill, 2003 — 432–434 bet. ISBN 0-07-244848-2. 3-iyul 2016-yilda qaraldi. Arthur Beiser (2003). „Chapter 12: Nuclear Transformations“. Concepts of Modern Physics (PDF) (6th ed.). McGraw-Hill. pp. 432-434. ISBN 0-07-244848-2. Archived from the original Wayback Machine saytida arxivlandi (2016-10-04). (PDF) on 2016-10-04. Retrieved 2016-07-03.
- ↑ G. Gamow (1928). "Zur Quantentheorie des Atomkernes (On the quantum theory of the atomic nucleus)". Zeitschrift für Physik 51 (3): 204–212. doi:10.1007/BF01343196.
- ↑ Ronald W. Gurney & Edw. U. Condon (1928). "Wave Mechanics and Radioactive Disintegration". Nature 122 (3073): 439. doi:10.1038/122439a0.
- ↑ Ronald W. Gurney & Edw. U. Condon (1928). "Wave Mechanics and Radioactive Disintegration". Nature 122 (3073): 439. doi:10.1038/122439a0.Ronald W. Gurney & Edw. U. Condon (1928). "Wave Mechanics and Radioactive Disintegration". Nature. 122 (3073): 439. Bibcode:1928Natur.122..439G. doi:10.1038/122439a0.
- ↑ „Radioisotope Thermoelectric Generator“. Solar System Exploration. NASA. 7-avgust 2012-yilda asl nusxadan arxivlandi. Qaraldi: 25-mart 2013-yil.
- ↑ „Nuclear-Powered Cardiac Pacemakers“. Off-Site Source Recovery Project. LANL. Qaraldi: 25-mart 2013-yil.
