التحولات الإشعاعية للنواة الذرية خطة درس في الفيزياء (الصف التاسع) حول هذا الموضوع. مفهوم النشاط الإشعاعي

ناقشنا في الدرس السابق مسألة تتعلق بتجربة رذرفورد، ونتيجة لذلك عرفنا الآن أن الذرة هي نموذج كوكبي.

وهذا ما يسمى بالنموذج الكوكبي للذرة. يوجد في مركز النواة نواة ضخمة موجبة الشحنة. وتدور الإلكترونات حول النواة في مداراتها.

أرز. 1. نموذج رذرفورد الكوكبي للذرة شارك فريدريك سودي في التجارب مع رذرفورد. Soddy هو كيميائي، لذلك قام بعمله على وجه التحديد فيما يتعلق بتحديد العناصر التي تم الحصول عليها من خلالهمالخصائص الكيميائية . لقد كان سودي هو من تمكن من اكتشاف ماهية جسيمات ألفا، التي سقط تدفقها على الصفيحة الذهبية في تجارب رذرفورد. عندما تم إجراء القياسات، اتضح أن كتلة الجسيم A هي 4 وحدات كتلة ذرية، وشحنة الجسيم A هي شحنتان أوليتان. من خلال مقارنة هذه الأشياء، بعد أن تراكمت عدد معين من الجسيمات، وجد العلماء أن هذه الجسيمات تحولت إلىعنصر كيميائي

- غاز الهيليوم.

كانت الخواص الكيميائية للهيليوم معروفة، وبفضل ذلك جادل سودي بأن النوى، وهي جسيمات ألفا، تلتقط الإلكترونات من الخارج وتحولها إلى ذرات هيليوم محايدة. وفي وقت لاحق، كانت الجهود الرئيسية للعلماء تهدف إلى دراسة نواة الذرة. أصبح من الواضح أن جميع العمليات التي تحدث خلالالإشعاع الإشعاعي

، لا تحدث مع الغلاف الإلكتروني، ولا مع الإلكترونات التي تحيط بالنوى، ولكن مع النوى نفسها. وفي النوى تحدث بعض التحولات، ونتيجة لذلك تتشكل عناصر كيميائية جديدة.

تم الحصول على السلسلة الأولى لتحويل عنصر الراديوم، الذي تم استخدامه في تجارب النشاط الإشعاعي، إلى غاز الرادون الخامل مع انبعاث جسيم ألفا؛ رد الفعل في هذه الحالة مكتوب على النحو التالي:

أولاً، يبلغ حجم الجسيم 4 وحدات كتلة ذرية وشحنة أولية مضاعفة، وتكون الشحنة موجبة. الراديوم له رقم تسلسلي 88، وعدد كتلته 226، والرادون له رقم تسلسلي 86، وعدد كتلي 222، ويظهر جسيم أ. هذه هي نواة ذرة الهيليوم. في هذه الحالة، نكتب ببساطة الهيليوم. العدد الترتيبي 2، العدد الكتلي 4. تسمى التفاعلات التي تتشكل نتيجة لها عناصر كيميائية جديدة وفي نفس الوقت تتشكل إشعاعات جديدة وعناصر كيميائية أخرى.

وعندما تبين أن العمليات الإشعاعية تحدث داخل النواة، تحولوا إلى عناصر أخرى، وليس الراديوم فقط. من خلال دراسة العناصر الكيميائية المختلفة، أدرك العلماء أنه لا توجد تفاعلات فقط مع انبعاث وإشعاع جسيم من نواة ذرة الهيليوم، ولكن أيضًا تفاعلات نووية أخرى. على سبيل المثال، ردود الفعل مع انبعاث جسيم ب. نحن نعرف الآن أن هذه إلكترونات. في هذه الحالة، يتم تشكيل عنصر كيميائي جديد، على التوالي، جسيم جديد، وهذا هو جسيم ب، وهو أيضا إلكترون. من الأمور ذات الأهمية الخاصة في هذه الحالة جميع العناصر الكيميائية التي يزيد عددها الذري عن 83.

لذلك، يمكننا صياغة ما يسمى قواعد سودي أو قواعد الإزاحة للتحولات الإشعاعية:

. أثناء اضمحلال ألفا، ينخفض ​​العدد الذري للعنصر بمقدار 2 وينخفض ​​الوزن الذري بمقدار 4.

أرز. 2. اضمحلال ألفا

أثناء اضمحلال بيتا، يزداد العدد الذري بمقدار 1، لكن الوزن الذري لا يتغير.

أرز. 3. اضمحلال بيتا

قائمة الأدبيات الإضافية

1. برونشتاين م. الذرات والإلكترونات. "مكتبة "كفانت"". المجلد. 1. م: ناوكا، 1980
2. كيكوين آي كيه، كيكوين إيه كيه. الفيزياء: كتاب مدرسي للصف التاسع مدرسة ثانوية. م: "التنوير"
3. كيتايجورودسكي أ. الفيزياء للجميع. الفوتونات والنوى. الكتاب 4. م: العلوم
4. مياكيشيف جي.يا.، سينياكوفا أ.ز. الفيزياء. البصريات فيزياء الكم. الصف الحادي عشر: كتاب مدرسي دراسة متعمقةالفيزياء. م: حبارى
5. رذرفورد إي. أعمال علمية مختارة. النشاط الإشعاعي. م: العلم
6. رذرفورد إي. أعمال علمية مختارة. هيكل الذرة والتحول الاصطناعي للعناصر. م: العلم

النشاط الإشعاعي هو القدرة النوى الذريةتتحول إلى نوى أخرى ينبعث منها طيف من الجزيئات. إذا حدث تحول النوى تلقائيا (عفويا)، فإن النشاط الإشعاعي يسمى طبيعي.

إذا تم إجراء التحلل بشكل مصطنع، فإن النشاط الإشعاعي مصطنع.

تم اكتشاف النشاط الإشعاعي من قبل الفيزيائي الفرنسي بيكريل في عام 1896، وهو أول من لاحظ انبعاث الإشعاع المخترق من اليورانيوم.

في عام 1890، استخدم رذرفورد وسودي النشاط الإشعاعي الطبيعي
(الثوريوم)، وكذلك النشاط الإشعاعي للعناصر الخفيفة، أدى إلى عدد من الأنماط.

1. النشاط الإشعاعي الطبيعي يصاحبه ثلاثة أنواع من الإشعاع.

1.  - يمثل الإشعاع تيارًا من جسيمات  موجبة الشحنة. تيار الأساسية
.

3. -الإشعاع - الإشعاع الكهرومغناطيسيمع الطول الموجي القصير ~ الإيجار. أشعة
Å.

ثانيا. يرجع النشاط الإشعاعي إلى البنية الداخلية للنواة ولا يعتمد على الظروف الخارجية

علاوة على ذلك، فإن اضمحلال كل نواة لا يؤثر على اضمحلال النوى الأخرى.

ثالثا. تختلف المواد المشعة المختلفة بشكل كبير في كمية الإشعاع المشع المستخدمة.

تتميز المواد المشعة عادة بعدد الاضمحلالات لكل وحدة زمنية.

نشاط المواد المشعة

وتبين أن عدد الاضمحلالات في الثانية هو ~ إجمالي عدد ذرات المادة المشعة، أي

- يوضح أن عدد rad.at. يتناقص

- ثابت النشاط الإشعاعي ويميز نشاط اضمحلال العنصر

بعد التكامل

- قانون الاضمحلال الإشعاعي (رذرفورد)

- العدد الأولي للنوى المشعة

- عدد النوى غير المتحللة لكل م.ف. ر

يتميز عمر النوى المشعة عادة بنصف عمر، أي الفترة الزمنية التي ينخفض ​​خلالها عدد النوى المشعة بمقدار النصف.

بناءً على هذا التعريف، من السهل إيجاد العلاقة بين نصف العمر وثابت الاضمحلال

يتم تحديد متوسط ​​عمر النوى المشعة بالتعبير

بعد التكامل من السهل الحصول عليها

، أي نصف عمر النواة

في التجارب، عادة ما يتم قياس نشاط المادة، أي عدد الاضمحلالات النووية في ثانية واحدة.

ومع ذلك، يتم استخدام الوحدة غير النظامية في أغلب الأحيان

هناك نوى ذات عمر نصف طويل جدًا (اليورانيوم 9500 سنة) وهناك نوى لها نصف عمر عدة ثواني (
- 5730 سنة)

- الاضمحلال – اضمحلال النوى الذرية عن طريق الانبعاث  - جزيئات. وهذا النوع من النشاط الإشعاعي هو سمة العناصر الموجودة في نهاية الجدول الدوري. حاليًا، هناك حوالي 40 سببًا طبيعيًا وأكثر من 100 سببًا صناعيًا  - بواعث. ومع ذلك، جميع العناصر  -اضمحلال الكهروضوئية

وهذا هو، نتيجة لذلك  - الاضمحلال، تنخفض شحنة النواة بمقدار وحدتين، و A - بمقدار 4

نحصل على

- الاضمحلال له ميزتان

1. اضمحلال الطاقة الثابتة والمنبعثة  - تبين أن الجسيمات مترابطة وتخضع لقانون نيتول جيجر

في 1 و في 2 - الثوابت التجريبية

يوضح القانون أنه كلما كان متوسط ​​العمر المتوقع أقصر، زادت طاقة جسيم ألفا المنبعث.

2. الطاقة  - تنحصر الجزيئات أثناء الاضمحلال في حدود ضيقة من
، وهي أقل بكثير من الطاقة التي  -يجب أن يستقبل الجسيم بعد ذلك  - الاضمحلال أثناء تسارع المجال الكهربائي للنواة.

طاقة  -تبين أن الجسيمات صغيرة مقارنة بالحاجز المحتمل للنواة.

3. البنية الدقيقة للمنبعثة  -الجزيئات، أي أنه يتم ملاحظة بعض التوزيع  في الطاقة قريبة من بعض القيمة المتوسطة. علاوة على ذلك، فإن هذا التوزيع منفصل.

الالتقاط الإلكتروني

يقترض الطاقة من النيوكليونات الأخرى.

- ولم يتم تفسير الاضمحلال إلا بعد الانتهاء من بناء ميكانيكا الكم ويتم شرحه من موقعه. لا يصلح للتفسير الكلاسيكي.

- عمق البئر المحتمل، ارتفاع الحاجز المحتمل 30 م فولت

وفقا للميكانيكا الكلاسيكية
-الجسيمات ( ه  ) لا يمكن التغلب على الحاجز المحتمل.

هناك بالفعل واحدة في النوى
-الجزيئات التي تتحرك داخل النواة بالطاقة
.

إذا لم يكن هناك عائق محتمل، إذن
- يخرج الجسيم من النواة ومعه طاقة

- الطاقة التي ستنفقها للتغلب على قوى الجاذبية في القلب.

ومع ذلك، نظرًا لكون النواة تحتوي على غلاف، مما يؤدي إلى زيادة حاجز الجهد بحوالي 30 ميجا فولت (انظر الرسم البياني)، إذن
- يمكن للجسيم أن يغادر النواة . فقط عن طريق التسرب من خلال كائن محتمل. وفقًا لميكانيكا الكم، يمكن لجسيم له خصائص موجية أن يتسرب عبر حاجز محتمل دون استهلاك الطاقة. وتسمى هذه الظاهرة تأثير النفق .

طلب
-الاضمحلال يرجع إلى احتمالية التسرب
-الجسيمات التي تعبر الحاجز تعتمد على حجم النواة. يمكنك تقدير حجم النواة من خلال معرفة الطاقة
-الجسيمات ه  .

اسم المعلمة	معنى
موضوع المقال:	التحولات الإشعاعية
الموضوع (الفئة الموضوعية)	راديو

تشمل أهم أنواع التحولات الإشعاعية (الجدول 2) اضمحلال a، وتحولات b، وإشعاع g، والانشطار التلقائي، وفي الطبيعة، وفي ظل الظروف الأرضية، تم العثور على الأنواع الثلاثة الأولى فقط من التحولات الإشعاعية. لاحظ أن اضمحلال b وإشعاع g من سمات النويدات من أي جزء من النظام الدوري للعناصر، كما أن اضمحلال a من سمات النوى الثقيلة إلى حد ما.

الجدول 2

التحولات الإشعاعية الأساسية (ناوموف، 1984)

نوع التحويل	ز	أ	عملية	المكتشفون
-فساد	-2	-4		إي. رذرفورد، 1899
-التحولات	1		-	-
- - التحولات	+1			إي. رذرفورد، 1899
+ التحولات	-1			I. جوليو كوري، ف. جوليو كوري، 1934
K- انتزاع	-1			إل ألفاريز، 1937
-إشعاع				ب. ويلارد، 1900
انقسام عفوي				ك.أ. بترزاك، ج.ن. فليروف، 1940
النشاط الإشعاعي للبروتون	-1	-1		ج. سيرني وآخرون، 1970
النشاط الإشعاعي ثنائي البروتون	-2	-2		ج. سيرني وآخرون، 1983

أ - الاضمحلال- هذا هو التحول الإشعاعي للنوى مع انبعاث جسيمات (نواة الهيليوم):. اليوم، هناك أكثر من 200 نواة مشعة معروفة.
نشر على المرجع.rf
كلهم ثقيلون، Z> 83. ويعتقد أن أي نواة من هذه المنطقة لديها نشاط إشعاعي (حتى لو لم يتم اكتشافه بعد). بعض النظائر تخضع أيضًا للاضمحلال العناصر الأرضية النادرةحيث عدد النيوترونات N>83. تقع هذه المنطقة من النوى النشطة من (T 1/2 = 5∙10 15 سنة) إلى (T 1/2 = 0.23 ثانية). تخضع طاقات اضمحلال جسيمات ألفا لحدود صارمة إلى حد ما: 4¸9 ميغا إلكترون فولت للنواة الثقيلة و2¸4.5 ميغا إلكترون فولت لنواة العناصر الأرضية النادرة، ومع ذلك، تنبعث جسيمات ألف ذات طاقات تصل إلى 10.5 ميغا إلكترون فولت من النظائر. جميع جسيمات ألف المنبعثة من نوى من نوع معين لها طاقات متساوية تقريبًا. تحمل جسيمات أ تقريبًا كل الطاقة المنطلقة خلال اضمحلال أ. تقع فترات نصف العمر للبواعث a في نطاق واسع: من 1.4∙10 17 سنة إلى 3∙10 -7 ثانية لـ .

ب- التحولات. لفترة طويلة، لم يكن معروفًا سوى الاضمحلال الإلكتروني، وهو ما كان يسمى ب-الاضمحلال: . في عام 1934 ᴦ. F. جوليو كوري وI. جوليو كوري اكتشفوا أثناء قصف بعض النوى بوزيترونيكأو ب + -الاضمحلال: . ب- تشمل التحولات أيضاً التقاط الإلكترونية: . في هذه العمليات، تمتص النواة إلكترونًا من الغلاف الذري، عادةً من الغلاف K، لذلك تسمى العملية أيضًا بـ K-capture. وأخيرا، ب- التحولات تشمل العمليات التقاط النيوترينوات والنيوترينوات المضادة:و . إذا كان هناك اضمحلال داخل النواةالعملية، ثم تمثل الأفعال الأولية للتحولات ب داخل النواةالعمليات: 1)؛ 2)؛ 3)؛ 4)؛ 5).

ز-إشعاع النوى. جوهر ظاهرة الإشعاع g هو أن النواة في الحالة المثارة تنتقل إلى حالات طاقة أقل دون تغيير Z وA، ولكن مع انبعاث الفوتونات، وتنتهي في النهاية في الحالة الأرضية. وبما أن الطاقات النووية منفصلة، ​​فإن طيف الإشعاع الجاي منفصل أيضًا. ويمتد من 10 كيلو إلكترون فولت إلى 3 ميجا إلكترون فولت. تقع الأطوال الموجية في منطقة 0.1¸ 4∙10 -4 نانومتر. من المهم أن نلاحظ أنه للمقارنة: بالنسبة للخط الأحمر للطيف المرئي lʼʼ600 نانومتر، و على سبيل المثال = 2 فولت. في سلسلة من التحولات الإشعاعية، تجد النوى نفسها في حالة مثارة نتيجة لاضمحلالات ب السابقة.

تسمح لنا قواعد التحول لـ Z وA الواردة في الجدول بتجميع جميع العناصر المشعة الطبيعية في أربع عائلات كبيرة أو سلاسل مشعة (الجدول 3).

الجدول 3

السلسلة المشعة الأساسية (ناوموف، 1984)

صف	أ	النويدة الأولية	، سنين	عدد التحولات	النويدة النهائية
ثوريا	4 ن		1.4*10 10
نبتونيا	4ن+1		2.2*10 6
أورانوس	4ن+2		4.5*10 9
شقائق البحر	4ن+3		7*10 8

حصلت سلسلة الأكتينيوم على اسمها لأنه تم اكتشاف الأعضاء الثلاثة السابقين في وقت لاحق منها. سلف سلسلة النبتونيوم مستقر قليلاً نسبياً وفي قشرة الأرضغير محفوظ. ولهذا السبب، تم التنبؤ بسلسلة النبتونيوم لأول مرة من الناحية النظرية، ثم أعيد بناء هيكلها في المختبر (G. Seaborg and A. Ghiorso, 1950).

تحتوي كل سلسلة مشعة على عناصر ذات قيم أعلى للشحنة والعدد الكتلي، لكن عمرها قصير نسبيًا ولا يتم العثور عليها عمليًا في الطبيعة. جميع العناصر التي تحتوي على Z> 92 تسمى ترانسورانيوم، والعناصر التي تحتوي على Z> 100 تسمى ترانسفيرميوم.

تتناقص كمية أي نظائر مشعة بمرور الوقت بسبب التحلل الإشعاعي (تحول النوى). يتم تحديد معدل الاضمحلال من خلال بنية النواة، ونتيجة لذلك لا يمكن أن تتأثر هذه العملية بأي قوى فيزيائية أو بالوسائل الكيميائيةدون تغيير حالة النواة الذرية.

التحولات الإشعاعية – المفهوم والأنواع. تصنيف ومميزات فئة "التحولات الإشعاعية" 2017، 2018.

السمة الرئيسية للذرةهما رقمان:

1. العدد الكتلي (A) – يساوي مجموع البروتونات والنيوترونات الموجودة في النواة

2. العدد الذري (Z) في الجدول الدوريعناصر مندليف - تساوي عدد البروتونات في النواة، أي يتوافق مع شحنة النواة.

يتم تحديد نوع التحول الإشعاعي نوع الجزيئات المنبعثة أثناء الاضمحلال. إن عملية التحلل الإشعاعي تكون دائمًا طاردة للحرارة، أي أنها تطلق الطاقة. تسمى النواة الأولية بالنواة الأم (في المخططات أدناه، يشار إليها بالرمز X)، وتسمى النواة الناتجة بعد الاضمحلال بالنواة الابنة (في المخططات، بالرمز Y).

تخضع النوى غير المستقرة لأربعة أنواع رئيسية من التحولات الإشعاعية:

أ) اضمحلال ألفا- يتكون من حقيقة أن النواة الثقيلة تنبعث منها تلقائيا جسيم ألفا، أي هذه ظاهرة نووية بحتة. هناك أكثر من 200 نواة ألفا نشطة معروفة، وجميعها تقريبًا لها رقم تسلسلي أكبر من 83 (Am-241؛ Ra-226؛ Rn-222؛ U-238 و235؛ Th-232؛ Pu-239 و240). . غالبًا ما تتراوح طاقة جسيمات ألفا من النوى الثقيلة من 4 إلى 9 ميغا إلكترون فولت.

أمثلة على اضمحلال ألفا:

ب) تحويل بيتا- هذه عملية داخل النواة؛ في النواة، يتحلل نيوكليون واحد، حيث تحدث إعادة هيكلة داخلية للنواة وتظهر جسيمات ب (الإلكترون، البوزيترون، النيوترينو، النيوترينو المضاد). أمثلة على النويدات المشعة التي تخضع للتحول بيتا: التريتيوم (H-3)؛ سي-14؛ النويدات المشعة للصوديوم (Na-22، Na-24)؛ النويدات المشعة الفوسفور (P-30، P-32)؛ النويدات المشعة الكبريتية (S-35، S-37)؛ النويدات المشعة للبوتاسيوم (K-40، K-44، K-45)؛ رب-87؛ النويدات المشعة السترونتيوم (Sr-89، Sr-90)؛ النويدات المشعة لليود (I-125، I-129، I-131، I-134)؛ نويدات السيزيوم المشعة (Cs-134، Cs-137).

تختلف طاقة جسيمات بيتا على نطاق واسع: من 0 إلى Emax ( إجمالي الطاقة، تم إطلاقه أثناء الاضمحلال) ويتم قياسه بـ keV، MeV. بالنسبة للنوى المتطابقة، يكون توزيع الطاقة للإلكترونات المنبعثة منتظمًا ويسمى طيف الإلكترونب- الاضمحلال، أو طيف بيتا; يمكن استخدام طيف الطاقة لجسيمات بيتا لتحديد العنصر المتحلل.

أحد الأمثلة على تحويل بيتا لنوكليون واحد هو اضمحلال النيوترونات الحرة(نصف العمر 11.7 دقيقة):

أنواع التحول بيتا للنواة:

1) الاضمحلال الإلكتروني: .

أمثلة على اضمحلال الإلكترون:

2) اضمحلال البوزيترون:

أمثلة على اضمحلال البوزيترون:

3) الالتقاط الإلكتروني(التقاط K، لأن النواة تمتص أحد إلكترونات الغلاف الذري، عادة من الغلاف K):

أمثلة على الالتقاط الإلكتروني: ,

في) تحول جاما (الانتقال الأيزوميري)- ظاهرة داخل النواة، حيث تنبعث النواة، بسبب طاقة الإثارة، كم غاما، وتنتقل إلى حالة أكثر استقرارًا؛ وفي هذه الحالة لا يتغير العدد الكتلي والعدد الذري. دائمًا ما يكون طيف إشعاع جاما منفصلًا. عادةً ما تتراوح طاقات أشعة جاما المنبعثة من النوى من عشرات الكيلو إلكترون فولت إلى عدة ميجا إلكترون فولت. أمثلة على النويدات المشعة التي تمر بتحول جاما: Rb-81m؛ كس-134م؛ سي إس-135م؛ في 113 م؛ ص-90 م.

حيث يعني المؤشر "m" الحالة شبه المستقرة للنواة.

مثال على تحويل جاما:

ز) الانشطار النووي التلقائي– ممكن للنوى التي تبدأ بالكتلة رقم 232. وتنقسم النواة إلى جزأين لهما كتلتين متماثلتين. إن الانشطار التلقائي للنوى هو الذي يحد من إمكانيات الحصول على عناصر ما بعد اليورانيوم الجديدة. تستخدم الطاقة النووية عملية انشطار النوى الثقيلة عندما تلتقط النيوترونات:

نتيجة للانشطار، تتشكل شظايا تحتوي على عدد زائد من النيوترونات، والتي تخضع بعد ذلك لعدة تحولات متتالية (عادةً اضمحلال بيتا).

التحولات الإشعاعية

في عام 1903، اكتشف بيير كوري أن أملاح اليورانيوم بشكل مستمر ودون انخفاض ملحوظ مع مرور الوقت تنبعث منها طاقة حرارية، والتي بدت لكل وحدة كتلة هائلة مقارنة بالطاقة الأكثر نشاطًا. التفاعلات الكيميائية. يطلق الراديوم المزيد من الحرارة - حوالي 107 جول في الساعة لكل 1 جرام من المادة النقية. واتضح أن تلك المتوفرة في الأعماق الكرة الأرضيةهناك ما يكفي من العناصر المشعة (في ظروف إزالة الحرارة المحدودة) لإذابة الصهارة

أين هو مصدر هذه الطاقة التي تبدو لا تنضب؟ طرحت ماري كوري في نهاية القرن التاسع عشر. فرضيتين. واحد منهم (يتقاسمه اللورد كلفن ) هو أن المواد المشعة تلتقط نوعا من الإشعاع الكوني، وتخزن الطاقة اللازمة. ووفقا للفرضية الثانية فإن الإشعاع يصاحبه بعض التغيرات في الذرات نفسها، والتي في نفس الوقت تفقد الطاقة التي تنبعث منها. بدا كلا الفرضيتين لا يصدقان على حد سواء، ولكن تدريجيا تراكمت المزيد والمزيد من الأدلة لصالح الثانية.

قدم إرنست رذرفورد مساهمة كبيرة في فهم ما يحدث للمواد المشعة. في عام 1895، اكتشف الكيميائي الإنجليزي ويليام رامزي، الذي اشتهر باكتشاف الأرجون في الهواء، غازًا نبيلًا آخر في معدن الكليفيت - الهيليوم. وفي وقت لاحق، تم اكتشاف كميات كبيرة من الهيليوم في معادن أخرى، ولكن فقط تلك التي تحتوي على اليورانيوم والثوريوم. بدا الأمر مفاجئًا وغريبًا - من أين يمكن أن يأتي غاز نادر في المعادن؟ عندما بدأ رذرفورد في دراسة طبيعة جسيمات ألفا المنبعثة من المعادن المشعة، أصبح من الواضح أن الهيليوم هو نتاج الاضمحلال الإشعاعي ( سم.النشاط الإشعاعي). وهذا يعني أن بعض العناصر الكيميائية قادرة على "توليد" عناصر أخرى - وهذا يتناقض مع كل الخبرة المتراكمة لدى عدة أجيال من الكيميائيين.

إلا أن "تحول" اليورانيوم والثوريوم إلى الهيليوم لم يقتصر على ذلك. في عام 1899، لوحظت ظاهرة غريبة أخرى في مختبر رذرفورد (في ذلك الوقت كان يعمل في مونتريال): حافظت مستحضرات عنصر الثوريوم في أمبولة مغلقة على نشاط ثابت، ولكن في الهواء الطلق كان نشاطها يعتمد على ذلك. المسودات. أدرك رذرفورد بسرعة أن الثوريوم يصدر غازًا مشعًا (كان يطلق عليه انبعاث الثوريوم - من اللاتينية emanatio - التدفق الخارجي، أو ثورون)، وانخفض نشاط هذا الغاز بسرعة كبيرة: بمقدار النصف في حوالي دقيقة واحدة (وفقًا للبيانات الحديثة - في 55.6 ثانية) ). تم اكتشاف "انبعاث" غازي مماثل أيضًا في الراديوم (انخفض نشاطه بشكل أبطأ بكثير) - وكان يُطلق عليه اسم انبعاث الراديوم أو الرادون. كما وجد أن الأكتينيوم له "انبثاق" خاص به، والذي يختفي في بضع ثوان فقط؛ وقد أطلق عليه اسم "انبعاث الأكتينيوم"، أو الأكتينون. بعد ذلك اتضح أن كل هذه "الانبعاثات" هي نظائر لنفس العنصر الكيميائي - الرادون ( سم.العناصر الكيميائية).

وبعد تخصيص كل عضو في السلسلة لأحد نظائر العناصر الكيميائية المعروفة، أصبح من الواضح أن سلسلة اليورانيوم تبدأ باليورانيوم 238 ( ت 1/2 = 4.47 مليار سنة) وينتهي بالرصاص المستقر 206؛ وبما أن أحد أعضاء هذه السلسلة هو عنصر الراديوم المهم جداً)، فإن هذه السلسلة تسمى أيضاً بسلسلة اليورانيوم-الراديوم. سلسلة الأكتينيوم (اسمها الآخر هو سلسلة الأكتينورانيوم) تنشأ أيضًا من اليورانيوم الطبيعي، ولكن من نظائره الأخرى - 235 يو ( ت 1/2 = 794 مليون سنة). تبدأ سلسلة الثوريوم بالنويدة 232Th ( ت 1/2 = 14 مليار سنة). أخيرًا، سلسلة النبتونيوم، غير الموجودة في الطبيعة، تبدأ بنظائر النبتونيوم الأطول عمرًا الذي تم الحصول عليه صناعيًا: 237 Np 233 Pa 233 U 229 Th 225 Ra 225 Ac 221 Fr 217 عند 213 Bi 213 Po 209 Pb  209 Bi. هناك أيضًا "شوكة" في هذه السلسلة: 213 Bi مع احتمال 2٪ يمكن أن يتحول إلى 209 Tl، والذي يتحول بالفعل إلى 209 Pb. أكثر ميزة مثيرة للاهتمامسلسلة النبتونيوم هي غياب "الانبعاثات" الغازية، وكذلك العضو الأخير في السلسلة - البزموت بدلا من الرصاص. ويبلغ عمر النصف لسلف هذه السلسلة الاصطناعية "فقط" 2.14 مليون سنة، لذا فإن النبتونيوم وإن كان موجودا أثناء التكوين النظام الشمسي، لم يستطع "البقاء" حتى يومنا هذا، لأنه يقدر عمر الأرض بـ 4.6 مليار سنة، وخلال هذا الوقت (أكثر من 2000 نصف عمر) لن تبقى ذرة واحدة من النبتونيوم.

على سبيل المثال، كشف رذرفورد عن التشابك المعقد للأحداث في سلسلة تحويل الراديوم (الراديوم-226 هو العضو السادس في السلسلة المشعة لليورانيوم-238). يوضح الرسم البياني كلا من رموز زمن رذرفورد والرموز الحديثة للنويدات، بالإضافة إلى نوع الاضمحلال والبيانات الحديثة عن فترات التنصيف؛ في السلسلة المذكورة أعلاه، يوجد أيضًا "شوكة" صغيرة: يمكن لـ RaC مع احتمال 0.04٪ أن يتحول إلى RaC""(210 Tl)، والذي يتحول بعد ذلك إلى نفس RaD ( ت 1/2 = 1.3 دقيقة). يتمتع هذا الرصاص المشع بعمر نصف طويل إلى حد ما، لذلك خلال التجربة يمكن للمرء في كثير من الأحيان تجاهل تحولاته الإضافية.

العضو الأخير في هذه السلسلة، الرصاص 206 (RaG)، مستقر؛ وفي الرصاص الطبيعي 24.1%. تؤدي سلسلة الثوريوم إلى الرصاص 208 المستقر (محتواه في الرصاص "العادي" 52.4%)، وسلسلة الأكتينيوم تؤدي إلى الرصاص 207 (محتواه في الرصاص 22.1%). إن نسبة نظائر الرصاص هذه في القشرة الأرضية الحديثة ترتبط بالطبع بكل من نصف عمر النويدات الأصلية ونسبتها الأولية في المادة التي تشكلت منها الأرض. والرصاص "العادي" غير المشع في القشرة الأرضية يبلغ 1.4% فقط. لذا، إذا لم يكن هناك يورانيوم وثوريوم على الأرض في البداية، فلن يكون الرصاص فيها 1.6 × 10 –3% (تقريبًا مثل الكوبالت)، ولكن أقل بـ 70 مرة (مثل، على سبيل المثال، معادن نادرة مثل الإنديوم و الثوليوم!). من ناحية أخرى، فإن الكيميائي الوهمي الذي طار إلى كوكبنا منذ عدة مليارات من السنين كان سيجد كمية أقل بكثير من الرصاص وكمية أكبر بكثير من اليورانيوم والثوريوم...

عندما عزل F. Soddy في عام 1915 الرصاص المتشكل من تحلل الثوريوم من معدن الثوريوم السيلاني (ThSiO 4)، تبين أن كتلته الذرية تساوي 207.77، أي أكثر من كتلة الرصاص "العادي" (207.2). وهذا الاختلاف عن "النظري" (208) يفسره حقيقة أن الثوريت يحتوي على بعض اليورانيوم الذي ينتج الرصاص 206. عندما قام الكيميائي الأمريكي ثيودور ويليام ريتشاردز، وهو خبير في مجال قياس الكتل الذرية، بعزل الرصاص من بعض معادن اليورانيوم التي لا تحتوي على الثوريوم، تبين أن كتلته الذرية تساوي تقريبًا 206، وكانت كثافة هذا الرصاص أقل قليلاً، وهي تتوافق مع المحسوبة: (Pb)  206/207.2 = 0.994(Pb)، حيث (Pb) = 11.34 جم/سم3 . تظهر هذه النتائج بوضوح لماذا بالنسبة للرصاص، كما هو الحال بالنسبة لعدد من العناصر الأخرى، لا فائدة من قياس الكتلة الذرية بدقة عالية جدًا: فالعينات المأخوذة من أماكن مختلفة لن تعطي سوى القليل نتائج مختلفة (سم.وحدة الكربون).

في الطبيعة، تحدث سلاسل التحولات الموضحة في المخططات بشكل مستمر. ونتيجة لذلك، تتحول بعض العناصر الكيميائية (المشعة) إلى عناصر أخرى، وقد حدثت مثل هذه التحولات طوال فترة وجود الأرض بأكملها. العناصر الأولية (التي يطلق عليها الأصل) من السلسلة المشعة هي الأطول عمرا: نصف عمر اليورانيوم 238 هو 4.47 مليار سنة، والثوريوم 232 هو 14.05 مليار سنة، واليورانيوم 235 (المعروف أيضًا باسم "الأكتينورانيوم" هو 14.05 مليار سنة). سلف سلسلة الأكتينيوم) - 703.8 مليون سنة. جميع الأعضاء اللاحقين ("الابنة") في هذه السلسلة الطويلة يعيشون حياة أقصر بكثير. في هذه الحالة، تحدث حالة يسميها علماء الكيمياء الإشعاعية "التوازن الإشعاعي": معدل تكوين النويدة المشعة المتوسطة من اليورانيوم الأصلي أو الثوريوم أو الأكتينيوم (هذا المعدل منخفض جدًا) يساوي معدل تحلل هذه النويدة. ونتيجة لتساوي هذه المعدلات، يكون محتوى نويدة مشعة معينة ثابتًا ويعتمد فقط على نصف عمرها: تركيز العناصر قصيرة العمر من السلسلة المشعة صغير، وتركيز العناصر طويلة العمر هو أكبر. يتم الحفاظ على ثبات محتوى منتجات الاضمحلال الوسيطة لفترة طويلة جدًا (يتم تحديد هذه المرة من خلال عمر النصف للنويدة الأصلية، وهي طويلة جدًا). تؤدي التحولات الرياضية البسيطة إلى النتيجة التالية: نسبة عدد الأمهات ( ن 0) والأطفال ( ن 1, ن 2, ن 3...) الذرات تتناسب طرديا مع نصف عمرها: ن 0:ن 1:ن 2:ن 3... = ت 0:ت 1:ت 2:ت 3... وهكذا فإن نصف عمر اليورانيوم-238 هو 4.47109 سنوات، والراديوم 226 هو 1600 سنة، وبالتالي فإن نسبة عدد ذرات اليورانيوم-238 والراديوم-226 في خامات اليورانيوم هي 4.47109: 1600، والتي يسهل حسابها (مع الأخذ في الاعتبار الكتل الذرية لهذه العناصر) أنه لكل طن واحد من اليورانيوم، عند الوصول إلى التوازن الإشعاعي، لا يوجد سوى 0.34 جرام من الراديوم.

والعكس صحيح، فبمعرفة نسبة اليورانيوم والراديوم في الخامات، وكذلك نصف عمر الراديوم، من الممكن تحديد نصف عمر اليورانيوم، ولتحديد نصف عمر الراديوم لا تحتاج إلى انتظر أكثر من ألف سنة - يكفي قياس (بنشاطه الإشعاعي) معدل الانحلال (أي قيمة .d) ن/د ر) كمية صغيرة معروفة من هذا العنصر (مع عدد معروف من الذرات ن) ثم حسب الصيغة د ن/د ر = –نحدد القيمة  = ln2/ ت 1/2.

قانون النزوح.إذا تم رسم أعضاء أي سلسلة مشعة بشكل تسلسلي على الجدول الدوري للعناصر، يتبين أن النويدات المشعة في هذه السلسلة لا تنتقل بسلاسة من العنصر الأصلي (اليورانيوم أو الثوريوم أو النبتونيوم) إلى الرصاص أو البزموت، بل "تقفز" إلى اليمين ثم إلى اليسار. وهكذا، في سلسلة اليورانيوم، يتحول نظيران غير مستقرين للرصاص (العنصر رقم 82) إلى نظائر البزموت (العنصر رقم 83)، ثم إلى نظائر البولونيوم (العنصر رقم 84)، ثم مرة أخرى إلى نظائر الرصاص. ونتيجة لذلك، غالبًا ما يعود العنصر المشع مرة أخرى إلى نفس الخلية في جدول العناصر، ولكن يتم تكوين نظير له كتلة مختلفة. اتضح أن هناك نمطًا معينًا في هذه "القفزات" لاحظه ف. سودي في عام 1911.

من المعروف الآن أنه أثناء اضمحلال ، ينبعث جسيم  (نواة ذرة الهيليوم) من النواة، وبالتالي تنخفض شحنة النواة بمقدار 2 (تحول في الجدول الدوري بمقدار خليتين إلى اليسار). ، وينخفض ​​العدد الكتلي بمقدار 4، مما يسمح لنا بالتنبؤ بما هو نظائر العنصر الجديد الذي يتكون. ومن الأمثلة على ذلك اضمحلال الرادون :  + . وعلى العكس من ذلك، أثناء  الاضمحلال، يزداد عدد البروتونات في النواة بمقدار واحد، ولكن كتلة النواة لا تتغير ( سم.النشاط الإشعاعي)، أي. هناك تحول في جدول العناصر خلية واحدة إلى اليمين. ومن الأمثلة على ذلك تحولان متتاليان للبولونيوم المتكون من غاز الرادون:   . وبالتالي، من الممكن حساب عدد جسيمات ألفا وبيتا المنبعثة، على سبيل المثال، نتيجة لتحلل الراديوم 226 (انظر سلسلة اليورانيوم)، إذا لم نأخذ في الاعتبار "الشوكات". النويدة الأولية، النويدة النهائية - . النقصان في الكتلة (أو بالأحرى العدد الكتلي، أي إجمالي عدد البروتونات والنيوترونات في النواة) يساوي 226 – 206 = 20، وبالتالي، تم إصدار 20/4 = 5 جسيمات ألفا. حملت هذه الجسيمات 10 بروتونات بعيدًا، وإذا لم يكن هناك  اضمحلال، فإن الشحنة النووية لمنتج الاضمحلال النهائي ستكون 88 - 10 = 78. في الواقع، هناك 82 بروتونًا في المنتج النهائي، وبالتالي، أثناء التحولات وتحولت 4 نيوترونات إلى بروتونات وانبعثت 4 جسيمات .

في كثير من الأحيان، يتبع اضمحلال  اضمحلالين ، وبالتالي يعود العنصر الناتج إلى الخلية الأصلية لجدول العناصر - في شكل نظير أخف للعنصر الأصلي. بفضل هذه الحقائق، أصبح من الواضح أن القانون الدوري لـ D. I. Mendeleev يعكس العلاقة بين خصائص العناصر وشحنة نواتها، وليس كتلتها (كما تمت صياغته في الأصل عندما لم تكن بنية الذرة معروفة).

تمت صياغة قانون الإزاحة الإشعاعية أخيرًا في عام 1913 نتيجة للبحث المضني الذي أجراه العديد من العلماء. وكان من أبرزهم مساعد سودي ألكسندر فليك، ومتدرب سودي إيه إس راسل، والكيميائي الفيزيائي المجري وعالم الكيمياء الإشعاعية جيورجي هيفيزي، الذي عمل مع رذرفورد في جامعة مانشستر في 1911-1913، والكيميائي الفيزيائي الألماني (والأمريكي لاحقًا) كازيمير فاجانس. 1887-1975). غالبًا ما يُطلق على هذا القانون اسم قانون Soddy-Faience.

التحول الاصطناعي للعناصر والنشاط الإشعاعي الاصطناعي.منذ زمن بيكريل، لوحظ أن معظم المواد العادية التي كانت قريبة من المركبات المشعة نفسها تصبح مشعة إلى حد ما. أطلق عليه رذرفورد اسم "النشاط المثير"، وأطلق عليه آل كوري اسم "النشاط المستحث"، ولكن لفترة طويلة لم يتمكن أحد من تفسير جوهر هذه الظاهرة.

في عام 1919، درس رذرفورد مرور جسيمات ألفا من خلاله مواد مختلفة. اتضح أنه عندما تصطدم جسيمات  سريعة الطيران بنواة العناصر الخفيفة، على سبيل المثال، النيتروجين، يمكن أحيانًا طرد البروتونات سريعة الطيران (نوى الهيدروجين) منها، بينما يصبح جسيم  نفسه جزءًا من النواة مما يزيد شحنته بمقدار واحد. وبالتالي، نتيجة للتفاعل +  +، يتكون عنصر كيميائي آخر من النيتروجين - الأكسجين (نظيره الثقيل). كان هذا أول رد فعل مصطنع لتحويل عنصر إلى آخر. في هذه العملية، وكذلك في جميع العمليات النووية الأخرى، يتم الحفاظ على كل من الشحنة الإجمالية (المشتركة) والعدد الكتلي، أي. إجمالي عدد البروتونات والنيوترونات (المرتفعات).

لقد تحقق حلم الخيميائيين القديم: لقد تعلم الإنسان تحويل بعض العناصر إلى عناصر أخرى، على الرغم من أنه لم يتوقع أحد نتيجة عملية من هذه المهارة في زمن رذرفورد. في الواقع، للحصول على جسيمات ألفا، كان من الضروري أن يكون مصدرها، على سبيل المثال، إعداد الراديوم. والأسوأ من ذلك أنه مقابل كل مليون جسيم ألفا يتم إطلاقه على النيتروجين، تم الحصول على 20 ذرة أكسجين فقط في المتوسط.

مع مرور الوقت، تم تحقيق تفاعلات نووية أخرى، وتلقى الكثير منها التطبيق العملي. في أبريل 1932، في اجتماع للأكاديمية الإنجليزية للعلوم (الجمعية الملكية)، أعلن رذرفورد أن مختبره قد أجرى بنجاح تفاعلات لتقسيم العناصر الخفيفة (على سبيل المثال، الليثيوم) مع البروتونات. وللقيام بذلك، تم تسريع البروتونات التي تم الحصول عليها من الهيدروجين باستخدام فولتات عالية تساوي عشرات أو حتى مئات الآلاف من الفولتات. البروتونات، التي لها شحنة وكتلة أصغر من جسيمات ألفا، تخترق النواة بسهولة أكبر. يدخل البروتون نفسه في نواة الليثيوم -7، ويحوله إلى نواة البريليوم -8، والتي "تتخلص" على الفور تقريبًا من الطاقة الزائدة، وتتفكك إلى جسيمين : +  ()  2. إذا أخذنا نظيرًا خفيفًا من الليثيوم (في الليثيوم الطبيعي 7.5%)، فتتكون نواة نظيرين من الهيليوم: +  ()  + . عند قصفه ببروتونات الأكسجين، يتم الحصول على الفلور: +  + ; عند قصف الألمنيوم – المغنيسيوم: + + .

تم إجراء العديد من التحولات المختلفة باستخدام الديوترونات، وهي نواة الديوتيريوم نظير الهيدروجين الثقيل، والتي تم تسريعها إلى سرعات عالية. وهكذا، أثناء التفاعل +  +، تم إنتاج الهيدروجين فائق الثقل - التريتيوم - لأول مرة. يمكن أن يتم تصادم اثنين من الديوترونات بشكل مختلف: +  + ، هذه العمليات مهمة لدراسة إمكانية حدوث تفاعل نووي حراري متحكم فيه. تبين أن التفاعل +  ()  2 مهم، لأنه يحدث بالفعل عند طاقة منخفضة نسبيًا من الديوترونات (0.16 MeV) ويرافقه إطلاق طاقة هائلة - 22.7 MeV (تذكر أن 1 MeV = 10 6 eV) و 1 فولت = 96.5 كيلوجول/مول).

كبير أهمية عمليةتلقى التفاعل الذي يحدث عند قصف البريليوم بجسيمات : +  ()  + ، أدى في عام 1932 إلى اكتشاف جسيم النيوترون المحايد، وتبين أن مصادر نيوترونات الراديوم والبريليوم مناسبة جدًا البحث العلمي. يمكن أيضًا الحصول على نيوترونات ذات طاقات مختلفة نتيجة التفاعلات +  + ; +  + ; +  + . تخترق النيوترونات الخالية من الشحنة النوى الذرية بسهولة خاصة وتتسبب في مجموعة متنوعة من العمليات التي تعتمد على النويدة المنطلقة وعلى سرعة (طاقة) النيوترونات. وبالتالي، يمكن ببساطة أن تلتقط النواة نيوترونًا بطيئًا، وتتحرر النواة من بعض الطاقة الزائدة عن طريق انبعاث كمية جاما، على سبيل المثال: +  + . يستخدم هذا التفاعل على نطاق واسع في المفاعلات النوويةللتحكم في تفاعل انشطار اليورانيوم: لإبطاء التفاعل، يتم إدخال قضبان أو صفائح الكادميوم في المرجل النووي.

في عام 1934، قام الزوجان إيرين وفريدريك جوليو كوري باكتشاف مهم. وبعد قصف بعض العناصر الخفيفة بجسيمات ألفا (ينبعث منها البولونيوم)، توقعوا تفاعلًا مشابهًا للتفاعل المعروف بالفعل للبريليوم، أي. طرد النيوترونات، على سبيل المثال:

وإذا اقتصر الأمر على هذه التحولات، فبعد إيقاف التشعيع ، كان من المفترض أن يجف تدفق النيوترونات على الفور، لذلك، بعد إزالة مصدر البولونيوم، توقعوا توقف كل النشاط، لكنهم وجدوا أن عداد الجسيمات استمر في العمل. تسجيل النبضات التي تلاشت تدريجيًا - بما يتوافق تمامًا مع القانون الأسي. يمكن تفسير ذلك بطريقة واحدة فقط: نتيجة تشعيع ألفا، مع عناصر مشعة غير معروفة سابقًا فترة مميزةعمر النصف هو 10 دقائق للنيتروجين-13 و2.5 دقيقة للفوسفور-30. وتبين أن هذه العناصر تخضع لاضمحلال البوزيترون:  + e + ,  + e + . تم الحصول على نتائج مثيرة للاهتمام باستخدام المغنيسيوم، ممثلًا بثلاثة نظائر طبيعية مستقرة، واتضح أنه عند تشعيع ، تنتج جميعها نويدات مشعة من السيليكون أو الألومنيوم، والتي تخضع لاضمحلال 227- أو البوزيترون:

يعد إنتاج العناصر المشعة الاصطناعية ذا أهمية عملية كبيرة، لأنه يسمح بتخليق النويدات المشعة بنصف عمر مناسب لغرض معين ونوع الإشعاع المطلوب بقوة معينة. من الملائم بشكل خاص استخدام النيوترونات كـ "مقذوفات". غالبًا ما يؤدي التقاط النيوترون بواسطة النواة إلى جعلها غير مستقرة لدرجة أن النواة الجديدة تصبح مشعة. يمكن أن يصبح مستقرًا بسبب تحول النيوترون "الإضافي" إلى بروتون، أي بسبب إشعاع 227؛ وهناك الكثير من هذه التفاعلات المعروفة، على سبيل المثال: +   + e. إن تفاعل تكوين الكربون المشع الذي يحدث في الطبقات العليا من الغلاف الجوي مهم للغاية: +  + ( سم.طريقة تحليل الكربون المشع). يتم تصنيع التريتيوم عن طريق امتصاص النيوترونات البطيئة بواسطة نوى الليثيوم -6. يمكن تحقيق العديد من التحولات النووية تحت تأثير النيوترونات السريعة، على سبيل المثال: +  + ; +  + ; +  + . وبالتالي، من خلال تشعيع الكوبالت العادي بالنيوترونات، يتم الحصول على الكوبالت 60 المشع، وهو مصدر قوي لإشعاع غاما (يتم إطلاقه بواسطة منتج الاضمحلال المكون من 60 نواة متحمسة). يتم إنتاج بعض عناصر ما بعد اليورانيوم عن طريق التشعيع بالنيوترونات. على سبيل المثال، من اليورانيوم الطبيعي 238، يتكون لأول مرة اليورانيوم 239 غير المستقر، والذي يتحلل أثناء  ( ت 1/2 = 23.5 دقيقة) يتحول إلى عنصر ما بعد اليورانيوم الأول النبتونيوم -239، وهو بدوره أيضًا من خلال اضمحلال  ( ت 1/2 = 2.3 يوم) يتحول إلى ما يسمى بالبلوتونيوم 239 المهم للغاية.

هل يمكن الحصول على الذهب صناعياً عن طريق إجراء التفاعل النووي اللازم وبالتالي تحقيق ما فشل الكيميائيون في تحقيقه؟ ومن الناحية النظرية لا توجد عوائق أمام ذلك. علاوة على ذلك، فقد تم بالفعل تنفيذ مثل هذا التوليف، لكنه لم يجلب الثروة. أسهل طريقة لإنتاج الذهب صناعيًا هي تشعيع الزئبق، العنصر التالي في الجدول الدوري بعد الذهب، بتيار من النيوترونات. ثم، نتيجة للتفاعل +  +، يقوم النيوترون بإخراج بروتون من ذرة الزئبق وتحويله إلى ذرة ذهب. لا يشير هذا التفاعل إلى أرقام كتلة محددة ( أ) نويدات الزئبق والذهب. الذهب في الطبيعة هو النويدة المستقرة الوحيدة، والزئبق الطبيعي عبارة عن خليط معقد من النظائر مع أ= 196 (0.15%)، 198 (9.97%)، 199 (1.87%)، 200 (23.10%)، 201 (13.18%)، 202 (29.86%)، 204 (6.87%). وبالتالي، وفقا للمخطط أعلاه، يمكن الحصول على الذهب المشع غير المستقر فقط. تم الحصول عليه من قبل مجموعة من الكيميائيين الأمريكيين من جامعة هارفارد في أوائل عام 1941، حيث قاموا بإشعاع الزئبق بتيار من النيوترونات السريعة. وبعد بضعة أيام، تحولت جميع نظائر الذهب المشعة الناتجة، من خلال اضمحلال بيتا، مرة أخرى إلى النظائر الأصلية للزئبق...

ولكن هناك طريقة أخرى: إذا تم تشعيع ذرات الزئبق -196 بالنيوترونات البطيئة، فسوف تتحول إلى ذرات زئبق -197: +  + . تخضع هذه الذرات، التي يبلغ عمر نصفها 2.7 يومًا، لالتقاط الإلكترون وتتحول أخيرًا إلى ذرات ذهب مستقرة: + e  . تم تنفيذ هذا التحول في عام 1947 من قبل موظفي المختبر الوطني في شيكاغو. ومن خلال تشعيع 100 ملغ من الزئبق بالنيوترونات البطيئة، حصلوا على 0.035 ملغ من 197Au. بالنسبة لجميع الزئبق، فإن العائد صغير جدا - فقط 0.035٪، ولكن بالنسبة إلى 196 زئبق يصل إلى 24٪! ومع ذلك، فإن النظير 196 زئبق في الزئبق الطبيعي هو الأقل، بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية التشعيع نفسها ومدتها (سيتطلب التشعيع عدة سنوات)، وعزل "الذهب الاصطناعي" المستقر من خليط معقد سيكلف أكثر بما لا يقاس من عزل الذهب من أفقر خام ( انظر أيضاذهب). لذا فإن الإنتاج الاصطناعي للذهب له أهمية نظرية بحتة فقط.

الأنماط الكمية للتحولات الإشعاعية.إذا كان من الممكن تتبع نواة معينة غير مستقرة، فسيكون من المستحيل التنبؤ بموعد اضمحلالها. هذه عملية عشوائية وفي حالات معينة فقط يمكن تقييم احتمالية الاضمحلال خلال فترة زمنية معينة. ومع ذلك، حتى أصغر بقعة من الغبار، غير مرئية تقريبًا تحت المجهر، تحتوي على عدد كبير من الذرات، وإذا كانت هذه الذرات مشعة، فإن اضمحلالها يخضع لقوانين رياضية صارمة: القوانين الإحصائية المميزة لعدد كبير جدًا من الكائنات تدخل حيز التنفيذ . وبعد ذلك يمكن تمييز كل نويدات مشعة بقيمة محددة للغاية - نصف العمر ( ت 1/2) هو الوقت الذي يضمحل فيه نصف العدد المتاح من النوى. إذا كان هناك في اللحظة الأولى ن 0 النوى، ثم بعد فترة من الوقت ر = تسيبقى نصفهم ن 0/2، في ر = 2تسيبقى 1/2 ن 0/4 = ن 0/2 2 , في ر = 3ت 1/2 – ن 0/8 = ن 0/2 3 إلخ. على العموم متى ر = ن.تسيبقى 1/2 ن 0/2 نالنواة، حيث ن = ر/ت 1/2 هو عدد فترات نصف العمر (ليس من الضروري أن يكون عددًا صحيحًا). فمن السهل أن تظهر أن الصيغة ن = ن 0/2 ر / ت 1/2 يعادل الصيغة ن = ن 0ه -   رحيث  هو ما يسمى بثابت الاضمحلال. رسميا، يتم تعريفه على أنه معامل التناسب بين معدل الانحلال د ن/د روالعدد المتاح من النوى: د ن/د ر = –ن(علامة الطرح تشير إلى ذلك نيتناقص مع مرور الوقت). دمج هذا المعادلة التفاضليةويعطي الاعتماد الأسي لعدد النوى في الوقت المحدد. استبدال في هذه الصيغة ن = ن 0/2 في ر = ت 1/2 نجد أن ثابت الانحلال يتناسب عكسيا مع عمر النصف:  = ln2/ ت 1/2 = 0,693/ت 1/2. القيمة  = 1/ تسمى متوسط ​​عمر النواة. على سبيل المثال، مقابل 226 ر.ع ت 1/2 = 1600 سنة،  = 1109 سنة.

حسب الصيغ المعطاة معرفة القيمة ت 1/2 (أو )، فمن السهل حساب كمية النويدات المشعة بعد أي فترة زمنية، ومنها يمكنك حساب نصف العمر إذا كانت كمية النويدات المشعة معروفة في نقاط زمنية مختلفة. بدلاً من عدد النوى، يمكنك استبدال النشاط الإشعاعي في الصيغة، والذي يتناسب طرديًا مع العدد المتاح من النوى ن. لا يتميز النشاط عادة بالعدد الإجمالي للاضمحلالات في العينة، ولكن بعدد النبضات المتناسبة معه، والتي يتم تسجيلها بواسطة جهاز قياس النشاط. إذا كان هناك، على سبيل المثال، 1 غرام مادة مشعةفكلما كان نصف عمره أقصر، كلما كانت المادة أكثر نشاطا.

تصف قوانين رياضية أخرى سلوك عدد صغير من النويدات المشعة. هنا يمكننا أن نتحدث فقط عن احتمال وقوع حدث معين. لنفترض، على سبيل المثال، وجود ذرة واحدة (أو بالأحرى نواة واحدة) من النويدة المشعة ت 1/2 = 1 دقيقة. احتمال أن تعيش هذه الذرة دقيقة واحدة هو 1/2 (50%)، 2 دقيقة - 1/4 (25%)، 3 دقائق - 1/8 (12.5%)، 10 دقائق - (1/2 ) 10 = 1/10 24 (0.1%)، 20 دقيقة – (1/2) 20 = 1/1048576 (0.00001%). بالنسبة لذرة واحدة، تكون الفرصة ضئيلة، ولكن عندما يكون هناك الكثير من الذرات، على سبيل المثال، عدة مليارات من الذرات، فإن الكثير منها، بلا شك، سيعيش 20 نصف عمر أو أكثر من ذلك بكثير. يتم الحصول على احتمال اضمحلال الذرة خلال فترة زمنية معينة عن طريق طرح القيم التي تم الحصول عليها من 100. لذلك، إذا كان احتمال بقاء الذرة على قيد الحياة لمدة دقيقتين هو 25٪، فإن احتمال اضمحلال نفس الذرة خلال هذه الفترة الوقت 100 - 25 = 75%، احتمال التفكك خلال 3 دقائق - 87.5%، خلال 10 دقائق - 99.9%، إلخ.

تصبح الصيغة أكثر تعقيدًا إذا كان هناك عدة ذرات غير مستقرة. في هذه الحالة، يتم وصف الاحتمالية الإحصائية لحدث ما بصيغة ذات معاملات ذات الحدين. إذا كان هناك نالذرات، واحتمال اضمحلال إحداها مع مرور الوقت ريساوي ص، ثم احتمال ذلك خلال ذلك الوقت رمن نسوف تتحلل الذرات ن(وستبقى كذلك ن – ن)، يساوي ص = ن!ص ن (1–ص) ن – ن /(ن–ن)!ن! ويجب استخدام صيغ مماثلة في تركيب عناصر جديدة غير مستقرة، يتم الحصول على ذراتها بشكل فردي حرفيًا (على سبيل المثال، عندما اكتشف مجموعة من العلماء الأمريكيين عنصر المندليفيوم الجديد في عام 1955، حصلوا عليه بكمية 17 ذرة فقط) ).