21.10: Muhtasari

21.1 Muundo wa nyuklia na Utulivu

Kiini atomia kina protoni na nyutroni, kwa pamoja huitwa nucleons. Ingawa protoni zinarudiana, kiini kinafanyika kwa pamoja na nguvu ya muda mfupi, lakini yenye nguvu sana, inayoitwa nguvu ya nyuklia. Kiini kina molekuli kidogo kuliko molekuli ya jumla ya nucleons yake ya sehemu. Masi hii “kukosa” ni kasoro ya molekuli, ambayo imebadilishwa kuwa nishati ya kisheria ambayo inashikilia kiini pamoja kulingana na equation ya equation ya Einstein ya molekuli ya nishati, E = mc ². Kati ya nuclides nyingi zilizopo, idadi ndogo tu ni imara. Nuclides zilizo na idadi hata za protoni au nyutroni, au zile zilizo na namba za kichawi za nucleons, zina uwezekano wa kuwa imara. Nuclides hizi imara huchukua bendi nyembamba ya utulivu kwenye grafu ya idadi ya protoni dhidi ya idadi ya nyutroni. Nishati ya kumfunga kwa nucleon ni kubwa kwa vipengele vilivyo na idadi kubwa karibu na 56; hizi ni nuclei imara zaidi.

21.2 Milinganyo ya nyuklia

Nuclei inaweza kupitia athari zinazobadilisha idadi yao ya protoni, idadi ya nyutroni, au hali ya nishati. Chembe nyingi tofauti zinaweza kushiriki katika athari za nyuklia. Ya kawaida ni protoni, neutroni, positroni (ambazo ni elektroni zenye chaji chanya), chembe za alpha (α) (ambazo ni viini vya juu vya nishati ya heliamu), chembe za beta (β) (ambazo ni elektroni za juu-nishati), na mionzi ya gamma (γ) (ambayo hutunga mionzi ya umeme ya juu-nishati). Kama ilivyo na athari za kemikali, athari za nyuklia huwa na usawa. Wakati mmenyuko wa nyuklia unatokea, wingi wa jumla (idadi) na malipo ya jumla hubakia bila kubadilika.

21.3 Uozo wa mionzi

Nuclei ambazo hazina msimamo n:p uwiano hupata kuoza kwa mionzi ya upepo. Aina za kawaida za mionzi ni kuoza α, β kuoza, γ chafu, chafu ya positron, na kukamata elektroni. Athari za nyuklia pia mara nyingi huhusisha mionzi γ, na kuoza kwa nuclei fulani kwa kukamata Kila moja ya njia hizi za kuoza husababisha kuundwa kwa kiini kipya na uwiano wa n:p imara zaidi. Dutu zingine hupata mfululizo wa kuoza kwa mionzi, kuendelea kupitia kuoza nyingi kabla ya kuishia katika isotopu imara. Michakato yote ya kuoza nyuklia hufuata kinetiki ya kwanza, na kila radioisotopu ina tabia yake ya nusu ya maisha, wakati unaohitajika kwa nusu ya atomi zake kuoza. Kwa sababu ya tofauti kubwa katika utulivu kati ya nuclides, kuna aina mbalimbali za maisha ya nusu ya vitu vya mionzi. Wengi wa vitu hivi wamepata matumizi muhimu katika uchunguzi wa matibabu na matibabu, kuamua umri wa vitu vya archaeological na kijiolojia, na zaidi.

21.4 Transmutation na Nishati ya nyuklia

Inawezekana kuzalisha atomi mpya kwa kupiga atomi nyingine kwa nuclei au chembe za kasi. Bidhaa za athari hizi za mabadiliko zinaweza kuwa imara au mionzi. Vipengele kadhaa vya bandia, ikiwa ni pamoja na technetium, astatine, na vipengele vya transuranium, vimezalishwa kwa njia hii.

Nguvu za nyuklia pamoja na mlipuko wa silaha za nyuklia zinaweza kuzalishwa kupitia fission (athari ambazo kiini nzito kinagawanyika katika viini viwili au zaidi nyepesi na nyutroni kadhaa). Kwa sababu nyutroni zinaweza kushawishi athari za ziada za fission wakati zinachanganya na viini vingine nzito, mmenyuko wa mnyororo unaweza kusababisha. Nguvu muhimu hupatikana ikiwa mchakato wa fission unafanywa katika reactor ya nyuklia. Uongofu wa nuclei mwanga katika nuclei nzito (fusion) pia hutoa nishati. Kwa sasa, nishati hii haijawahi kutosha na ni ghali sana ili iwezekanavyo kwa uzalishaji wa nishati ya kibiashara.

21.5 Matumizi ya Radioisotopes

Misombo inayojulikana kama tracers mionzi inaweza kutumika kufuata athari, kufuatilia usambazaji wa dutu, kutambua na kutibu hali ya matibabu, na mengi zaidi. Dutu nyingine za mionzi zinasaidia kudhibiti wadudu, miundo ya kutazama, kutoa onyo la moto, na kwa programu nyingine nyingi. Mamia ya mamilioni ya vipimo vya dawa za nyuklia na taratibu, kwa kutumia aina mbalimbali za radioisotopes na nusu ya maisha mafupi, hufanyika kila mwaka nchini Marekani. Wengi wa radioisotopu hizi zina nusu-maisha mafupi kiasi; baadhi ni mafupi ya kutosha kwamba radioisotopu lazima ifanyike kwenye tovuti katika vituo vya matibabu. Tiba ya mionzi hutumia mionzi ya juu-nishati kuua seli za saratani kwa kuharibu DNA zao. Mionzi inayotumiwa kwa matibabu hii inaweza kutolewa nje au ndani.

21.6 Athari za kibiolojia za mionzi

Sisi ni daima wazi kwa mionzi kutoka kwa aina mbalimbali za vyanzo vya asili na vinavyotokana na binadamu. Mionzi hii inaweza kuathiri viumbe hai. Mionzi ya ionizing ni hatari zaidi kwa sababu inaweza ionize molekuli au kuvunja vifungo vya kemikali, ambayo huharibu molekuli na husababisha matatizo katika michakato ya seli. Inaweza pia kuunda radicals ya hidroxyl tendaji ambayo huharibu molekuli za kibiolojia na kuharibu michakato ya kisaikolojia Mionzi inaweza kusababisha uharibifu wa somatic au maumbile, na ni hatari zaidi kwa seli zinazozalisha haraka. Aina ya mionzi hutofautiana katika uwezo wao wa kupenya nyenzo na kuharibu tishu, na chembe za alpha ambazo hupenya zaidi lakini zinaweza kuharibu zaidi na mionzi ya gamma hupenya zaidi.

Vifaa mbalimbali, ikiwa ni pamoja na counters Geiger, scintillators, na dosimeters, hutumiwa kuchunguza na kupima mionzi, na kufuatilia yatokanayo na mionzi. Tunatumia vitengo kadhaa kupima mionzi: becquerels au curies kwa viwango vya kuoza mionzi; kijivu au rads kwa nishati kufyonzwa; na rems au sieverts kwa madhara ya kibiolojia ya mionzi. Mfiduo wa mionzi unaweza kusababisha madhara mbalimbali ya afya, kutoka madogo hadi kali, na ikiwa ni pamoja na kifo. Tunaweza kupunguza madhara ya mionzi kwa shielding na vifaa vidogo kama vile risasi, kusonga mbali na chanzo, na kupunguza muda wa mfiduo.