Радиоактивтілік. Радиоактивті сәулелену және оның түрлері

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан Мемлекеттік  университеті

 

 

 

 

Жаратылыстану және математика факультеті

                                                      «Физика және математика» кафедрасы

 

 

 

 

 

 

Курстық жұмыс

 

 

 

Тақырыбы:  «Радиоактивтілік. Радиоактивті сәулелену және оның түрлері.

Ыдырау заңы»

       

         

 

 

 

 

 

 

 

Орындаған: 4303 топ студенті

Шаңова Ж. Р

Тексерген: педагогика ғылымдарының

кандидаты, БҚМУ профессоры

Сырым Ж. С

 

 

 

                  

                                                

                                                  Орал - 2011

 

Жоспар

 

Кіріспе...........................................................................................................3

І - тарау. Радиоактивтілік. Радиоактивтілік түрлері

        1.1.Табиғи радиоактивтілік.........................................................................4

1.2. Жасанды радиоактивтілік.....................................................................8

1.3. Радиоактивтік  түрленулер..................................................................10

ІІ - тарау. Радиоактивті ыдырау және оның түрлері

2.1.  Радиоактивті ыдырау..........................................................................13

2.2. Альфа-ыдырау......................................................................................15

2.3.  Бета-ыдырау.........................................................................................17

2.4. Гамма-ыдырау.......................................................................................21

ІІІ - тарау. Радиоактивтiлiк ыдырау заңы. Ығысу ережесi

        3.1. Радиоактивтік ыдырау заңы..................................................................22

3.2. Радиоактивтік изотоптар......................................................................24

  3.3. Радиация көздері, жергілікті  жердің радиоактивті зақымдалуы .....27

ІV - тарау. Радиоактивтi сәулелердiң  әсері

4.1. Радиоактивтi сәулелердiң биологиялық  әсерi....................................31

4.2. Биологиялық қорғаныс.........................................................................33

        Қорытынды...................................................................................................34

Пайдаланылған әдебиеттер..........................................................................35

 

 

 

 

Кіріспе

Курстық жұмыстың  тақырыбының  өзектілігі: Радиоактивтіктің – атом ядросының күрделі құрамын дәлелдейтін құбылыстың ашылуы сәтті кездейсоқтықтың жемісі болды. Өзіміз білетіндей, рентген сәулелері алғаш рет шапшаң электрондар разрядтық түтіктің шыны ыдысының қабырғаларына соқтығысуынан алынған-ды. Олармен бір мезгілде түтік қабырғаларының жарық шығаруы байқалған.

Радиоактивтілік және оған жалғасатын иондық сәулелену  Жер бетінде тіршілік пайда болғанға дейін өмір сүрді. "Иондық сәулелену" атауы физикалық табиғаты бойынша  әртүрлі сәулелену түрлерін біріктіреді. Радиоактивтік материалдар Жер  мен Күн жүйесінің планеталарының қүрамына олар пайда болған сәттен бастап кірді. Радионуклидтер тау жаныстарында, топырақта, суда кездеседі. Олар белгілі  бір деңгейде өсімдіктер, адам үлпасы мөн мүшелерінде және хайуанаттарда  да кездеседі.

Курстық жұмыстың мақсаты: Біз атом ядросы физикасының тарихи ретпен жедел дамып келе жатқанын көріп отырамыз. Осы курстық жұмыста атомдық физика құбылыстарын микродүниенің барлық құбылыстары сияқты кванттық түсініктерді қолдану арқылы радиоактивтік сәуле шығарудың табиғатын зерттеу. 

 

 

 

 

 

 

 

І - тарау. Радиоактивтілік. Радиоактивтілік  түрлері 

1. Табиғи радиоактивтілік

Табиғатта тұрақты ядромен қатар ыдырауға бейім ядролардың бар екені белгілі. Ядролық физиканың даму тарихына көз жүгіртсек, оның қайнар көзі 1886 жылы француз ғалымы А.Беккерель  ашқан табиғи радиоактивтік құбылысынан  басталады. Атомның күрделі құрылысын  сипаттайтын құбылыстың бірі – радиоактивтік  болды.  Бұл құбылыс –сәтті кездейсоқтықтың  жемісі еді.                                                                                                                          

Антуан  Анри Беккерель(1852-1908) – француз  физигі, радиоактивтілікті алғаш  ашқан және Нобель сыйлығының лауреаты.

Рентген сәулелері – алғаш рет шапшаң электрондар разрядтық түтіктің шыны қабырғасына соқтығысуынан  алынған болатын. Дәл осы сияқты Беккерель ұзақ уақыт осы тектес құбылысты күн жарығына сәулелендірілген заттардың сәуле шығаруын бақылаған. Мұндай заттарға эксперимент ретінде  уран тұздарын пайдаланған.  Беккерель  тәжірибесі: фотопластинаны тығыз қара қағазға орап, үстіне уран тұздарының қиыршықтарын сеуіп, ашық күн сәулесіне  қойды. Кейін пластинаның тұз  жатқан бөліктері қарайғанын көрді. Ендеше уран рентеген сәулелері сияқты мөлдір емес денелерден өтіп, фотопластинкаға  әсер ететін белгісіз сәуле шығарады екен. Беккерель бұл сәулелер Күн  сәулесінің әсерінен пайда болады деп  ойлады.

Кейін 1896 жылы ақпанның бір күнінде ауа  бұлтты болғандықтан, кезекті тәжірибені жүргізудің сәті түспей, уранның тұзы себілген мыс крест жатқан пластинаны шкафтың суырмасына салып қояды. Екі күн өткен соң пластинаны алып қараған кезде пластина бетінде  крестің айқын бейнесі түрінде  дақ пайда болғандығын байқаған. Бұл - уран тұздарының сыртқы факторлардың әсерінсіз-ақ, өздігінен белгісіз сәуле  шығаратынын көрсетеді. Қауырт зерттеулер басталды. Рас, осы сәтті кездейсоқтық болмаған күнде де,ерте ме, кеш пе радиоактивті құбылыс ашылған болар еді.

Кешікпей  Беккерель, уран тұздарының шығарған сәулесі, рентген сәулелері сияқты, ауаны  иондайтынын, соның салдарынан электроскоп  разрядталатынын байқаған. Ураның қосылыстарын зерттей келіп, мынадай маңызды  фактіні анықтады: сәуле шығарудың  интенсивтілігі тек уранның мөлшерімен анықталады, оның қандай қосылыстарға кіретініне тәуелсіз. Ендеше бұл қасиет – тек уранға, оның атомдарына ғана тән.

Көптеген  ғалымдар ураннан басқа химиялық элементтердің сәуле шығаруын бақылауға  ұмтылды.  Мұқият зерттеулер нәтижесінде  Беккерель өтімділігі жоғары белгісіз сәулелерді уран атомының өзі, ешқандай сыртқы әсерсіз-ақ, өздігінен шығаратынын  анықтады. Белгісіз сәулелердің заттармен  әрекеттескенде: 1) фотопластинканы  қарайтатыны, яғни химиялық әсерінің бары; 2) газдарды иондауы; 3) кейбір қатты  денелер мен сұйықтардың люминесценциясын туғызатыны сияқты қасиеттері белгілі  болды. . Белгісіз сәулелердің заттармен  әрекеттескенде:

• 1) фотопластинканы қарайтатыны, яғни химиялық әсерінің бары;
• 2) газдарды иондауы;
• 3) кейбір қатты денелер мен сұйықтардың люминесценциясын туғызатыны сияқты қасиеттері белгілі болды.

1898 жылы Францияда Мария-Склодовская–Кюри  және тағы басқа ғалымдар торийдің  сәуле шығаруын байқаған. Бұдан  әрі жаңа элементтерді іздеуге  күш салған Мария-Склодовская–Кюри  және оның ері Пьер Кюри  болды. 

Пьер Кюри – француз физигі. Ол бар болғаны 35 жыл ғана өмір сүрді. Жол апатынан қайтыс болды. Пьер Кюри мен Мария-Склодовская –Кюри 

радиоактивті  элементтерді зерттеумен шұғылданды. Олар – бүгінгі күннің басты тақырыбы радиактивті элементтердің тірі ағзаларға әсерін зерттеді. Уран мен  торий бар рудаларды зерттеп,олардың  ішінен бұрын белгісіз элементті  тапқан. Оны Мария-Склодовская–Кюридің Отаны – Польшаның құрметіне полоний деп аталған. Ақырында өте катты сәуле шығаратын тағы бір элемент – радий ашылды. Өздігінен сәуле шығару құбылысын ерлі-зайыпты Кюрилер радиоактивтік деп атады.

Мария Склодовская - Кюри (1867-1934) –  физик әрі химик. Польшада мұғалімнің семьясында туып, Францияда жұмыс  істеген. Ол – Париж университетінің  тұңғыш әйел-профессоры. Мария Складовская  – Кюри өзінің ері П. Кюримен бірігіп, жаңа радиоактивті элементтер – полоний  мен радийді ашып, олардың қасиеттерін  зерттеді. Ол – уран рудаларын өңдеу  мен анализдің классикалық әдісін жасады, бірқатар жылдар бойы радиоактивті сәуле шығарудың қасиетін, олардың  тірі клеткаға әсерін т.б. зерттеді.

Мария-Складовская – Кюри –  жаңа радиоактивті элементтерді ашып қана қоймай, олардың қасиеттерін  де зерттеді. Бірқатар жылдар бойы радиактивті  сәуле шығарудың қасиетін олардың  тірі клеткаға әсерін зерттеді. 1934 жылы ол белгісіз аурудан қайтыс болды. Кейіннен дәрігерлер көптеген жылдар бойы радиактивті  сәулелерді зерттеумен шұғылданғандықтан, сәуле шығарудың ағзаға, ең алдымен  жұлынға зақым келтіргенін дәлелдеді.

Мария Складовская физика мен химия  саласы бойынша Нобель сыйлығын екі  мәрте алған тұңғыш ғалым. Кюрилердің зерттеулері негізінде реттік номері 83-тен жоғары химиялық элементтің бәрі де радиоактивті болатындығы анықталды. Радий немесе уран сияқты өз-өзінен ерекше сәуле шығарып тұратын химиялық элементтерді радиоактивті элементтер деп атайды.

Радиоактивтік латынның «radio» - сәуле  шығару, «activus» - әрекетті деген сөздерінен алынған. Осы жылы ерлі-зайыпты ғалымдар тонналаған уран кенін өңдеу арқылы, радиоактивті екі жаңа химиялық элементті  бөліп алды. Радиоактивтігі ураннан  миллион есе қарқынды элементті (Ra) радий, екінші элементті М.Складовскаяның отанының құрметіне полоний (Ро) (лат.Польша) деп атаған. 1908 жылы Резерфорд спектрлік  анализ әдісімен радиоактивті газ -  радонды (Rn) ашты. Ауқымды жүргізілген  зерттеулер Менделеев кестесіндегі қорғасыннан кейінгі ауыр элементтердің  ядроларының бәрінде табиғи радиоактивтік  бар екенін көрсетті. Кейбір жеңіл  элементтердің де, мысалы, калийдің изотопы К, көміртегінің изотопы  С және т.б. радиоактивтік қасиеттері ашылды

Радиоактивті элементтердің ерекше сәуле шығаруын радиоактивті сәулелену  деп атайды. Радиоактивті элементтердің  шығаратын сәулесін магнит өрісінде зерттегенде оның үш түрге жіктелетіні  белгілі болды.

Резерфорд тәжірибесі. Радий преапараты кесек қорғасыннан жасалған жіңішке  өзекшенің түбіне орналастырылған. Өзекшенің қарсысына фотопластинка  қойылған. Өзекшеден шықан сәулеге  магнит өрісі әсер еткен. Магнит өрісі  жоқ кезде фотопластинканың қарсысынан қара дақ байқалады. Магнит өрісінде бұл үш шоққа бөлінген. Сәуле шығарудың  оң құраушысы – альфа сәулелер, теріс зарядталғаны – бета сәулелер, нейтралы – гамма сәулелер.

 

 

 

 

 

1.2. Жасанды радиоактивтілік

 Ядролық  реакция кезінде, Жер бетінде  табиғи күйінде кездеспейтін, радиоактивті  ядролар түзіледі. Ядролық реакция  нәтижесінде алынған изотоптардың  радиоактивті болуын 1934 жылы француз  физиктері Ирен және Фредерик  Жолио – Кюрилер ашқан. Олар  бұл құбылысты жасанды радиоактивтік  деп атады. Алюминийдің, бордың  және басқа да жеңіл элементтердің  ядроларын α – бөлшектермен  атқылап және реакция өнімдерін  магнит өрісінде орналасқан Вильсон  камерасының көмегімен зерттей  отырып, олар позитронның ұшып  шығатынын анықтайды. Альфа бөлшектермен  атқылауды тоқтатқан соң да  позитрон ұшып шыға берген. Бірақ,  уақыт өте келе, олардың саны  радиоактивті ыдырау заңына сәйкес N=Ne. Жасанды радиоактивтің ашылуы  мына ядролық реакцияның көмегімен  жүзеге асырылған:

 ₁₃²⁷Al + ²₄He →³⁰₁₅P + ¹₀n,

мұнда «*» белгісі радиоактивті изотоп екенін көрсетеді.

Фосфордың радиоактивті изотопы β – сәулесінің көзі болып шықты. Оның ядросынан  позитрон мен электрондық нейтрино ұшып шығады:

₁₅³⁰P*→₁₄³⁰S + ₊₁⁰e+ν.

Жасанды электрондық радиоактивті азот ядросын  нейтронмен атқылағанда алуға болатын  реакцияны жазайық:

₇¹⁴N + ₀¹n→₆¹⁴C*+₁¹p, ₇¹⁴C*→₇¹⁴N+₁⁰e + ν.

Шапшаң  нейтрондармен литий ядросын  атқылағанда, тұңғыш рет оның ядросын  ыдырату реакциясы жүзеге асырылды:

₃⁷Li + ₁¹p→ ₂⁴He + ₂⁴He

Кейінгі кезде радиоактивтің бір түрі – протондық радиоактивтік ашылды. Бұл үдерісте ядродан өздігінен  протон ұшып шығады.

Жасанды радиоактивті изотоптардың қолданылу  аумағы кең: медицина, өнеркәсіп салаларында, әскери мақсаттар үшін, ұзақ уақыт  жұмыс істей алатын ток көздері  ретінде, т.б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Радиоактивтік  түрленулер

Радиоактивті  сәуле шығару кезінде затта қандай өзгеріс болады? ХХ ғасырдың басында  бұл сұраққа жауап беру оңайға түскен жоқ. Радиоактивтікті алғаш  зерттей бастаған кезде-ақ көптеген таңқаларлық және әдеттегіден тыс  жағдай байқалды.

Біріншіден, уран, торий және радий сияқты радиоактивті элементтердің сәуле шығаруының  таңданарлық тұрақтылығы. Тәуліктер, айлар және жылдар бойы  сәуле шығарудың интенсивтілігі айтарлықтай өзгермеді. Оған әрекеттердің, қыздырудың немесе қысымды арттырудың ешбір әсері болмады. Радиоактивті заттарда болатын химиялық реакциялар да сәуле шығарудың интенсивтігіне ешқандай әсер етпеді.