Rozpad promieniotwórczy

Autor: Leandro Alegsa Data utworzenia: 20 kwietnia 2021

Rozpadowi promieniotwórczemu ulegają niektóre pierwiastki chemiczne. Większość pierwiastków chemicznych jest stabilna. Pierwiastki chemiczne zbudowane są z atomów. W stabilnych pierwiastkach, atom pozostaje taki sam. Nawet w reakcji chemicznej atomy nigdy się nie zmieniają.

W XIX wieku Henri Becquerel odkrył, że niektóre pierwiastki chemiczne mają atomy, które się zmieniają. W 1898 r. Marie i Pierre Curie nazwali to zjawisko rozpadem radioaktywnym. Za to odkrycie Becquerel i Curie otrzymali w 1903 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Symbol trefoil jest używany do oznaczania materiałów radioaktywnych.

Przykład

Większość atomów węgla ma w swoim jądrze sześć protonów i sześć neutronów. Taki węgiel nazywany jest węglem-12s (sześć protonów + sześć neutronów = 12). Jego masa atomowa wynosi 12. Jeśli atom węgla ma dwa neutrony więcej, jest to węgiel-14. Węgiel-14 zachowuje się chemicznie jak inne rodzaje węgla, ponieważ sześć protonów i sześć elektronów jest tym, co decyduje o jego właściwościach chemicznych. W rzeczywistości węgiel-14 występuje we wszystkich żywych organizmach; wszystkie rośliny i zwierzęta zawierają węgiel-14. Jednakże węgiel-14 jest radioaktywny. Rozpada się on w wyniku rozpadu beta, stając się azotem-14. Węgiel-14, w niewielkich ilościach, jakie można znaleźć w przyrodzie, jest nieszkodliwy. W archeologii, ten rodzaj węgla jest używany do określenia wieku drewna i innych dawniej żyjących rzeczy. Metoda ta nosi nazwę datowania radiowęglowego.

Różne rodzaje rozpadu

Ernest Rutherford odkrył, że istnieją różne sposoby, w jakie cząstki te przenikają do materii. Odkrył dwa różne rodzaje, które nazwał rozpadem alfa i rozpadem beta. Paul Villard odkrył trzeci rodzaj w 1900 roku. Rutherford nazwał go w 1903 r. rozpadem gamma.

Zmiana z radioaktywnego węgla-14 w stabilny azot-14 jest rozpadem promieniotwórczym. Następuje on, gdy atom emituje cząstkę alfa. Cząstka alfa jest impulsem energii, gdy elektron lub pozyton opuszcza jądro.

Inne rodzaje rozpadu zostały odkryte później. Rodzaje rozpadów różnią się od siebie, ponieważ różne rodzaje rozpadów wytwarzają różne rodzaje cząstek. Początkowe jądro promieniotwórcze nazywane jest jądrem macierzystym, a jądro, w które się ono zmienia nazywane jest jądrem pochodnym. Cząstki wysokoenergetyczne wytwarzane przez materiały radioaktywne nazywamy promieniowaniem.

Te różne rodzaje rozpadów mogą zachodzić kolejno w "łańcuchu rozpadów". Jeden rodzaj jądra rozpada się na inny rodzaj, który znów rozpada się na inny i tak dalej, aż do momentu, gdy staje się stabilnym izotopem i łańcuch się kończy.

Prędkość rozpadu

Szybkość, z jaką zachodzi ta zmiana, jest różna dla każdego pierwiastka. Rozpadem radioaktywnym rządzi przypadek: Czas, w którym średnio połowa atomów danej substancji ulega przemianie, nazywany jest okresem połowicznego rozpadu. Szybkość jest określona przez funkcję wykładniczą. Na przykład, jod (^131I) ma okres połowicznego rozpadu około 8 dni. Okres półtrwania plutonu waha się od 4 godzin (^243Pu) do 80 milionów lat (^244Pu).

Przemiany jądrowe i energia

Rozpad promieniotwórczy zmienia atom z takiego, który ma wyższą energię w swoim jądrze na taki, który ma niższą energię. Zmiana energii jądra jest przekazywana cząsteczkom, które powstają. Energia uwolniona w wyniku rozpadu promieniotwórczego może być albo przeniesiona przez promieniowanie elektromagnetyczne gamma (rodzaj światła), cząstkę beta lub cząstkę alfa. We wszystkich tych przypadkach przenoszona jest zmiana energii jądra. I we wszystkich tych przypadkach całkowita liczba dodatnich i ujemnych ładunków protonów i elektronów atomu sumuje się do zera przed i po zmianie.

Rozpad alfa

Podczas rozpadu alfa, jądro atomowe uwalnia cząstkę alfa. Rozpad alfa powoduje utratę przez jądro dwóch protonów i dwóch neutronów. Rozpad alfa powoduje zmianę atomu w inny pierwiastek, ponieważ atom traci dwa protony (i dwa elektrony). Na przykład, gdyby Ameryk uległ rozpadowi alfa, zmieniłby się w Neptun, ponieważ Neptun ma o dwa protony mniej niż Ameryk. Rozpad alfa zachodzi zwykle w najcięższych pierwiastkach, takich jak uran, tor, pluton i rad.

Cząstki alfa nie mogą przejść nawet przez kilka centymetrów powietrza. Promieniowanie alfa nie może zaszkodzić człowiekowi, gdy źródło promieniowania alfa znajduje się na zewnątrz ludzkiego ciała, ponieważ ludzka skóra nie przepuszcza cząstek alfa. Promieniowanie alfa może być bardzo szkodliwe, jeśli jego źródło znajduje się wewnątrz ciała, np. gdy ludzie oddychają pyłem lub gazem zawierającym materiały, które rozpadają się emitując cząstki alfa (promieniowanie).

Rozpad beta

Istnieją dwa rodzaje rozpadu beta: beta-plus i beta-minus.

W rozpadzie beta-minus jądro oddaje ujemnie naładowany elektron, a neutron zamienia się w proton:

n 0 → p + + e - + ν ¯ e {{displaystyle n^{0}} p^{+}+e^{-}+{bar {{nu }}_{e}}. $n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$ .

gdzie

n 0 {{displaystyle n^{0}} $n^{0}$ jest neutronem

p + {{displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ to proton

e - {displaystyle e^{-}} $e^{-}$ jest elektronem

ν ¯ e {displaystyle {{e}} ${\bar {\nu }}_{e}$ jest antyneutrinem

Rozpad beta-minus zachodzi w reaktorach jądrowych.

W rozpadzie beta-plus jądro uwalnia pozyton, który jest jak elektron, ale jest dodatnio naładowany, a proton zamienia się w neutron:

p + → n 0 + e + + ν e {{displaystyle}} p^{+} + n^{0}+e^{+}+{{nu }_{e}}. $\ p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }_{e}$ .

gdzie

p + {{displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ to proton

n 0 {{displaystyle n^{0}} $n^{0}$ jest neutronem

e + {{displaystyle e^{+}} $e^{+}$ jest pozytonem

ν e {displaystyle {{e}} ${\nu }_{e}$ jest neutrinem

Rozpad beta-plus zachodzi wewnątrz Słońca i w niektórych rodzajach akceleratorów cząstek.

Rozpad gamma

Rozpad gamma zachodzi, gdy jądro wytwarza wysokoenergetyczny pakiet energii zwany promieniem gamma. Promienie gamma nie mają ładunku elektrycznego, ale mają moment pędu. Promienie gamma są zwykle emitowane z jąder tuż po innych rodzajach rozpadu. Promieni gamma można używać do prześwietlania materiałów, zabijania bakterii w żywności, wykrywania niektórych rodzajów chorób i leczenia niektórych rodzajów raka. Promienie gamma mają największą energię ze wszystkich fal elektromagnetycznych, a wybuchy promieni gamma z kosmosu są najbardziej energetycznymi uwolnieniami energii, jakie są znane.