БУДОВА ЯДРА АТОМА. Види розпаду

Щоб зрозуміти передумови виникнення держави у східних слов'ян, треба ознайомитися з політичною ситуацією, що склалася в цей період на сусідніх територіях.
Болгари. У Центральній Азії на той час існувало велике об'єднання — Тюркський каганат. Болгари, які спершу були в складі цієї держави, у VI ст. здобули незалежність і перекочували в Приазов'я. «Велика Болгарія» — так називалася ця держава — мала дружні стосунки з Візантією і навіть прийняла християнство. Невдовзі під ударами Хозарського каганату, який на той час набирав сили, вона припинила своє існування. Частина болгар спільно зі слов'янами дійшла до Дунаю та оселилася в південно-східній частині Балканського півострова. Так у 679 році утворилося Болгарське царство.
На середній Волзі приблизно в той самий час виникає Волзька Болгарія (сучасний Татарстан) — це ті болгари, які не пішли на Балкани, а повтікали на Волгу. Проте чимало болгар залишилося в Північному Причорномор'ї та в Криму й асимілювалося з місцевими народами.
Хозари. У VIII ст. східну частину Криму й степ Північного Причорномор'я (аж до Харкова) підкорили тюркомовні кочівники — хозари. На цій території сформувалася культура, яку сучасні дослідники називають салтівською.
У кінці VIII - на початку IX ст. хозари завоювали невелику Хозарська державу Готію, що лежала на південному заході Криму, та грецький Херсонес. Такі агресивні сусіди не могли не вплинути на життя східнослов'янських племен. Своїми набігами кочівники змушували всіх східних слов'ян платити данину: спочатку тих, що мешкали південніше й східніше за інших, а згодом і решту.
Нормани, або вікінги. Войовничі народи, які жили на землях сучасних скандинавських країн у І тис, постійно нападали на Англію, Францію та деякі інші держави. Вікінги були предками сучасних данців, норвежців і шведів. Слов'яни називали їх варягами, а мешканці Західної Європи — норманами.
У часи Київської Русі варяги наймалися на службу до руських князів, під час якої виконували функції дружинників, посланців або торгових людей. Останній раз варяг згадували в руських літописах у 1036 році.

Поляни — східнослов'янське плем'я. Жило на території Середньої Наддніпрянщини. Об'єднало навколо себе інші слов'янські племінні союзи в державу Київська Русь.
Деревляни — східнослов'янські племена. У VI—XII ст. жили на Правобережному Поліссі. Мали самостійне князівство з центром в Іскоростені.
Уличі — східнослов'янське плем'я. Жили в Пониззі Дніпра, на Побужжі, на узбережжі Чорного моря. Вели боротьбу з київськими князями за незалежність. До складу Київської Русі ввійшли за часів володарювання Ігоря (912-945 pp.).
Тиверці — східнослов'янський племінний союз. Тиверці мешкали на території між Дністром, Прутом і Дунаєм. Уперше згадуються в «Повісті временних літ».
Дуліби — східнослов'янський племінний союз. Жили у верхів'ях Західного Бугу і правих приток верхньої течії Прип'яті. До складу Давньоруської держави увійшли під іменем волинян і бужан.

БУДОВА ЯДРА АТОМА. Види розпаду

Радіоактивність - це здатність ядер атомів хімічних елементів самочинно перетворюватися на ядра атомів інших хімічних елементів з виділенням енергії у вигляді іонізуючих випромінювань.

Згідно загальновизнаної теорії будови атомного ядра, розробленої у 1932 році Д.Іваненко разом з Е.Гапоном, ядро – це складна квантово-механічна система, яка складається з нуклонів: протонів, нейтронів та інших частинок, що утримуються разом завдяки внутрішньоядерним силам зчеплення.

Протон - елементарна частинка з масою 1,67х10^-24г і зарядом +1.

Нейтрон - електронейтральна елементарна частинка з ма­сою 1,009 атомних одиниць маси.

Електрон - елементарна частинка у стані спокою має масу 0,9х10^-27г і має заряд -1 (Дж.Томпсон, 1897).

Позитрон - має таку ж масу, як і маса електрона, а заряд +1 (К.Андерсон, 1932).

Кількість протонів у ядрі відповідає номеру хімічного еле­мента у періодичній таблиці Д.І.Менделєєва та кількості елек­тронів на орбітах, і тому атом електронейтральний. Якщо в атомі протон перетворюється в нейтрон, або навпаки, то вини­кає атом іншого елемента. Сума протонів і нейтронів в атомі називається масовим числом.

 

Атоми даного хімічного елементу, що мають різну кількість нейтронів, називають ізотопами (ізос - рівний, топос - місце), тобто різновиди атома, які мають однакове місце в періодичній таблиці і належать до того самого хімічного елементу. Будь-яка різновидність атомів називається нуклідом.

Нестабільні атоми мають властивості перетворюватись із одного атому в інший, що є радіоактивним перетворенням. Розрізняють декілька видів радіоактивних перетворень:

1. Альфа розпад властивий для важких атомів з атом­ними номерами більше 83, а також для багатьох радіоактивних ізотопів рідкоземельних елементів. Він супроводжується ви­кидом з ядра ядер атома гелію (Не). Теорія альфа-розпаду створена в 1928 р. Г.Гамовим та Р.Генрі.

При альфа-роз­паді материнське ядро перетворюється в дочірнє, виникає но­вий нуклід, що розташований на дві клітини вліво у періо­дичній таблиці Д.І.Менделєєва і має масо­ве число на 4 одиниці менше – перший закон радіоактивного розпаду. ­

 

 

 

Такий вид роз­паду може не супро­воджуватись гамма-випромінюванням (чисті альфа-випромінювачі). Відомо більше 200 альфа-випромі­нювачів.

2. Електронний бета-розпад власти­вий радіонуклідам, що мають в ядрі ней­тронів більше, ніж протонів. Мате­ринське ядро перехо­дить в ізобарне дочірнє ядро і вип­ромінюється одна бета-частинка. При цьому утворюються атоми хімічного елемента, заряд ядра якого на 1 більше – другий закон радіоактивного зміщення.

Випромінювання гамма-квантів має місце в тому разі, якщо дочірнє ядро виникає у збудженому стані, тому при цьому виді розпаду гамма-випромінювання обов'язкове. Якщо воно відсутнє, материнський нуклід вважають “чистим” бета-випромінювачем. Теорія електронного бета-розпаду розроблена Е.Фермі в 1934 р. Типовими бета – випромінювачами є: ⁹⁰Sr; ³²P; ³⁵S; ¹⁴C.

3. Позитронний бета-розпад властивий нейтронодефіцитним ядрам. При цьому материнське ядро перетворюється в ізобарне дочірнє ядро і утворюються атоми хімічного елемента, що має на один протон менше, оск­ільки один протон перетворюється в нейтрон – третій закон радіоактивного зміщення. При цьому розпаді також може мати місце гамма-випроміню­вання. Цей вид розпаду було відкрито в 1934р. Фредеріком і Ірен Жоліо-Кюрі при вивченні їми штучної радіоактивності.

Під час вивчення процесів радіоактивного розпаду було вста­новлено, що ядра радіонукліду розпадаються не одночасно, а в кожну одиницю часу розпадається лише деяка частина від загальної кількості радіоактивних атомів. Це незмінний для кожного радіонукліду показник, який характеризує ймовірність розпаду (тобто яка частина атомів перетворюється за 1сек) і називається сталою розпаду (константою) і позначається літерою l, а період, за який розпадається половина радіоактив­них атомів цього виду, називається періодом напіврозпаду і позначається літерою Т. Радіоактивні речовини, що мають Т менше 15 діб, прийнято вважати короткоживучими, більше 15 діб — довгоживучими. Виділяють ще і ультракороткоживучі з Т рівним секундам - хвилинам.

Існує закон, який визначає кількісну характеристику яви­ща радіоактивного розпаду, тобто об'єднує всі види радіоак­тивного розпаду і є спільним для будь-якого радіонукліда. Це основний закон радіоактивного розпаду: за однакові проміжки часу відбувається ядерне перетворення однакової частки нестій­ких атомів радіоактивної речовини.

 

1. Джерела іонизизуючих випромінювань та види радіоактивних розпадів.

ДЖЕРЕЛАМИ ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ (ІВ) можуть бути ядра атомів природно радіоактивних речовин, які існують в природі і розташовані у кінці таблиці Д.І.Менделеева (z>83). Усі ці елементи утворюються як наслідок послідовних радіоактивних перетворювань і складають РАДІОАКТИВНІ РОДИНИ ( їх 4):

1) родина урану U²³⁸₉₂;

2) родина торію Th²³²₉₀;

3) родина актинію Ас²³⁵₉₂;

4) родина плутонію Pu²³⁹₉₄ – отримано штучним шляхом (штучно радіоактивні, це елементи які набули цю ознаку неприродним шляхом).

 

Їх головами є елементи з максимальним подковим номером, а кінцевим членом – стабильний елемент свинець (Pb). На сьогоднішній час встановлені наступні види радіоактивного розпаду та перетворювань атомних ядер: альфа-розпад, бета-розпад, електронне захоплення, внутрішня конверсія, ізомерні перехіди, поділ важких ядер, синтез легких ядер.

Для лікування використовують радіонукліди (р/н), яким притаманні перші п’ять ядерних перетворювань. У ядрі протон та нейтрон з більшою частотою (10^-23 с) обмінюються пі-мезонами, перетворюючись одне на одного. Їх вважають двома станами однієї ядерної частки – нуклону. Нестабільність ядер може бути подвійною: або надлишок, або недостатність нейтронів.

α-радіоактивними є ядра атомів важких елементів з надлишком у ядрах і протонів і нейтронів. При цьому розпаді отримується новий елемент, номер котрого менше на 2, а маса на 4 одиниці ніж бтьківський. Це 1-й закон радіоактивного розпаду.

β- радіоактивними це атоми, в ядрах котрих мають надлишок або недостатність нейтронів. Він притаманний як природно радіоактивним, так і штучним р/н. Ядра, утворенні таким шляхом дають як наслідок ізобари (елементи, атоми котрих мають однакову масу, але різний заряд), кількість зарядів котрих збільшується на 1 (при β^-). Це 2-й закон радіоактивного розпаду.

Або зменьшується на 1 (при β⁺). Це 3-й закон радіоактивного розпаду.

Як α- так і β- розпади супроводжуються γ-випроміненням. Частіше це протікає дуже швидкоплинно, але іноді збуджений рівень нукліду має більш тривале життя (хвилини або години). Це метастабільний стан ядру (m). Такі р/н випромінюють лише γ-промені (наприклад, ^99mТс), що і використовують для діагностики та лікування в наслідок невеликого дозного навантаження та можливості отримувати їх у генераторних системах в лабораторних умовах (наприклад, генератор ^99mТс – молібден ⁹⁹Мо). α-випромінюючі р/н не взмозі бути β-випромінювачами і навпаки.

 

ІЗОТОПИ (грец. «займаючі однакові місця») – речовини, ядра атомів котрих мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. На теперішній час отримані ізотопи усіх хімічних елементів таблиці Менделеева, але не усі з них радіоактивні.

Основну характеристику радіоактивної речовини становить його фізичний період напіврозпаду (Т1/2фіз.) – час, за котрий розпадаеться половина атомів р/н. Крім того ще е біологічний період напіврозпаду (Т1/2біол.) – час, за котрий з організму виводиться половина р/н та ефективний період напіврозпаду (Т1/2еф.) – сума двох попередніх. Наприклад, Т1/2 фіз. урану біля 5 млрд. років, радію – 1590 років, радону – кілька діб, радію А – кілька хвилин, радію С – 10^-4 сек. Ніщо не взмозі зруйнувати атоми стабільних елементів. А радіоактивні атоми, навпаки, руйнуються самостійно, і ніякі умови (ні Т⁰С, ні тиск) не взмозі їх зупинити, або прискорити, або затримати цей процес. Одиниця, для виміру енергії ядерних часток це ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ (ЭВ) – це кінетична енергія електрону, котрий пройшов різницю потенціалів в 1 вольт. 1 эв = 1,6 х 10^-19 Дж.

Кулон (Кл) = 6,2 х 10¹⁸ електронів.

Активність – кількісне вимірювання радіоактивної речовини. Її системна одиниця - Бк (Беккерель) - 1 розпад за 1 секунду. Позасистемна - Ки (Кюрі) - 3,7 х 10¹⁰ розпаді за секунду. 1 Ки = 3,7 х 10¹⁰ Бк.