अल्फा और बीटा विकिरण को आमतौर पर रेडियोधर्मी क्षय कहा जाता है। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जो नाभिक से उप-परमाणु कणों का उत्सर्जन है, जो एक जबरदस्त गति से होता है। नतीजतन, एक परमाणु या उसका समस्थानिक एक रासायनिक तत्व से दूसरे में बदल सकता है। नाभिक के अल्फा और बीटा क्षय अस्थिर तत्वों की विशेषता है। इनमें 83 से अधिक आवेश संख्या और 209 से अधिक द्रव्यमान संख्या वाले सभी परमाणु शामिल हैं।
प्रतिक्रिया की स्थिति
अपघटन, अन्य रेडियोधर्मी परिवर्तनों की तरह, प्राकृतिक और कृत्रिम है। उत्तरार्द्ध किसी विदेशी कण के नाभिक में प्रवेश के कारण होता है। एक परमाणु कितना अल्फा और बीटा क्षय कर सकता है यह केवल इस बात पर निर्भर करता है कि एक स्थिर अवस्था कितनी जल्दी पहुँच जाती है।
प्राकृतिक परिस्थितियों में, अल्फा और बीटा माइनस क्षय होते हैं।
कृत्रिम परिस्थितियों में न्यूट्रॉन, पॉज़िट्रॉन, प्रोटॉन और अन्य दुर्लभ प्रकार के क्षय और नाभिक के परिवर्तन मौजूद होते हैं।
ये नाम अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने दिए थे, जिन्होंने रेडियोधर्मी विकिरण का अध्ययन किया था।
स्थिर और अस्थिर के बीच का अंतरकोर
क्षय करने की क्षमता सीधे परमाणु की स्थिति पर निर्भर करती है। तथाकथित "स्थिर" या गैर-रेडियोधर्मी नाभिक गैर-क्षयकारी परमाणुओं की विशेषता है। सिद्धांत रूप में, ऐसे तत्वों को उनकी स्थिरता के बारे में आश्वस्त होने के लिए अनिश्चित काल तक देखा जा सकता है। ऐसे नाभिकों को अस्थिर नाभिकों से अलग करने के लिए इसकी आवश्यकता होती है, जिनका आधा जीवन बहुत लंबा होता है।
गलती से, ऐसे "धीमे" परमाणु को गलती से स्थिर मान लिया जा सकता है। हालांकि, टेल्यूरियम, और अधिक विशेष रूप से, इसकी आइसोटोप संख्या 128, जिसका आधा जीवन 2.2·1024 वर्ष है, एक उल्लेखनीय उदाहरण हो सकता है। यह मामला अकेला नहीं है। लैंथेनम-138 का आधा जीवन 1011 वर्ष है। यह अवधि मौजूदा ब्रह्मांड की उम्र का तीस गुना है।
रेडियोधर्मी क्षय का सार
यह प्रक्रिया बेतरतीब ढंग से होती है। प्रत्येक क्षयकारी रेडियोन्यूक्लाइड एक दर प्राप्त करता है जो प्रत्येक मामले के लिए स्थिर होती है। बाहरी कारकों के प्रभाव में क्षय दर नहीं बदल सकती है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि कोई प्रतिक्रिया एक विशाल गुरुत्वाकर्षण बल के प्रभाव में, निरपेक्ष शून्य पर, किसी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र में, किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, और इसी तरह होगी। प्रक्रिया केवल परमाणु नाभिक के आंतरिक भाग पर सीधे प्रभाव से प्रभावित हो सकती है, जो व्यावहारिक रूप से असंभव है। प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त होती है और केवल उस परमाणु पर निर्भर करती है जिसमें वह आगे बढ़ता है और उसकी आंतरिक स्थिति पर निर्भर करता है।
रेडियोधर्मी क्षय का जिक्र करते समय, "रेडियोन्यूक्लाइड" शब्द का प्रयोग अक्सर किया जाता है। उन लोगों के लिए जो नहीं हैंइससे परिचित होने पर, आपको पता होना चाहिए कि यह शब्द परमाणुओं के एक समूह को दर्शाता है जिसमें रेडियोधर्मी गुण होते हैं, उनकी अपनी द्रव्यमान संख्या, परमाणु संख्या और ऊर्जा की स्थिति होती है।
विभिन्न रेडियोन्यूक्लाइड का उपयोग तकनीकी, वैज्ञानिक और मानव जीवन के अन्य क्षेत्रों में किया जाता है। उदाहरण के लिए, चिकित्सा में, इन तत्वों का उपयोग रोगों के निदान, दवाओं, उपकरणों और अन्य वस्तुओं के प्रसंस्करण में किया जाता है। यहां तक कि कई चिकित्सीय और रोगनिरोधी रेडियो दवाएं भी हैं।
आइसोटोप की परिभाषा कोई कम महत्वपूर्ण नहीं है। यह शब्द एक विशेष प्रकार के परमाणुओं को संदर्भित करता है। इनका परमाणु क्रमांक सामान्य तत्व के समान होता है, लेकिन द्रव्यमान संख्या भिन्न होती है। यह अंतर न्यूट्रॉन की संख्या के कारण होता है, जो प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की तरह चार्ज को प्रभावित नहीं करते हैं, लेकिन उनके द्रव्यमान को बदलते हैं। उदाहरण के लिए, साधारण हाइड्रोजन में उनमें से 3 हैं। यह एकमात्र तत्व है जिसके समस्थानिकों को नाम दिया गया है: ड्यूटेरियम, ट्रिटियम (एकमात्र रेडियोधर्मी) और प्रोटियम। अन्य मामलों में, परमाणु द्रव्यमान और मुख्य तत्व के अनुसार नाम दिए गए हैं।
अल्फा क्षय
यह एक तरह की रेडियोधर्मी प्रतिक्रिया है। यह रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी के छठे और सातवें आवर्त से प्राकृतिक तत्वों के लिए विशिष्ट है। विशेष रूप से कृत्रिम या ट्रांसयूरेनियम तत्वों के लिए।
अल्फा क्षय के अधीन तत्व
इस क्षय की विशेषता वाली धातुओं की संख्या में थोरियम, यूरेनियम और रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी से छठे और सातवें काल के अन्य तत्व शामिल हैं, जिनकी गणना बिस्मथ से की जाती है। प्रक्रिया भी भारी के बीच से आइसोटोप से गुजरती हैआइटम।
प्रतिक्रिया के दौरान क्या होता है?
जब अल्फा क्षय शुरू होता है, तो 2 प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की एक जोड़ी वाले कणों के नाभिक से उत्सर्जन होता है। उत्सर्जित कण स्वयं हीलियम परमाणु का केंद्रक है, जिसका द्रव्यमान 4 इकाई है और आवेश +2 है।
परिणामस्वरूप, एक नया तत्व प्रकट होता है, जो आवर्त सारणी में मूल के बाईं ओर दो कक्ष स्थित होता है। यह व्यवस्था इस तथ्य से निर्धारित होती है कि मूल परमाणु ने 2 प्रोटॉन खो दिए हैं और इसके साथ ही - प्रारंभिक चार्ज। नतीजतन, परिणामी आइसोटोप का द्रव्यमान प्रारंभिक अवस्था की तुलना में 4 द्रव्यमान इकाइयों से कम हो जाता है।
उदाहरण
इस क्षय के दौरान यूरेनियम से थोरियम बनता है। थोरियम से रेडियम आता है, इससे रेडॉन आता है, जो अंततः पोलोनियम देता है, और अंत में सीसा। इस प्रक्रिया में इन तत्वों के समस्थानिक बनते हैं, स्वयं नहीं। तो, यह एक स्थिर तत्व की उपस्थिति तक यूरेनियम -238, थोरियम -234, रेडियम -230, रेडॉन -236 और इसी तरह निकलता है। ऐसी प्रतिक्रिया का सूत्र इस प्रकार है:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
उत्सर्जन के क्षण में चयनित अल्फा कण की गति 12 से 20 हजार किमी/सेकंड तक होती है। निर्वात में होने के कारण, ऐसा कण भूमध्य रेखा के साथ घूमते हुए 2 सेकंड में ग्लोब का चक्कर लगाता है।
बीटा क्षय
इस कण और एक इलेक्ट्रॉन में दिखने के स्थान का अंतर है। बीटा क्षय एक परमाणु के नाभिक में होता है, न कि उसके आसपास के इलेक्ट्रॉन खोल में। सभी मौजूदा रेडियोधर्मी परिवर्तनों में सबसे आम। यह वर्तमान में मौजूद लगभग सभी में देखा जा सकता हैरासायनिक तत्व। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि प्रत्येक तत्व में कम से कम एक समस्थानिक होता है जो क्षय के अधीन होता है। ज्यादातर मामलों में, बीटा क्षय के परिणामस्वरूप बीटा-माइनस क्षय होता है।
प्रतिक्रिया प्रवाह
इस प्रक्रिया में, एक इलेक्ट्रॉन को नाभिक से बाहर निकाल दिया जाता है, जो एक न्यूट्रॉन के एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन में स्वतः परिवर्तन के कारण उत्पन्न हुआ है। इस मामले में, अधिक द्रव्यमान के कारण, प्रोटॉन नाभिक में रहते हैं, और इलेक्ट्रॉन, जिसे बीटा माइनस कण कहा जाता है, परमाणु छोड़ देता है। और चूँकि प्रति इकाई प्रोटॉन अधिक होते हैं, तत्व का केंद्रक स्वयं ऊपर की ओर बदलता है और आवर्त सारणी में मूल के दाईं ओर स्थित होता है।
उदाहरण
पोटेशियम-40 के साथ बीटा का क्षय इसे कैल्शियम आइसोटोप में बदल देता है, जो दाईं ओर स्थित होता है। रेडियोधर्मी कैल्शियम -47 स्कैंडियम -47 बन जाता है, जो स्थिर टाइटेनियम -47 में बदल सकता है। यह बीटा क्षय कैसा दिखता है? सूत्र:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
बीटा कण की गति प्रकाश की गति का 0.9 गुना है, जो 270,000 किमी/सेकंड है।
प्रकृति में बहुत अधिक बीटा-सक्रिय न्यूक्लाइड नहीं हैं। बहुत कम महत्वपूर्ण हैं। एक उदाहरण पोटेशियम-40 है, जो प्राकृतिक मिश्रण में केवल 119/10,000 है। इसके अलावा, महत्वपूर्ण प्राकृतिक बीटा-माइनस सक्रिय रेडियोन्यूक्लाइड्स में यूरेनियम और थोरियम के अल्फा और बीटा क्षय उत्पाद हैं।
बीटा क्षय का एक विशिष्ट उदाहरण है: थोरियम-234, जो अल्फा क्षय में प्रोटैक्टीनियम-234 में बदल जाता है, और फिर उसी तरह यूरेनियम बन जाता है, लेकिन इसका अन्य समस्थानिक संख्या 234 है। यह यूरेनियम-234 फिर से अल्फा के कारण क्षय हो जाता हैथोरियम, लेकिन पहले से ही इसकी एक अलग किस्म है। यह थोरियम-230 फिर रेडियम-226 बन जाता है, जो रेडॉन में बदल जाता है। और इसी क्रम में, थैलियम तक, केवल विभिन्न बीटा संक्रमणों के साथ वापस। यह रेडियोधर्मी बीटा क्षय स्थिर लेड-206 के निर्माण के साथ समाप्त होता है। इस परिवर्तन का निम्न सूत्र है:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> पंजाब-206
प्राकृतिक और महत्वपूर्ण बीटा सक्रिय रेडियोन्यूक्लाइड K-40 और थैलियम से यूरेनियम तक के तत्व हैं।
बीटा प्लस क्षय
एक बीटा प्लस ट्रांसफॉर्मेशन भी है। इसे पॉज़िट्रॉन बीटा क्षय भी कहा जाता है। यह नाभिक से पॉज़िट्रॉन नामक एक कण का उत्सर्जन करता है। परिणाम मूल तत्व का बाईं ओर एक में परिवर्तन है, जिसकी संख्या कम है।
उदाहरण
जब इलेक्ट्रॉन बीटा क्षय होता है, तो मैग्नीशियम-23 सोडियम का स्थिर समस्थानिक बन जाता है। रेडियोधर्मी यूरोपियम-150 समैरियम-150 बन जाता है।
परिणामी बीटा क्षय प्रतिक्रिया बीटा+ और बीटा-उत्सर्जन पैदा कर सकती है। दोनों स्थितियों में कण का पलायन वेग प्रकाश की गति का 0.9 गुना है।
अन्य रेडियोधर्मी क्षय
अल्फा क्षय और बीटा क्षय जैसी प्रतिक्रियाओं के अलावा, जिसका सूत्र व्यापक रूप से जाना जाता है, ऐसी अन्य प्रक्रियाएं हैं जो कृत्रिम रेडियोन्यूक्लाइड की दुर्लभ और अधिक विशेषता हैं।
न्यूट्रॉन क्षय । 1 इकाई का एक उदासीन कण उत्सर्जित होता हैजनता। इसके दौरान, एक समस्थानिक एक छोटी द्रव्यमान संख्या के साथ दूसरे में बदल जाता है। एक उदाहरण लिथियम-9 का लिथियम-8, हीलियम-5 से हीलियम-4 में रूपांतरण होगा।
जब आयोडीन-127 के एक स्थिर समस्थानिक को गामा किरणों से विकिरणित किया जाता है, तो यह समस्थानिक संख्या 126 बन जाता है और रेडियोधर्मिता प्राप्त कर लेता है।
प्रोटॉन क्षय। यह अत्यंत दुर्लभ है। इसके दौरान, एक प्रोटॉन उत्सर्जित होता है, जिसका आवेश +1 और द्रव्यमान का 1 इकाई होता है। परमाणु भार एक मान से घट जाता है।
कोई भी रेडियोधर्मी परिवर्तन, विशेष रूप से, रेडियोधर्मी क्षय, गामा विकिरण के रूप में ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है। वे इसे गामा किरणें कहते हैं। कुछ मामलों में, कम ऊर्जा वाले एक्स-रे देखे जाते हैं।
गामा क्षय। यह गामा क्वांटा की एक धारा है। यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण है, जो एक्स-रे से कठिन है, जिसका उपयोग दवा में किया जाता है। नतीजतन, गामा क्वांटा दिखाई देता है, या परमाणु नाभिक से ऊर्जा प्रवाहित होती है। एक्स-रे भी विद्युतचुंबकीय होते हैं लेकिन परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोश से उत्पन्न होते हैं।
अल्फा कण चलते हैं
4 परमाणु इकाइयों के द्रव्यमान और +2 आवेश वाले अल्फा कण एक सीधी रेखा में गति करते हैं। इस वजह से, हम अल्फा कणों की सीमा के बारे में बात कर सकते हैं।
रन का मान प्रारंभिक ऊर्जा पर निर्भर करता है और हवा में 3 से 7 (कभी-कभी 13) सेमी तक होता है। घने माध्यम में, यह एक मिलीमीटर का सौवां हिस्सा होता है। ऐसा विकिरण एक शीट में प्रवेश नहीं कर सकताकागज और मानव त्वचा।
अपने स्वयं के द्रव्यमान और आवेश संख्या के कारण, अल्फा कण में सबसे अधिक आयनीकरण शक्ति होती है और अपने रास्ते में आने वाली हर चीज को नष्ट कर देती है। इस संबंध में, अल्फा रेडियोन्यूक्लाइड शरीर के संपर्क में आने पर मनुष्यों और जानवरों के लिए सबसे खतरनाक होते हैं।
बीटा कण प्रवेश
छोटे द्रव्यमान संख्या के कारण, जो एक प्रोटॉन, ऋणात्मक आवेश और आकार से 1836 गुना कम है, बीटा विकिरण का उस पदार्थ पर कमजोर प्रभाव पड़ता है जिससे वह उड़ता है, लेकिन इसके अलावा, उड़ान लंबी होती है। साथ ही कण का पथ सीधा नहीं है। इस संबंध में वे भेदन क्षमता की बात करते हैं, जो प्राप्त ऊर्जा पर निर्भर करती है।
रेडियोधर्मी क्षय के दौरान उत्पन्न बीटा कणों की भेदन शक्ति हवा में 2.3 मीटर तक पहुंच जाती है, तरल पदार्थों में इसे सेंटीमीटर में और ठोस में - सेंटीमीटर के अंशों में गिना जाता है। मानव शरीर के ऊतक 1.2 सेमी गहराई तक विकिरण संचारित करते हैं। बीटा विकिरण से बचाने के लिए, 10 सेमी तक पानी की एक साधारण परत काम कर सकती है। 10 MeV की पर्याप्त उच्च क्षय ऊर्जा वाले कणों का प्रवाह ऐसी परतों द्वारा लगभग पूरी तरह से अवशोषित होता है: वायु - 4 मीटर; एल्यूमीनियम - 2.2 सेमी; लोहा - 7.55 मिमी; सीसा - 5, 2 मिमी।
उनके छोटे आकार को देखते हुए, बीटा विकिरण कणों में अल्फा कणों की तुलना में कम आयनीकरण क्षमता होती है। हालांकि, जब अंतर्ग्रहण किया जाता है, तो वे बाहरी जोखिम की तुलना में बहुत अधिक खतरनाक होते हैं।
न्यूट्रॉन और गामा का वर्तमान में सभी प्रकार के विकिरणों में सबसे अधिक भेदन प्रदर्शन है। हवा में इन विकिरणों की सीमा कभी-कभी दसियों और सैकड़ों तक पहुंच जाती हैमीटर, लेकिन कम आयनीकरण प्रदर्शन के साथ।
गामा किरणों के अधिकांश समस्थानिक ऊर्जा में 1.3 MeV से अधिक नहीं होते हैं। शायद ही कभी, 6.7 MeV के मान तक पहुँच पाते हैं। इस संबंध में, इस तरह के विकिरण से बचाने के लिए, क्षीणन कारक के लिए स्टील, कंक्रीट और सीसा की परतों का उपयोग किया जाता है।
उदाहरण के लिए, कोबाल्ट गामा विकिरण को दस गुना कम करने के लिए, लगभग 5 सेमी मोटी सीसा परिरक्षण की आवश्यकता होती है, 100 गुना क्षीणन के लिए 9.5 सेमी की आवश्यकता होती है। कंक्रीट परिरक्षण 33 और 55 सेमी होगा, और पानी - 70 और 115 सेमी ।
न्यूट्रॉनों का आयनीकरण प्रदर्शन उनके ऊर्जा प्रदर्शन पर निर्भर करता है।
किसी भी स्थिति में, विकिरण से बचाव का सबसे अच्छा तरीका है कि जितना हो सके स्रोत से दूर रहें और उच्च विकिरण क्षेत्र में जितना हो सके कम से कम समय बिताएं।
परमाणु नाभिक का विखंडन
परमाणुओं के नाभिकों के विखंडन के तहत स्वतःस्फूर्त या न्यूट्रॉन के प्रभाव में नाभिक का दो भागों में विभाजन, आकार में लगभग बराबर होता है।
ये दो भाग रासायनिक तत्वों की तालिका के मुख्य भाग से तत्वों के रेडियोधर्मी समस्थानिक बन जाते हैं। तांबे से शुरू होकर लैंथेनाइड्स तक।
विमोचन के दौरान, कुछ अतिरिक्त न्यूट्रॉन निकल जाते हैं और गामा क्वांटा के रूप में ऊर्जा की अधिकता होती है, जो रेडियोधर्मी क्षय के दौरान की तुलना में बहुत अधिक होती है। तो, रेडियोधर्मी क्षय के एक कार्य में, एक गामा क्वांटा प्रकट होता है, और विखंडन के कार्य के दौरान, 8, 10 गामा क्वांटा दिखाई देते हैं। साथ ही, बिखरे हुए टुकड़ों में बड़ी गतिज ऊर्जा होती है, जो तापीय संकेतकों में बदल जाती है।
जारी किए गए न्यूट्रॉन समान नाभिक के एक जोड़े को अलग करने में सक्षम होते हैं यदि वे पास में स्थित होते हैं और न्यूट्रॉन उनसे टकराते हैं।
यह परमाणु नाभिक को विभाजित करने और बड़ी मात्रा में ऊर्जा बनाने की एक शाखा, त्वरित श्रृंखला प्रतिक्रिया की संभावना को बढ़ाता है।
जब इस तरह की चेन रिएक्शन नियंत्रण में होती है, तो इसका उपयोग कुछ उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, हीटिंग या बिजली के लिए। ऐसी प्रक्रियाएं परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और रिएक्टरों में की जाती हैं।
यदि आप प्रतिक्रिया पर नियंत्रण खो देते हैं, तो एक परमाणु विस्फोट होगा। इसी तरह परमाणु हथियारों में प्रयोग किया जाता है।
प्राकृतिक परिस्थितियों में, केवल एक तत्व है - यूरेनियम, जिसमें 235 संख्या वाला केवल एक विखंडनीय समस्थानिक होता है। यह हथियार-ग्रेड है।
यूरेनियम-238 से एक साधारण यूरेनियम परमाणु रिएक्टर में, न्यूट्रॉन के प्रभाव में, वे 239 नंबर पर एक नया आइसोटोप बनाते हैं, और इससे - प्लूटोनियम, जो कृत्रिम है और प्राकृतिक रूप से नहीं होता है। इस मामले में, परिणामी प्लूटोनियम -239 का उपयोग हथियारों के उद्देश्यों के लिए किया जाता है। परमाणु नाभिक के विखंडन की यह प्रक्रिया सभी परमाणु हथियारों और ऊर्जा का सार है।
अल्फा क्षय और बीटा क्षय जैसी घटनाएँ, जिनके सूत्र का अध्ययन स्कूल में किया जाता है, हमारे समय में व्यापक हैं। इन प्रतिक्रियाओं के लिए धन्यवाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्र और परमाणु भौतिकी पर आधारित कई अन्य उद्योग हैं। हालांकि, इनमें से कई तत्वों की रेडियोधर्मिता के बारे में मत भूलना। उनके साथ काम करते समय, विशेष सुरक्षा और सभी सावधानियों के अनुपालन की आवश्यकता होती है। अन्यथा, यह हो सकता हैअपूरणीय आपदा।
