Цацраг идэвхт задрал

Альфа задрал (Англи: Alpha decay). Цацраг идэвхт задралын нэгэн жишээ. Альфа задралын үр дүнд атомын цөм нь, жингийн тоо нь 4-өөр бага ба цэнэгийн тоо 2-оор бага атомуудыг үүсгэдэг.

Цацраг идэвхт задрал (Латин: radius - цацраг, туяа ба Латин: āctīvus - идэвхтэй, үйлчилгээтэй) — тогтворгүй атомууд дахь цөмүүдийн, гадны нөлөөгүйгээр, бүтэц ба дотоод зохион байгуулалтын, эгэл бөөмүүдийг (гамма квант, кластер г.м.) ялгаруулан хувирах өөрчлөлт. Цөмийн энэ өөрчлөлтийг цөмийн цэнэгийн тоо $Z$ ба жингийн тоо $A$ хоёрын өөрчлөлт гэж хэлж болно. Цацраг идэвхт задралын процессыг мөн цацраг идэвхжил гэж нэрлэдэг ба түүнд хамаарах цөмүүдийг (нуклидууд, изотопууд ба химийн элементүүд) цацраг идэвхт гэдэг. Цацраг идэвхт цөмүүдийг агуулсан бодисуудыг цацраг идэвхт бодисууд гэнэ.

82-с дээш дугаартай химийн элементүүд (висмутаас эхлэн) бүгд цацраг идэвхтэй, промети ба технеци гэх хөнгөн элементүүд тогтвортой изотопыг агуулдаггүй, инди, кали, кальци зэрэг элементүүдийн байгаль дахь изотопуудын зарим нь тогтвортой, зарим нь тогтворгүй байдаг гэдэг нь тус тус тогтоогдсон байна.

Энгийн (ердийн) цацраг идэвхжил — атомын цөмүүдийн байгальд тохиолдох гадны нөлөөлөлгүй задрал.

Зохиомол цацраг идэвхжил — цөмийн урвалаар гарган авсан атомын цөмүүдийн гадны нөлөөлөлгүй задрал.

Цацраг идэвхт задралд өртөж байгаа цөм ба задралын үр дүнд үүсэж байгаа цөм хоёрыг, эх цөм ба охин цөм гэж нэрлэдэг. Охин цөмийн жингийн тоо ба цэнэгийн өөрчлөлтийг, эх цөмийн эдгээр үзүүлэлтүүдэд харьцуулсан харьцааг Соддигийн шилжилтийн хууль (Орос: правило смещения Содди, Англи: Radioactive displacement law of Fajans and Soddy) гэдэг.

Альфа-бөөмүүдийг ялгаруулан задрах задралыг альфа задрал, бета-бөөмүүдийг ялгаруулан задарч байгаа задралыг бета задрал гэж нэрлэдэг. Одоо цагт бета-бөөмийг ялгаруулдаггүй бета задралын төрлүүд байдаг гэдэг нь мэдэгдсэн. Гэхдээ бета задрал нь ямагт нейтрино эсвэл антинейтриног ялгаруулж байдаг. Гамма задрал гэдэг ойлголт ховор хэрэглэгддэг. Гамма-квантуудыг ялгаруулах задралыг ихэвчлэн изомер шилжилт гэж нэрлэдэг. Дийлэнх тохиолдолд бусад төрлийн задрал гамма цацралыг дагуулдаг. Энэ тохиолдолд эхний задралаас идэвхтэй охин цөм үүсээд дараа нь гамма-квантыг ялгаруулан үндсэн төлөвт шилжинэ.

Цацраг идэвхт цөмүүдээс ялгарах α-бөөмүүд ба γ-квантуудын энергийн спектр нь тасалдалтай («дискрет»), харин β-бөөмүүдийнх тасралтгүй байдаг.

Одоогийн байдлаар альфа, бета, гамма задралуудаас гадна дараах задралууд (бета задралын төрлүүд гэж үздэг) мэдэгдээд байна:

• нейтрон ялгаруулан задрах;
• протон ялгаруулан задрах;
• хоёр протон ялгаруулан задрах;
• кластер ялгаруулан задрах;
• спонтан хуваагдал;
• электрон булаалт;
• позитроны цацрал (эсвэл β⁺-задрал);
• давхар бета задрал ба түүний төрлүүд.

Зарим нэг изотопууд нэгэн зэрэг хоёр эсвэл түүнээс олон төрлөөр задрах эрмэлзэлтэй байдаг. Жишээ нь, висмут-212 64%-ийн магадлалтайгаар талли-208-г үүсгэн (альфа задралаар), 36%-ийн магадлалтайгаар полони-212-г үүсгэн (бета задралаар) задардаг.

Цацраг идэвхт задралын дүнд үүссэн охин цөм мөн цацраг идэвхт байх тохиолдол байдаг. Ийм цөм хэсэн хугацааны дараа дахин задарна. Цацраг идэвхт задралын процесс тогтвортой цөм (цацраг идэвхт биш цөм) үүстэл явагдах ба энэ дарааллыг задралын хэлхээ, харин үүссэн нуклидуудын дарааллыг цацраг идэвхт эгнээ гэж тус тус нэрлэдэг. Тухайлбал уран-238, уран-235 ба тори-232 эхэлсэн цацраг идэвхт эгнээнүүдийн сүүлчийн тогтвортой гишүүнүүд нь хар тугалга-206, хар тугалга-207 ба хар тугалга-208 юм.

Жингийн тоо $A$ ижилтэй цөмүүд (изобарууд) бета задралын улмаар бие бие рүү гээ шилжидэг. Ийм цөмүүдийг изобарын эгнээ гэнэ. Изобарын эгнээ бүр 1-3 бета тогтвортой нуклидудыг агуулдаг. Бета тогтвортой нуклид нь бета задрал орохгуй ч бусад задралд орж болно. Изобарын эгнээний бусад цөмүүд бета тогтворгүй байдаг ба дараалсан бета хасах эсвэл бета нэмэх задралаар, өөрийн эгнээнд хамгийн ойр орших бета тогтвортой нуклид болон хувирна. Изобарын эгнээний хоёр бета тогтвортой нуклидын дунд орших цөм нь β⁻ ба β⁺ задралын (эсвэл электрон булаалт) эрмэлзэлтэй байж болно. Жишээ нь, байгальд орших кали-40 радионуклид (цацраг идэвхт нуклид) нь түүний хоёр талд орших бета тогтвортой цөмүүд болох аргон-40 ба кальци-40 болон задрана:

${}_{19}^{40}{\textrm {K}}+e^{-}\rightarrow {}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}+\nu _{e},$

${}_{19}^{40}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}+e^{+}+\nu _{e},$

${}_{19}^{40}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{20}^{40}{\textrm {Ca}}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.$