რადიოაქტიური დაშლა

რადიოაქტიური დაშლა, რადიოაქტიურობა (< და ) — ქიმიური ელემენტის არამდგრადი იზოტოპის თავისთავადი (სპონტანური) გარდაქმნა სხვა იზოტოპად (ჩვეულებრივ სხვა ელემენტის იზოტოპად), რომლის მოვლენის არსი მდგომარეობს ძირითად ან დიდი სიცოცხლის ხანგრძლივობის აგზნებულ (მეტასტაბილურ) მდგომარეობაში მყოფი ატომური ბირთვის შედგენილობის თავისთავად ცვლილებაში. ბირთვების ასეთ გარდაქმნებს თან სდევნ ელემენტარული ნაწალაკების ან სხვა ბირთვების. მაგალითად, ^4_2He ბირთვების (α-ნაწილაკების) გამოსხივება, ყველა ცნობილი რადიოაქტიური, გარდაქმნა მიკროსამყაროსათვის დამაბასიათებელი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების შედეგია. ძლიერი ურთიერთქმედებები (ბირთვული ძალები) იწვევენ გარდაქმნებს, რომლებსაც თან სდევს ბირთვული ნაწილაკების, მაგალითად, α-ნაწილაკების, პროტონების ან ბირთვის გახლეჩის პროდუქტების გამოსხივება. სუსტი ურთიერთქმედება ვლინდება ბირთვების β-დაშლისას. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება იწვევს კვანტურ გადასვლებს ერთი და იმავე ბირთვის სხვადასხვა მდგომარეობას შორის და განაპირობებს γ-გამოსხივებას. ეს გადასვლები არ იწვევს ბირთვების შედგენილობის ცვლილებას და ამიტომ, თანამედროვე კლასიფიკაციით, რადიაქტიურ გარდაქმნებს არ მიეკუთვნებიან. რადიოაქტიურისაგან უნდა განვასხვავოთ გარდაქმნები შედგენილი ბირთვებისა, რომლებიც მიიღება ბირთვული რეაქციების დროს ბირთვსამიზნეების მიერ მათზე დაცემული ბირთვული ნაწილაკის შთანთქმის შედეგად.
კვლევის ისტორია
რადიოაქტირობის აღმოჩენის თარიდად ითვლება 1896 წელი, როდესაც ა. ბეკერელმა აღმოაჩინა ურანის მიერ უცნობი სახის გამჭოლი სხივების გამოსხივება. მალე აღმოჩენილ იქნა თორიუმის რადიოაქტიურობა, ხოლო 1898 წელს ცოლ-ქმარმა მ. სკლოდოვსკა-კიურიმ და პ. კიიურიმ აღმოაჩინეს ორი აახალი რადიოაქტიური ელემენტი — პოლონიუმი და რადიუმი. 1903 წელს ე. რეზერფორდმა და ფ. სოდიმ დაადგინეს რომ α-ნაწილაკების გამოსხივებას სდევს ქიმიური ელემენტის გარდაქმნა. მაგალითად, რადიუმისა — რადონად. 1913 წელს კ. ფაიანსმა და ფ. სოდიმ ერთმანეთისაგან დამოუკიდებლად ჩამოაყალიბეს წანაცვლების წესი, რომელიც ახასიათებს იზოტოპების გადანაცვლებას ელემენტთა პერიოდულ სისტემაში სხვადასხვა რადიოაქტიური გარდაქმნის დროს. 1934 წელს ი. ჟოლიო-კიურიმ და ფ. ჟოლიო-კიურიმ აღმოაჩინეს ხელოვნური რადიოაქტიურობა, რომელმაც შემდგომში უაღრესად დიდი როლი შეასრულა. დღეისათვის ცნობილი რადიოაქტიური იზოტოპების საერთო რიცხვიდან (≈2000) მხოლოდ ≈300-ია ბუნებრივი, დანარჩენი ბირთვული რეაქციების შედეგად ხელოვნურად იქნა მიღებული.
რადიოაქტიური დაშლის ტიპები
რადიოაქტიურობის ყველა ცნობილი სახე შეიძლება ორ ჯგუფად დაიყოს, ელემენტარულ (ერთსაფეხურიან) და რთულ (ორსაფეხურიან) გარდაქმნებად. პირველ ჯგუფს მიეკუთვნება: 1. ალფა-დაშლა, 2. ბეტა-დაშლის ყველა ვარიანტი (რომლებსაც თან ახლავს ელექტრონის ან პოზიტრონის გამოსხივება ან ორბიტული ელექტრონის ჩაჭერა), 3. ბირთვების სპონტანური დაშლა, 4. პროტონული რადიოაქტიურობა, ნაწინასწარმეტეველებია, მაგრამ ჯერ არ არის დამზერილი 5 ორპროტონული რადიოქტიურობა და ორნეიტრონული რადიოაქტიურობა.
ორსაფეხურიან რადიოაქტიურ გარდაქმნებს მიეკუთენება ე. წ. დაგვიანებული ნაწილაკების, პროტონების, ნეიტრონების, α-ნაწილაკების, ტრიტიუმისა და ^3He ბირთვების გამოსხივებისა და დაგვიანებული სპონტანური დაშლის პროცესები. დაგვიანებული პროცესების წინასწარი სტადია აუცილებლად არის β-დაშლა, რომელიც განაპირობებს ბირთვული ნაწილაკების შემდგომი გამოსხივების დაყოვნებას.
ალფა-დაშლა
ალფა-დაშლა ბირთვების თავისთავადი გარდაქმნაა, რომლის დროსაც გამოსხივდება ორი პროტონი და ორი ნეიტრონი ^4He ბირთვის სახით. α-დაშლის შედეგად ბირთვის მუხტი მცირდება 2, ხოლო მასური რიცხვი 4 ერთეულით. α-რადიოაქტიური ბირთვების ნახევრად დაშლის პვრიოდი ექსპონენციალურადაა დამოკიდებული გამოსხივებული α-ნაწილაკის ენერგიაზე. ცნობილია 200-ზე მეტი α-რადიოაქტიური ბირთვი, რომლებიც პერიოდულ სისტემაში Pb-ის შემდეგ არიან განლაგებული.
ბეტა-დაშლა
ბეტა-დაშლა პროტონებისა და ნეიტრონების თავისთავადი ურთიერთგარდაქმნაა, რომელიც ბირთვში მიმდინარეობს. მას თან სდევს ელექტრონის ან პოზიტრონისა და ნეიტრინოს ან ანტინეიტრინოს შთანთქმა ან გამოსხივება.
სპონტანური დაშლა
სპონტანური დაშლა მძიმე ბირთვების თავისთავადი დაშლაა ორ (იშვიათად 3 და 4) ნამსხვრევად-პერიოდული სისტემის შუაში მოთავსებული ელემენტების ბირთვებად.
ბირთვების თავისთავადი დაშლა და α-დაშლა ზღუდავს ახალი ტრანსურანული ელემენტების მიღების შესაძლებლობას.
პროტონული და ორპროტონული რადიოაქტიურობა
პროტონული და ორპროტონული რადიოაქტიურობა დაკავშირებულია ნეიტრონდეფიციტური ბირთვების დაშლასთან, რასაც თან ახლავს 1-2 პროტონის გამოსხივება.
ბირთვებისა და ელემენტარული ნაწილაკების რადიოაქტიური დაშლის პროცესებისათვის დამახისიათებელია აქტიური ბირთვების რიცხვის ექსპონენციალური შემცირება დროში. ეს კანონი ანარეკლია იმ ფაქტისა, რომ ცალკეული ბირთვის დაშლა ხდება სხვა ბირთვებისაგან დიმოუკიდებლად. ჩვეულებრივად რადიოაქტიური ბირთვების სიცოცხლის ხანგრძლივობას ახასიათებენ ნახევრად დაშლის პერიოდით — დროის შუალედით T1/2, რომლის განმავლობაშიც რადიოაქტიური ბირთვების რიცხვი საშუალოდ ორჯერ მცირდება.
რადიოაქტიურობის ერთეულებია — კიური, რეზერფორდი და სხვა.
რადიოაქტიურობის აღმოჩენამ უდიდესი გავლენა მოახდინა მეცნიერებისა და ტექნიკის განვითარებაზე. ენერგეტიკის, მრეწველობისა და ადამიანის მოღვაწეობის სხვა დარგების მიღწევები და პერსპექტივები, რომლებიც დაკავშირებულია ბირთვული ენერგიის ათვისებასთან, განპირობებულია სწორედ ქიმიური ელემენტეის თავისთავადი გარდაქმნების უნარის აღმოჩენით, რადიოაქტიურობის აღმოჩენასთან, შესწავლასა და გამოყენებასთან დაკავშირებული შრომებისათვის მრავალ მეცნიერს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკასა და ქიმიაში, მ. შ. ა. ბეკერელს, პიერ და მარი კიურებს, ე. რეზერფორდს, ფრედერიკ და ირენ ჟოლიო-კიურებს, ე. ფრმის, ი. იენსენს, გ. სიბორგს და სხვათა.
ლიტერატურა
რადიოაქტიურობა