دانلود تحقیق کشف پرتو زایی عناصر پرتو زا (رادیو اکتیو)

دید کلی: توریم و اورانیوم و بعضی از عناصر دیگر بدون هیچ اثر خارجی (یعنی به سبب عوامل داخلی) پیوسته تابش مرئی گسیل می دارند.

این تابش مانند اشعه ایکس به درون حائل های کدر نفوذ می کند.

و روی فیلمهای عکاسی اثر می گذارد.

و اثر یونشی به وجود می آورد.

ویژگی گسیل خود به خودی چنین تابش به پرتوزایی معروف است به عناصر دارای این ویژگی عناصر رادیو اکتیو می گویند و تابشی که این عناصر گسیل می دارند تابش پرتوزایی (تشعشع هسته ای) نامیده می شود.

خاصیت پرتوزایی اورانیم را در سال 1896 آنتوان هانری بکرل فیزیکدان فرانسوی کشف کرد.

پرتوزایی اندکی پس از کشف اشعه ایکس کشف شد.

عناصر رادیو اکتیو محصول آزمایشات اولیه: گسیل پرتوهای ایکس اولین بار در بمباران دیواره های شیشه ای لامپ تخلیه گازی با پرتوی کاتدی کشف شد.

موثرترین نتیجه این بمباران تابانی شدید شیشه به رنگ سبز یعنی لیانی است.

از اینجا معلوم می شود پرتوهای ایکس حاصل لیانی است و با هر لیانی همراهند، از جمله موردی که با نور برانگیخته شود.

بکرل این فرض را از راه آزمایش تحقیق کرد او مواد لیان را در معرض نور قرار داد و آن گاه این مواد را کنار فیلم عکاسی که در لفاف سیاه پیچیده شده بود، قرارداد.

پس از ظاهر کردن فیلم عکاسی گسیل تابش نفوذی را از روی سیاه شدن فیلم آشکار ساخت.

از میان تمام مواد لیان که توسط بکرل مورد آزمایش قرارگرفت فقط نمکهای اورانیوم صفحه عکاسی را سیاه کردند.

با وجود این معلوم شد که نمونه ای که قبلا در معرض تابش نور شدید قرارگرفته باشد به همان اندازه نمونه ای که برانگیخته نشده باشد، صفحه عکاسی را سیاه می کند.

از این مشاهده چنین استنباط می شود که گسیل تابش توسط نمک اورانیم به لیانی مربوط نیست و به اثرهای خارجی بستگی ندارد.

این نتیجه با آزمایش هایی که با ترکیبهای محتوی غیر لیان که همه تابش نفوذ کننده گسیل می دارند انجام شد و مورد تایید قرارگرفت.

سیر تحولی و رشد: بعد از کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل ، ماری کوری فیزیکدان فرانسوی متولد لهستان که بیشترین تحقیقات خود را همراه با شوهرش پیر کوری انجام داد بیشتر عناصر شناخته شده و خیلی از ترکیبها را مورد بررسی قرارداد.

تا ببیند که آیا آنها خاصیت پرتوزایی دارند یا خیر.

ماری کوری در آزمایشهایش یونش هوا را به عنوان شاخص خاصیت پرتوزایی مواد پرتو زا به کار می برد.

این روش خیلی حساستر از روش مبتنی بر تاثیر روی صفحه عکاسی است.

آزمایشهای ماری کوری به نتایج زیرمنتهی شد.

نتایج آزمایشات ماری کوری: پرتوزایی نه فقط در اورانیوم بلکه در همه ترکیبات شیمیایی آن مشاهده می شود.

افزون بر آن خواص پرتوزایی در مورد توریم و همه ترکیبات شیمیایی آن نیز وجوددارد.

پرتوزایی نمونه ای از هر ترکیب شیمیایی اورانیوم و توریم برابر است با پرتوزایی اورانیم و توریم خالص موجود در آن ترکیب نتیجه اخیر نشان می دهد که خواص مولکول موجود در عنصر پرتوزا روی خاصیت پرتوزایی موثرنیست.

بنابر این پرتوزایی خاصیت ذاتی اتمهای عنصرپرتو زا است نه پدیده مولکولی.

علاوه بر عناصر خالص و ترکیبات آنها ماری کوری تعدادی از سنگهای معدنی را نیز بررسی کرد.

و معلوم شد که پرتوزایی کانیها از حضور اورانیم و توریم در آنها ناشی می شود با وجود این خاصیت پرتوزایی بعضی از کانیها به طور غیر قابل انتظار خیلی بالاست.

برای مثال پیچ بلند چهار برابر مقدار اورانیم موجود در خود یونش نشان می دهد.

پرتوزایی بالای پیچ بلند را فقط می شد به عنصر پرتوزای ناشناخته موجود در این مقدار کم نسبت داد که تحلیل شیمیایی نتوانسته بود وجود آن را آشکار سازد.

به رغم مقدار کم آن شار تابشی که این عنصرگسیل می کرد، قویتر از اورانیم موجود در یک مقدار بزرگتر بود.

بنابراین پرتوزایی این عنصر باید چند برابر شدیدتر از پرتوزایی اوارنیم باشد.

در نتیجه این ملاحظات ، پیر و ماری کوری کوشش کردند این عنصر فرضی را به طور شیمیایی از پیچ بلند جدا کنند.

پرتوزایی به ازای واحد جرم محصول نهایی نشانه ای از توفیق در عملیات شیمیایی بود.

این مقدار باید با افزایش مقدار عنصر جدید در محصول نهایی افزایش می یافت.

پس از سالها کار سخت آنها سرانجام توفیق یافتند چند دهم از عنصرخالص به دست آورند که خاصیت پرتوزایی آن بیش از میلیون برابر اورانیوم بود.

این عنصر به رادیوم یعنی تابان معروف است.

عنصر رادیو اکتیو رادیوم: رادیم بنا به خواص شیمیایی آن یک فلز قلیایی خاکی است.

برای جرم اتمی آن عدد 226 به دست آمد با توجه به خواص شیمیایی و جرم رادیوم در خانه خالی 88 جدول تناوبی قرارداده شد.

رادیم بنا به خواص شیمیایی آن یک فلز قلیایی خاکی است.

در سنگهای معدنی اورانیم همیشه رادیوم به مقدار خیلی کم وجود دارد (حدود 1 گرم رادیوم در 3 تن اورانیوم).

به این سبب استخراج رادیوم فرایند پرزحمتی است.

رادیوم یکی از فلزات کمیاب و بسیار گرانبهاست.

و به عنوان چشمه متمرکز تابش پرتوزا ارزش زیادی دارد.

سایر عناصر رادیواکتیو: تحقیقات بعدی که توسط کوریها و دیگر دانشمندان انجام گرفت شمار عناصر پرتوزای شناخته شده را به مقدار زیادی افزایش داده است.

معلوم شده است که تمام عناصری که عدد اتمی آنها بیش از 83 باشد، پرتوزا هستند.

معمولا این عناصر را به مقدار کم از آمیزه های اورانیوم ، رادیوم و توریم به دست آوردند.

ایزوتوپهای پرتوزای تالیم ، سرب و بیسموت نیز از طریق مشابه پیدا شدند.

باید توجه داشت که فقط ایزوتوپهای کمیاب این عناصر که با اورانیم ، رادیم و توریم آمیخته باشند، پرتوزا هستند.

تالیم ، سرب و بیسموت معمولی پرتوزا نیستند.

افزون برعناصر آخر جدول تناوبی ، معلوم شده است که ساماریوم ، سزیم و روبیدیوم نیز پرتوزا هستند.

پرتوزایی این عناصر ضعیف و با زحمت آشکارسازی می شود.

عناصر رادیواکتیو معمولا سه نوع ذره یا اشعه از خود صادر می‌کنند که شامل ذره آلفا ذره بتا و اشعه گاما است.

با قرار دادن اشعه رادیواکتیو تحت تاثیر میدان مغناطیسی متوجه شده‌اند که ذره آلفا دارای بار مثبت ، بتا دارای بار منفی و اشعه گاما بدون بار است.

خواص ذره آلفا جنس ذره آلفا ، هسته اتم هلیوم است که از دو نوترون و دو پروتون تشکیل یافته است.

جرم آن حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الکتریکی آن 2+ و علامت اختصاری آن (4,2)He است.

برد ذره آلفا به عنصر مادر ، انرژی اولیه و جنس محیط بستگی دارد.

مثلا برد ذره آلفا صادره از رادیوم در هوا تقریبا 4.8 سانتیمتر می‌باشد.

ذره آلفا به علت داشتن 2 بار مثبت هنگامی که از نزدیکی یک اتم عبور می کند، ممکن است تحت تاثیر میدان الکتروستاتیکی خود ، الکترون مدار خارجی آن اتم را خارج سازد و یا به عبارت دیگر اتم را یونیزه کند.

همچنین ذره آلفا قادر است محل الکترون را تغییر دهد، یعنی الکترون تحت تاثیر میدان الکتریکی ذره آلفا از مدار پایین تری به مدار بالاتر صعود می‌کند و در نتیجه اتم به حالت برانگیخته در می‌آید.

قابلیت نفوذ ذره آلفا بسیار کم است.

خواص ذره بتا جنس ذره بتای منفی ، از جنس الکترون می‌باشد، بار الکتریکی آن 1- و علامت آن بتای منفی است.

برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتیمتر تا حدود یک متر است.

البته برد این ذره نیز به انرژی اولیه (عنصر مادر) و جنس محیط بستگی دارد.

برخلاف ذره آلفا ، ذره بتا از نظر حفاظت یک خطر خارجی محسوب می‌شود.

خاصیت یون سازی این ذره به مراتب کمتر از ذره آلفا است، یعنی بطور متوسط در حدود 100 مرتبه کمتر از ذره آلفا می‌باشد.

ذره بتا می‌تواند در اتمها ایجاد برانگیختگی کند، ولی این خاصیت نیز در ذره بتا، به مراتب کمتر از ذره آلفا است.

قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بیشتر از ذره آلفا است.

طیف ذره بتا تک انرژی نیست، بلکه یک طیف پیوسته است که تمام مقادیر انرژی از 0 تا انرژی ماکزیمم را دارا می‌باشد.

این ذره همان پوزتیرون است که ضد ماده الکترون می‌باشد.

جرم آن با جرم الکترون برابر بوده و دارای باری مخالف با بار الکترون است و علامت اختصاری آن حرف بتای مثبت است.

خواص اشعه گاما جنس اشعه گاما از جنس امواج الکترومغناطیسی می‌باشد، یعنی از جنس نور است.

ولی با طول موج بسیار کوتاه که طول موج آن از 1 تا 0.01 آنگستروم تغییر می‌کند.

جرم آن در مقیاس اتمی صفر ، سرعت آن برابر سرعت نور ، بار الکتریکی آن صفر و علامت اختصاری آن حرف گاما می‌باشد.

انرژی اشعه گاما از 10 کیلو الکترون ولت تا 10 مگا الکترون ولت تغییر می‌کند.

برد آنها بسیار زیاد است.

مثلا در هوا چندین متر است.

خاصیت ایجاد یونیزاسیون و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد.

ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است.

مثلا اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا 100 و ذره آلفا 104 خواهد بود.

قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است.

طیف انرژی اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تک انرژی است.

یعنی تمام فوتونهای گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.