İyi çalışmalarınızı bilgi tabanına gönderin basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, yüksek lisans öğrencileri, genç bilim adamları size çok minnettar olacaktır.

Yayınlanan http://www.allbest.ru/

Devlet özerk eğitim kurumu

orta mesleki Eğitim -

Novokuibyshev Devlet Beşeri Bilimler ve Teknoloji Koleji

Öz

disipline göre:"Kimya"

konu: "Radyoaktif izotopların teknolojide kullanımı"

Grazhdankina Daria Igorevna

16. grup 1. sınıf öğrencileri

uzmanlık 230115

2013

1. İzotop nedir ve nasıl elde edilir

bibliyografya

radyoaktif izotop atom kusur tespiti

1. İzotop nedir?

İzotoplar, D.I.'deki herhangi bir kimyasal elementin çeşitleridir. Mendeleev, farklı atom ağırlıklarına sahip. Herhangi bir kimyasal elementin farklı izotopları, çekirdekte aynı sayıda protona ve atomun kabuklarında aynı sayıda elektrona sahiptir, aynı atom numarasına sahiptir ve D.I tablosunda belirli yerleri işgal eder. Mendeleyev. İzotoplar arasındaki atom ağırlığındaki fark, atomlarının çekirdeklerinin farklı sayıda nötron içermesi ile açıklanır.

Radyoaktif izotoplar - atomları kararsız çekirdeklere sahip olan ve radyasyon eşliğinde radyoaktif bozunma ile kararlı bir duruma giren D. I. Mendeleev'in periyodik sisteminin herhangi bir elementinin izotopları. Atom numarası 82'den büyük olan elementler için tüm izotoplar radyoaktiftir ve alfa veya beta bozunmasıyla bozunur. Bunlar genellikle doğada bulunan doğal radyoaktif izotoplardır. Bu elementlerin bozunması sırasında oluşan atomlar, atom numaraları 82'den yüksekse, ürünleri de radyoaktif olabilen radyoaktif bozunmaya uğrar. Olduğu gibi, sıralı bir zincir veya sözde radyoaktif izotop ailesi ortaya çıkıyor. Serinin ilk elementinden adını alan uranyum, toryum ve aktinouranyum (veya aktinyum) aileleri olarak adlandırılan doğal olarak oluşan üç radyoaktif aile bilinmektedir. Uranyum ailesi radyum ve radon içerir. Her serinin son elementi, bozunma sonucu 82 seri numaralı kurşunun kararlı izotoplarından birine dönüştürülür. Bu ailelere ek olarak, seri numarası 82'den küçük elementlerin bireysel doğal radyoaktif izotopları da bilinmektedir.Bunlar potasyumdur. -40 ve diğerleri. Bunlardan potasyum-40, herhangi bir canlı organizmada bulunduğundan önemlidir.

Tüm radyoaktif izotoplar kimyasal elementler yapay olarak elde edilebilir.

Onları almanın birkaç yolu var. Periyodik sistemde orta yerleri işgal eden stronsiyum, iyot, brom ve diğerleri gibi elementlerin radyoaktif izotopları, uranyum çekirdeğinin fisyon ürünleridir. Bir nükleer reaktörde elde edilen bu tür ürünlerin bir karışımından radyokimyasal ve diğer yöntemler kullanılarak izole edilirler. Hemen hemen tüm elementlerin radyoaktif izotopları, belirli kararlı atomları protonlar veya döteronlarla bombardıman ederek bir parçacık hızlandırıcıda üretilebilir. Yaygın bir yöntem, bir nükleer reaktörde nötronlarla ışınlanarak aynı elementin kararlı izotoplarından radyoaktif izotoplar elde etmektir. Yöntem, sözde radyasyon yakalama reaksiyonuna dayanmaktadır. Bir madde nötronlarla ışınlanırsa, ikincisi, yükü olmayan, bir atomun çekirdeğine serbestçe yaklaşabilir ve sanki ona “yapışabilir”, aynı elementin yeni bir çekirdeğini oluşturur, ancak bir ekstra nötronla. Bu durumda, formda belirli bir miktarda enerji açığa çıkar. gama radyasyonu, bu nedenle süreç ışınımsal yakalama olarak adlandırılır. Fazla nötron içeren çekirdekler kararsızdır, bu nedenle ortaya çıkan izotop radyoaktiftir. Nadir istisnalar dışında, herhangi bir elementin radyoaktif izotopları bu şekilde elde edilebilir.

Bir izotopun bozunması, aynı zamanda radyoaktif olan bir izotop oluşturabilir. Örneğin, stronsiyum-90 itriyum-90'a, baryum-140 lantan-140'a vb. dönüşür.

Doğada bilinmeyen, atom numarası 92'den büyük olan transuranyum elementleri (neptunyum, plütonyum, amerikyum, curium vb.) yapay olarak elde edilmiş olup, izotoplarının tamamı radyoaktiftir. Bunlardan biri, başka bir radyoaktif aileye, neptünyum ailesine yol açar.

Reaktörlerin ve hızlandırıcıların çalışması sırasında, bu tesislerin ve çevresindeki ekipmanların malzemelerinde ve parçalarında radyoaktif izotoplar oluşur. Tesislerin kapatılmasından sonra aşağı yukarı uzun bir süre devam eden bu "uyarılmış aktivite", istenmeyen bir radyasyon kaynağını temsil eder. Uyarılmış aktivite, örneğin bir kaza veya bir atom patlaması sırasında nötronlara maruz kalan canlı bir organizmada da meydana gelir.

Radyoaktif izotopların aktivitesi, curie veya türevleri - millicurie ve microcurie birimlerinde ölçülür.

Kimyasal ve fiziksel için kimyasal özellikler radyoaktif izotoplar pratik olarak doğal elementlerden farklı değildir; herhangi bir maddeye karışmaları, canlı bir organizmadaki davranışını değiştirmez.

Kararlı izotopları çeşitli şekillerde bu tür etiketli atomlarla değiştirmek mümkündür. kimyasal bileşikler. İkincisinin özellikleri bundan değişmeyecek ve vücuda verilirse sıradan, etiketlenmemiş maddeler gibi davranacaklar. Ancak radyasyon sayesinde bunların kanda, dokularda, hücrelerde vb. varlıklarını tespit etmek kolaydır. Bu maddelerdeki radyoaktif izotoplar, vücuda giren maddelerin dağılımı ve akıbetinin göstergeleri veya göstergeleri olarak hizmet eder. Bu nedenle "radyoaktif izleyiciler" olarak adlandırılırlar. Radyoizotop teşhisi ve çeşitli deneysel çalışmalar için çeşitli radyoaktif izotoplarla işaretlenmiş birçok inorganik ve organik bileşik sentezlenmiştir.

2. Radyoaktif izotopların mühendislikte uygulanması

"Etiketli atomlar" yardımıyla gerçekleştirilen en göze çarpan çalışmalardan biri, organizmalardaki metabolizma çalışmasıydı. Nispeten kısa bir sürede vücudun neredeyse tamamen yenilendiği kanıtlanmıştır. Kurucu atomları yenileriyle değiştirilir. Sadece demir, kanın izotopik çalışması üzerine yapılan deneylerin gösterdiği gibi, bu kuralın bir istisnasıdır. Demir, kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobinin bir parçasıdır. Gıdaya radyoaktif demir atomları eklendiğinde, fotosentez sırasında açığa çıkan serbest oksijenin karbondioksit değil, suyun bir parçası olduğu bulundu. Radyoaktif izotopların endüstride uygulama alanı oldukça geniştir. Buna bir örnek, motorlarda piston segmanı aşınmasını izlemek için aşağıdaki yöntemdir. içten yanma. Piston segmanını nötronlarla ışınlayarak, içinde nükleer reaksiyonlara neden olurlar ve onu radyoaktif hale getirirler. Motor çalışırken, halka malzemesinin parçacıkları yağlama yağına girer. Motorun belirli bir süre çalıştırılmasından sonra yağın radyoaktivite seviyesi incelenerek segmanın aşınması belirlenir. Radyoaktif izotoplar, metallerin difüzyonunu, yüksek fırınlardaki süreçleri vb. yargılamayı mümkün kılar.

Radyoaktif müstahzarların güçlü gama radyasyonu, metal dökümlerin iç yapısını incelemek ve içlerindeki kusurları tespit etmek için kullanılır.

Gama ışınlarının özellikleri, gama ışınlarının özelliklerine benzer olduğundan, ürünlerin transilüminasyonu için hacimli x-ışını üniteleri yerine gama ışınları yayan radyoaktif izotoplar kullanılabilir. röntgen. Test edilecek ürünün bir tarafına bir gama ışını kaynağı, diğer tarafına bir fotoğraf filmi yerleştirilir. Bu test yöntemine gama kusur tespiti denir. Bu şekilde siyah ve demir dışı dökümler, bitmiş ürünler (300 mm kalınlığa kadar çelik ürünler) ve kaynak kalitesi şu anda kontrol edilmektedir. Radyoaktif izotopların yardımıyla, hareket halindeyken ve temassız bir metal şeridin veya haddelenmiş metal levhaların kalınlığını ölçmek ve kalınlığı otomatik olarak sabit tutmak kolaydır. Makinenin silindirlerinin altından çıkan hareketli kayışın altına bir beta partikül kaynağı yerleştirilir. Bu nedenle, bandın kalınlığındaki bir değişiklik, metredeki akımda bir değişikliğe yol açar. Bu akım yükseltilir ve ya yönlendirilir ölçü aleti, veya anında bir araya getiren veya tam tersine silindirleri birbirinden ayıran otomatik bir makineye. Bu tip cihazlar kağıt, kauçuk ve deri sanayilerinde de kullanılmaktadır. Oluşturulan radyoizotop kaynakları elektrik enerjisi. Radyasyonu emen numunede üretilen ısıyı kullanırlar. Termokupllar bu ısıyı elektrik. Birkaç kilogram ağırlığındaki bir kaynak, 10 yıllık kesintisiz çalışma için onlarca watt'lık bir güç sağlar. Bu tür kaynaklar, ulaşılması zor alanlarda çalışan otomatik fenerlere ve otomatik hava istasyonlarına güç sağlamak için kullanılır. Ay'a fırlatılan Sovyet ay gezicilerine daha güçlü kaynaklar yerleştirildi. -140 ila +120 arasındaki sıcaklıklarda güvenilir bir şekilde çalıştılar.

"Etiketli atomlar" yardımıyla gerçekleştirilen en göze çarpan çalışmalardan biri, organizmalardaki metabolizma çalışmasıydı. Nispeten kısa bir sürede vücudun neredeyse tamamen yenilendiği kanıtlanmıştır. Kurucu atomları yenileriyle değiştirilir. Sadece demir, kanın izotopik çalışması üzerine yapılan deneylerin gösterdiği gibi, bu kuralın bir istisnasıdır. Demir, kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobinin bir parçasıdır. Gıdaya radyoaktif demir atomları eklendiğinde, fotosentez sırasında açığa çıkan serbest oksijenin karbondioksit değil, suyun bir parçası olduğu bulundu. Radyoaktif izotoplar tıpta hem teşhis hem de tedavi amaçlı kullanılmaktadır. Kana küçük miktarlarda verilen radyoaktif sodyum, kan dolaşımını incelemek için kullanılır, iyot, özellikle Graves hastalığında tiroid bezinde yoğun bir şekilde biriktirilir. Bir sayaç ile radyoaktif iyot birikimini izleyerek, hızlı bir şekilde teşhis yapılabilir. Yüksek dozlarda radyoaktif iyot anormal gelişen dokuların kısmen tahrip olmasına neden olur ve bu nedenle Graves hastalığını tedavi etmek için radyoaktif iyot kullanılır. Kanser tedavisinde yoğun kobalt gama radyasyonu kullanılır (kobalt tabancası).

kullanılmış literatür listesi

1. Gaisinsky M.N., Nükleer kimya ve uygulamaları, çev. Fransızca, Moskova, 1961

2. Deneysel nükleer Fizik, ed. E. Segre, çev. İngilizce'den, cilt 3, M., 1961; İNTERNET Ağ Araçları

Allbest.ru'da barındırılıyor

Benzer Belgeler

Radyoaktivite olgusunun özü, keşif ve çalışma tarihi, modern bilgi, bunların önemi ve çeşitli alanlardaki uygulamaları. Radyoaktif radyasyon türleri, özellikleri ve ayırt edici özellikleri. Alfa, beta, gama bozunmasının sırası ve aşamaları.

dönem ödevi, eklendi 05/10/2009


Doğal radyoaktivite, dünyanın tüm katmanlarında bulunan doğal olarak oluşan radyoaktif izotoplardan kaynaklanır. Radyoaktif ailelerin parçası olan radyoaktif izotopların ataları radyum ve toryumdur.

dönem ödevi, 11/25/2008 eklendi


Radyoaktif bozunma yasası. Kimyasal elementlerin iyonlarının tayini. Radyometrik titrasyon yöntemi, izotopik seyreltme, aktivasyon analizi, doğal radyoaktif izotoplarının emisyonu ile kimyasal elementlerin içeriğinin belirlenmesi.

sunum, eklendi 05/07/2016


Spektrumları analiz ederek plütonyum izotoplarının nispi içeriğinin belirlenmesi, izotopların içeriğinin tanımlanan hatlarla nicel oranı. Spektrumun dips ve lineer kesitlerini bulma tahmini. Hata içeriğinin hesaplanması.

dönem ödevi, eklendi 08/23/2016


Doğal ve yapay radyoaktif seriler. Radyoaktif bozunma türleri. Doğada gözlenen başlıca radyoaktif seriler. Toryum, neptünyum, radyum, aktinyum serilerinin karakterizasyonu. Çekirdeklerin radyoaktif dönüşümleri. ardışık nüklid zincirleri.

sunum, 30.05.2015 eklendi


Kimyasalların karakterizasyonu ve fiziksel özellikler hidrojen. Hidrojen izotoplarındaki atom kütlelerindeki farklılıklar. Nötr uyarılmamış bir hidrojen atomunun tek elektron katmanının konfigürasyonu. Keşif tarihi, doğada bulma, elde etme yöntemleri.

sunum, 01/14/2011 eklendi


Aktinitlerin kimyasal özelliklerinin karakterizasyonu. Transplütonyum elementlerinin kantitatif tayini. İnorganik ve organik reaktiflerle çökeltme yoluyla ayırma. Transplütonyum elementlerini izole etme ve ayırma yöntemleri. Metalik uranyum elde etmek.

özet, eklendi 03.10.2010


Karmaşık ve basit inorganik maddelerin sınıflandırılması için genel ilkeler. Atomların boyutları ve periyodik element sistemindeki konumları ile ilişkileri. Elektriksel ayrışma kavramı ve elektrolit çözeltileri. Hidrojen bağı ve membran sensörleri.

test, 02/01/2011 eklendi


Radyoaktif radyasyonun iyonizasyon ve sintilasyon yöntemleri. Radyoaktif reaktifler kullanılarak çözeltideki kimyasal elementlerin iyonlarının belirlenmesi. Radyasyonların optimum kayıt süresi. Radyometrik titrasyon yöntemi ve aktivasyon analizi.

dönem ödevi, eklendi 05/07/2016


Asetik asidin fiziksel ve kimyasal özellikleri. Aldehit oksidasyon sürecinin karakterizasyonu. Asetaldehit ve etanal üretimi için yöntem. Asetik asit elde etme sürecinde oluşan yan ürünlerin miktarını hesaplama ilkeleri. Kolbe yönteminin özü.

ders çalışması

konulu sunumlar: "Radyoaktivite.

Radyoaktif izotopların teknolojide kullanımı"

giriiş

1. Radyoaktif radyasyon türleri

2. Diğer radyoaktivite türleri

3. Alfa bozunması

4.Beta bozunması

5. Gama bozunması

6. Radyoaktif bozunma yasası

7. Radyoaktif sıralar

8. Radyoaktif radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi

9. Radyoaktif izotopların uygulanması

kullanılmış literatür listesi

giriiş

radyoaktivite- çeşitli parçacıkların ve elektromanyetik radyasyonun emisyonu ile birlikte atom çekirdeğinin diğer çekirdeklere dönüşümü. Bu nedenle fenomenin adı: Latince radyoda - yayarım, activus - etkili. Bu kelime Marie Curie tarafından tanıtıldı. Kararsız bir çekirdeğin - bir radyonüklidin çürümesi sırasında, ondan uçarlar. yüksek hız bir veya daha fazla yüksek enerjili parçacık. Bu parçacıkların akışına radyoaktif radyasyon veya basitçe radyasyon denir.

röntgen. Radyoaktivitenin keşfi, doğrudan Roentgen'in keşfi ile ilgiliydi. Dahası, bir süredir bunun bir ve aynı tür radyasyon olduğu düşünülüyordu. 19. yüzyılın sonlarında genel olarak, daha önce bilinmeyen çeşitli "radyasyonların" keşfinde zengindi. 1880'lerde İngiliz fizikçi Joseph John Thomson, temel taşıyıcıları incelemeye başladı. negatif yük 1891'de İrlandalı fizikçi George Johnston Stoney (1826-1911) bu parçacıklara elektron adını verdi. Sonunda, Aralık ayında Wilhelm Konrad Roentgen, X-ışınları adını verdiği yeni bir ışın türünün keşfini duyurdu. Şimdiye kadar çoğu ülkede böyle adlandırılıyorlar, ancak Almanya ve Rusya'da Alman biyolog Rudolf Albert von Kölliker'in (1817–1905) X-ışınlarını çağırma önerisi kabul edildi. Bu ışınlar, bir vakumda hızla hareket eden elektronlar (katot ışınları) bir engelle çarpıştığında üretilir. Katot ışınları cama çarptığında yaydığı biliniyordu. görülebilir ışık- yeşil ışıldama. Röntgen, aynı zamanda, camdaki yeşil noktadan başka görünmez ışınların da çıktığını keşfetti. Bu tesadüfen oldu: karanlık bir odada, yakındaki bir ekran parlıyordu, baryum tetrasiyanoplatinat Ba ile kaplıydı (önceden buna baryum platin siyanür deniyordu). Bu madde, ultraviyole ve katodik ışınların etkisi altında parlak sarı-yeşil bir parlaklık verir. Ancak katot ışınları ekrana çarpmadı ve dahası cihaz siyah kağıtla kaplandığında ekran parlamaya devam etti. Röntgen kısa süre sonra radyasyonun birçok opak maddeden geçtiğini ve siyah kağıda sarılmış veya hatta metal bir kutuya yerleştirilmiş bir fotoğraf plakasının kararmasına neden olduğunu keşfetti. Işınlar çok kalın bir kitaptan, 3 cm kalınlığında bir ladin tahtadan, 1,5 cm kalınlığında bir alüminyum levhadan geçti... X-ışını keşfinin olanaklarını anladı: “Elinizi deşarj tüpü ile ekran arasında tutarsanız ” diye yazdı, “o zaman koyu gölgeler, elin daha açık hatlarının arka planına karşı görünür kemiklerdir. Tarihteki ilk röntgen muayenesiydi.

Roentgen'in keşfi anında tüm dünyaya yayıldı ve sadece uzmanları şaşırtmadı. 1896 arifesinde, bir Alman şehrinde bir kitapçıda bir elin fotoğrafı sergilendi. Üzerinde yaşayan bir kişinin kemikleri ve parmaklardan birinde - bir alyans görüldü. Roentgen'in karısının elinin röntgen fotoğrafıydı. Röntgen'in ilk mesajı Yeni bir ışın türü hakkında” 28 Aralık'ta "Würzburg Fiziko-Tıp Derneği Raporları" nda yayınlandı, hemen tercüme edildi ve yayınlandı Farklı ülkeler Londra'da yayınlanan en ünlü bilim dergisi "Nature" ("Nature"), 23 Ocak 1896'da Roentgen'in bir makalesini yayınladı.

Tüm dünyada yeni ışınlar araştırılmaya başlandı, sadece bir yıl içinde bu konuda binin üzerinde makale yayınlandı. Tasarımda basit olan X-ray makineleri hastanelerde de ortaya çıktı: yeni ışınların tıbbi uygulaması açıktı.

Artık X-ışınları dünya çapında yaygın olarak (ve sadece tıbbi amaçlar için değil) kullanılmaktadır.

Becquerel ışınları. Roentgen'in keşfi kısa süre sonra aynı derecede dikkate değer bir keşfe yol açtı. 1896 yılında Fransız fizikçi Antoine Henri Becquerel tarafından yapılmıştır. 20 Ocak 1896'da, fizikçi ve filozof Henri Poincaré'nin Roentgen'in keşfi hakkında konuştuğu ve Fransa'da zaten yapılmış bir insan elinin röntgenlerini gösterdiği Akademi toplantısındaydı. Poincaré kendini yeni ışınlarla ilgili bir hikayeyle sınırlamadı. Bu ışınların lüminesans ile ilişkili olduğunu ve belki de her zaman bu tip lüminesans ile aynı anda meydana geldiğini, böylece katot ışınlarından muhtemelen vazgeçilebileceğini öne sürdü. Ultraviyole radyasyon etkisi altındaki maddelerin ışıldaması - floresan veya fosforesans (19. yüzyılda bu kavramlar arasında kesin bir ayrım yoktu) Becquerel'e aşinaydı: babası Alexander Edmond Becquerel (1820-1891) ve büyükbabası Antoine Cesar Becquerel (1788) –1878) onunla meşguldü - her iki fizikçi; Antoine Henri Becquerel'in oğlu Jacques, Paris Müzesi'nde fizik başkanlığını “miras yoluyla” kabul eden bir fizikçi oldu. doğal Tarih Becquerelis, 1838'den 1948'e kadar 110 yıl boyunca bu departmana başkanlık etti.

Becquerel, X-ışınlarının floresan ile ilişkili olup olmadığını kontrol etmeye karar verdi. Bazı uranyum tuzları, örneğin uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2, parlak sarı-yeşil flüoresansa sahiptir. Bu tür maddeler, çalıştığı Becquerel'in laboratuvarındaydı. Babası ayrıca, güneş ışığının kesilmesinden sonra parıltılarının çok hızlı bir şekilde - saniyenin yüzde birinden daha kısa sürede - kaybolduğunu gösteren uranyum müstahzarları ile çalıştı. Bununla birlikte, hiç kimse, bu parıltıya, Röntgen'de olduğu gibi, opak malzemelerden geçebilen diğer bazı ışınların emisyonunun eşlik edip etmediğini kontrol etmedi. Poincaré'nin raporundan sonra Becquerel'in test etmeye karar verdiği şey buydu. 24 Şubat 1896'da, Akademi'nin haftalık toplantısında, iki kat kalın siyah kağıda sarılmış bir fotoğraf plakası alarak, üzerine çift potasyum uranil sülfat K 2 UO 2 (SO 4) 2 2H2O kristalleri yerleştirdiğini ve tüm bunları birkaç saat güneş ışığına maruz bıraktıktan sonra, üzerindeki fotoğraf plakasının geliştirilmesinden sonra kristallerin biraz bulanık bir konturunu görebilirsiniz. Plaka ile kristaller arasına bir madeni para veya kalaydan kesilmiş bir şekil yerleştirilirse, geliştirmeden sonra bu nesnelerin net bir görüntüsü plaka üzerinde belirir.

Bütün bunlar floresan ve X-ışınları arasında bir ilişki olduğunu gösterebilir. Son zamanlarda keşfedilen X-ışınları çok daha kolay elde edilebilir - bunun için gerekli olan katot ışınları ve vakum tüpü ve yüksek voltaj olmadan, ancak uranyum tuzunun güneşte ısıtıldığında bir miktar serbest bırakıp bırakmadığını kontrol etmek gerekiyordu. siyah kağıdın altına nüfuz eden ve fotoğraf emülsiyonuna etki eden bir tür gaz Becquerel, bu olasılığı ortadan kaldırmak için uranyum tuzu ile fotoğraf plakası arasına bir cam levha koydu - hala yanıyordu. "Buradan" diyerek sözlerini tamamladı. kısa mesaj Becquerel'e göre, - ışıklı tuzun, ışığa geçirgen olmayan siyah kağıttan geçen ışınlar yaydığı ve fotoğraf plakasındaki gümüş tuzlarını geri kazandığı sonucuna varabiliriz. Sanki Poincare haklıymış gibi ve Roentgen'in X-ışınları tamamen farklı bir şekilde elde edilebilir.

Becquerel, bir fotoğraf plakasını aydınlatan ışınların hangi koşullar altında ortaya çıktığını daha iyi anlamak ve bu ışınların özelliklerini araştırmak için birçok deney kurmaya başladı. Kristaller ve fotoğraf plakası arasına çeşitli maddeler yerleştirdi - kağıt, cam, alüminyum plakalar, bakır, farklı kalınlıklarda kurşun. Sonuçlar, her iki radyasyonun benzerliği lehine bir argüman olarak da hizmet edebilecek olan, Roentgen tarafından elde edilenlerle aynıydı. Doğrudan güneş ışığına ek olarak, Becquerel bir ayna tarafından yansıtılan veya bir prizma tarafından kırılan ışıkla uranyum tuzunu aydınlattı. Daha önceki tüm deneylerin sonuçlarının güneşle hiçbir ilgisi olmadığını buldu; önemli olan uranyum tuzunun fotoğraf plakasına ne kadar yakın olduğuydu. Ertesi gün, Becquerel bunu Akademi'nin bir toplantısında bildirdi, ancak daha sonra ortaya çıktığı gibi, yanlış bir sonuca vardı: en az bir kez ışıkla "yüklenmiş" uranyum tuzunun o zaman kendisinin yayma yeteneğine sahip olduğuna karar verdi. uzun süre görünmez nüfuz eden ışınlar.

Becquerel, yıl sonuna kadar bu konuda dokuz makale yayınladı, bunlardan birinde şöyle yazdı: kağıt..., sekiz ayda."

Bu ışınlar, güneşte parlamayanlar da dahil olmak üzere herhangi bir uranyum bileşiğinden geldi. Metalik uranyum radyasyonu daha da güçlüydü (yaklaşık 3.5 kat). Radyasyonun, bazı tezahürlerde X ışınlarına benzer olmasına rağmen, daha büyük bir nüfuz gücüne sahip olduğu ve bir şekilde uranyum ile bağlantılı olduğu ortaya çıktı, bu yüzden Becquerel ona "uranyum ışınları" demeye başladı.

Becquerel ayrıca "uranyum ışınlarının" havayı iyonize ederek onu bir elektrik iletkeni haline getirdiğini keşfetti. Neredeyse aynı anda, Kasım 1896'da, İngiliz fizikçiler J. J. Thomson ve Ernest Rutherford (X-ışınlarının etkisi altında havanın iyonlaşmasını keşfettiler. Becquerel, radyasyon yoğunluğunu ölçmek için, en hafif altın yaprakların uçlarında asılı olduğu bir elektroskop kullandı. ve elektrostatik olarak yüklenir, itilir ve serbest uçları birbirinden uzaklaşır.Hava akım iletirse, yapraklardan yük boşalır ve düşerler - ne kadar hızlı olursa, havanın elektriksel iletkenliği o kadar yüksek ve dolayısıyla radyasyon yoğunluğu o kadar yüksek olur.

Maddenin harici bir kaynaktan enerji beslemesi olmadan aylarca nasıl sürekli ve kesintisiz radyasyon yaydığı sorusu kaldı.Becquerel'in kendisi, uranyumun sürekli olarak yaydığı enerjiyi nereden aldığını anlayamadığını yazdı. Bu vesileyle, bazen oldukça fantastik olan çeşitli hipotezler öne sürülmüştür. Örneğin, İngiliz kimyager ve fizikçi William Ramsay şöyle yazdı: “... fizikçiler uranyum tuzlarındaki tükenmez enerji kaynağının nereden gelebileceğini merak ettiler. Lord Kelvin, uranyumun, uzayda bize ulaşan, aksi takdirde tespit edilemeyen ışıma enerjisini yakalayan ve onu kimyasal etkiler üretebilecek bir forma dönüştüren bir tür tuzak olduğunu öne sürmeye meyilliydi.

Becquerel ne bu hipotezi kabul edebilir, ne daha makul bir şey bulabilir, ne de enerjinin korunumu ilkesinden vazgeçebilir. Sonunda, genel olarak bir süre uranyumla çalışmayı bırakıp fisyona başladı. spektral çizgiler bir manyetik alanda. Bu etki, genç Hollandalı fizikçi Peter Zeeman tarafından Becquerel'in keşfiyle neredeyse aynı anda keşfedildi ve başka bir Hollandalı Hendrik Anton Lorentz tarafından açıklandı.

Bu, radyoaktivite çalışmasının ilk aşamasını tamamladı. Albert Einstein, radyoaktivitenin keşfini ateşin keşfiyle karşılaştırdı, çünkü hem ateşin hem de radyoaktivitenin medeniyet tarihinde eşit derecede önemli kilometre taşları olduğuna inanıyordu.

1. Radyoaktif radyasyon türleri

Araştırmacıların elinde güçlü radyasyon kaynakları ortaya çıktığında, uranyumdan milyonlarca kat daha güçlü (bunlar radyum, polonyum, aktinyum preparatlarıydı), radyoaktif radyasyonun özelliklerine daha aşina olmak mümkün oldu. Ernest Rutherford, Maria ve Pierre Curie'nin eşleri, A. Becquerel ve diğerleri bu konudaki ilk çalışmalarda aktif rol aldı. Her şeyden önce, ışınların nüfuz gücü ve manyetik alanın radyasyon üzerindeki etkisi incelenmiştir. Radyasyonun homojen olmadığı, ancak "ışınların" bir karışımı olduğu ortaya çıktı. Pierre Curie, bir manyetik alan radyum radyasyonuna etki ettiğinde, bazı ışınların saptığını, bazılarının ise sapmadığını keşfetti. Manyetik alanın yalnızca yüklü uçan parçacıkları hem pozitif hem de negatif olarak farklı yönlerde saptırdığı biliniyordu. Sapmanın yönüne göre, sapan β-ışınlarının negatif yüklü olduğundan emin olduk. Daha sonraki deneyler, katot ve β-ışınları arasında temel bir fark olmadığını gösterdi, bundan bir elektron akışını temsil ettiklerini takip etti.

Saptırıcı ışınlar çeşitli malzemelere nüfuz etme konusunda daha güçlü bir yeteneğe sahipti, saptırıcı olmayanlar ise ince alüminyum folyo tarafından bile kolayca emiliyordu - örneğin, yeni polonyum elementinin radyasyonu böyle davrandı - radyasyonu bile nüfuz etmedi ilacın depolandığı kutunun karton duvarları.

Daha güçlü mıknatıslar kullanıldığında, α-ışınlarının da, yalnızca β-ışınlarından çok daha zayıf ve diğer yönde saptığı ortaya çıktı. Bundan, pozitif yüklü oldukları ve çok daha büyük bir kütleye sahip oldukları ortaya çıktı (daha sonra öğrenildiği gibi, a-parçacıklarının kütlesi bir elektronun kütlesinden 7740 kat daha büyüktür). Bu fenomen ilk olarak 1899'da A. Becquerel ve F. Gisel tarafından keşfedildi. Daha sonra α-parçacıklarının, +2 yüklü ve 4 cu kütleli helyum atomlarının çekirdeği (çekirdek 4 He) olduğu ortaya çıktı. En güçlü manyetik alanlarda sapma olmadığı için, bu keşif kısa süre sonra Becquerel tarafından doğrulandı. Bu tür radyasyon, alfa ve beta ışınlarına benzetilerek gama ışınları olarak adlandırıldı, farklı radyasyonların Yunan alfabesinin ilk harfleriyle belirtilmesi Rutherford tarafından önerildi. Gama ışınlarının X ışınlarına benzer olduğu ortaya çıktı, yani. onlar temsil eder Elektromanyetik radyasyon, ancak daha kısa dalga boyları ve buna bağlı olarak daha yüksek enerji ile. Tüm bu radyasyon türleri, M. Curie tarafından "Radyum ve Radyoaktivite" monografisinde tanımlanmıştır. Bir manyetik alan yerine, radyasyonu “bölmek” için bir elektrik alanı kullanılabilir, yalnızca içindeki yüklü parçacıklar dikey olarak sapmayacaktır. kuvvet hatları, ve yanlarında - saptırma plakalarına doğru.

Uzun bir süre tüm bu ışınların nereden geldiği belli değildi. Birkaç on yıl boyunca radyoaktif radyasyonun doğası ve özellikleri birçok fizikçinin çalışmalarıyla aydınlatıldı, yeni radyoaktivite türleri keşfedildi.

Alfa ışınları esas olarak en ağır ve dolayısıyla daha az kararlı atomların çekirdeklerini yayar (periyodik tabloda kurşundan sonra bulunurlar). Bunlar yüksek enerjili parçacıklardır. Genellikle, her biri kesin olarak tanımlanmış bir enerjiye sahip olan birkaç α-parçacığı grubu vardır. Bu nedenle, 226 Ra çekirdeğinden yayılan hemen hemen tüm α-parçacıkları 4.78 MeV (megaelektron-volt) enerjiye ve 4.60 MeV enerjili küçük bir α-parçacık fraksiyonuna sahiptir. Başka bir radyum izotopu, 221 Ra, enerjileri 6.76, 6.67, 6.61 ve 6.59 MeV olan dört grup α-parçacığı yayar. Bu, çekirdeklerde birkaç enerji seviyesinin varlığını gösterir, aralarındaki fark, çekirdek tarafından yayılan α-kuantanın enerjisine karşılık gelir. "Saf" alfa yayıcılar da bilinmektedir (örneğin, 222 Rn).

formüle göre E = mü 2 /2 belirli bir enerji ile α-parçacıklarının hızı hesaplanabilir. Örneğin, 1 mol α-parçacığı E= 4.78 MeV enerjiye sahiptir (SI birimlerinde) E\u003d 4.78 10 6 eV  96500 J / (eV mol) \u003d 4.61 10 11 J / mol ve kütle m= 0.004 kg/mol, nereden sen Bir tabanca mermisinin hızından on binlerce kat daha fazla olan α 15200 km/s. Alfa parçacıkları en güçlü iyonlaştırıcı etkiye sahiptir: bir gaz, sıvı veya katı içindeki diğer atomlarla çarpışarak, onlardan elektronları "koparlar" ve yüklü parçacıklar oluştururlar. Bu durumda, α-parçacıkları çok hızlı bir şekilde enerji kaybederler: bir kağıt yaprağı tarafından bile korunurlar. Havada, radyumun α-radyasyonu sadece 3,3 cm, toryumun α-radyasyonu - 2,6 cm, vb. Sonunda kinetik enerjisini kaybeden alfa parçacığı iki elektronu yakalar ve bir helyum atomuna dönüşür. Helyum atomunun ilk iyonlaşma potansiyeli (He - e → He +) 24.6 eV, ikincisi (He + - e → He +2) 54.4 eV'dir, bu da diğer atomlardan çok daha fazladır. Elektronlar α-parçacıkları tarafından yakalandığında, büyük bir enerji açığa çıkar (7600 kJ / mol'den fazla), bu nedenle, helyum atomları dışında tek bir atom, bir α-parçacığı içindeyse elektronlarını tutamaz. semt.

α-parçacıklarının çok yüksek kinetik enerjisi onları çıplak gözle (veya sıradan bir büyüteçle) “görmeyi” mümkün kılar, bu ilk olarak 1903'te İngiliz fizikçi ve kimyager William Crookes (1832 - 1919) tarafından gösterildi. zar zor yapıştırılmış gözle görülebilir bir radyum tuzu tanesi ve iğneyi geniş bir cam tüpe sabitledi. Bu tüpün bir ucuna, iğnenin ucundan çok uzak olmayan bir fosfor tabakası (bir tabaka olarak çinko sülfür görevi görür) ile kaplanmış bir plaka yerleştirildi ve diğer ucunda bir büyüteç vardı. Karanlıkta fosfora bakarsanız, görebilirsiniz: tüm görüş alanı yanıp sönen ve hemen sönen kıvılcımlarla noktalanmıştır. Her kıvılcım, bir α-parçacığının etkisinin sonucudur. Crookes bu cihaza spinthariskop adını verdi (Yunanca spintharis'ten - bir kıvılcım ve skopeo - bakıyorum, gözlemliyorum). Bunun yardımıyla basit yöntem a-parçacıklarını sayarak, bir dizi çalışma yapıldı, örneğin, bu şekilde Avogadro sabitini oldukça doğru bir şekilde belirlemek mümkün oldu.

Çekirdekte, protonlar ve nötronlar bir arada tutulur. nükleer kuvvetler Bu nedenle, iki proton ve iki nötrondan oluşan bir alfa parçacığının çekirdeği nasıl terk edebileceği açık değildi. 1928'de cevaplandı Amerikalı fizikçi(1933'te SSCB'den göç eden) George (Georgy Antonovich) Gamov). Kuantum mekaniği yasalarına göre, α-parçacıkları, küçük kütleli herhangi bir parçacık gibi, dalga özelliğine sahiptir ve bu nedenle, çekirdeğin dışında, küçük (yaklaşık 6) üzerinde küçük bir olasılıkları vardır. · 10–12 cm) mesafe. Bu olur olmaz, çok yakındaki pozitif yüklü bir çekirdekten gelen Coulomb itmesi parçacık üzerinde hareket etmeye başlar.

Alfa bozunması esas olarak ağır çekirdeklerden etkilenir - bunların 200'den fazlası bilinmektedir, α-parçacıkları bizmuttan sonra elementlerin izotoplarının çoğu tarafından yayılır. Daha hafif alfa yayıcılar, çoğunlukla nadir toprak atomları bilinmektedir. Peki neden çekirdekten tek tek protonlar değil de alfa parçacıkları yayılıyor? Niteliksel olarak bu, α-bozunmadaki enerji kazanımı ile açıklanır (α-parçacıkları - helyum çekirdekleri kararlıdır). α-bozunmanın nicel teorisi sadece 1980'lerde yaratıldı ve Lev Davidovich Landau, Arkady Beinusovich Migdal (1911–1991), Nükleer Fizik Bölüm başkanı Stanislav Georgievich Kadmensky de dahil olmak üzere yerli fizikçiler de gelişimine katıldı. Voronej Üniversitesi ve meslektaşları.

Bir α-parçacığının çekirdekten ayrılması, periyodik tabloda iki hücre sola kaydırılan başka bir kimyasal elementin çekirdeğine yol açar. Bir örnek, yedi polonyum izotopunun (çekirdek yükü 84) farklı kurşun izotoplarına (çekirdek yükü 82) dönüştürülmesidir: 218 Po → 214 Pb, 214 Po → 210 Pb, 210 Po → 206 Pb, 211 Po → 207 Pb, 215 Po → 211Pb, 212Po → 208Pb, 216Po → 212Pb. Kurşun izotopları 206 Pb 207 Pb ve 208 Pb kararlıdır, geri kalanı radyoaktiftir.

Trityum gibi hem ağır hem de hafif çekirdeklerde beta bozunması gözlenir. Bu hafif parçacıklar (hızlı elektronlar) daha yüksek nüfuz gücüne sahiptir. Böylece, havada, β-parçacıkları sıvı içinde birkaç on santimetre uçabilir ve katılar- bir milimetrenin kesirlerinden yaklaşık 1 cm'ye kadar α-parçacıklarının aksine, β-ışınlarının enerji spektrumu kesikli değildir. Çekirdekten kaçan elektronların enerjisi, neredeyse sıfırdan belirli bir radyonüklidin maksimum değer karakteristiğine kadar değişebilir. Genellikle, β parçacıklarının ortalama enerjisi α parçacıklarınınkinden çok daha azdır; örneğin, β-radyasyonu 228 Ra'nın enerjisi 0,04 MeV'dir. Ama istisnalar var; bu nedenle kısa ömürlü nüklid 11 Be'nin β-radyasyonu 11.5 MeV'lik bir enerji taşır. Uzun bir süre, aynı elementin özdeş atomlarından farklı hızlara sahip parçacıkların nasıl uçtuğu açık değildi. Atomun yapısı bilindiğinde ve atom çekirdeği, yeni bir gizem ortaya çıktı: çekirdekten yayılan β-parçacıkları nereden geliyor - sonuçta çekirdekte elektron yok. İngiliz fizikçi James Chadwick'in 1932'de nötronu keşfetmesinden sonra, Rus fizikçiler Dmitry Dmitrievich Ivanenko (1904–1994) ve Igor Evgenievich Tamm ve bağımsız olarak Alman fizikçi Werner Heisenberg atom çekirdeğinin protonlardan ve nötronlardan oluştuğunu öne sürdü. Bu durumda, bir nötronun bir protona ve bir elektrona dönüşümünün intranükleer işleminin bir sonucu olarak β-parçacıkları oluşturulmalıdır: n → p + e. Nötronun kütlesi, Einstein'ın formülüne göre, proton ve elektronun toplam kütlesini, fazla kütleyi biraz aşıyor. E = mc 2, çekirdekten kaçan bir elektronun kinetik enerjisini verir; bu nedenle, β-çürüme esas olarak fazla sayıda nötron içeren çekirdeklerde gözlenir. Örneğin, 226 Ra nüklidi bir a-yayıcıdır ve radyumun tüm ağır izotopları (227 Ra, 228 Ra, 229 Ra ve 230 Ra) β-yayıcıdır.

Geriye neden α-parçacıklarının aksine β-parçacıklarının olduğunu bulmak kaldı. sürekli spektrum Bu, bazılarının çok az enerjiye sahip olduğu, bazılarının ise çok fazla enerjiye sahip olduğu (ve aynı zamanda ışık hızına yakın bir hızda hareket ettikleri) anlamına geliyordu. Üstelik, tüm bu elektronların toplam enerjisi (bir kalorimetre ile ölçüldü), orijinal çekirdek ile bozunma ürünü arasındaki enerji farkından daha az olduğu ortaya çıktı. Yine, fizikçiler, enerjinin korunumu yasasının bir "ihlali" ile karşı karşıya kaldılar: orijinal çekirdeğin enerjisinin bir kısmı bilinmeyen bir yönde kayboldu. Sarsılmaz fizik yasası 1931'de β-çürüme sırasında iki parçacığın çekirdekten uçtuğunu öne süren İsviçreli fizikçi Wolfgang Pauli tarafından “kurtarıldı”: bir elektron ve varsayımsal bir nötr parçacık - neredeyse sıfır kütleye sahip bir nötrino. fazla enerjiyi uzaklaştır. β-radyasyonunun sürekli spektrumu, elektronlar ve bu parçacık arasındaki enerji dağılımı ile açıklanır. Nötrino (daha sonra ortaya çıktığı gibi, sözde elektron antinötrino β-bozunması sırasında oluşur) madde ile çok zayıf bir şekilde etkileşime girer (örneğin, dünyayı ve hatta çapı büyük bir yıldızı kolayca deler) ve bu nedenle bir süre için tespit edilmedi. uzun süre - deneysel olarak serbest nötrinolar sadece 1956'da kaydedildi Bu nedenle, beta bozunmasının rafine şeması aşağıdaki gibidir: n → p + . Pauli'nin nötrino hakkındaki fikirlerine dayanan nicel β-bozunma teorisi, 1933'te nötrino (İtalyanca "nötron") adını da öneren İtalyan fizikçi Enrico Fermi tarafından geliştirildi.

β-bozunması sırasında bir nötronun bir protona dönüşmesi, pratik olarak nüklidin kütlesini değiştirmez, ancak nükleer yükü bir artırır. Sonuç olarak, periyodik tabloda bir hücre sağa kaydırılan yeni bir element oluşur, örneğin: →, →, →, vb. (aynı anda, bir elektron ve bir antineutrino çekirdekten uçar).

2. Diğer radyoaktivite türleri

Alfa ve beta bozunmalarına ek olarak, diğer spontan radyoaktif dönüşüm türleri de bilinmektedir. 1938'de Amerikalı fizikçi Luis Walter Alvarez, üçüncü bir tür radyoaktif dönüşüm, elektron yakalama (K-yakalama) keşfetti. Bu durumda çekirdek, kendisine en yakın enerji kabuğundan (K-kabuğu) bir elektron yakalar. Bir elektron bir protonla etkileşime girdiğinde bir nötron oluşur ve bir nötrino çekirdekten uçarak fazla enerjiyi uzaklaştırır. Bir protonun bir nötrona dönüşmesi, nüklidin kütlesini değiştirmez, ancak nükleer yükü bir azaltır. Sonuç olarak, periyodik tablonun solunda bir hücre olan yeni bir element oluşur, örneğin ondan kararlı bir nüklid elde edilir (bu örnekte Alvarez bu tür radyoaktiviteyi keşfetti).

Bir atomun elektron kabuğunda K yakalaması ile, daha yüksek bir elektrondan bir elektron enerji seviyesi, fazla enerji ya X-ışınları şeklinde serbest bırakılır ya da atomdan bir veya daha fazla zayıf bağlı elektronun uçuşunda harcanır - sözde Auger elektronları, Fransız fizikçi Pierre Auger'in (1899–1993) adını almıştır. ), bu etkiyi 1923'te keşfeden (iç elektronları nakavt etmek için iyonlaştırıcı radyasyon kullandı).

1940'ta Georgy Nikolaevich Flerov (1913–1990) ve Konstantin Antonovich Petrzhak (1907–1998), kararsız bir çekirdeğin kütleleri farklı olmayan iki daha hafif çekirdeğe dönüştüğü uranyum örneğini kullanarak kendiliğinden (kendiliğinden) fisyon keşfettiler. çok fazla, örneğin: → + + 2n. Bu tür bozunma sadece uranyum ve daha ağır elementlerde görülür - toplamda 50'den fazla nüklid. Uranyum durumunda, kendiliğinden fisyon çok yavaş gerçekleşir: 238U atomunun ortalama ömrü 6,5 milyar yıldır. 1938'de Alman fizikçi ve kimyager Otto Hahn, Avusturyalı radyokimyacı ve fizikçi Lise Meitner (Mt - meitnerium elementi onun adını almıştır) ve Alman fizikokimyacı Fritz Strassmann (1902–1980), nötronlar tarafından bombalandığında uranyum çekirdeklerinin parçalara bölünmüş, ayrıca, nötronlardan dışarı uçmak, komşu uranyum çekirdeklerinin fisyonuna neden olabilir, bu da zincirleme tepki). Bu sürece, yaratılmasına yol açan büyük (kimyasal reaksiyonlara kıyasla) enerjinin salınması eşlik eder. nükleer silahlar ve nükleer santrallerin inşası.

1934'te Marie Curie'nin kızı Irene Joliot-Curie ve kocası Frédéric Joliot-Curie pozitron bozunmasını keşfetti. Bu süreçte, çekirdeğin protonlarından biri bir nötrona ve bir antielektrona (pozitron) dönüşür - aynı kütleye sahip, ancak pozitif yüklü bir parçacık; aynı zamanda, bir nötrino çekirdekten uçar: p → n + e + + 238. Çekirdeğin kütlesi değişmez, ancak yer değiştirme, β - çürümenin aksine, sola doğru gerçekleşir, β + bozunma karakteristiktir fazla protonlu çekirdeklerin (sözde nötron eksikliği olan çekirdekler ). Bu nedenle, oksijen 19 O, 20 O ve 21 O β - ağır izotopları aktiftir ve hafif izotopları 14 O ve 15 O β + aktiftir, örneğin: 14 O → 14 N + e + + 238. Antipartiküller olarak, pozitronlar, iki γ-kuanta oluşumu ile elektronlarla karşılaştıklarında hemen yok edilirler (yok edilirler). Pozitron bozunması genellikle K-yakalama ile rekabet eder.

1982'de proton radyoaktivitesi keşfedildi: bir çekirdekten bir proton emisyonu (bu, yalnızca yapay olarak elde edilmiş ve aşırı enerjiye sahip bazı çekirdekler için mümkündür). 1960 yılında, fiziksel kimyager Vitaly Iosifovich Gol'danskii (1923–2001) teorik olarak iki protonlu radyoaktiviteyi öngördü: çekirdek tarafından çift dönüşlü iki protonun fırlatılması. İlk olarak 1970'de gözlendi. İki nötron radyoaktivitesi de çok nadiren gözlendi (1979'da keşfedildi).

1984'te küme radyoaktivitesi keşfedildi (İngiliz kümesinden - demet, sürü). Bu durumda, kendiliğinden fisyonun aksine, çekirdek çok farklı kütlelere sahip parçalara bozunur, örneğin 14 ila 34 kütleli çekirdekler ağır bir çekirdekten uçarlar.Küme çürümesi de çok nadir görülür ve bu da işi zorlaştırır. uzun süre algılamak için.

Bazı çekirdekler farklı yönlerde bozunabilir. Örneğin, 221 Rn, α-parçacıklarının emisyonu ile %80 ve β-parçacıklarının emisyonu ile %20 oranında bozunur, nadir toprak elementlerinin birçok izotopu (137 Pr, 141 Nd, 141 Pm, 142 Sm, vb.) ya elektron yakalama ya da bir pozitron emisyonu ile bozunur. Farklı çeşit radyoaktif emisyonlara genellikle (ancak her zaman değil) γ-radyasyonu eşlik eder. Bunun nedeni, ortaya çıkan çekirdeğin gama ışınları yayarak serbest bırakıldığı fazla enerjiye sahip olabilmesidir. γ-radyasyonunun enerjisi geniş bir aralıkta yer alır, bu nedenle 226 Ra'nın bozunması sırasında 0.186 MeV'ye eşittir ve 11 Be'nin bozunması sırasında 8 MeV'ye ulaşır.

Bilinen 2500 atom çekirdeğinin neredeyse %90'ı kararsızdır. Kararsız bir çekirdek, parçacıkların yayılmasıyla kendiliğinden başka çekirdeğe dönüşür. Çekirdeklerin bu özelliğine radyoaktivite denir. Büyük çekirdekler için, nükleer kuvvetler tarafından nükleonların çekimi ve protonların Coulomb itmesi arasındaki rekabet nedeniyle kararsızlık ortaya çıkar. Yük numarası Z > 83 ve kütle numarası A > 209 olan kararlı çekirdek yoktur. Ancak, önemli ölçüde daha düşük Z ve A sayılarına sahip atom çekirdekleri de radyoaktif olabilir.Çekirdek, nötronlardan önemli ölçüde daha fazla proton içeriyorsa, kararsızlığa neden olur. Coulomb etkileşim enerjisinin fazlalığı ile. Proton sayısından çok fazla nötron içerecek olan çekirdekler, nötronun kütlesinin protonun kütlesini aşması nedeniyle kararsızdır. Çekirdeğin kütlesindeki bir artış, enerjisinde bir artışa yol açar.

Radyoaktivite olgusu 1896'da Fransız fizikçi A. Becquerel tarafından keşfedildi ve uranyum tuzlarının ışığa karşı opak olan bariyerlerden geçebilen ve fotoğrafik emülsiyonun kararmasına neden olan bilinmeyen radyasyon yaydığını keşfetti. İki yıl sonra, Fransız fizikçiler M. ve P. Curie, toryumun radyoaktivitesini keşfettiler ve iki yeni radyoaktif element keşfettiler - polonyum ve radyum

Sonraki yıllarda, E. Rutherford ve öğrencileri de dahil olmak üzere birçok fizikçi, radyoaktif radyasyonun doğası üzerine çalışmaya başladı. Radyoaktif çekirdeklerin üç tip parçacık yayabildiği bulundu: pozitif ve negatif yüklü ve nötr. Bu üç radyasyon türü α-, β- ve γ-radyasyonu olarak adlandırıldı. Bu üç radyoaktif radyasyon türü, maddenin atomlarını iyonize etme yetenekleri ve dolayısıyla nüfuz etme güçleri bakımından birbirinden büyük ölçüde farklıdır. α-radyasyonu en az nüfuz etme gücüne sahiptir. Havada, normal koşullar altında, α-ışınları birkaç santimetre mesafe kateder. β-ışınları madde tarafından çok daha az emilir. Birkaç milimetre kalınlığında bir alüminyum tabakasından geçebilirler. γ-ışınları, 5-10 cm kalınlığında bir kurşun tabakasından geçebilen en yüksek nüfuz gücüne sahiptir.

20. yüzyılın ikinci on yılında, E. Rutherford tarafından atomların nükleer yapısının keşfinden sonra, radyoaktivitenin atom çekirdeğinin bir özelliği olduğu kesin olarak belirlendi. Çalışmalar, α-ışınlarının bir α-parçacık akışını temsil ettiğini göstermiştir - helyum çekirdeği, β-ışınları bir elektron akışıdır, γ-ışınları son derece kısa dalga boyuna sahip kısa dalga elektromanyetik radyasyondur λ< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными korpüsküler özellikler, yani bir parçacık akışıdır - y-kuanta.

3. Alfa bozunması

Alfa bozunması, proton sayısı Z ve nötron N olan bir atom çekirdeğinin, proton Z - 2 ve nötron N - 2 içeren başka bir (kız) çekirdeğe kendiliğinden dönüşümüdür. Bu durumda, bir a-parçacığı yayılır - helyum atomunun çekirdeği. Böyle bir sürecin bir örneği, radyumun α-bozunmasıdır: Radyum atomlarının çekirdekleri tarafından yayılan alfa parçacıkları, Rutherford tarafından ağır elementlerin çekirdekleri tarafından saçılma deneylerinde kullanıldı. Radyum çekirdeklerinin α-bozunması sırasında yayılan α-parçacıklarının hızı, yörüngenin bir manyetik alandaki eğriliği boyunca ölçülür, yaklaşık olarak 1.5 107 m/s'ye eşittir ve karşılık gelen kinetik enerji yaklaşık 7.5 10 -13'tür. J (yaklaşık 4,8 MeV). Bu değer, ana ve kız çekirdeklerin kütlelerinin ve helyum çekirdeğinin bilinen değerlerinden kolaylıkla belirlenebilir. Fırlatılan α-parçacığının hızı çok büyük olmasına rağmen, yine de ışık hızının sadece %5'i kadardır, bu nedenle kinetik enerji için göreli olmayan ifade hesaplamada kullanılabilir. Çalışmalar, bir radyoaktif maddenin birkaç farklı enerji değerine sahip α-parçacıkları yayabileceğini göstermiştir. Bu, çekirdeklerin atomlar gibi farklı uyarılmış durumlarda olabileceği gerçeğiyle açıklanır. Bir kız çekirdek, α-bozunması sırasında bu uyarılmış durumlardan birinde olabilir.

Bu çekirdeğin temel duruma sonraki geçişi sırasında, bir γ-kuantum yayınlanır. İki değerli α-parçacıklarının emisyonu ile radyumun α-bozunumu şeması kinetik enerjilerŞekil 2'de gösterilmiştir. Bu nedenle, çekirdeklerin α-bozunmasına birçok durumda γ-radyasyonu eşlik eder.

α-bozunma teorisinde, çekirdeklerin içinde iki proton ve iki nötrondan oluşan grupların oluşabileceği varsayılır, yani. a-parçacığı. Ana çekirdek, potansiyel bir bariyerle sınırlanan α-parçacıkları için potansiyel bir kuyudur. Çekirdekteki α-parçacığının enerjisi bu engeli aşmak için yetersizdir (Şekil 3). Bir α-parçacığının çekirdekten kaçışı ancak tünel etkisi adı verilen kuantum-mekanik bir fenomen sayesinde mümkündür. Göre Kuantum mekaniği, parçacığın potansiyel bariyerin altından geçme olasılığı sıfır değildir. Tünel açma fenomeni olasılıksal bir karaktere sahiptir.

4. Beta bozunması

Beta bozunmasında, çekirdekten bir elektron yayılır. Elektronlar çekirdeğin içinde bulunamazlar, bir nötronun protona dönüşmesi sonucu β-bozunması sırasında ortaya çıkarlar. Bu işlem sadece çekirdeğin içinde değil, aynı zamanda serbest nötronlarda da gerçekleşebilir. Serbest bir nötronun ortalama ömrü yaklaşık 15 dakikadır. Bir nötron bir proton ve bir elektrona bozunduğunda

Ölçümler, nötronun bozunmasından kaynaklanan proton ve elektronun toplam enerjisi, nötronun enerjisinden daha az olduğu için, bu süreçte enerjinin korunumu yasasının bariz bir ihlali olduğunu gösterdi. 1931'de W. Pauli, bir nötronun bozunması sırasında, enerjisinin bir kısmını alıp götüren sıfır kütleli ve yüklü başka bir parçacığın salındığını öne sürdü. Yeni parçacığa nötrino (küçük nötron) adı verildi. Bir nötrinoda bir yük ve kütle olmaması nedeniyle, bu parçacık maddenin atomlarıyla çok zayıf etkileşir, bu nedenle bir deneyde onu tespit etmek son derece zordur. Nötrinoların iyonlaşma yeteneği o kadar küçüktür ki havadaki bir iyonlaşma hareketi yolun yaklaşık 500 km'sine düşer. Bu parçacık sadece 1953'te keşfedildi. Şu anda, birkaç çeşit nötrino olduğu bilinmektedir. Nötron bozunması sürecinde, elektron antinötrino adı verilen bir parçacık oluşur. Bir sembol ile işaretlenmiştir. Bu nedenle, nötron bozunma reaksiyonu şu şekilde yazılır:

Benzer bir süreç, β-çürüme sırasında çekirdeklerin içinde meydana gelir. Nükleer nötronlardan birinin bozunması sonucu oluşan bir elektron, "ana evden" (çekirdek) hemen, ışık hızından yalnızca yüzde bir oranında farklı olabilen muazzam bir hızla fırlatılır. Bir elektron, bir nötrino ve bir yavru çekirdek arasındaki β bozunumu sırasında açığa çıkan enerjinin dağılımı rastgele olduğundan, β-elektronlar geniş bir aralıkta farklı hızlara sahip olabilir.

β-çürümesinde Görev numarası Z bir artar, kütle numarası A değişmez. Kız çekirdeğinin, periyodik tablodaki seri numarası orijinal çekirdeğin seri numarasından bir tane daha yüksek olan elementin izotoplarından birinin çekirdeği olduğu ortaya çıktı. Tipik bir β-bozunma örneği, uranyumun α-bozunmasından kaynaklanan toryum izotonunun paladyuma dönüşümüdür.

5. Gama bozunması

α- ve β-radyoaktivitesinden farklı olarak, çekirdeklerin γ-radyoaktivitesi, çekirdeğin iç yapısındaki bir değişiklikle ilişkili değildir ve buna yük veya kütle numaralarında bir değişiklik eşlik etmez. Hem α- hem de β-bozunmasında, yavru çekirdek bir miktar uyarılmış durumda olabilir ve fazla enerjiye sahip olabilir. Çekirdeğin uyarılmış durumdan temel duruma geçişine, enerjisi birkaç MeV'ye ulaşabilen bir veya birkaç γ-kuantanın emisyonu eşlik eder.

6. Radyoaktif bozunma yasası

Herhangi bir radyoaktif malzeme örneği, çok sayıda radyoaktif atom içerir. Radyoaktif bozunma rastgele olduğundan ve dış koşullara bağlı olmadığından, bozunmamış k sayısının N(t) sayısındaki azalma yasası şimdiki an zaman t çekirdekleri önemli bir işlev görebilir istatistiksel karakteristik radyoaktif bozunma süreci.

Kısa bir süre Δt boyunca bozunmamış çekirdek sayısı N(t) ΔN kadar değişsin< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

Orantılılık katsayısı λ, Δt = 1 s zamanında çekirdeğin bozunma olasılığıdır. Bu formül, N(t) fonksiyonunun değişim hızının, fonksiyonun kendisiyle doğru orantılı olduğu anlamına gelir.

burada N 0, t = 0'daki ilk radyoaktif çekirdek sayısıdır. τ = 1 / λ süresi boyunca, bozulmamış çekirdek sayısı e ≈ 2,7 kat azalacaktır. τ değerine radyoaktif bir çekirdeğin ortalama ömrü denir.

Pratik kullanım için, radyoaktif bozunma yasasını, e yerine 2 sayısını taban olarak kullanarak farklı bir biçimde yazmak uygundur:

T'nin değerine yarı ömür denir. T süresi boyunca, başlangıçtaki radyoaktif çekirdek sayısının yarısı bozunur. T ve τ değerleri ilişki ile ilişkilidir

Yarı ömür, radyoaktif bozunma oranını karakterize eden ana niceliktir. Yarı ömür ne kadar kısa olursa, çürüme o kadar yoğun olur. Böylece, uranyum T için ≈ 4,5 milyar yıl ve radyum T için ≈ 1600 yıl. Bu nedenle, radyumun aktivitesi uranyumunkinden çok daha yüksektir. Bir saniyenin bir kesri kadar yarı ömre sahip radyoaktif elementler vardır.

α- ve β-radyoaktif bozunma sırasında, yavru çekirdek de kararsız olabilir. Bu nedenle, kararlı çekirdeklerin oluşumuyla sonuçlanan bir dizi ardışık radyoaktif bozunma mümkündür. Doğada, bu tür birkaç dizi var. En uzunu, ardışık 14 bozunmadan (8 - alfa bozunması ve 6 beta bozunması) oluşan bir seridir. Bu seri, kararlı bir kurşun izotopu ile sona ermektedir (Şekil 5).

Doğada, diziye benzer birkaç radyoaktif dizi daha vardır. Bir de doğal koşullarda bulunmayan neptünyumla başlayıp bizmutla biten bir seri var. Bu radyoaktif bozunma dizisi nükleer reaktörlerde meydana gelir.

yer değiştirme kuralı. Yer değiştirme kuralı, bir kimyasal elementin radyoaktif radyasyon yayarken tam olarak ne tür dönüşümler geçirdiğini belirtir.

7. Radyoaktif sıralar

Yer değiştirme kuralı, doğal radyoaktif elementlerin dönüşümlerini izlemeyi ve onlardan ataları uranyum-238, uranyum-235 ve toryum-232 olan üç soy ağacı oluşturmayı mümkün kıldı. Her aile son derece uzun ömürlü bir radyoaktif elementle başlar. Örneğin uranyum ailesinin başında, kütle numarası 238 ve yarılanma ömrü 4.5·109 yıl olan uranyum gelmektedir (Tablo 1'de orijinal ismine göre, uranyum I olarak gösterilmektedir).

uranyum ailesi. Yukarıda tartışılan radyoaktif dönüşümlerin özelliklerinin çoğu, uranyum ailesinin elementlerine kadar takip edilebilir. Örneğin, ailenin üçüncü üyesi nükleer izomerizme sahiptir. Beta parçacıkları yayan Uranyum X 2, uranyum II'ye dönüşür (T = 1.14 dak). Bu, protaktinyum-234'ün uyarılmış halinin beta bozunmasına karşılık gelir. Bununla birlikte, vakaların %0,12'sinde, uyarılmış protaktinyum-234 (uranyum X 2) bir gama kuantumu yayar ve temel duruma (uranyum Z) geçer. Uranyum II'nin oluşumuna da yol açan uranyum Z'nin beta bozunması 6,7 saatte gerçekleşir.

Radyum C ilginçtir çünkü iki şekilde bozunabilir: ya bir alfa ya da bir beta parçacığı yayarak. Bu süreçler birbirleriyle rekabet eder, ancak vakaların %99,96'sında radyum C oluşumuyla beta bozunması meydana gelir. Vakaların %0.04'ünde radyum C bir alfa parçacığı yayar ve radyum C'ye (RaC) dönüşür. Sırasıyla RaC ve RaC, sırasıyla alfa ve beta parçacıklarının emisyonu ile radyum D'ye dönüştürülür.

İzotoplar. Uranyum ailesinin üyeleri arasında atomları aynı atom numarasına sahip olanlar da vardır ( aynı ücretçekirdekler) ve farklı kütle numaraları. Kimyasal özelliklerde aynıdırlar, ancak radyoaktivitenin doğasında farklıdırlar. Örneğin, kurşunla aynı atom numarası 82 olan radyum B, radyum D ve radyum G, kimyasal davranış bakımından kurşuna benzer. Açıktır ki, kimyasal özellikler kütle numarasına bağlı değildir; atomun elektron kabuklarının yapısı tarafından belirlenirler (dolayısıyla ve Z). Öte yandan, kütle numarası, atomun radyoaktif özelliklerinin nükleer kararlılığı için kritik öneme sahiptir. Aynı atom numarasına ve farklı kütle numarasına sahip atomlara izotop denir. Radyoaktif elementlerin izotopları 1913'te F. Soddy tarafından keşfedildi, ancak kısa süre sonra F. Aston kütle spektroskopisinin yardımıyla birçok kararlı elementin de izotopları olduğunu kanıtladı.

8. Radyoaktif radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi

Her türden radyoaktif radyasyon (alfa, beta, gama, nötronlar) ve ayrıca elektromanyetik radyasyon (X-ışını radyasyonu), atomların ve moleküllerin uyarılması ve iyonlaşması süreçlerinden oluşan canlı organizmalar üzerinde çok güçlü bir biyolojik etkiye sahiptir. canlı hücreler oluşturur. İyonlaştırıcı radyasyonun etkisi altında, vücutta radyasyon hasarına yol açan karmaşık moleküller ve hücresel yapılar yok edilir. Bu nedenle herhangi bir radyasyon kaynağı ile çalışırken radyasyon bölgesine düşebilecek kişilerin radyasyondan korunması için tüm tedbirlerin alınması gerekmektedir.

Ancak bir kişi ev ortamında iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalabilir. İnert, renksiz, radyoaktif bir gaz radonu insan sağlığı için ciddi bir tehlike oluşturabilir.Şekil 5'te gösterilen diyagramdan görülebileceği gibi, radon radyumun α-bozunmasının bir ürünüdür ve yarılanma ömrü T = 3.82'dir. günler. Radyum toprakta, taşlarda ve çeşitli bina yapılarında az miktarda bulunur. Nispeten kısa ömre rağmen, radyum çekirdeklerinin yeni bozunmaları nedeniyle radon konsantrasyonu sürekli olarak yenilenir, bu nedenle radon kapalı alanlarda birikebilir. Akciğerlere giren radon, α-parçacıkları yayar ve kimyasal olarak inert bir madde olmayan polonyuma dönüşür. Bunu uranyum serisinin bir dizi radyoaktif dönüşümleri takip eder (Şekil 5). Amerikan Radyasyon Güvenliği ve Kontrolü Komisyonu'na göre, ortalama bir insan iyonlaştırıcı radyasyonun %55'ini radondan ve sadece %11'ini tıbbi bakımdan almaktadır. Kozmik ışınların katkısı yaklaşık %8'dir. Bir kişinin yaşamı boyunca aldığı toplam radyasyon dozu, iyonlaştırıcı radyasyona ek maruziyete maruz kalan belirli mesleklerdeki kişiler için belirlenen izin verilen maksimum dozdan (MAD) birçok kez daha azdır.

9. Radyoaktif izotopların kullanımı

"Etiketli atomlar" yardımıyla gerçekleştirilen en göze çarpan çalışmalardan biri, organizmalardaki metabolizma çalışmasıydı. Nispeten kısa bir sürede vücudun neredeyse tamamen yenilendiği kanıtlanmıştır. Kurucu atomları yenileriyle değiştirilir. Sadece demir, kanın izotopik çalışması üzerine yapılan deneylerin gösterdiği gibi, bu kuralın bir istisnasıdır. Demir, kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobinin bir parçasıdır. Gıdaya radyoaktif demir atomları eklendiğinde, fotosentez sırasında açığa çıkan serbest oksijenin karbondioksit değil, suyun bir parçası olduğu bulundu. Radyoaktif izotoplar tıpta hem teşhis hem de tedavi amaçlı kullanılmaktadır. Kana küçük miktarlarda verilen radyoaktif sodyum, kan dolaşımını incelemek için kullanılır, iyot, özellikle Graves hastalığında tiroid bezinde yoğun bir şekilde biriktirilir. Bir sayaç ile radyoaktif iyot birikimini izleyerek, hızlı bir şekilde teşhis yapılabilir. Yüksek dozlarda radyoaktif iyot anormal gelişen dokuların kısmen tahrip olmasına neden olur ve bu nedenle Graves hastalığını tedavi etmek için radyoaktif iyot kullanılır. Kanser tedavisinde yoğun kobalt gama radyasyonu kullanılır (kobalt tabancası).

Radyoaktif izotopların endüstrideki uygulamaları daha az kapsamlı değildir. Bunun bir örneği, içten yanmalı motorlarda piston segman aşınmasının izlenmesi için aşağıdaki yöntemdir. Piston segmanını nötronlarla ışınlayarak, içinde nükleer reaksiyonlara neden olurlar ve onu radyoaktif hale getirirler. Motor çalışırken, halka malzemesinin parçacıkları yağlama yağına girer. Motorun belirli bir süre çalıştırılmasından sonra yağın radyoaktivite seviyesi incelenerek segmanın aşınması belirlenir. Radyoaktif izotoplar, metallerin difüzyonunu, yüksek fırınlardaki süreçleri vb. yargılamayı mümkün kılar.

Radyoaktif müstahzarların güçlü gama radyasyonu, metal dökümlerin iç yapısını incelemek ve içlerindeki kusurları tespit etmek için kullanılır.

Radyoaktif izotoplar giderek daha fazla kullanılıyor. tarım. Bitki tohumlarının (pamuk, lahana, turp vb.) radyoaktif müstahzarlardan küçük dozlarda gama ışınları ile ışınlanması, verimde gözle görülür bir artışa yol açar. Büyük dozlarda "radyasyon, bitkilerde ve mikroorganizmalarda mutasyonlara neden olur, bu da bazı durumlarda yeni değerli özelliklere sahip mutantların (radyoseleksiyon) ortaya çıkmasına neden olur. Böylece, değerli buğday, fasulye ve diğer mahsul çeşitleri yetiştirilmiş ve yüksek verimli mikroorganizmalar kullanılmıştır. antibiyotik üretiminde elde edilmiştir.Radyoaktif izotoplardan gelen gama radyasyonu, zararlı böcekleri kontrol etmek ve koruma için de kullanılır. Gıda Ürünleri. "Etiketli atomlar" tarım teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, fosfatlı gübrelerden hangisinin bitki tarafından daha iyi emildiğini bulmak için çeşitli gübreler radyoaktif fosfor 15 32P ile etiketlenir. Bitkileri radyoaktivite açısından inceleyerek, farklı gübre çeşitlerinden onlar tarafından emilen fosfor miktarı belirlenebilir.

Radyoaktivitenin ilginç bir uygulaması, arkeolojik ve jeolojik bulguların radyoaktif izotopların konsantrasyonuyla tarihlendirilmesi yöntemidir. En yaygın kullanılan yöntem radyokarbon tarihlemedir. Atmosferde kararsız bir karbon izotopu oluşur. nükleer reaksiyonlar kozmik ışınlardan kaynaklanır. Bu izotopun küçük bir yüzdesi, normal kararlı izotopla birlikte havada bulunur.Bitkiler ve diğer organizmalar havadan karbon tüketirler ve her iki izotopu da havadakiyle aynı oranda biriktirirler. Bitkiler öldükten sonra karbon tüketmeyi bırakırlar ve β-çürüme sonucunda kararsız izotop 5730 yıllık yarılanma ömrü ile yavaş yavaş nitrojene dönüşür. Eski organizmaların kalıntılarındaki göreceli radyoaktif karbon konsantrasyonunu doğru bir şekilde ölçerek, ölüm zamanlarını belirlemek mümkündür.

kullanılmış literatür listesi

1. Radyoaktivite doktrini. Tarih ve modernite. M. Nauka, 1973 2. Bilim ve teknolojide nükleer radyasyon. M. Nauka, 1984 Furman VI 3. Alfa bozunması ve ilgili nükleer reaksiyonlar. M. Bilim, 1985

4. Landsberg G.S. İlköğretim fizik ders kitabı. Cilt III. - M.: Nauka, 19865. Seleznev Yu. A. Temel fiziğin temelleri. –M.: Nauka, 1964.6. CD-ROM Büyük Ansiklopedi Cyril ve Methodius, 1997.

7. M. Curie, Radyoaktivite, çev. Fransızcadan, 2. baskı, M. - L., 1960

8. A. N. Murin, Radyoaktiviteye Giriş, L., 1955

9. A. S. Davydov, Atom çekirdeği teorisi, Moskova, 1958

10. Gaisinsky M.N., Nükleer kimya ve uygulamaları, çev. Fransızca, Moskova, 1961

11. Deneysel Nükleer Fizik, ed. E. Segre, çev. İngilizce'den, cilt 3, M., 1961; İNTERNET Ağ Araçları

İZOTOPLAR- aynı kimyasal elementin, fiziksel ve kimyasal özelliklerinde benzer, ancak farklı atom kütlelerine sahip çeşitleri. "İzotoplar" adı, 1912'de, onu iki Yunanca kelimeden oluşturan İngiliz radyokimyacı Frederick Soddy tarafından önerildi: isos - aynı ve topos - yer. İzotoplar, Mendeleev'in periyodik element sistemi hücresinde aynı yeri işgal eder.

Herhangi bir kimyasal elementin atomu, pozitif yüklü bir çekirdekten ve onu çevreleyen negatif yüklü elektronlardan oluşan bir buluttan oluşur. Bir kimyasal elementin Mendeleev'in periyodik sistemindeki konumu (seri numarası), atomlarının çekirdeğinin yükü ile belirlenir. izotoplar bu nedenle denir atomları aynı nükleer yüke sahip olan (ve dolayısıyla hemen hemen aynı olan) aynı kimyasal elementin çeşitleri elektron kabukları), ancak çekirdeğin kütlesinin değerlerinde farklılık gösterir. F. Soddy'nin mecazi ifadesine göre, izotopların atomları "dışta" aynıdır, ancak "içeride" farklıdır.

Nötron 1932'de keşfedildi - bir hidrojen atomunun çekirdeğinin kütlesine yakın bir kütleye sahip, yükü olmayan bir parçacık - bir proton , ve yaratıldı çekirdeğin proton-nötron modeli. Sonuç olarak bilimde, izotop kavramının son modern tanımı yapılmıştır: izotoplar, atom çekirdeği aynı sayıda protondan oluşan ve yalnızca çekirdekteki nötron sayısında farklılık gösteren maddelerdir. . Her izotop genellikle bir dizi sembolle gösterilir; burada X bir kimyasal elementin sembolüdür, Z atom çekirdeğinin yüküdür (proton sayısı), A izotopun kütle numarasıdır ( toplam sayısı nükleonlar - çekirdekteki protonlar ve nötronlar, A = Z + N). Çekirdeğin yükü, kimyasal elementin sembolü ile açık bir şekilde ilişkilendirildiğinden, genellikle kısaltma için A X gösterimi kullanılır.

Bildiğimiz tüm izotoplardan yalnızca hidrojen izotoplarının kendi adları vardır. Bu nedenle, 2H ve 3H izotoplarına döteryum ve trityum denir ve sırasıyla D ve T olarak adlandırılır (1H izotopuna bazen protium denir).

Doğal olarak kararlı izotoplar olarak bulunurlar. , ve kararsız - radyoaktif, atomların çekirdekleri, çeşitli parçacıkların emisyonu (veya sözde radyoaktif bozunma süreçleri) ile diğer çekirdeklere kendiliğinden dönüşüme maruz kalır. Şimdi yaklaşık 270 kararlı izotop bilinmektedir ve kararlı izotoplar sadece atom numarası Z Ј 83 olan elementlerde bulunur. Kararsız izotopların sayısı 2000'i aşıyor, bunların büyük çoğunluğu çeşitli nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak yapay olarak elde edildi. Birçok elementteki radyoaktif izotopların sayısı çok fazladır ve iki düzineyi geçebilir. Kararlı izotopların sayısı çok daha azdır.Bazı kimyasal elementler yalnızca bir kararlı izotoptan (berilyum, flor, sodyum, alüminyum, fosfor, manganez, altın ve bir dizi başka element) oluşur. En büyük sayı kararlı izotoplar - 10 kalayda, demirde bulunur, örneğin 4, cıvada - 7.

İzotopların keşfi, tarihsel arka plan.

1808'de İngiliz doğa bilimci John Dalton ilk olarak bir kimyasal elementin tanımını tek tür atomlardan oluşan bir madde olarak tanıttı. 1869'da kimyager DIMendeleev, kimyasal elementlerin periyodik yasasını keşfetti. Periyodik sistemin hücresinde belirli bir yer kaplayan bir madde olarak bir element kavramını doğrulamanın zorluklarından biri, deneysel olarak gözlemlenen elementlerin tamsayı olmayan atom ağırlıklarıydı. 1866'da İngiliz fizikçi ve kimyager - Sir William Crookes, her doğal kimyasal elementin özelliklerinde aynı olan, ancak farklı atom kütlelerine sahip maddelerin bir karışımı olduğu hipotezini ortaya koydu, ancak o zaman bu varsayım henüz deneysel değildi. onaylandı ve bu nedenle çok az fark edildi.

İzotopların keşfine yönelik önemli bir adım, radyoaktivite olgusunun ve Ernst Rutherford ve Frederick Soddy tarafından formüle edilen radyoaktif bozunma hipotezinin keşfiydi: radyoaktivite, bir atomun yüklü bir parçacığa ve başka bir elementin atomuna bozunmasından başka bir şey değildir. kimyasal özelliklerinde orijinalinden farklı olan . Sonuç olarak, radyoaktif seriler veya radyoaktif aileler kavramı ortaya çıktı. , başında radyoaktif olan ilk ana öğe ve sonunda - son kararlı öğe bulunur. Dönüşüm zincirlerinin bir analizi, seyirlerinde, yalnızca atomik kütlelerde farklılık gösteren bir ve aynı radyoaktif elementlerin, periyodik sistemin bir hücresinde görünebileceğini gösterdi. Aslında bu, izotop kavramının tanıtılması anlamına geliyordu.

Daha sonra, 1912-1920'de J. J. Thomson ve Aston'un pozitif yüklü parçacıkların (veya kanal ışınları olarak adlandırılan) ışınlarıyla yaptığı deneylerde kimyasal elementlerin kararlı izotoplarının varlığının bağımsız olarak doğrulanması elde edildi. ) boşaltma borusundan çıkıyor.

1919'da Aston, kütle spektrografı adı verilen bir alet tasarladı. (veya kütle spektrometresi) . Deşarj tüpü hala iyon kaynağı olarak kullanılıyordu, ancak Aston, parçacık demetinin elektriksel ve manyetik alanlar aynı yük-kütle oranına sahip (hızlarından bağımsız olarak) parçacıkların ekranda aynı noktada odaklanmasına yol açtı. Aston ile birlikte, aynı yıllarda Amerikan Dempster tarafından biraz farklı bir tasarıma sahip bir kütle spektrometresi oluşturuldu. Birçok araştırmacının çabalarıyla kütle spektrometrelerinin sonraki kullanımı ve geliştirilmesinin bir sonucu olarak, 1935 yılına kadar o zamana kadar bilinen tüm kimyasal elementlerin izotopik bileşimlerinin neredeyse eksiksiz bir tablosu derlendi.

İzotop ayırma yöntemleri.

İzotopların özelliklerini incelemek ve özellikle bunları bilimsel ve uygulamalı amaçlarla kullanmak için az çok fark edilir miktarlarda elde etmek gerekir. Geleneksel kütle spektrometrelerinde, izotopların neredeyse tamamen ayrılması sağlanır, ancak sayıları ihmal edilebilir düzeydedir. Bu nedenle, bilim adamlarının ve mühendislerin çabaları, diğer olası izotop ayırma yöntemlerini araştırmaya yönlendirildi. Her şeyden önce, aynı elementin izotoplarının buharlaşma oranları, denge sabitleri, hızlar gibi özelliklerindeki farklılıklara dayalı olarak fiziksel ve kimyasal ayırma yöntemlerine hakim olundu. kimyasal reaksiyonlar vb. Aralarında en etkili olanı, hafif elementlerin izotoplarının endüstriyel üretiminde yaygın olarak kullanılan düzeltme ve izotopik değişim yöntemleriydi: hidrojen, lityum, bor, karbon, oksijen ve azot.

Bir başka yöntem grubu, moleküler-kinetik yöntemlerle oluşturulur: gaz halinde difüzyon, termal difüzyon, kütle difüzyonu (bir buhar akışında difüzyon) ve santrifüjleme. yöntemler gaz difüzyonu Yüksek oranda dağılmış gözenekli ortamlarda izotopik bileşenlerin farklı difüzyon hızlarına dayanan, İkinci Dünya Savaşı sırasında organize etmek için kullanıldı. endüstriyel üretim ABD'de uranyum izotoplarının ayrılması sözde Manhattan projesi çerçevesinde atom bombası. Atom bombasının ana "yanıcı" bileşeni olan hafif izotop 235 U ile% 90'a kadar zenginleştirilmiş gerekli miktarda uranyum elde etmek için, yaklaşık dört bin hektarlık bir alanı kaplayan bitkiler inşa edildi. Zenginleştirilmiş uranyum üretimi için tesisler içeren bir atom merkezinin oluşturulması için 2 milyar dolardan fazla tahsis edildi.Savaştan sonra, difüzyon ayırma yöntemine de dayanan askeri amaçlı zenginleştirilmiş uranyum üretimi için tesisler geliştirildi ve SSCB'de inşa edilmiştir. AT son yıllar bu yöntem yerini daha verimli ve daha az maliyetli bir santrifüj yöntemine bırakmıştır. Bu yöntemde, izotop karışımını ayırma etkisi, yukarıdan ve aşağıdan sınırlı, ince duvarlı bir silindir olan santrifüj rotorunu dolduran izotop karışımının bileşenleri üzerindeki merkezkaç kuvvetlerinin farklı etkisi nedeniyle elde edilir. vakum odasında çok yüksek hız. Her birinin rotoru saniyede binden fazla devir yapan kaskadlar halinde bağlı yüzbinlerce santrifüj, şu anda hem Rusya'da hem de dünyanın diğer gelişmiş ülkelerinde modern ayırma tesislerinde kullanılmaktadır. Santrifüjler, çalışması için gereken zenginleştirilmiş uranyumu elde etmekten daha fazlası için kullanılır. nükleer reaktörler nükleer santraller değil, aynı zamanda periyodik tablonun orta kısmındaki yaklaşık otuz kimyasal elementin izotoplarının üretimi için. Çeşitli izotopların ayrılması için güçlü iyon kaynaklarına sahip elektromanyetik ayırma tesisatları da kullanılmakta olup, son yıllarda lazer ayırma yöntemleri de yaygınlaşmıştır.

Radyoaktif radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi

Her türden radyoaktif radyasyon (alfa, beta, gama, nötronlar) ve ayrıca elektromanyetik radyasyon (X-ışını radyasyonu), atomların ve moleküllerin uyarılması ve iyonlaşması süreçlerinden oluşan canlı organizmalar üzerinde çok güçlü bir biyolojik etkiye sahiptir. canlı hücreler oluşturur. İyonlaştırıcı radyasyonun etkisi altında, karmaşık moleküller ve hücresel yapılar yok edilir ve bu da vücuda radyasyon hasarı. Bu nedenle herhangi bir radyasyon kaynağı ile çalışırken radyasyon bölgesine düşebilecek kişilerin radyasyondan korunması için tüm tedbirlerin alınması gerekmektedir.

Ancak bir kişi ev ortamında iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalabilir. İnert, renksiz, radyoaktif bir gaz olan radon insan sağlığı için ciddi tehlike oluşturabilir, radyumun bozunma ürünüdür ve yarılanma ömrü T = 3.82 gündür. Radyum toprakta, taşlarda ve çeşitli bina yapılarında az miktarda bulunur. Nispeten kısa ömre rağmen, radyum çekirdeklerinin yeni bozunmaları nedeniyle radon konsantrasyonu sürekli olarak yenilenir, bu nedenle radon kapalı alanlarda birikebilir. Akciğerlere giren radon, -partiküller yayar ve kimyasal olarak inert bir madde olmayan polonyuma dönüşür. Bunu, uranyum serisinin bir radyoaktif dönüşüm zinciri takip eder. Amerikan Radyasyon Güvenliği ve Kontrolü Komisyonu'na göre, ortalama bir insan iyonlaştırıcı radyasyonun %55'ini radondan ve sadece %11'ini tıbbi bakımdan almaktadır. Kozmik ışınların katkısı yaklaşık %8'dir. Bir kişinin yaşamı boyunca aldığı toplam radyasyon dozu, birçok kez daha azdır. izin verilen maksimum doz(SDA), iyonlaştırıcı radyasyona ek maruz kalmaya maruz kalan belirli mesleklerden insanlar için kurulmuştur.

Radyoaktif izotopların kullanımı

"Etiketli atomlar" yardımıyla gerçekleştirilen en göze çarpan çalışmalardan biri, organizmalardaki metabolizma çalışmasıydı. Nispeten kısa bir sürede vücudun neredeyse tamamen yenilendiği kanıtlanmıştır. Kurucu atomları yenileriyle değiştirilir. Sadece demir, kanın izotopik çalışması üzerine yapılan deneylerin gösterdiği gibi, bu kuralın bir istisnasıdır. Demir, kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobinin bir parçasıdır. Gıdaya radyoaktif demir atomları eklendiğinde, fotosentez sırasında açığa çıkan serbest oksijenin karbondioksit değil, suyun bir parçası olduğu bulundu. Radyoaktif izotoplar tıpta hem teşhis hem de tedavi amaçlı kullanılmaktadır. Kana küçük miktarlarda verilen radyoaktif sodyum, kan dolaşımını incelemek için kullanılır, iyot, özellikle Graves hastalığında tiroid bezinde yoğun bir şekilde biriktirilir. Bir sayaç ile radyoaktif iyot birikimini izleyerek, hızlı bir şekilde teşhis yapılabilir. Yüksek dozlarda radyoaktif iyot anormal gelişen dokuların kısmen tahrip olmasına neden olur ve bu nedenle Graves hastalığını tedavi etmek için radyoaktif iyot kullanılır. Kanser tedavisinde yoğun kobalt gama radyasyonu kullanılır (kobalt tabancası).

Radyoaktif izotopların endüstrideki uygulamaları daha az kapsamlı değildir. Bunun bir örneği, içten yanmalı motorlarda piston segman aşınmasının izlenmesi için aşağıdaki yöntemdir. Piston segmanını nötronlarla ışınlayarak, içinde nükleer reaksiyonlara neden olurlar ve onu radyoaktif hale getirirler. Motor çalışırken, halka malzemesinin parçacıkları yağlama yağına girer. Motorun belirli bir süre çalıştırılmasından sonra yağın radyoaktivite seviyesi incelenerek segmanın aşınması belirlenir. Radyoaktif izotoplar, metallerin difüzyonunu, yüksek fırınlardaki süreçleri vb. yargılamayı mümkün kılar.

Radyoaktif müstahzarların güçlü gama radyasyonu, metal dökümlerin iç yapısını incelemek ve içlerindeki kusurları tespit etmek için kullanılır.

Radyoaktif izotoplar tarımda giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bitki tohumlarının (pamuk, lahana, turp vb.) radyoaktif müstahzarlardan küçük dozlarda gama ışınları ile ışınlanması, verimde gözle görülür bir artışa yol açar. Büyük dozlarda "radyasyon, bitkilerde ve mikroorganizmalarda mutasyonlara neden olur, bu da bazı durumlarda yeni değerli özelliklere sahip mutantların (radyoseleksiyon) ortaya çıkmasına neden olur. Böylece, değerli buğday, fasulye ve diğer mahsul çeşitleri yetiştirilmiş ve yüksek verimli mikroorganizmalar kullanılmıştır. antibiyotik üretiminde elde edilmiştir.Radyoaktif izotoplardan gelen gama radyasyonu da zararlı böcekleri kontrol etmek ve yiyecekleri korumak için kullanılır.Tarım teknolojisinde "Etiketli atomlar" yaygın olarak kullanılmaktadır.Örneğin, fosforlu gübrelerden hangisinin daha iyi olduğunu bulmak için bitki tarafından emilir, çeşitli gübreler radyoaktif fosfor 15 32P ile etiketlenir. daha sonra bitkiler radyoaktivite için, farklı gübre çeşitlerinden onlar tarafından emilen fosfor miktarını belirleyebilirsiniz. Radyoaktivitenin ilginç bir uygulaması, arkeolojik ve jeolojik bulguların tarihlendirilmesi yöntemidir. radyoaktif izotopların konsantrasyonu ile.En yaygın kullanılan radyokarbon tarihleme yöntemi.Kararsız ve kozmik ışınların neden olduğu nükleer reaksiyonlar nedeniyle atmosferde bir karbon izotopu oluşur. Bu izotopun küçük bir yüzdesi, normal kararlı izotopla birlikte havada bulunur.Bitkiler ve diğer organizmalar havadan karbon tüketir ve her iki izotopu da havada olduğu oranda biriktirir. Bitkilerin ölümünden sonra karbon tüketmeyi bırakırlar ve çürüme sonucu kararsız izotop, 5730 yıllık bir yarı ömürle yavaş yavaş azota dönüşür. Eski organizmaların kalıntılarındaki göreceli radyoaktif karbon konsantrasyonunu doğru bir şekilde ölçerek, ölüm zamanlarını belirlemek mümkündür.

radyoaktivite kullanımı.

1. Biyolojik eylemler. Radyoaktif radyasyonun canlı hücreler üzerinde feci bir etkisi vardır. Bu etkinin mekanizması, hızlı yüklü parçacıkların geçişi sırasında atomların iyonlaşması ve hücre içindeki moleküllerin bozunması ile ilişkilidir. Hızlı büyüme ve üreme durumunda olan hücreler özellikle radyasyonun etkilerine karşı hassastır. Bu durum kanserli tümörlerin tedavisi için kullanılır.

Tedavi amacıyla, g-radyasyonu yayan radyoaktif preparatlar kullanılır, çünkü ikincisi vücuda gözle görülür bir zayıflama olmadan nüfuz eder. Çok yüksek olmayan radyasyon dozlarında kanser hücreleri ölürken hastanın vücudunda önemli bir hasar oluşmaz. X-ışını tedavisi gibi kanser radyoterapisinin hiçbir şekilde her zaman bir tedaviye yol açan evrensel bir çare olmadığı belirtilmelidir.

Aşırı yüksek dozlarda radyoaktif radyasyon, hayvanlarda ve insanlarda ciddi hastalıklara (radyasyon hastalığı denir) neden olur ve ölüme yol açabilir. Çok küçük dozlarda, radyoaktif radyasyon, özellikle a-radyasyon, aksine, vücut üzerinde uyarıcı bir etkiye sahiptir. Bununla ilgili olarak az miktarda radyum veya radon içeren radyoaktif maden sularının iyileştirici etkisi vardır.

2. Işıltılı bileşikler Işıldayan maddeler, radyoaktif radyasyonun etkisi altında parlar (bkz. § 213). Parlak bir maddeye (örneğin çinko sülfür) çok az miktarda radyum tuzu eklenerek kalıcı olarak parlak boyalar hazırlanır. Bu boyalar, saatlerin, manzaraların vb. kadranlarına ve ibrelerine uygulandığında onları karanlıkta görünür kılar.

3. Dünyanın yaşının belirlenmesi. atom kütlesi radyoaktif elementler içermeyen cevherlerden çıkarılan sıradan kurşun 207.2'dir, bu mineraller oluşum sırasında (bir eriyik veya çözeltiden kristalleşme) kurşun içermiyordu; bu tür minerallerde bulunan tüm kurşun, uranyumun bozunmasının bir sonucu olarak birikmiştir. Radyoaktif bozunma yasasını kullanarak, bir mineraldeki kurşun ve uranyum miktarlarının oranına göre yaşını belirlemek mümkündür.

Bu yöntemle belirlenen uranyum içeren çeşitli kökenlerden minerallerin yaşı yüz milyonlarca yıl olarak ölçülmektedir. En eski mineraller 1,5 milyar yıldan daha eskidir.

İzotopların, özellikle radyoaktif olanların sayısız uygulamaları vardır. Masada. 1.13, izotopların bazı endüstriyel uygulamalarının seçilmiş örneklerini gösterir. Bu tabloda bahsedilen her teknik başka endüstrilerde de kullanılmaktadır. Örneğin, radyoizotoplar kullanılarak bir maddenin sızıntısını belirleme tekniği kullanılır: içecek endüstrisinde depolama tanklarından ve boru hatlarından sızıntıyı belirlemek için; mühendislik yapılarının yapımında

Tablo 1.13. Radyoizotopların bazı uygulamaları

yeraltı kanallarından sızıntının belirlenmesi; enerji santrallerindeki ısı eşanjörlerinden sızıntıyı tespit etmek için enerji endüstrisinde; petrol endüstrisinde yeraltı boru hatlarından sızıntıyı belirlemek için; ana kollektörlerden gelen sızıntıları tespit etmek için atık ve kanalizasyon suyunun kontrolü hizmetindedir.

İzotoplar da yaygın olarak kullanılmaktadır. bilimsel araştırma. Özellikle kimyasal reaksiyonların mekanizmalarını belirlemek için kullanılırlar. Örnek olarak, etil asetat gibi esterlerin hidrolizini incelemek için stabil oksijen izotopu 180 ile etiketlenmiş suyun kullanımını düşünün (ayrıca bkz. Bölüm 19.3). İzotop 180'i saptamak için kütle spektrometrisi kullanılarak, hidroliz sırasında su molekülündeki oksijen atomunun etanole değil asetik aside gittiği bulundu.

Radyoizotoplar biyolojik araştırmalarda etiketli atomlar olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Canlı sistemlerde metabolik yolları izlemek için karbon-14, trityum, fosfor-32 ve kükürt-35 radyoizotopları kullanılır. Örneğin, bitkiler tarafından gübrelenmiş topraktan fosfor emilimi, fosfor-32 katkısı içeren gübreler kullanılarak izlenebilir.

radyasyon tedavisi.

İyonize radyasyon canlı dokuyu yok edebilir. Malign tümörlerin dokuları radyasyona sağlıklı dokulardan daha duyarlıdır. Bu, radyoaktif izotop kobalt-60 olan bir kaynaktan yayılan gama ışınlarıyla kanserleri tedavi etmeyi mümkün kılar. Radyasyon, hastanın vücudunun tümörden etkilenen bölgesine yönlendirilir; Tedavi seansı birkaç dakika sürer ve 2-6 hafta boyunca günlük olarak tekrarlanır. Seans sırasında hastanın vücudunun diğer tüm bölümleri sağlıklı dokuların tahribatını önlemek için dikkatlice radyasyon geçirmeyen malzeme ile kaplanmalıdır.

Radyokarbon kullanılarak numunelerin yaşının belirlenmesi.

Atmosferdeki karbondioksitin küçük bir kısmı radyoaktif izotop içerir. Bitkiler fotosentez sırasında bu izotopu emer. Bu nedenle tüm dokular

bitkiler ve hayvanlar da bu izotopu içerir. Canlı dokular sabit bir radyoaktivite düzeyine sahiptir, çünkü radyoaktif bozunmadan kaynaklanan azalma, atmosferden sürekli radyokarbon arzı ile telafi edilir. Bununla birlikte, bir bitki veya hayvanın ölümü meydana gelir gelmez, dokularına radyokarbon akışı durur. Bu, ölü dokuların radyoaktivite seviyesinde kademeli bir azalmaya yol açar.

İzotopun radyoaktivitesi -çürüme nedeniyledir.

Radyokarbon jeokronoloji yöntemi 1946'da W.F. Onun için alınan Libby, Nobel Ödülü 1960 yılında Kimya'da bu yöntem arkeologlar, antropologlar ve jeologlar tarafından 35.000 yaşına kadar olan örneklerin tarihlendirilmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemin doğruluğu yaklaşık 300 yıldır. En iyi sonuçlar yün, tohum, kabuk ve kemiklerin yaşı belirlenirken elde edilir. Bir numunenin yaşını belirlemek için, içerdiği 1 g karbon başına p-radyasyon aktivitesi (dakikada bozunma) ölçülür. Bu, izotop için radyoaktif bozunma eğrisi kullanılarak numunenin yaşının belirlenmesini sağlar.

Yarı ömrü 5700 yıldır. Atmosferle aktif temas halinde olan canlı doku, 1 g karbon başına 15.3 dağılma/dakika aktiviteye sahiptir. Bu veriler şunları gerektirir:

a) için bozunma sabitini belirleyin

b) için bir bozunma eğrisi oluşturun

c) Volkanik kökenli Lake Oregon Krateri'nin ABD'deki yaşını hesaplayınız. sırasında bir ağacın devrildiği tespit edildi.

Gölün oluşumuyla sonuçlanan patlama, 1 g karbon başına 6.5 dağılma/dakika aktiviteye sahiptir.

a) Bozunma sabiti denklemden bulunabilir.

b) Bozulma eğrisi, zamana karşı bir faaliyet grafiğidir. Bu eğriyi çizmek için gereken veriler, numunenin yarı ömrü ve başlangıç ​​aktivitesinden (canlı doku aktivitesi) hesaplanabilir; bu veriler tabloda verilmiştir. 1.14. Bozunma eğrisi, Şek. 1.32.

c) Gölün yaşı bozunma eğrisi kullanılarak belirlenebilir (Şekil 1.32'deki kesikli çizgilere bakınız). Bu yaş 7000 yıldır.

Tablo 1.14. Numunelerin yaşını belirlemede kullanılan karbonun radyoaktif bozunma eğrisini oluşturmaya yönelik veriler

Pirinç. 1.32. Radyoaktif izotop bozunma eğrisi

Dünya ve Ay'daki birçok kaya, yıllara göre yarılanma ömrüne sahip radyoizotoplar içerir. Bu radyoizotopların nispi içeriğini, bu tür kaya oluşumlarının numunelerindeki bozunma ürünlerinin nispi içeriğiyle ölçerek ve karşılaştırarak, yaşları belirlenebilir. Jeokronolojinin en önemli üç yöntemi, izotopların nispi bolluğunun (yarı ömür yılları) belirlenmesine dayanır. (yarı ömür yılları) ve (yarı ömür yılları).

Potasyum ve argon ile tarihleme yöntemi.

Mika ve bazı feldspat çeşitleri gibi mineraller az miktarda radyoizotop potasyum-40 içerir. Bozunur, elektron yakalar ve argon-40'a dönüşür:

Numunenin yaşı, numunedeki potasyum-40'ın argon-40'a kıyasla nispi içeriğine ilişkin verileri kullanan hesaplamalara dayalı olarak belirlenir.

Rubidyum ve stronsiyum tarihleme yöntemi.

Grönland'ın batı kıyısındaki granitler gibi dünyadaki en eski kayalardan bazıları rubidyum içerir. Tüm rubidyum atomlarının yaklaşık üçte biri radyoaktif rubidyum-87'dir. Bu radyoizotop, kararlı izotop stronsiyum-87'ye bozunur. Örneklerdeki rubidyum ve stronsiyum izotoplarının nispi içeriğine ilişkin verilerin kullanımına dayalı hesaplamalar, bu tür kayaların yaşının belirlenmesini mümkün kılar.

Uranyum ve kurşun için tarihleme yöntemi.

Uranyum izotopları bozunarak kurşun izotoplarına dönüşür. Uranyumun safsızlıklarını içeren apatit gibi minerallerin yaşı, numunelerindeki belirli uranyum ve kurşun izotoplarının içeriği karşılaştırılarak belirlenebilir.

Tanımlanan üç yöntemin tümü, karasal kayaların tarihlendirilmesi için kullanılmıştır. Ortaya çıkan veriler, Dünya'nın yaşının yıllar olduğunu göstermektedir. Bu yöntemler aynı zamanda uzay görevlerinden Dünya'ya getirilen ay taşlarının yaşını belirlemek için de kullanıldı. Bu ırkların yaşı 3.2 ila yıl arasındadır.