Radioaktivlik haqida yangiliklarda deyarli tez-tez gapiriladi. Masalan, siz bu haqida yadro energiyasi, Fukusima reaktori fojiasi yoki yadro qurollarini rivojlantirish haqidagi munozaralarda oʻqigan boʻlishingiz mumkin. Shuningdek, u mashhur kino yoki asarlarda ham namoyon boʻladi: koʻplab super qahramonlarning kelib chiqishi haqidagi hikoyalari radioaktiv nurlanish bilan bogʻliq. Masalan, “Oʻrgimchak odam”ni olsak, radioaktiv oʻrgimchakning chaqishi bunga misol boʻladi. Ammo biror-bir narsaning radioaktiv boʻlishi oʻzi aslida nimani anglatadi?

Radioaktivlik aslida atomga xos xususiyatdir. Radioaktiv atomlarda beqaror yadrolar mavjud va ular barqaror boʻlish uchun subatom zarrachalarni chiqarib yuboradi hamda ushbu jarayon orqali radiatsiya energiyasi ajralib chiqadi. Koʻpincha tarkibidagi neytronlar soni bilan bir-biridan farq qiluvchi elementlar ham radioaktiv, ham noradioaktiv holatlarda boʻladi. Ushbu elementlarning turli xil koʻrinishlari izotoplar deb nomlanadi va tabiatda kichik miqdordagi radioaktiv izotoplar koʻp uchraydi. Masalan, atmosferada kam miqdordagi uglerodning uglerod-14 deb nomlangan radioaktiv turi uchraydi va qazilmalarda topilgan uglerod-14 paleontologlarga qazilma yoshini aniqlashga yordam beradi.

Ushbu mavzuda biz turli xil atomlar tarkibidagi subatom zarrachalar va izotopning qanday qilib radioaktiv boʻlishiga batafsilroq toʻxtalamiz.

Har bir element atomlari oʻziga xos miqdordagi protonlardan tarkib topgan. Haqiqatdan ham protonlar soni biz qaysi atomni koʻrib chiqayotganimizni belgilab beradi (masalan, oltita protonga ega barcha atomlar bu uglerod atomlari hisoblanadi); atomdagi protonlar soniga atom raqami deyiladi. Shuningdek, elementda neytronlar soni farq qilishi mumkin. Faqatgina neytronlar soniga koʻra farq qiladigan atomlar izotoplar deyiladi. Protonlar soni va neytronlar soni birgalikda elementning massa raqamini belgilaydi: massa raqami = protonlar + neytronlar. Agar atomda qancha neytron borligini hisoblamoqchi boʻlsangiz, massa raqamidan protonlar sonini yoki atom raqamini ayirsangiz kifoya.

Atomning massa raqamiga aloqador xossasi bu – uning atom massasi. Bitta atomning atom massasi deyilganda, uning umumiy massasi tushuniladi va u odatda atom massasi birligi yoki a.m.b. deb ifodalanadi. Qoidaga koʻra, oltita neytronga ega uglerod atomi – uglerod-12 deb nomlanib, u 12 a.m.b.ga ega. Baʼzi sabablarga koʻra, yaxlit atom massa raqamiga ega boʻlmagan boshqa bir atomlar ushbu mavzuga kiritilmadi. Umuman olganda, atom massasi uning massa raqamiga juda yaqin boʻlsa ham, verguldan keyingi raqamlarda ozgina farq qiladi.

Elementning izotoplari turli xil atom massalariga ega boʻlgani sababli olimlar elementning nisbiy atom massasini ham aniqlashgan, baʼzan u atom ogʻirligi deb ham ataladi. Nisbiy atom massasi bu namunadagi barcha turli xil izotoplar atom massalarining oʻrtacha koʻrsatkichidir. Har bir izotopning ulushi namunaning qancha qismini tashkil qilishiga qarab belgilanadi. Davriy jadvalda berilgan nisbiy atom massalari, masalan quyida vodorod uchun keltirilganidek, har bir elementning tabiiy uchraydigan barcha izotoplariga koʻra hisoblab chiqilgan, yaʼni elementning yer yuzida uchraydigan izotoplari miqdoricha oʻlchangan. Asteroidlar va meteoritlar kabi yerdan tashqaridagi jismlar turli xil izotop miqdorlariga ega boʻlishlari mumkin.

Yuqorida taʼkidlanganidek, izotoplar bir xil miqdordagi protonlarga ega, ammo neytronlar soni har xil boʻlgan elementlarning turli xil shakllaridir. Uglerod, kaliy va uran kabi koʻplab elementlarning tabiiy ravishda uchrovchi bir necha izotoplari mavjud. Tabiatda uchrovchi uglerod-12 izotopining atomi oltita proton, oltita neytron va oltita elektrondan tarkib topgan; shuning uchun uning massa raqami 12 (oltita proton va oltita neytron). Uglerod-14 ning atomi oltita proton, 8 ta neytron va 6 ta elektrondan iborat va uning massa raqami 14 (6 ta proton va 8 ta neytron). Ushbu ikkita uglerodning alternativ shakllari izotoplar hisoblanadi.

Baʼzi izotoplar barqarordirlar, ammo boshqalari pastroq energiyali yanada turgʻunroq konfiguratsiyaga erishish uchun subatom zarrachalarni itarib yoki haydab chiqarishi mumkin. Bunday izotoplar radioizotoplar deb nomlanadi va ularning zarrachalar va energiya ajratib chiqarish jarayoni parchalanish deb nomlanadi. Radioaktiv parchalanish yadrodagi protonlar sonining oʻzgarishiga olib kelishi mumkin; bu sodir boʻlganida atomning xususiyatlari oʻzgaradi (masalan, uglerod-14 ning azot-14 ga parchalanishi).

Radioaktiv parchalanish bu – tasodifiy, ammo eksponentsial jarayon. Izotopning yarim parchalanish davri materialning yarmi boshqa bir, nisbatan barqaror mahsulotga parchalanadigan davridir. Asl izotopning parchalangandagi holatiga va barqaror izotoplariga nisbati kutilganidek oʻzgaradi; bu esa izotopning nisbiy miqdorini, izotopni qoʻshilishidan (masalan, biror-bir qazilma turiga) to hozirgacha boʻlgan vaqtni oʻlchovchi soat sifatida foydalanishga imkon beradi.

Masalan, uglerod, odatda atmosferada karbonat angidrid kabi gazlar shaklida uchraydi va u uchta izotopik shaklda mavjud: barqaror boʻlgan uglerod-12 va uglerod-13, hamda radioaktiv uglerod-14. Uglerodning bu shakllari atmosferada nisbatan doimiy proporsiyalarda uchraydi. Uglerod-12 asosiy shakl sifatida taxminan 99%, uglerod-13 esa 1%, uglerod-14 boʻlsa juda ham oz $^1$start superscript, 1, end superscript miqdorda mavjud. Oʻsimliklar shakarni hosil qilish uchun havodan karbonat angidridni soʻrib olganda, ularning toʻqimalaridagi uglerod-14 ning nisbiy miqdori atmosferadagi uglerod-14 konsentratsiyasiga teng boʻladi. Hayvonlar, oʻsimliklar yoki oʻtxoʻr boshqa hayvonlar bilan oziqlanganida ularning tanalaridagi uglerod-14 konsentratsiyasi atmosfera konsentratsiyasiga mos keladi. Organizm nobud boʻlganda esa u uglerod-14 ni qabul qilishni toʻxtatadi, shuning uchun uglerod-14 asta-sekin azot-14 ga parchalanishi natijasida suyak qoldiqlaridagi uglerod-14 ning uglerod-12 ga nisbati zaiflashib boradi$^2$squared.

Yarim parchalanish, taxminan 5730 yil oʻtgach, dastlab mavjud boʻlgan uglerod-14 ning yarmi azot-14 ga aylanadi. Ushbu xususiyat qadimgi suyaklar yoki yogʻochlarga oʻxshash jonli jismlarning yoshini bilish uchun ishlatilishi mumkin. Uglerod-14 ning uglerod-12 ga konsentratsiyasi nisbatini atmosferadagi biror-bir jismning bir xil nisbatiga, jismning boshlangʻich konsentratsiyaga teng boʻlgan nisbatga solishtirish orqali izotopning hali parchalanmagan qismini aniqlash mumkin. Ushbu qism asosida materialning yoshi, agar u 50000 yoshdan oshmagan boʻlsagina, aniq hisoblanishi mumkin. Boshqa bir elementlarda esa yarim parchalanish davri turli xil boʻlgan izotoplar mavjud va shuning uchun ulardan har xil vaqt oraligʻidagi yoshni aniqlash uchun foydalanish mumkin. Masalan, kaliy-40 1.25 milliard yillik yarim parchalanish davriga ega, uran-235 ning esa yarim parchalanish davri 700 million yilga teng va u oydagi qoyatoshlarning yoshini aniqlash uchun foydalaniladi$^2$squared.