İstikrar Vadisi - Valley of stability

Olarak nükleer fizik , stabilite vadi (ayrıca stabilite kayış , nükleer vadi , enerji vadi veya beta stabilite vadi stabilitesinin bir karakterizasyonudur) nüklidlere için radyoaktivite bağlanma enerjisine dayalı. Nüklitler, proton ve nötronlardan oluşur . Vadinin şekli, en kararlı çekirdeklerin bölgesine karşılık gelen vadinin en alt kısmı ile nötron ve proton sayılarının bir fonksiyonu olarak bağlanma enerjisi profiline atıfta bulunur . Stabilite vadisinin ortasındaki stabil çekirdek hattı, beta stabilite çizgisi olarak bilinir . Vadinin kenarları, beta bozunumuna (β ^- veya β ⁺ ) karşı artan istikrarsızlığa karşılık gelir . Bir çekirdek çürümesi, beta kararlılık çizgisinden ne kadar uzaksa, enerjik olarak daha elverişli hale gelir. Vadinin sınırları nükleer damlama hatlarına tekabül eder , burada çekirdekler o kadar dengesiz hale gelir ki tek protonlar veya tek nötronlar yayarlar . Vadi içindeki yüksek atom numarasındaki istikrarsızlık bölgeleri ayrıca alfa radyasyonu veya kendiliğinden fisyonla radyoaktif bozunmayı da içerir . Vadinin şekli kabaca , nötron ve atom numaralarının bir fonksiyonu olarak çekirdek bağlanma enerjilerine karşılık gelen uzatılmış bir paraboloittir .

Stabilite vadisi içindeki çekirdekler, çekirdeklerin tüm tablosunu kapsar . Bu çekirdeklerin haritası , fizikçi Emilio Segrè'den sonra Segrè haritası olarak bilinir . Segrè haritası nükleer vadinin bir haritası olarak düşünülebilir. Stabilite vadisinin dışındaki proton ve nötron kombinasyonları bölgesi, istikrarsızlık denizi olarak adlandırılır.

1960'ların sonlarında Glenn T. Seaborg tarafından varsayıldığı üzere, bilim adamları uzun süredir istikrar vadisinin dışında uzun ömürlü ağır izotopları araştırdılar . Bu nispeten kararlı çekirdeklerin " sihirli " atom ve nötron sayılarının belirli konfigürasyonlarına sahip olması ve sözde bir kararlılık adası oluşturması beklenmektedir .

Açıklama

Tüm atom çekirdeği, nükleer kuvvet tarafından birbirine bağlanmış proton ve nötronlardan oluşur . Yeryüzünde doğal olarak meydana gelen, her biri benzersiz bir protona karşılık gelen, atom numarası , Z ve benzersiz bir nötron sayısı olan , nötron numarası N olarak adlandırılan 286 ilkel çekirdek vardır . Kütle numarası , bir bir nüklidin, atomik ve nötron numaraları, toplamıdır A = Z + N . Bununla birlikte, tüm çekirdekler kararlı değildir. Byrne'ye göre, kararlı çekirdekler, yarı ömrü 10 ¹⁸ yıldan daha uzun olanlar olarak tanımlanır ve kararsız olan çekirdekleri oluşturan birçok proton ve nötron kombinasyonu vardır. Kararsız bir çekirdek için yaygın bir örnek, beta bozunması ile nitrojen-14'e dönüşen ve yarı ömrü yaklaşık 5.730 yıl olan karbon-14'tür .

¹⁴
₆ C
→ ¹⁴
₇ N
+
e ^-
+
ν
_e

Bu bozunma biçiminde, orijinal element nükleer dönüşüm olarak bilinen bir süreçte yeni bir kimyasal element haline gelir ve bir beta parçacığı ve bir elektron antinötrinosu yayılır. Bunun ve tüm çekirdek bozunmalarının temel bir özelliği, bozunma ürününün toplam enerjisinin orijinal çekirdekinkinden daha az olmasıdır. Başlangıç ve son çekirdek bağlanma enerjileri arasındaki fark, bozunma ürünlerinin kinetik enerjileri tarafından, genellikle beta parçacığı ve bununla ilişkili nötrinosu tarafından taşınır.

Kararlılık vadisi kavramı, nötron ve proton sayılarının bir fonksiyonu olarak tüm çekirdeklerin bağlanma enerjisine göre organize edilmesinin bir yoludur . Çoğu kararlı çekirdek kabaca eşit sayıda proton ve nötron içerir, bu nedenle Z = N olan çizgi, kararlı çekirdekleri tanımlayan kaba bir başlangıç çizgisi oluşturur. Proton sayısı ne kadar fazlaysa, bir nüklidi stabilize etmek için o kadar çok nötron gerekir, bu nedenle Z için daha büyük değerlere sahip çekirdeklerin kararlı olması için daha da fazla sayıda nötron, N > Z gerekir. Stabilite vadisi, bağlanma enerjisinin negatifi tarafından oluşturulur; bağlanma enerjisi, çekirdeği proton ve nötron bileşenlerine ayırmak için gereken enerjidir. Kararlı çekirdeklerin yüksek bağlanma enerjisi vardır ve bu çekirdekler kararlılık vadisinin dibinde uzanır. Daha zayıf bağlanma enerjisine sahip nüklitler , stabilite çizgisinden uzakta ve stabilite vadisinin kenarlarının daha yukarısında uzanan N ve Z kombinasyonlarına sahiptir . Kararsız çekirdekler , örneğin nükleer reaktörlerde veya süpernovalarda oluşturulabilir . Bu tür çekirdekler genellikle , sonuçta oluşan nükleitleri kararlılık vadisinin yamaçlarından aşağı doğru sırayla alan bozunma zincirleri adı verilen reaksiyon dizilerinde bozunur . Bozulma dizisi, daha büyük bağlanma enerjilerine doğru nüklitler alır ve zinciri sonlandıran çekirdekler kararlıdır. İstikrar vadisi, hem sayısız kararlı ve kararsız çekirdeklerin tutarlı bir resim halinde nasıl organize edileceğine dair kavramsal bir yaklaşım hem de radyoaktif bozulma dizilerinin nasıl ve neden meydana geldiğini anlamanın sezgisel bir yolunu sağlar.

Stabilite vadisini gösteren, bağlanma enerjisine göre çekirdeklerin (izotoplar) şeması. Köşegen çizgi eşit sayıda nötron ve protona karşılık gelir. Koyu mavi kareler, en büyük bağlanma enerjisine sahip çekirdekleri temsil eder, dolayısıyla en kararlı çekirdeklere karşılık gelirler. Bağlanma enerjisi, istikrar vadisinin tabanı boyunca en büyüktür.
Yarı ömre göre çekirdekler tablosu. Siyah kareler en uzun yarı ömre sahip çekirdekleri temsil eder, bu nedenle en kararlı çekirdeklere karşılık gelirler. En istikrarlı, uzun ömürlü çekirdek kısımlar, istikrar vadisinin tabanı boyunca uzanır. 20'den fazla protona sahip çekirdeklerin kararlı olabilmesi için protonlardan daha fazla nötron içermesi gerekir.
Çürüme türüne göre çekirdeklerin tablosu. Siyah kareler kararlı çekirdeklerdir. Aşırı nötron veya proton içeren nükleitler , sırasıyla β ^- (açık mavi) veya β ⁺ (yeşil) bozunmaya kararsızdır . Yüksek atom numarasında, alfa emisyonu (turuncu) veya kendiliğinden fisyon (koyu mavi) yaygın bozunma modları haline gelir.

Nötronların rolü

Bir atom çekirdeğini oluşturan protonlar ve nötronlar, çekirdek içinde neredeyse aynı şekilde davranır. İzospinin yaklaşık simetrisi, bu parçacıkları aynı, ancak farklı bir kuantum durumunda ele alır. Bununla birlikte, bu simetri yalnızca yaklaşıktır ve nükleonları birbirine bağlayan nükleer kuvvet , nükleon tipine, spin durumuna, elektrik yüküne, momentuma vb. Ve merkezi olmayan kuvvetlerin katkılarına bağlı olarak karmaşık bir işlevdir . Nükleer kuvvet, doğanın temel bir kuvveti değil , nükleonları çevreleyen güçlü kuvvetin artık etkilerinin bir sonucudur . Bu komplikasyonların bir sonucu, döteryumun , bir proton (p) ve bir nötronun (n) bağlı bir durumu sabit olmasına rağmen , diproton veya dineutron gibi egzotik çekirdeklerin bağlı olmamasıdır . Nükleer kuvvet, pp veya nn bağlı durumları oluşturmak için yeterince güçlü değildir veya eşdeğer olarak, nükleer kuvvet bu özdeş nükleonları bağlayacak kadar derin bir potansiyel oluşturmaz .

Kararlı çekirdekler yaklaşık olarak eşit sayıda proton ve nötron gerektirir. Kararlı çekirdek karbon-12 ( ¹² C), örneğin altı nötron ve altı protondan oluşur. Protonların pozitif bir yükü vardır, bu nedenle birçok proton içeren bir çekirdek içinde Coulomb kuvvetinden kaynaklanan protonlar arasında büyük itici kuvvetler vardır . Protonları birbirinden ayırmak için hareket ederek, bir çekirdek içindeki nötronlar, çekirdeklerin stabilize edilmesinde önemli bir rol oynarlar. Artan atom numarasıyla, kararlılık elde etmek için daha da fazla sayıda nötron gerekir. En ağır kararlı element olan kurşun (Pb), protonlardan çok daha fazla nötron içerir. Kararlı çekirdek ²⁰⁶ Pb, örneğin Z = 82 ve N = 124'e sahiptir. Bu nedenle, stabilite vadisi, 40'tan büyük A için Z = N çizgisini takip etmez ( Z = 20, kalsiyum elementidir ). Nötron sayısı, beta stabilite çizgisi boyunca atom numarasından daha hızlı bir oranda artar.

Beta kararlılık çizgisi , en kararlı çekirdeklere karşılık gelen belirli bir nötron-proton oranı eğrisini takip eder . Kararlılık vadisinin bir tarafında, bu oran küçüktür ve nükleitlerdeki nötronlara göre fazla protonlara karşılık gelir. Bu nüklitler, β ⁺ bozunması veya elektron yakalama konusunda kararsız olma eğilimindedir , çünkü böyle bir bozunma bir protonu bir nötron'a dönüştürür. Bozunma, çekirdeklerin daha kararlı bir nötron-proton oranına doğru hareket etmesine hizmet eder. Stabilite vadisinin diğer tarafında, bu oran büyüktür ve çekirdeklerdeki protonlara göre fazla nötron sayısına karşılık gelir. Bu nüklitler , nötronları protonlara dönüştürdüğünden, β ^- bozunmaya kararsız olma eğilimindedir . Stabilite vadisinin bu tarafında, β ^- bozunması , çekirdeklerin daha kararlı bir nötron-proton oranına doğru hareket etmesine de hizmet eder.

Nötronlar, protonlar ve bağlanma enerjisi

Bir atom çekirdeğinin kütlesi şu şekilde verilir:

{\ displaystyle m = Zm_ {p} + Nm_ {n} - {\ frac {E_ {B}} {c ^ {2}}}}

burada ve sırasıyla bir proton ve bir nötronun dinlenme kütlesi ve çekirdeğin toplam bağlanma enerjisidir . Kütle-enerji denkliği burada kullanılır. Bağlanma enerjisi, proton ve nötron kütlelerinin toplamından çıkarılır çünkü çekirdeğin kütlesi bu toplamdan daha azdır. Kütle kusuru olarak adlandırılan bu özellik, kararlı bir çekirdek için gereklidir; bir çekirdek içinde, çekirdekler potansiyel bir kuyu tarafından tuzağa düşürülür . Yarı ampirik bir kütle formülü, bağlanma enerjisinin şeklini alacağını belirtir. ${\ displaystyle m_ {p}}$ ${\ displaystyle m_ {n}}$ ${\ displaystyle E_ {B}}$

{\ displaystyle E_ {B} = a_ {V} A-a_ {S} A ^ {2/3} -a_ {C} {\ frac {Z ^ {2}} {A ^ {1/3}}} -a_ {A} {\ frac {(A-2Z) ^ {2}} {A}} \ pm \ delta (A, Z)}

Bir çekirdeğin kütlesi ile onu oluşturan nötron ve proton kütlelerinin toplamı arasındaki fark, kütle kusuru olarak bilinir . E _B , nükleonlar arasındaki bağlanma enerjilerinin karşılaştırılması için nükleon başına bağlanma enerjisi elde etmek için genellikle kütle sayısına bölünür. Bu formüldeki terimlerin her birinin teorik bir temeli vardır. Katsayıları , , , formül görünür ve bir katsayısı empirik olarak belirlenir. ${\ displaystyle a_ {V}}$ ${\ displaystyle a_ {S}}$ ${\ displaystyle a_ {C}}$ ${\ displaystyle a_ {A}}$ ${\ displaystyle \ delta (A, Z)}$

Bağlanma enerjisi ifadesi, nötron-proton oranı için nicel bir tahmin verir. Enerji, nötron-proton oranı olduğunda en aza indirilen, $Z'deki$ ikinci dereceden bir ifadedir . Nötron-proton oranı için bu denklem, kararlı çekirdeklerde nötron sayısının, ölçeklenen bir faktör ile proton sayısından daha fazla olduğunu göstermektedir . ${\ displaystyle N / Z \ yaklaşık 1 + {\ frac {a_ {C}} {2a_ {A}}} A ^ {2/3}}$ ${\ displaystyle A ^ {2/3}}$

Stabilite vadisinin dibinde bulunan kararlı çekirdeklerin nükleon başına bağlanma enerjisi negatifidir. Demir-56 , yaklaşık olarak en kararlı çekirdek ve kararlılık vadisindeki en düşük noktadır.

Sağdaki şekil, beta stabilite çizgisi boyunca, yani stabilite vadisinin tabanı boyunca atomik kütle sayısının bir fonksiyonu olarak nükleon başına ortalama bağlanma enerjisini göstermektedir. Çok küçük atomik kütle sayısı için (H, He, Li), nükleon başına bağlanma enerjisi küçüktür ve bu enerji atomik kütle numarası ile hızla artar. Nikel-62 (28 proton, 34 nötron) tüm çekirdeklerin en yüksek ortalama bağlanma enerjisine sahipken, demir-58 (26 proton, 32 nötron) ve demir-56 (26 proton, 30 nötron) yakın ikinci ve üçüncü konumdadır. Bu çekirdekler, istikrar vadisinin en dibinde yer alır. Bu dipten, nükleon başına ortalama bağlanma enerjisi, artan atomik kütle sayısı ile yavaş yavaş azalır. Ağır çekirdek ²³⁸ U kararlı değildir, ancak 4,5 milyar yıllık yarı ömürle yavaş yavaş bozulur. Nükleon başına nispeten küçük bağlanma enerjisine sahiptir.

Β ^- bozunma için, nükleer reaksiyonlar genel biçime sahiptir

^$A$
_$Z$ X
→ ^$A$
_{$Z +1$} X ′
+
e ^-
+
ν
_e

burada $A$ ve $Z$ olan kütle numarası ve atom numarası çürüyen çekirdeğinin ve X ve X ', ilk ve son nüklidler sırasıyla bulunmaktadır. Β ⁺ bozunması için genel biçim şu şekildedir:

^$A$
_$Z$ X
→ ^$A$
_{$Z -1$} X ′
+
e ⁺
+
ν
_e

Bu reaksiyonlar, sırasıyla çekirdek içinde bir nötronun bir protona bozunmasına veya bir protonun bir nötron bozunmasına karşılık gelir. Bu reaksiyonlar, istikrar vadisinin bir tarafında veya diğer tarafında başlar ve reaksiyonların yönleri, ilk nüklitleri vadi duvarlarından aşağıya, daha stabil bir bölgeye, yani daha büyük bağlanma enerjisine doğru hareket ettirmektir.

Atom numarasının bir fonksiyonu olarak çizilen atomik kütle numarası 125 olan çekirdeklerin nükleon başına bağlanma enerjisinin negatifi. Stabilite vadisi boyunca bağlanan enerji profili kabaca bir paraboldür. Tellür -52 ( ₅₂ Te) kararlıdır, antimon -51 ( ₅₁ Sb) ise β− bozunmaya karşı kararsızdır.

Sağdaki şekil, kütle numarası A = 125 olan çekirdekler için kararlılık vadisi boyunca nükleon başına ortalama bağlanma enerjisini göstermektedir . Bu eğrinin altında , kararlı olan tellür ( ₅₂ Te) vardır. ₅₂ Te'nin solundaki çekirdekler fazla nötron nedeniyle kararsızken, sağdakiler aşırı protonlarla kararsızdır. Soldaki bir çekirdek bu nedenle ne ^- bozunmasına uğrar , bu da bir nötronu protona dönüştürür, dolayısıyla çekirdek parçasını sağa ve daha yüksek stabiliteye kaydırır. Sağdaki bir çekirdek benzer şekilde β ⁺ bozunmasına uğrar , bu da çekirdek parçasını sola ve daha yüksek kararlılığa doğru kaydırır.

Ağır çekirdekler, α bozunmasına karşı hassastır ve bu nükleer reaksiyonlar genel biçime sahiptir,

^$A$
_$Z$ X
→ ^{$A -4$}
_{$Z -2$} X ′
+ ⁴
₂ O

Β çürümede olduğu gibi, bozunma ürünü X ′ daha büyük bağlanma enerjisine sahiptir ve kararlılık vadisinin ortasına daha yakındır. Α parçacık daha hafif bir izotop bırakarak iki nötron ve iki proton uzağa taşır. Ağır çekirdekler, protonlardan çok daha fazla nötron içerdiğinden, α bozunması bir çekirdekteki nötron-proton oranını artırır.

Proton ve nötron damlama hatları

Stabilite vadisinin sınırları, yani vadi duvarlarının üst sınırları, nötron zengini taraftaki nötron damlama hattı ve proton açısından zengin taraftaki proton damlama hattıdır. Nükleon damlama hatları, nötron-proton oranının en uç noktasındadır. Damlama çizgilerinin ötesindeki nötron-proton oranlarında çekirdek olamaz. Nötron damlama çizgisinin konumu, Segrè haritasının çoğu için iyi bilinmezken, proton ve alfa damlama çizgileri çok çeşitli elementler için ölçülmüştür. Damla çizgileri protonlar, nötronlar ve alfa parçacıkları için tanımlanır ve bunların hepsi nükleer fizikte önemli roller oynar.

Komşu çekirdekler arasındaki bağlanma enerjisindeki fark, stabilite vadisinin kenarları yükseldikçe artar ve buna uygun olarak çekirdek yarı ömürleri, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi azalır. Belirli bir nüklide her seferinde bir nükleon eklenirse, süreç sonunda yeni oluşmuş bir nüklide yol açacaktır, bu o kadar kararsızdır ki, bir proton (veya nötron) yayarak derhal bozunur. Konuşma dilinde, nükleon çekirdekten "sızdı" veya "damladı", bu nedenle "damlama çizgisi" terimine yol açtı.

Doğal olarak oluşan nüklitlerde proton emisyonu görülmez. Proton yayıcılar , genellikle doğrusal parçacık hızlandırıcıları (linac) kullanan nükleer reaksiyonlarla üretilebilir . 1969 gibi erken bir tarihte kobalt-53'teki bir izomerden hızlı (yani beta gecikmeli değil) proton emisyonu gözlemlenmesine rağmen , lutesyum-151 ve tulium-147'nin proton radyoaktif temel durumlarının olduğu 1981 yılına kadar başka hiçbir proton yayan durum bulunamadı Batı Almanya'daki GSI'daki deneylerde gözlemlendi . Alandaki araştırmalar bu atılımdan sonra gelişti ve bugüne kadar 25'ten fazla nüklidin proton emisyonu sergilediği bulundu. Proton emisyonu çalışması nükleer deformasyonun, kütlelerin ve yapının anlaşılmasına yardımcı olmuştur ve kuantum tünelleme örneğidir .

Nötron yayan iki çekirdek örneği berilyum-13'tür (ortalama ömür 2,7 × 10 ⁻²¹ s ) ve helyum-5 ( 7 × 10 ⁻²² s ). Bu süreçte sadece bir nötron kaybedildiğinden, atom herhangi bir proton kazanmaz veya kaybetmez ve dolayısıyla farklı bir elementin atomu haline gelmez. Bunun yerine, atom orijinal elementin yeni bir izotopu olacak , örneğin berilyum-13'ün nötronlarından birini yaydıktan sonra berilyum-12'ye dönüşmesi gibi .

Gelen nükleer mühendislik , bir ani nötron bir olan nötron hemen yaydığı nükleer fizyon olayı. Hızlı nötronlar, kararsız bölünebilen veya bölünebilen ağır bir çekirdeğin bölünmesinden neredeyse anında ortaya çıkar. Gecikmiş nötron bozunması , fisyon ürünlerinden birinin beta bozunumundan sonra yayılan aynı bağlamda meydana gelebilir . Gecikmiş nötron bozunması zaman zaman birkaç milisaniyeden birkaç dakikaya kadar ortaya çıkabilir. ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu , hızlı bir nötron'u, ^10-14 saniye içinde fisyondan çıkan bir nötron olarak tanımlıyor .

İstikrar Adası

Stabilite adası, neredeyse sihirli sayıda proton ve nötron içeren bir dizi ağır izotopun uranyumdan daha ağır elementlerde azalan stabilite eğilimini yerel olarak tersine çevireceği tahmin edilen istikrar vadisinin dışındaki bir bölgedir . Stabilite adası hipotezi , atom çekirdeğinin atomlardaki çok daha büyük elektron kabuklarının yapısına benzer bir şekilde "kabuklar" içinde oluşturulduğunu ima eden nükleer kabuk modeline dayanmaktadır . Her iki durumda da, kabuklar birbirlerine nispeten yakın olan kuantum enerji seviyeleri gruplarıdır . Kuantum hallerinden iki farklı kabuktaki enerji seviyeleri, nispeten büyük bir enerji boşluğu ile ayrılacaktır. Dolayısıyla, nötron ve protonların sayısı , çekirdekteki belirli bir kabuğun enerji seviyelerini tamamen doldurduğunda, nükleon başına bağlanma enerjisi yerel bir maksimuma ulaşacak ve böylece bu belirli konfigürasyon, doldurulmuş kabuklara sahip olmayan yakın izotoplardan daha uzun bir ömre sahip olacaktır. .

Dolu bir kabukta nötron ve proton " sihirli sayıları " olacaktır . Küresel çekirdeklerin için nötron olası bir sihirli sayı 184, ve bazı olası uygun proton numaraları en kararlı küresel izotopları olacağını ima 114, 120 ve 126 yer Bu yapılandırmalar flerovyum -298, unbinilium -304 ve unbihexium -310. Özellikle not, ²⁹⁸ Fl'dir ve bu " çifte sihir " olacaktır (hem proton sayısı 114 hem de nötron sayısı 184 olarak düşünülmektedir). Bu iki kat büyülü konfigürasyon, çok uzun bir yarı ömre sahip olma olasılığı en yüksek olanıdır. Bir sonraki daha hafif iki kat büyülü küresel çekirdek, bilinen en ağır kararlı çekirdek ve en kararlı ağır metal olan kurşun -208'dir.

Tartışma

Kararlılık vadisi, bozunma zincirleri ve nükleer fisyon gibi nükleer bozunma süreçlerinin özelliklerinin yorumlanmasında ve anlaşılmasında yardımcı olabilir .

Uranyum-238 serisi, kararlılık vadisinde art arda daha derin olan çekirdeklere bir α (N ve Z eksi 2) ve β− bozunması (N eksi 1, Z artı 1) serisidir. Seri, kararlılık vadisinin dibinde kararlı bir çekirdek olan kurşun-206'da son bulur.

Radyoaktif bozunma genellikle bozunma zinciri olarak bilinen bir dizi adımla ilerler. Örneğin, ²³⁸ U , ²³⁴ Th'ye bozunur ve ^{234 m} Pa'ya ^düşer ve sonunda ²⁰⁶ Pb'ye ulaşır :

{\ displaystyle {\ begin {array} {l} {} \\ {\ ce {^ {238} _ {92} U -> [\ alpha] [4.5 \ times 10 ^ {9} \ {\ ce {y }}] {^ {234} _ {90} Th} -> [\ beta ^ {-}] [24 \ {\ ce {d}}] {^ {234 \! M} _ {91} Pa}} } {\ ce {-> [\ beta ^ {-}] [1 \ {\ ce {min}}]}} {\ ce {^ {234} _ {92} U -> [\ alpha] [2.4 \ kere 10 ^ {5} \ {\ ce {y}}] {^ {230} _ {90} Th} -> [\ alpha] [7.7 \ times 10 ^ {4} \ {\ ce {y}}] }} \\ {\ ce {^ {226} _ {88} Ra -> [\ alpha] [1600 \ y] {^ {222} _ {86} Rn} -> [\ alpha] [3.8 \ {\ ce {d}}] {^ {218} _ {84} Po} -> [\ alpha] [3 \ {\ ce {min}}] {^ {214} _ {82} Pb} -> [\ beta ^ {-}] [27 \ {\ ce {min}}] {^ {214} _ {83} Bi} -> [\ beta ^ {-}] [20 \ {\ ce {min}}]}} \\ {\ ce {^ {214} _ {84} Po -> [\ alpha] [164 \ \ mu {\ ce {s}}] {^ {210} _ {82} Pb} -> [\ beta ^ {-}] [22 \ {\ ce {y}}] {^ {210} _ {83} Bi} -> [\ beta ^ {-}] [5 \ {\ ce {d}}] {^ {210} _ {84} Po} -> [\ alpha] [138 \ {\ ce {d}}] {^ {206} _ {82} Pb}}} \\ {} \ end {dizi}}}

Bu reaksiyon dizisinin her adımında, enerji açığa çıkar ve bozunma ürünleri , kararlılık vadisinde beta kararlılık çizgisine doğru ilerler. ²⁰⁶ Pb kararlıdır ve beta kararlılık çizgisinde yer alır.

Uranyum-235 çekirdeği ile görülen nükleer fisyon

Fizyon içinde meydana gelen süreçler nükleer reaktörler sürdürmek nötron salınması eşlik eder zincir reaksiyonu . Fisyon, uranyum-235 gibi ağır bir nüklid bir nötron absorbe ettiğinde ve genellikle ek nötronların salınmasıyla baryum veya kripton gibi daha hafif bileşenlere girdiğinde meydana gelir. Yüksek atom numarasına sahip tüm çekirdekler gibi, bu uranyum çekirdekleri de kararlılıklarını desteklemek için birçok nötron gerektirir, bu nedenle büyük bir nötron-proton oranına ( N / Z ) sahiptirler. Bir fisyondan ( fisyon ürünleri ) ortaya çıkan çekirdekler benzer bir N / Z miras alır , ancak uranyumun yaklaşık yarısı kadar atom numaralarına sahiptir. Fisyon ürünlerinin atom numarasına ve uranyum veya diğer bölünebilir çekirdeklerinkine yakın bir N / Z'ye sahip izotoplar, kararlı olamayacak kadar çok nötron içerir; Bu nötron fazla neden birden nötronlar, ancak serbest proton genellikle fisyon işleminde yayılan ve birçok fizyon ürünü çekirdekleri β uzun bir zincir geçmesi neden da ^- bir çekirdek dönüştüren her biri Bozunma N / Z (üzere K - 1) / ( Z + 1), burada N ve Z sırasıyla çekirdekte bulunan nötron ve proton sayılarıdır.

Fisyon reaksiyonları, sıvı soğutmalı veya katı yakıtlı bir nükleer reaktörde olduğu gibi belirli bir oranda sürdürüldüğünde, sistemdeki nükleer yakıt , meydana gelen her fisyon için birçok antinötrino üretir . Bu antineutrinos fizyon ürünleri bozunmasından geldiği, bir P aşağı çekirdeklerinin ilerleme ^- stabilite vadiye doğru bozunum zincirinden yayarlar her P ile birlikte, bir antineutrino ^- parçacık. 1956'da Reines ve Cowan , bu zor parçacıkların varlığını tespit etmek ve doğrulamak için bir deney tasarımında bir nükleer reaktörden (beklenen) yoğun antinötrino akışını kullandılar .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

Çürüme türüne göre filtreli Nuclides Canlı Grafiği - IAEA
The Valley of Stability (video) - CEA (Fransa) tarafından çekirdekli grafiğin 3B gösterimi aracılığıyla sanal bir "uçuş"
Nükleer manzara: Çekirdeklerin çeşitliliği ve bolluğu - Nucleus kitabının 6. Bölümü : Mackintosh, Ai-Khalili, Jonson ve Pena tarafından maddenin kalbine bir yolculuk , istikrar vadisini ve sonuçlarını anlatıyor (Baltimore, MD: The Johns Hopkins University Press), 2001. ISBN 0-801 8-6860-2

Languages

In other projects