МЕНЮ

Системный анализ явления радиоактивности

На методологической базе  общей теории систем Урманцева Ю. Т. (ОТСУ) в работе изложены  теоретические разработки представления явления радиоактивности, как  объекта-системы. Предложено  определение радиоактивности на основе  алгоритма построения системы объектов одного и того же рода, отличающееся от известных полнотой и достоверностью.

Введение. Современное научное познание, представленное совокупностью различных научных дисциплин, например, как физика, где изучаются свойства явлений и процессов физической формы материальной действительности на уровне мега-, макро- и микро-мира, характеризуется осознанием системности своих объектов исследования и их взаимосвязанностью: Не только интуиция, но и человеческая практика свидетельствуют, что любой целостный относительно устойчивый фрагмент Бытия объективно сложно структурирован по различным параметрам и элементы его структуры с необходимостью взаимосвязаны, т.е. он является системой. … Под «бытием» понимается сущее в единстве своего актуального и потенциального содержания, раскрываемого через диалектику взаимосвязи сущности и существования. ”[1]

            Современный этап развития физики характеризуется тотальным доминированием квантово-релятивистской концепции, в рамках которой вскрытие сущности объекта исследования полностью игнорируется и подменяется абстрактной установкой (моделью), условно соответствующей экспериментальным данным. Это обстоятельство привело квантово-релятивистскую концепцию в область мифологии и стало одной из причин кризиса теоретической физики в целом.

            Атомная физика – раздел физики, посвящённый изучению строения и свойств атомов и элементарным процессам, в которых участвуют атомы. [2] Теоретической основой современной атомной физики является квантовая теория, позволяющая формально объяснить огромную совокупность микроскопических явлений на атомно-молекулярном уровне, сущность которых далека от реальности. Примером данного утверждения является явление радиоактивности [3].

            “Радиоактивность — фундаментальное явление физики атомного ядра.”[4].

Это открытие привело к рождению новой физики, позволившей понять структуру атома и атомного ядра, и послужило воротами в странный и гармоничный квантовый мир элементарных частиц.[5].

Из выше приведенных цитат понятна важность явления радиоактивности для физики атома и других ее разделов.  При  этом, как следует из данных интернета [6], известно 121 толкование понятия радиоактивности, отличающиеся друг от друга сущностью и содержанием.  В частности, например, радиоактивность (от лат. radio – излучаю и activus – деятельный):

– свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд Z, массовое число А) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов; [7]

 – самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием частиц, а также жесткого электромагитного излучения (рентгеновского или g-излучения). Ядра нового нуклида, которые образуются в результате радиоактивного распада исходного нуклида (радионуклида), могут быть стабильными или радиоактивными; [8]

– самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения. [9]

И т. п. Отсутствие определения радиоактивности, характеризующегося полнотой и достоверностью ставит непреодолимый барьер в развитии ее теории, а вместе с ней и физики атома. В истории науки известны факты [10] (например, некорректное определение электрохимии задержало ее развитие на 10 лет), ведущие к тяжелым последствиям развития конкретной науки.

С целью решения проблемы некорректности представления радиоактивности для анализа ее понятий наиболее целесообразным является привлечение общей теории систем (ОТС), как специально-научной и логико-методологической концепции исследования объектов, представляющих собой системы.[11] Обоснованность использования методологии системного подхода заключается в том, что объем количества информации, связанный с понятием радиактивность, настолько велик и, к тому же, далее бурно растет, что возможность его усвоения может быть достигнута только с помощью системной реорганизации знаний [12].

Системный анализ явления радиоактивности. Во второй половине ХХ ст. был предложен ряд подходов к построению ОТС и её логико-философских оснований (Л. фон Берталанфи, М. Месарович, Л. Заде, Р. Акофф, Дж. Клир, А. И. Уемов, Ю. А. Урманцев, Р. Калман, Э. Ласло и другие) [13],  имеющих свой взгляд на методологию системного подхода. Однако только один из них характеризуется необходимой полнотой, достаточностью и алгоритмизируемостью определения понятия системы. Это общая теория систем Урманцева Ю. А. (ОТСУ) [10], в соответствии с которой понятие система имеет следующее определение:

Система — это множество объектов-систем, построенное по отношениям r множества отношений {R}, законам композиции z множества законов композиции {Z} из «первичных» элементов m множества {M}, выделенного по основаниям a множества оснований {A} из универсума U. При этом множества {М}, {Z} и {R}, {Z} и {R} и {M} могут быть и пустыми.

Это окончательное определение ОТСУ, синтезируя в себе понятия объекта-системы и системы объектов одного и того же рода, является базовым понятием для дальнейшего развития любых других  теоретических построений.

Проведем анализ явления радиоактивности с использованием алгоритма С-метода ОТСУ.

Для этого, согласно шагу 1 алгоритма  построения системы объектов данного рода, по основанию Ар(0) выделим множество первичных элементов р(0)}={э}, составляющих сущность радиоактивности. Согласно эфиродинамическим представлениям атома вещества [14] его основными структурными элементами являются протон-электронная пара и нейтрон. На сегодняшний день известно 118 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева (ПСХЭ) от водорода (1 протон-электронная пара) до оганесона (118 протон-электронных пар и 176 нейтронов). К началу 2016 года открыто 3211 изотопов [15] всех элементов (без учёта изомеров), из них 431 (13 %) стабильных или околостабильных, 294 (9 %) изотопы трансурановых элементов, 1209 (38 %) нейтронно-избыточных и 1277 (40 %) протонно-избыточных (то есть отклоняющихся от линии бета-стабильности в сторону избытка нейтронов или протонов, соответственно). 

Согласно шагу 2, наложим на элементы отношения RB(1)  (взаимосвязи и взаимодействия ) и по закону композиции (распада)

ZB(1) = AZX→ A-kZ-mY+ m(p+e) + kn,                                                               (1)

где A – массовое число (суммарное число протон-электронных пар и нейтронов а атоме), Z – “заряд ядра”  или число протон-электронных пар в атоме, X – материнский атом,

m = 0, 1, 2, 3, 4, … – число протон-электронных пар (p+e), k =0, 1, 2, 3, 4,…– число нейтронов (n), AkZmY –дочерний атом;

 образуем множество {МB(1)}= { AkZmY, m(p+e),  kn}, где A =1,2, …294;

Z = 0, 1, 2, … 118 для 118 элементов ПСХЭ и 3211 их изотопов.

            Согласно эфиродинамическим представлениям протон-электронная пара это взаимосвязанная и взаимодействующая совокупность основных элементарных частиц протона, электрона и их джетов, устойчивая к любым воздействиям и предназначенная для формирования всех атомов вещества. Число протон-электронных пар в атоме задается “зарядовым числом” Z. Каждая протон-электронная пара характеризуется индивидуальным набором значений совокупности параметров. Одним из существенных параметров является радиус протон-электронной пары. Все протон-электронные пары атомов вещества, у которых радиус больше радиуса протон-электронной пары атома водорода, оказавшись в свободном состоянии, например, при распаде атома, находятся в возбужденном состоянии. Это состояние обуславливает генерацию фотонов определенных энергий. Процесс генерации фотонов это дискретный процесс. Поэтому в процессе перехода протон-электронной пары (p+e)i из состояния возбуждения в стационарное (p+e)H  (соответствует состоянию атома водорода H), который является непрерывным, кроме генерации фотонов также наблюдается выделение тепловой энергии ∆Е(p+e) (рассеивание избыточной массы уплотненного эфира элементов протон-электронной пары).

            Наложим на элементы протон-электронной пары (p+e)i отношения RB(2) (взаимосвязи и взаимодействия ) и по закону композиции (функционирования)

            ZB(2) = (p+e)i → (p+e)H  + Еγ + ∆Е(p+e),                                                          (2)

образуем  множество {МB(2)}= {(p+e)H ,  Еγ,  ∆Е(p+e) }, где Еγ – энергия совокупности генерируемых фотонов, ∆Е(p+e) – тепловая энергия, генерируемая избыточной массой протон-электронной пары в процессе рассеивания.

У протон-электронных пар (p+e)j, радиус которых меньше радиуса протон-электронной пары атома водорода, переход в стационарное состояние сопровождается набором массы эфира. Наложим на элементы протон-электронной пары (p+e)j отношения RB(3) (взаимосвязи и взаимодействия) и по закону композиции (функционирования)

            ZB(3) = (p+e)j → (p+e)H  + (-Еγ),                                                                    (3)

образуем  множество {МB(3)}= {(p+e)H ,  -Еγ}, где -Еγ – энергия, эквивалентная энергии совокупности поглощаемых фотонов.

            Частным случаем данного процесса является  генерация атомом нейтронов. Нейтрон это протон-электронная пара, у которой электрон находится вблизи протона, разделяемый пограничным слоем. Наложим на элементы нейтрона n отношения RB(4) (взаимосвязи и взаимодействия) и по закону композиции (функционирования)

            ZB(4) = n → (p+e)H  + (-Еγ),                                                                        (4)

образуем  множество {МB(4)}= {(p+e)H ,  -Еγ}, где -Еγ – энергия поглощаемого фотона.

Любая свободная протон-электронная пара под действием внешних факторов (температуры, давления, излучения, электрических и магнитных сил) может быть разрушена вследствие разрыва  связей (джетов), что современная физика в явлении радиоактивности рассматривает как экзотический распад. Тогда наложим на элементы протон-электронной пары (p+e)i отношения RB(5) (взаимосвязи и взаимодействия) и по закону композиции (экзотического распада)

ZB(5) = (p+e)i → p + e,                                                                                  (5)

образуем  множество {МB(5)}= {p, e}, где p – протон, e – электрон.

            Далее под действием внешних факторов протон может быть также разрушен, в процессе которого он трансформируется в элементарную частицу позитрон (время жизни ≈ 10-8 с) и излучает тепловую энергию (рассеивание остаточной массы протона) ∆Ер.  Наложим на элементы протона отношения RB(6) (взаимосвязи и взаимодействия) и по закону композиции (разрушения)

ZB(6) = p → e+ + ∆Ер                                                                                    (6)

образуем  множество {МB(6)}= {e+, ∆Ер}, где e+ – позитрон.

Согласно  шагу 3,  изменим  композиции  множества  {МB(1)}, по отношениям

RB(1)  <=> RB(2) <=> RB(3) <=> RB(4) <=> RB(5) <=> RB(6) 

и  закону  композиции

             ZB(1) <=>ZB(2) <=> ZB(3) <=>ZB(4) <=> ZB(5) <=> ZB(6

таким образом, что образуем все возможные способы распада, а тем самым и множества элементов {MB} = {МB(1), МB(2), …, МB(6)} = { AkZmY, m(p+e),  kn,  p, e+, e, Еγ, ∆Е(p+e) , -Еγ, ∆Ер}.

Наконец, согласно шагу 4, получим систему процесса распада SB = {MB}, на элементы которой наложены отношения взаимосвязи и взаимодействияRB, по закону композиции

ZB = AZX→ A-kZ-mY+ m(p+e) + kn + ip, + je, + le+, + Еγ, + ∆Е;                 (7)

где  i = 0, 1, 2, … – число протонов, j = 0,1, 2, … число электронов, l = 0, 1, 2, … -число позитронов, Еγ – суммарная энергия излучения и поглощения фотонов, ∆Е – обобщенные тепловые потери.

На основании алгоритма построения системы объектов данного рода процесса распада дадим определение явления радиоактивности: – это процесс превращения атомов вещества и их изотопов в атомы и их изотопы, сумма массовых чисел которых меньше или равна материнскому, сопровождаемое излучением элементарных частиц (фотонов, протонов, электронов и позитронов) и тепловой энергии.

Классификация явления радиоактивности. Классификация является философской основой и языком любой науки. Она в концентрированном виде отражает представления обо всем многообразии исследуемых или используемых объектов, и в этом смысле по существу выполняет роль информационной системы обобщающей многообразие свойств классифицируемых объектов до обозримых представлений и структур.

Из выше изложенного следует, что явление радиоактивности многочисленно и разнообразно. Поэтому дальнейшее развитие представлений о явлении радиоактивности немыслимо без ее классификации. В обобщенном виде известна следующая классификация [3]:

Радиоактивность ядер, существующих в природных условиях, называется естественной. Радиоактивность ядер, полученных с помощью ядерных реакций в лабораторных условиях (например, на ускорителях), называется искусственной. Распадающиеся ядра называются материнскими, а ядра, образующиеся в результате распада, – дочерними.”.

Открытие альфа-, бета- и гамма-излучения, затем нейтронов и нейтрино, привело к обнаружению четырёх основных типов распада: альфа-распада, бета-распада (в трёх видах: b– и b+-распадов, электронного захвата), изомерного перехода и спонтанного деления. В конце XX-го века начался активный синтез экзотических ядер (сильно нейтроноизбыточных и нейтронодефицитных), и были открыты новые, экзотические типы распада (испускание запаздывающих нейтронов и протонов, двухнейтронный распад, запаздывающее деление, распад полностью ионизованных атомов, кластерный распад и др.)”.

Табл. 1. Типы радиоактивного распада.

Основные типы распада

1.Альфа-распад: испускание α-частиц, ионов гелия, 42Не

2. Бета-распад, β

– Испускание электронов, е + антинейтрино

– Испускание позитронов, е+ + нейтрино

– Электронный захват, испускание рентгеновского излучения

3. Изомерный переход, испускание гамма-кванта, γ

Экзотические типы распада

1.Испускание протонов из основного или изомерного состояния

2. Запаздывающий распад:

– Запаздывающие α-частицы

– Запаздывающие протоны

– Запаздывающие нейтроны

– Запаздывающее деление

– Запаздывающее испускание двух нейтронов

– Запаздывающее испускание трех нейтронов

– Запаздывающее испускание двух протонов

– Запаздывающее испускание тритонов

3. Деление из изомерного ядерного состояния

4. Кластерная радиоактивность: испускание 14С, 23F, 24Ne, 26Ne, 28Mg, 30Mg, 32Si, 34Si

5. Распад полностью ионизированных атомов

6. Двойной безнейтринный бета-распад”.

Приведенная классификация является типизацией явления радиоактивности и в большей мере отражает историю исследования явления радиоактивности, чем систематизацию ее сущности.

Научно построенная классификация не только дает возможность представить совокупность объектов в упорядоченном, системном виде, но позволяет также сделать предсказания об объектах до сих пор неизвестных человеку, выдвинуть новые обобщения и объяснения, исследовать отношения и связи между объектами в пределах класса и между классами.

Классификация предмета невозможна без знания о его сущности [16], которая

в сжатом виде представлена ее определением.

На основе выше данного определения построим систему классификации явления радиоактивности. В первую очередь выделим два больших класса радиоактивности: система естественной и система искусственной радиоактивности. Между ними нет принципиальных отличий. И в том и другом случае радиоактивные превращения подчиняются одним и тем же законам. Но их можно также квалифицировать по критерию внешнего воздействия. Естественная радиоактивность, в отличие от искусственной, не требует внешних источников энергии.

По виду закона композиции распада:

– нейтронный;

– протон-электронный (парный);

– α – распад;

– кластерный;

– спонтанное (самопроизвольное) деление;

– экзотический.

По виду излучения:

– электро-магнитное (фотонное): бета-распад (в трёх видах: b– и b+-распадов, электронного захвата), γ- излучение (изомерный переход);

– α-излучение;

– нейтронное;

– протонное;

– электронное;

– позитронное;

– тепловое.

По времени распада:

– быстрый (с, мин.);

– медленный (час, день, … год).

По условию распада: 

мягкий (без разрушения основных элементов атома);

жесткий (сопровождается разрушением основных элементов атома).

Выводы. Современные представления явления радиоактивности не имеют однозначного толкования и определения его сущности.

            На основе ОТСУ проведен  системный анализ явления радиоактивности, результатом которого стало определение понятия радиоактивности, отличающееся полнотой и достоверностью.

            С учетом данного определения представлена классификация явления радиоактивности, свободная от недостатков типовой, например, представленной в работе [3].

Литература.

  1. Брагин А.В. Концепции современного естествознания: Курс лекций / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2010. – 204 с.
  2. http://femto.com.ua/articles/part_1/0222.html  Атомная физика.
  3. Бекман И.Н. Радиоактивность и радиация. Радиохимия. Том 1: учебное пособие/И.Н.Бекман.- МО, Щёлково: Издатель Мархотин П.Ю. 2011.- 398 с.
  4. Ишханов Б.С. Радиоактивность. Учебное пособие— Москва : Университетская книга, 2011. — 378 с.: табл, ил.
  5. Кадменский С.Г. Радиоактивность атомных ядер: история, результаты, новейшие достижения // Соросовский образовательный журнал, 1999, №11, с. 76-81.
  6. https://slovaronline.com/browse/adf28d4a-8457-321d-a2a4-b4109b374c91/радиоактивность?show_all=1.
  7. http://femto.com.ua/articles/part_2/3241.html  Радиоктивность.
  8. https://xumuk.ru/encyklopedia/2/3791.html  Радиоктивность.
  9. https://entsiklopediya-kolera.slovaronline.com/8980-РАДИОАКТИВНОСТЬ.
  10. Система. Симметрия. Гармония. / [проф. В. С. Тюхтин, Ю. А. Урманцев, к. б. н., биофизик Ю. С. Ларин и др. ; под ред. В. С. Тюхтина, Ю. А. Урманцева]. – Москва : Мысль, 1988. – 318.
  11. Общая теория систем. Философский словарь / Под ред. И.Т. Фролова. – 4-е изд.-М.: Политиздат, 1981. – 445 с.
  12. http://www.bibliotekar.ru/teoria-gosudarstva-i-prava-4/95.htm СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД КАК ОБЩЕНАУЧНЫЙ МЕТОД.
  13. https://gtmarket.ru/concepts/7102  ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ.
  14. http://nauka2000.com/ Лямин В. С., Лямин Д. В.  Модель атома на основе эфиродинамической концепции.
  15.  https://ru.wikipedia.org/wiki/  Изотопы.
  16. Цитата из работы: Белоусов В. А. Классификация связей в философии: логико-методологический аспект проблемы // Вестник Нижегородского университета им. Н.И.Лобачевского. Серия: Социальные науки. 2004. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/klassifikatsiya-svyazey-v-filosofii-logiko-metodologicheskiy-aspekt-problemy.

Лямин В.С. , Лямин Д. В. г. Львов                      

                                                                                                                                      г.


1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (Еще не оценили)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи