Radioaktiv fon - Yadroning tarkibiy qismi

Radioaktiv fon
Har bir tirik organizm, shu jumladan, inson o‘z individual hayoti davomida va eng quyi formadan Homo Sapiens (idrokli odam) deb nomlanuvchi hozirgi insonlargacha bo‘lgan tirik tabiatning butun rivojlanishi bosqichida radioaktiv (radiatsion) fon deb nomlanuvchi ionlovchi nurlar ta’siri ostida bo‘lib kelgan.
Radioaktiv fonni shartli ravishda ikkiga bo‘lish mumkin, ya’ni:
Tabiiy radioaktiv fon .
Sun’iy radioaktiv fon.
Birinchi radioaktiv fon insonga bog‘liq bo‘lmasdan Quyosh sistemasi vujudga kelgan vaqtda paydo bo‘lgan bo‘lib, uni asosan tabiatda sochilgan uran-toriy oilasi va 40K tabiiy radionuklidlari vujudga keltiradi. Ikkinchi fon esa bevosita inson faoliyati bilan bog‘liq bo‘lib, uning vujudga kelishi inson tomonidan yadro qurollarni yaratilishi va yadro energetikasini o‘zlashtirishi bilan uzviy bog‘liqdir. Sun’iy radioaktiv fon intensivligi vaqt o‘tishi bilan oshib bormoqda va ma’lum bir darajada ekologik xavf tug‘dirishi mumkin. Ushbu fonni doimo kuzatish va nazorat qiyaib turish davr talabidir.
Tabiiy radioaktiv fonni vujudga keltiruvchi omillar asosan quyidagilar:
Kosmik nurlanishlar.
Uran-toriy oilasi.
Tabiiy radionuklidlar.
Tabiiy radioaktiv aerozollar.
Har bir inson doimo tashqi radiatsiya manbai bo‘lgan kosmik nurlar ta’siriga uchraydi. Ushbu nurlanishlar bizga koinotning uzoq sohalaridan keladi va Yerga har tomondan tekis tushadi.
Koinotdan Yerga kelayotgan zaryadlangan zarrachalar oqimi, odatda, birlamchi koinot nurlanishlari deyiladi. Birlamchi koinot nurlanishlar asosan protonlar (~90%), -zarralar (geliy atomining yadrosi) va tartib nomeri 30 dan kichik bo‘lgan kimyoviy elementlar atom yadrolaridan iborat. Birlamchi koinot nurlanishlari atmosferani tashkil etgan kimyoviy elementlar atom yadrolari bilan o‘zaro ta’sirlashishi natijasida yangi (ikkilamchi) zarralar – ikkilamchi koinot nurlari hosil bo‘ladi. Ikkilamchi koinot nurlari asosan 20 km balandlikdan to Yer sirtigacha bo‘lgan oraliqda sodir bo‘ladigan bo‘lib, birlamchi koinot nurlanishidan keskin farq qiladi va asosan yuqori energiyali mezonlar, neytronlar, protonlar va «yumshoq» komponentli elektron va gamma-kvantlardan iborat. Dengiz sathida yumshoq komponetlar intensivligi koinot nurlanishlari to‘liq intensivligining taxminan 1/3 qismini tashkil qiladi.
Kosmik nurlanilarning 10 sm qalinlikdagi qo‘rg‘oshinda deyarli yutiladigan qismiga yumshoq, yutilmasdan o‘tgan qismiga esa qattiq komponentalar deyiladi. Tekshirishlar shuni ko‘rsatdiki, koinot nurlarining yumshoq va qattiq komponentlarga bo‘linishi chuqur fizik ma’noga ega bo‘lib, komponentlarni tashkil etgan zarralarning tabiati bilan uzviy bog‘liq ekan. Masalan, yumshoq komponent moddada kuchli yutiluvchi zarralar – elektronlar va gamma-kvantlardan, qattiq komponenti esa, asosan relyativistik myuonlardan iborat. Myuon massasi elektron massasidan 206,8 marta katta bo‘lib, ular moddada kuchsiz yutiladi. Sababi, ularning tormozlanish nurlanishi juda kuchsiz bo‘lib, o‘z energiyasini asosan ionlashtirish hisobiga sarflaydi. Myuonlarning asosiy ikki turi mavjud bo‘lib, ularning o‘rtacha yashash vaqti ~2,2 mks ga teng.
Birlamchi kosmik nurlanishlar ta’sirida atmosfera tarkibidagi azot atomidan radioaktiv izotoplar – tritiy va uglerod-14 hosil bo‘ladi. Bu murakkab jarayon bo‘lib, quyidagi tartibda sodir bo‘ladi: birlamchi tez protonlar azot va kislorod atomi yadrolaridan neytronlarni urib chiqaradi, bu neytronlar esa o‘z navbatida boshqa azot atomlari yadrosi bilan o‘zaro ta’sirlashib proton va triton (tritiy atom yadrosi) hosil bo‘ladi. Ushbu jarayon quyidagi tenglama ko‘rinishda yoziladi:
Radioaktiv uglerod-14 inson organizimiga nafas olganda CO2 gaz bilan hamda suv va turli oziq-ovqat mahsulotlari orqali tushadi. Shu jumladan tritiy ham organizimda mavjud bo‘lib, bu radioaktiv izotoplar umumiy radioaktiv fonni tashkil qiladi. Atrof-muhit, inson va barcha jonzotlar ushbu radioaktiv fon ta’siri ostida bo‘ladi. Kosmik nurlanishlar intensivligi ob’ektning geografik joylashishiga bog‘liq va dengiz sathidan ko‘tarilgan sari oshib boradi. Masalan, Toshkent shahri geografik kengligida ekvatordagiga nisbatan inson to‘qimalarida yutiladigan o‘rtacha yillik doza taxminan 1,3 marta katta bo‘ladi va qutbga yaqinlashgan sayin oshib boradi.
Tabiiy radioaktiv fonni vujudga keltiruvchi omillardan biri bu uran-toriy oilasi hisoblanadi.
Tabiiy radioaktiv izotoplar orasida yarim parchalanish davri Yerning yoshi (4,5109 yil) ga yaqin uchta izotop ma’lum. Bularga uran-238 (T1/2=4,5109 yil), uran-235 (T1/2=7108 yil) va toriy-232 (T1,2=1,41010 yil) lar misol bo‘ladi. Bu izotoplarning hammasi Mendeleyev davriy sistemasining oxiridan joy olgan bo‘lib, uchta radioaktiv oilani boshlab beradi. Uran oilasi davriy sistemada eng barqaror bo‘lgan qo‘rg‘oshinning 206Pb va 207Pb, toriy oilasi esa 208Pb izotoplari bilan tugaydi. Radioaktiv oilalar 1-jadvalda keltirilgan bo‘lib, bu oilalar ichida neptuniy oilasi hozirgi kunda uchramaydi, sababi yarim parchalanish davri nisbatan kichik bo‘lgani sababli bu oila yo‘q bo‘lib ketgan.
1-jadval
Radioaktiv oilalar
Oilalar
|
Massa sonining formulasi
|
Eng uzoq yashovchi nuklid
|
Eng uzoq yashovchi nuklidning yarim yemirilish davri
|
Parchlanishning oxirgi mahsuloti
|
Toriy
|
4n
|
|
1,391010 yil
|
|
Neptuniy
|
4n+1
|
|
2,2106 yil
|
|
Uran-radiy
|
4n+2
|
|
4,5109 yil
|
|
Uran-aktiniy
|
4n+3
|
|
7,8108 yil
|
|
Uchta radioaktiv oiladan tashqari radioaktivlik xususiyatiga ega bo‘lgan beshta tabiiy radioaktiv yadrolar ham mavjud bo‘lib, ularning parchalanishi natijasida turg‘un yadrolar hosil qiladi. Bular quyidagilar:
Bular ichida ko‘p uchraydigani o‘simliklar tarkibda, inson va hayvonlar organizimida uchraydigani kaliy-40 radionuklidi hisoblanadi.
Tabiiy kaliy uchta izotopning aralashmasidan tashkil topgan, ya’ni kaliy-39 (p=93,08%), 40 (p=0,01%) va 41 (p=6,91%) (p – izotopning tabiatda tarqalganligi). Bular ichida kaliy-40 izotopi radioaktivdir. Tabiiy kaliyning izotop tarkibi o‘zgarmas bo‘lgani uchun, uning istalgan birikmasida kaliy-40 radioizotopi bo‘ladi. 40K radionulidiining 89% ulushi – parchalanish natijasida, asosiy holatdagi 40Ca20 izotopiga aylanadi:
bu yerda – elektron antineytrinosi.
40K izotop yadrosi chiqaradigan elektronlar noldan to 1330 KeV gacha bo‘lgan uzluksiz energiya spektriga ega, ya’ni chiqayotgan elektronlarning maksimal kinetik energiyasi 1330 keV gacha bo‘ladi. Ushbu maksimal energiya -spektrning chegara energiyasi ham deyiladi.
40K19 yadrosi 11% holda orbitadagi elektronni qamrab (K-qamrash, ya’ni K-qobiqdagi elektronni qamrash), uyg‘ongan holatdagi 40Ag18 yadrosini hosil qiladi:
Ushbu argon yadrosi uyg‘ongan holatdan asosiy holatiga E=1461 keV energiyali -kvant chiqarib o‘tadi:
Shunday qilib, kaliy radioizotopi -parchalanishi natijasida uzluksiz spektr maksimal energiyali 1330 keV bo‘lgan -zarralar (elektronlar) va 1461 keV energiyali monoenergetik -nurlanishlar chiqarar ekan.
Endi mazkur ma’lumotlar asosida 1 g tabiiy kaliy 1 sekundda chiqaradigan -zarralar va -kvantlar sonini hisoblaymiz. Bu hisoblashlarni bajarishdan oldin m massali radioaktiv moddaning aktivligi aniqlanadigan ifodani keltirib chiqaramiz.
Manbaning aktivligi A, 1 s da parchalanishlar soni bilan aniqlanadi:
|