Бета-ыдырау

β-сәулесінің табиғатын 1899 ж Резерфорд ашқан болатын. Ол шапшаң қозғалатын электрондар ағыны. β-бөлшекті деп белгілейді. Массалық санның болуы, электронның массасы массаның атомдық бірлігімен салыстырғанда елеусіз аз екенін көрсетеді. Ығысу ережесін бета-ыдырауға қолданайық.

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

мұндағы — электрлік заряды нөлге тең, тыныштық массасы жоқ электрондық антинейтрино деп аталатын бөлшек. Бұндай ыдырауды электрондық β-ыдырау деп атайды. Радиоактивті электронды β-ыдырау процесі ядрода нейтронның протонға айналуы және осы кезде электронның және антинейтриноның   қабаттаса түзілуі арқылы өтеді:

Ядроның ішінде электронның пайда болуы осы нейтронның ыдырауының нәтижесі екен. Бета-ыдырау кезінде туынды ядро мен электрон жүйесінің энергиясы ыдырауға дейінгі аналық ядро жүйесінің энергиясынан кем болып шығатынын өлшеулер көрсетті. β-ыдырау кезінде энергияның сақталу заңының орындалатына күмән туды. 1930 жылы В. Паулиp β-ыдырау кезінде, ядродан электроннан басқа тағы бір массалық саны () мен зарядының саны () нөлге тең бөлшек бөлініп шығады деген жорамалды ұсынды. β–ыдыраудағы энергияның сақталу заңының бұзылуына себепші, жетіспей тұрған энергия осы нейтраль бөлшекке тиесілі екен.

Үлы итальян ғалымы Э.Фермидің ұсынысы бойынша бұл бөлшекті нейтрино v  деп атаған. Нейтриноның электр заряды мен тыныштық массасы нөлге тең болғандықтан, оның затпен әрекеттесуі әлсіз, сондықтан эксперимент арқылы тіркеу аса қиыншылық туғызды. Ұзакка созылған ізденістер нәтижесінде тек 1956 жылы ғана нейтриноны тіркеу мүмкін болды. Ал антинейтрино осы нейтриноның антибөлшегі болып табылады. Электрондық β^--ыдыраудан басқа позитрондық β⁺-ыдырау процесі де өтуі мүмкін. Позитрондық радиоактивтік кезінде ядродағы протонның біреуі нейтронға айналып, позитрон мен электрондық нейтрино v бөлініп шығады:

Ядроның зарядтық саны бірлік зарядқа кемиді, нәтижесінде элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жүйенің бас жағына қарай бір орынға ығысады:

мұндағы позитрон, электронның антибөлшегі, массасы электронның массасына тең. Аналық және туынды ядролар — изобаралар.

Гамма-ыдырау

1900 жылы Вилaрд ядролық сәуле шығарудың құрамындағы үшінші компоненттің бар екенін тапты, оны гамма (у)-сәуле шығару деп атаған. Гамма-сәуле шығару магнит өрісінде ауытқымайды, демек, оның заряды жоқ. Гамма-сәуле шығару радиоактивтік ыдыраудың жеке бір түрі емес, ол альфа және бета-ыдыраулармен қабаттаса өтетін процесс. Жоғарыда айтқанымыздай, туынды ядро қозған күйде болады. Қозған күйдегі ядро атом сияқты, жоғарғы энергетикалық деңгейден төменгі энергетикалық деңгейге өткенде, энергиясы бар гамма-квантын шығарады, мұндағы —қозған, — қалыпты күйдегі энергиялар . Ядродан шығатын ү-сәулелері дегеніміз — фотондар ағыны болып шықты.

Гамма-ыдыраудың формуласын жазайық:

мұндағы — қозған аналық ядро, — оның қалыпты күйдегі нуклиді.  γ-сәулесінің толқын ұзындығы өте қысқа болып келеді: λ = 10^-8 / 10^-11 см. Сондықтан радиоактивті сәулелердің ішінде γ-сәулесінің өтімділік қабілеті ең жоғары, ол қалыңдығы 10 см қорғасын қабатынан өтіп кетеді. Гамма-кванттың өтімділік кабілеті өте жоғары, ауадағы еркін жүру жолының ұзындығы 120 м.

Радиоактивті ыдырау заңы — атом ядроларының  әр түрлі бөлшектер мен сәулелер шығара отырып, өздігінен түрлену заңы. Радиоактивті ыдырау заңын Резерфорд ашқан:

мұндағы - уақыт интервалы аралығында ыдыраған ядролар саны;-уақыт мезеттіне ыдыраған ядролар саны;- бастапқы мезеттегі ядролар саны ();- ралдиоактивтік ыдырау тұрақтысы.

• Жартылай ыдырау периоды - ыдырымай қалған ядролардың саны екі есе азаятын уақыт аралығы. Жартылай ыдырау периодының ыдырау тұрақтысымен байланысы:

• уақыт аралығында ыдыраған бөлшктер саны:

• Радиоактивтік ялроның орташа уақыт аралығы деп ыдырамай қалатын ядролардың саныесе кемитін уақыт аралығы аталады

• Радиоактвтік изотоптағы атомдар саны:

мұндағы - изотоптың массасы;- оның молдік массасы;-Авогадро тұрақтысы.

• Ралиоактивтік изотоптың активтігі:

мұндағы -уақыт интервалы аралығында ыдыраған ядролар саны;- изотоптың бастапқы уақыт мезетіндегі активтігі.

• Егер бір бірінен туатын бірнеше радиоактивтік изтоптардың қоспасы болатын болса және қатардың бірінші мүшесінің радиоактивтік тұрақтысы қатардың қалған мүшелерінің радиоактивтік тұрақтыларынан көп кіші болатын болса, онда қоспада радиоактивтік тепе-теңдік орнайды, осы кезде қатар мүшелерінің активтіктері бірдей болады:

Эксперименттік зерттеулер радиоактивті ыдырау  толығымен статистикалық заңдылыққа бағынатынын дәлелдеді. Белгілі бір радиоактивті изотоптың ядролары бірдей болады. Атом ядросының және ядролардың қайсысының ыдырайтыны - кездейсоқ оқиға. Статистикалық құбылыстарды сипаттау үшін оқиғаның ықтималдығы ұғымын қолданады.