Nüvə reaksiyası

Radioaktiv Çevrilmə

Radioaktivlik 1896-cı ildə fransız alimi Anri Bekkerlium tərəfindən müəyyən edilmişdir. O qeyd etmişdir ki, uran saxlayan maddələr özlərindən görünməyən şüalar buraxır, bu da fotoplyonkanı işıqlandırır, ağacdan, kağızdan və bütün bərk maddələrdən keçə bilir. Bundan bir qədər sonra məşhur fransız fizikləri Mariya Skladovskaya-Kyüri və Pyer Kyüri müəyyən etdilər ki, «U»-dan əlavə «Th» torium və «Pa» planium eyni şüa buraxma qabiliyyətinə malikdir. 1898-ci ildə radium izotopu tapıldı. Aparılan müşahidələr göstərdi ki, radiumun verdiyi şüalanmanın ardıcıllığı, urandan milyon dəfə çoxdur. Bekkerli və Mariya Kyüri bir qədər sonra radiumun insan orqanizminə güclü təsirini müşahidə etdilər.

Dayanıqlığı az olan elementlərin atom nüvələri özbaşına parçalana bilir, bu zaman yeni element atomu nüvələri və radioaktiv şüalar adlanan xüsusi növlü şüalar əmələ gəlir. Bu hadisə radioaktivlik adlanır. Öz-özünə parçalanan izotop isə radioaktiv izotop adlanır.

Hazırda radioaktiv parçalanma zamanı yaranan şüalara ionlaşdırıcı və yaxud nüvə şüaları adı verilmişdir. İonizasiya şüalanması əsasən şüanın tərkib hissəsi ilə əlaqəlardır-bu şüalar ətraf mühitin ionlaşmasına səbəb olur. Bu xüsusiyyətə rentgen və ultrabənövşəyi şüalar qabil olduğu üçün «Nüvə şüalanması» adı düzgün ad kimi qəbul olunmuşdur. Bütün növ radioaktiv parçalanmanın özünəməxsus xassəsi olmaqla bərabər bir sıra xüsusiyyəti eynidir.

İki növ nüvə çevrilməsi mövcuddur: radioaktiv parçalanma və nüvə reaksiyası. Radioaktiv parçalanmada həm təbii, həm də süni yolla alınmış elementlər öz-özlərinə parçalanaraq yeni elementin nüvələrini əmələ gətirir. Bu proses başlanğıc radioaktiv elementin nüvəsinə xaricdən heç bir zərrəcik daxil olmadan baş verir.

Radioaktivliyin öyrənilməsi göstərmişdir ki, radioaktiv elementlərin atomları zaman keçdikcə parçalanaraq başqa elementlərin atomlarına çevrilirlər. buna görə də radioaktiv atomların yaşama müddəti məhdud olur. Radioaktiv atomların nüvələrinin parçalanması onların daxili quruluşu ilə əlaqədar olub radioaktiv parçalanma qanunu ilə müəyyən olunur. Bu qanuna görə zaman vahidi ərzində radioaktiv elementin parçalanan atomlarının sayı parçalanmayan atomlarının sayına mütənasibdir.

Hər bir radioaktiv izotopun orta parçalanma sürəti var və verilmiş  izotop atomlarına aiddir və sabitdir. İzotopun radioaktiv parçalanma sabiti ($\lambda$) - vahid zamanda nüvələrin hansı hissəsinin parçalandığını göstərir, vahidi $\left({\frac {1}{san}}\right)$dir. Parçalanma sabitinin tərs qiyməti izotopun orta yaşama müddəti adlanır: $\tau =\left({\frac {2}{\lambda }}\right)$

İstənilən radioaktiv izotoplarda  izotopların miqdarı radioaktiv parçalanma qanununa əsasən zamanla:

$N_{t}=N_{0}\ell ^{-\lambda *t}$qanunu ilə azalır.

Burada: $N_{0}$- t=0 anındakı izotopların, $N_{t}$-isə t- anındakı izotopların miqdarıdır, $\lambda$-parçalanma sabitidir. Praktikada radioaktiv elementlərin parçalanma sürətini xarakterizə etmək məqsədilə  parçalanma sabiti əvəzinə yarımparçalanma periodundan (T) istifadə olunur. Yarımparçalanma  periodu-ilkin radioaktiv izotopların  yarısının  parçalandığı müddətə deyilir.

Nüvə reaksiyaları

Ağır radioaktiv elementlərin nüvəsinin kütləsi onun tərkibindəki nuklonların kütləsindən artıqdır. Ağır elementlərin radioaktivliyinin səbəbi məhz elə budur, çünki Eynyşteynin formulundan məlumdur ki, kütlə və enerji ekvivalentdir. Radioaktiv nüvələrin izafi enerjisi ağır nüvələrin parçalanmasına səbəb olur. Yüngül elementlər üçün nuklonların cəmi kütləsi onların nüvəsinin kütləsindən artıq olur. Ona görə də yüngül elementlərin sintezi – istiliknüvə sintezi nüvədən enerji ayrılmasına səbəb olur. Baş verən parçalanma və ya sintez reaksiyaları zamanı enerji ayrılması nüvələrin çevrilməsinə gətirir.

Radioaktiv parçalanmadan fərqli olaraq dayanıqlı nüvələri və yeni element atomu nüvələrini sintez etmək olar. Nüvələrin bü cür çevrilməsinə nüvə reaksiyaları deyilir. Nüvə reaksiyalarını törətmək üçün adətən protonlar yüksək enerjili $\gamma$-kvantlar, $\alpha$-zərrəciklər, deytronlar, tritonlar və selindən istifadə olunur. Neytronun elektrik yükünün olmaması onun atom nüvələrinə daxil olmasını son dərəcə asanlaşdırır. Ona görə də nüvə çevrilməsinə nail olmaq üçün neytron ən effektli «mərmi» hesab olunur. Kiçiksürətli neytronlar yüksək-sürətli neytronlara nisbətən, daha faydalıdır, ona görə də sürətli neytronları əvvəlcə yavaşıtmaq lazım gəlir. Yavaşıdıcı kimi ağır su (D₂O), qrafit və s-dən istifadə olunur. Qeyd etmək lazımdır ki, eyni bir nüvəni müxtəlif sürətli zərrəciklərlə bombardman etdikdə reaksiya məhsulu da müxtəlif olur. 

Ağır elementlərin nüvələrinin neytronlarının təsiri ilə bölünməsi nüvə reaksiyasını bir növünü təşkil edir. Nüvələrin bölünməsi zamanı iki nüvə-qəlpə 2-3 neytron və çoxlu miqdarda enerji alınır. Nüvə bölünməsinin müxtəlif variantlarda baş verməsi nəticəsində nüvə-qəlpələrin kütlə ədədləri 72-dən 161 kimi dəyişə bilir. Nüvə bölünməsi zamanı azad olan 2-3 neytronun hər biri qonşu nüvəni parçalayır və hər parçalanma zamanı başqa nüvələri parçalaya biləcək yeni 2-3 neytron əmələ gəlir və s. Beləliklə, bölünən nüvələrin sayı çox sürətlə artır və zəncirvari reaksiya törəyir.

Radioaktiv nüvələr parçalana bilər, başqa hissəciklərlə qarşılıqlı təsirdə ola bilər, onları sintez etmək olar. Bütün hallarda saxlanma qanunlarına riayət olunur.

• elektrik yükünün saxlanması
• nuklonlarının sayının saxlanması
• enerjinin saxlanması
• impulsun saxlanması və s

Nüvələrin parçalanması

Radioaktiv parçalanma bir elementin qeyri-sabit izotopunun özbaşına olaraq digər elementin izotopuna çevrilməsidir. Kimyəvi elementlər yaranarkən stabil və radioaktiv nüvələr meydana çıxırdı. Elementlərin təbii sintezi zamanı nüvənin maksimum böyük yükü Z=137 olmalı idi. Bunu hələ nöqtəvari nüvə fikri mövcud olduğu zaman Fermi belə hesab edirdi, lakin sonralar Trifonov nüvənin bölünən olmasını nəzərdə tutmaqla ən ağır kimyəvi elementin yükünü dəqiqləşdirdi. O, təxminən Z ~ 150 olmalı idi. Prinsipcə bundan ağır nüvə orbitaldakı elektronlar və müsbət nüvə arasındakı Kulon cazibə qüvvələrinin artması səbəbindən mövcud ola bilməzdi. Bu elektron tutulmasına gətirib çıxarardı. Çox ağır transuran elementlərinin qeyri-sabit nüvələri onların yaşama müddətindən asılı olaraq bəziləri ani zamanda, bəziləri isə yavaş sürətlə dağılırdı. Parçalanarkən onlar yalnız stabil yox, həm də uzunmüddətli yarımparçalanma dövrlü digər radioaktiv elementlərə çevrilirdi. Həqiqətən də transuran elementlərin radioaktiv izotoplarının iki sabitlik piki mövcud idi: Z=90÷96 və Z=142÷151. Ağır transuran elementlərin sintezi üzrə işlər davam etdirilir və görünür ki, müəyyən nailiyyətlər əldə edilib. Bu yaxınlarda 113, 114, 115, 116 və 118-ci elementin sintezi barədə məlumat verildi. Bu yalnız başqa elmi kollektivlər də bu təcrübələri təkrar edə bildikdən sonra hamı tərəfindən qəbul oluna bilər. Bu elementlərin bəzilərinin sintez olunmuş atomları bir nəçə saniyə yaşamış olduğuna görə heç bir praktiki əhəmiyyət kəsb etmir. Sintez olunmuş elementlər tamamilə qeyri-adi xassəli xüsusi materiya növünü təşkil edirlər, ona görə də bu tədqiqatlardan irəli gələn nəzəri nəticələr məlum qarşılıqlı təsir növlərini birləşdirən nəzəriyyənin yaranmasına gətirər.

Radioaktiv sıralar

Dövri sistemdə bismutdan sonra yerləşən elementlər ardıcıl radioaktiv çevrilmələrin üzvləridir. Radioaktiv elementlər genetik əlaqələrinə görə ailələr və ya sıralar əmələ gətirirlər. Hər bir radioaktiv sıranın birinci elementi böyük yarımparçalanma dövrünə malik olur. Buna görə də yalnız birinci elementin yaşama müddəti böyük olan sıralar ( uran sırası, torium sırası, aktinium sırası) Yerin mövcud olmasından hazırkı dövrə qədədr keçən 4,5-5 mlrd il ərzində qala bilmişlər. Göstərilən 3 sıradan başqa təbiətdə neptunium sırası da mövcud olmuşdur. Lakin bu sıranın elementləri praktiki olaraq tam parçalanmışlar. Bu sıranın elementləri süni çevrilmələr nəticəsində alınır. Hər hansı radioaktiv sıra radioaktiv olmayan elementin izotopu ilə sona çatır.

Uran, torium və aktinium sırasının sonuncu elementi qurğuşundur. Bu sıraların hər birində qaz halında element -radon iştirak edir. Bunlar üçün zəncirin ikiləşməsi xarakterikdir. Üç sıranın birlikdə 45 üzvü var. Onların çoxu izatoplardır. Bu sıraların elementləri dövri sistemdə sıra nömrəsi 81-92-ə qədər olan yerləri tuturlar. Dövri sistemdə sıra nömrəsi 83-dən yuxarı olan bütün elementlər radioaktivdir. Təbii radioaktivlik kalium 40, rubidium 87, indium 49, lantan 138, samarium 147, lütesium 175 və renium 187 kimi yüngül və orta nüvələrdə müşahidə olunur. Texnesium 43 və prometeyum 61 üçün stabil izotoplar yoxdur. Texnesiumun radioaktiv izotoplarının ömrü 100 min ildir, bu səbəbdən də Yerdə yoxdur. 1937-ci ildə Siborq və Seqre tərəfindən alınmış bu element ilk süni element idi və buna görə də texnesium – süni adlandırıldı. Merilan 1952-ci ildə onu ulduzlarda tapdı. Texnesium neytron şüalanması mənbəyidir və zəncirvari reaksiya nəticəsində əmələ gəlmişdir

Radioaktiv sıralar aşağıdakılardır:

• torium ${\ce {^{232}_{90}Th}}$
• neptunium ${\ce {^{237}_{93}Np}}$
• uran – radium ${\ce {^{238}_{92}U}}$
• uran – aktinium ${\ce {^{235}_{92}U}}$