Alfa-Yemirilish

Alfa (α) — yemirilishning kashf etilish va uni o‘rganish tarixi Ernest Rezerford nomi bilan bog‘liq. α-yemirilish, α-zarra degan nomlari ham u taklif etgan. Bu voqea radioaktivlik kashf etilgandan keyin bir oz vaqt o‘tgach sodir bo‘ldi. O‘shanda Rezerford uran tuzlarining nurlanishini endi tekshira boshlagan edi. Tajribalar bu nurlanish bir jinsli emasligini ko‘rsatdi. Uning bir qismini yupqa alyuminiy folga yutar, boshqa qismi esa undan bemalol o‘tib ketar edi. Olim ularni mos ravishda α-va β-nurlar deb atadi. Biroz keyinroq nurlanishning yana bir tarkibiy qismi aniqlandi, u yunon alifbosining uchinchi harfi bilan γ-nurlar deb ataldi.

α-zarralar Rezerford uchun uzoq yillar davomida atom yadrolarini tekshirish uchun yagona qurol bo‘lib qoldi. α-zarralarining tabiatini aniqlashda ham u birinchi bo‘ldi. α-zarra har ikki elektronini yo‘qotgan geliy- 4 atomi yadrosi ekanligini aniqlandi:.

Ikkita proton va ikkita neytrondan iborat geliy-4 yadrosi eng oddiy va barqaror yadrolardan biridir. Undagi zarralar shunchalik mustahkam bog‘langanki, boshqa yadrolar energetik jihatdan α-zarralarga va ancha yengil yadroga parchalanib ketishi mumkin edi. Biroq bunday bo‘lmadi. Faqat og‘ir elementlar: uran, radiy, toriy va ba’zi boshqa elementlar radioaktiv yemiriladi.

Yadrolarning α-yemirilishga qarshi mustahkamligi g‘oyat qiziqarlidir, uni aniqlashda ham Rezerford ishtirok etdi. U birinchi bo‘lib, α-yemirilish mumtoz fizika qonunlariga ko‘ra mavjud bo‘lishi mumkin emasligiga e’tibor berdi. Haqiqatan ham, α-zarrani og‘ir yadro chiqaradi va u bunda 10 MeV dan ortiq bo‘lmagan kinetik energiyaga ega bo‘ladi. Endi zarra shunday energiya bilan orqaga, yadro ichiga kirmoqchi bo‘lganini faraz qilaylik, deb o‘yladi Rezerford. Bu mumkin emas ekan. U yadroga yaqin kela olmaydi va yadro kuchlari ta’siri sohasiga kira olmaydi, chunki bunga elektrostatik itarish kuchi xalaqit beradi.

Yadroga kirish uchun zarraning energiyasi biror kritik kattalikdan, ya’ni potensial to‘siqdan ortiq bo‘lishi kerak. To‘siq kattaligi B_α ni bunday baholash mumkin:

bunda eZ -yadro zaryadi, 2e — α-zarra zaryadi, R_yadro yadro radiusi. Uranga yaqin yadrolar uchun B_α ning qiymati 30 MeV bo‘ladi.

Demak, tabiat to‘g‘ri jarayonga ruxsat berib (α-yemirilish), teskarisini (zarraning yadroga kirishini) man etibdida? Ammo o‘sha davrgacha fiziklar uchratgan hamma hodisalarda, birinchi jarayonning mavjud bo‘lishi ikkinchisining mavjud bo‘lishini shart qilib qo‘yardi. Xuddi shu hol Rezerfordni ajablantirdi.

Bu muammoni esa kvant mexanikasi tushuntirib berdi. Klassik mexanikadan farqli ravishda u zarraning to‘siqdan o‘tishiga — tunnel o‘tishiga yo‘l qo‘yadi. Tunnel o‘tishi yordamida α-zarra og‘ir yadroga kirishi mumkin. U holda xuddi shunday o‘tish yordamida α-yemirilish ham amalga oshishi aniq bo‘ladi. Kvant mexanikasi to‘g‘ri va teskari jarayonlarning teng huquqli ekanini tikladi va α-yemirilish nazariyasining vujudga kelishiga imkon yaratdi.

Potensial to‘siqning balandligi va eni ortishi bilan tunnel o‘tish ehtimolligi juda tez kamayadi. U ko‘pchilik yadrolar uchun juda ham kichik va shuning uchun ularda α-yemirilish sodir bo‘lmaydi.

α-faol yadrolar uchun yarim yemirilish davri (yadrolar yarimining yemirilish davri) to‘siqning singdiruvchanligiga bog‘liq holda, juda keng oraliqlarda 7,13·10⁸ — yildan (uran-235 uchun) to 7,13·10⁻⁷ soniyagacha (poloniy-212 uchun) o‘zgaradi.

Tabiiy radioaktiv izotoplar uchun ?- zarralarning energiyasi 2-8 MeV oraliqda, tezligi 10⁷ m/s atrofida, havoda harakatlanishi (uchishi) esa bir necha santimetrdan iborat bo‘ladi.

Zamonaviy zaryadlangan zarralar tezlatkichlari — siklotronlar, fazotronlar — α-zarralarni yuqoridagidan yuzlab marta katta energiyagacha tezlatish mumkin.