Sh. X. Xushmurodov atom yadrosi va zarralar fizikasi

3.3-§. Alfa-yemirilish
Alfa-yemirilish yadroviy kuchlar ta’sirida barcha saqlanish qonunlarining bajarilishi bilan ro‘y beradi. Alfa zarralar xossalarini o‘rganish zaryadi Z=2, massa soni A = 4, bog’lanish energiyasi E=28 MeV, spini I = 0 , magnit momenti μ = 0 bo’lgan yalang‘och geliy atomi ekanligini ko‘rsatdi.

Tabiiy radioaktiv alfa-yemirilish faqat davriy sistemaning oxiridagi Z> 82 vismutdan keyin joylashgan og’ir element izotoplarida kuzatiladi. Sun’iy ravishda nuklonlar soni A = 140-160 sohada yotuvchi nodir yer elementlarida ham alfa aktiv izotoplar hosil qilinadi.

Alfa-yemirilgan yadro zaryadi ΔZ= 2, massa soni ΔA = 4 ga kamayadi, davriy sistemada ikki katak oldinga siljiydi:

Alfa-yemirilish energetik j ihatdan mumkin bo’lishi uchun ushbu shart bajarilishi lozim:

(3.3.1)

ya’ni dastlabki ona yadroning massasi (energiyasi) hosilaviy yadro va alfa-zarra massalari (energiyalari) yig’indisidan katta bo’lishi kerak.

Energiyalar farqiga α -yemirilish energiyasi E_a deyiladi. Yemirilish energiyasi bo’laklarga (α -zarra va hosilaviy yadrolarga) kinetik energiya berishga sarf bo’ladi.

(3.3.2)

bu yerda lar a-zarra va hosilaviy yadrolar kinetik energiyalari. Agar yemiriluvchi yadro nisbatan tinch holatda P(A, Z) = 0 bo’lsa, alfa
zarra (P_a) va hosilaviy yadro (P_hya) impulslari tengligidan a-zarra va hosilaviy yadrolar tepki energiyasini topish mumkin
(3.3.3)
(3.3.4)


(3.3.2) shartdan

(3.3.5)

Xuddi shuningdek,

(3.3.6)

Shunday qilib, - yemirilish energiyasi E_a ning asosiy qismi - zarra kinetik energiyasiga, ozgina (~2% ga yaqin) qisminigina hosilaviy yadro tepki energiyasiga sarf bo’lar ekan.

Masalan, yemirilishda E_a = 6,203 MeV.

(3.3.5) va (3.3.6) formulalarga ko‘ra:

Alfa-yemirilish yadrolar bo’yicha tajriba xulosalari:

23. 
    1) Ko‘pgina yadrolardan chiquvchi a-zarralar energiyasi monoxromatik.
    
24. 
    2) Ayrim hollarda energiyalari bir-birlariga yaqin bo’lgan bir necha monoxromatik a-zarralar chiqadi, bunga alfa -yemirilishning nozik strukturasi deyiladi. Masalan,
    
25. 
    
    
26. 
    
    
27. 
    
    
28. 
    
    
29. 
    
    

Qavs ichida a-zarralar intensivligi foiz hisobida keltirilgan.

Alfa-yemirilishning nozik strukturasi dastlabki yemiriluvchi ona

yadroning hosilaviy yadro uyg‘ongan holatlariga yemirilish tufayli hosil bo’ladi. Hosilaviy yadrolar uyg‘ongan holatidan gamma-kvantlar chiqarish bilan asosiy holatga o‘tadi (3.1-rasm).

Alfa spektr nozik strukturasi hosilaviy yadroning uyg‘ongan holatlari va energiyalarini, ya’ni yemirilish sxemasini aniqlash imkoniyatini beradi.
Alfa-spektr nozik strukturasida a₀-energiyasi yemirilish energiya qiymatiga mos kelsa, qolgan a₁, a₂... - zarralar energiyalari mos ravishda uyg‘onish energiya qadar kechik chiqadi.
Ba’zi hollarda o‘tish alfa-yemiriluvchi ona yadroning uyg‘ongan holatidan hosilaviy yadro asosiy holatiga yemirilish bilan ro‘y berishi mumkin. Bu alfa zarralar kinetik energiyasi uyg‘onish energiyasi qadar katta bo’ladi.

Bunday alfa-zarralar uzoq yuguruvchi alfa-zarralar deb ataladi (3.2-rasm). Bunda a₁ a₂ a₃ lar a₀ - dan uyg‘onish energiyalari qadar energiyalari ortiq. Uzoq yuguruvchi a-zarralar yemiriluvchi yadroning yemirilish sxemasini aniqlash imkoniyatini beradi.

3) Alfa-zarralar intensivligi energiyasiga bog’liq bo’lib, energiyasi ortishi bilan intensivligi keskin osha boradi.

4)Tabiiy radioaktiv izotoplardan chiquvchi a-zarralar energiyalari 4MeV< T<9MeV oralig’ida, bu yadrolarning yarim yemirilish davrlari T_1/2 esa 3 10^-7 s < T_1/2 < 510¹⁵ yil oralig‘ida. Alfa-zarralar kinetik energiyalari nisbati 2,5 marta o‘zgarsa, yarim yemirilish davrlari nisbati
10²⁴ marotaba o‘zgaradi. Lekin shunday katta farq bo’lishiga

qaramasdan alfa - yemirilish davri bilan energiyasi o‘rtasidagi aloqadorlik mavjud. Alfa - zarra energiyasi 1% kamaysa, yarim

yemirilish davri 10 marotaba ortadi, agar energiya 10% kamaysa yarim yemirilish davri 2-3 tartibga o‘zgaradi. Tajriba natijalariga asoslanib bu bog’lanishni 1911 — 1922-yillarda Geyger va Nettol aniqlaganlar:

lgl=A’lgR_a+B (3.3.7)

Bu yerda: λ~ yemirilish doimiysi;
A, B - doimiy sonlar (radioaktiv oilalarga xos boMgan o‘zgarmas son); R_a - a-zarraning havoda yugurish masofasi;
Alfa zarraning havoda yugurish masofasi kinetik energiyasi orqali R_sm=T_a^3/2 MeV ifodalanadi. U holda (3.3.7) ifodani

lgl=AlgT_a+B’ (3.3.8)

ko‘rinishda yozamiz.

(3.3.8)-Geyger-Nettol formulasining ahamiyati shundaki, uzoq yashovchi alfa-yemiriluvchi yadrolarning yarim yemirilish vaqtini bevosita o’lchash mumkin bo‘lmagan yadrolarda bu yadrolardan chiqayotgan a - zarralar kinetik energiyasiga ko‘ra, yemirilish vaqtini aniqlash mumkin.

0. 
   Alfa-yemirilish energiyasi massa soniga bog’liq bo’lib, massa sonining ortishi bilan energiyasi ortib boradi, bu o‘zgarishda ikkita maksimum qiymati uchraydi: biri A = 145 da, ikkinchisi A = 212 atrofida 3.3-rasm. Birinchi holda = 82 neytronli yaqinida ikkinchi holda esa protonlar soni Z = 82 va neytronlar soni N = 126 bo’lgan magik yadrolar atrofida kuzatiladi. Ma’lumki, qobiqli modelga ko‘ra, 126 va 82 sonlari to’ldirilgan neytron va proton qobiqlariga to‘g ‘ri keladi; to’ldirilgan neytron va protonlariga ega bo’lgan yadrolar qo‘shni yadrolarga nisbatan eng katta bog’lanish energiyasiga ega bo’ladi. Shuning uchun ana shu yadrolarning alfa-yemirilishida maksimal energiya ajralib chiqadi (Magik sonlargato‘g‘ri keluvchi yadrolarda bog’lanish energiya katta massasi kechik dastlabki a-yemiriluvchi yadro magik yadro bo’lsa, hosila yadro massalari farqi ortadi , bu esa yemirilish energiyasi ortishiga o‘z navbatida alfa-energiyasi ortishiga olib keladi).
   

3.3-rasm.

Alfa zarra energiyasining massa soni A ortishi bilan o‘sib borishini tomchi modeliga ko‘ra, kulon energiyasi oshish,bu bilan bog’lanish engergiyasining kamayib, massasini ortib borishi bilan tushuntirish mumkin. Ya’ni dastlabki yadroda hosila yadroga qaraganda zaryadi katta kulon energiyasi katta, bog’lanish energiyasi kichik, massasi esa ortib boraveradi. Alfa zarralar energiyasi ortib borishini solishtirma bog’lanish energiyasiga ko‘ra, tushuntirish mumkin. Solishtirma bog’lanish energiyasining massa soniga bog’liqlik grafigidan ko‘rinib turibdiki, o‘ta og‘ir yadrolarda qariyb 5,5 MeV to‘g‘ri keladi. Bu degan so‘z, og’ir yadrodan bir proton yoki bir neytronni ajratib olish uchun yadroga 5,5 MeV energiya berish zarur demakdir. Agar ikki proton ikki neytronni bittadan ajratib olish lozim bo’lsa, yadroga 22 MeVga yaqin energiya berishga to‘g‘ri keladi. Ikkinchi tomondan, ma’lumki, alfa-zarraning bog’lanish energiyasi 28 MeV ga teng. Bordi-yu, bu zarralar bittadan emas, balki birlashgan holda alfa-zarralar shaklida chiqsa, u holda 6 MeV sof energiya qo’lga kiritilgan bo’lar edi, chunki biz 22 MeV energiya sarflab, 28 MeV energiya olishimiz kerak edi. Shunday qilib, bunday yadro proton yoki neytron chiqarish bo‘yicha barqaror bo’lishiga qaramay, alfa-zarralar chiqarish xususida hali ham barqaror emas, chunki alfa-zarralar chiqqanda har doim qariyb 6 MeV dan iborat musbat energiya ajralib chiqadi. Barqaror bo’lmagan og’ir yadrolarning 4 dan 9 MeV gacha energiyaga ega bo’lgan alfa-zarralar chiqarib yemirilishining boisi ham shundadir.
Alfa-yemirilish energiyasining yer noyob elementlarida kechik ~2 MeV, og’ir yadrolarda (4 — 9) MeV gacha ortib borishi massa soni kechik bo’lganda radiusi va kulon to‘sig’i kechik bo’lishi, A ortishi bilan bu kattaliklaming ortib borishi sababli deb tushuntiriladi.