Radioaktyvusis skilimas

Radioaktyvusis skilimas vyksta su kai kuriais cheminiais elementais. Dauguma cheminių elementų yra stabilūs. Cheminiai elementai sudaryti iš atomų. Stabilių elementų atomas išlieka toks pat. Net vykstant cheminei reakcijai patys atomai niekada nesikeičia.

XIX a. Henris Bekerelis atrado, kad kai kurių cheminių elementų atomai kinta. 1898 m. Marie ir Pierre'as Curie šį reiškinį pavadino radioaktyviuoju skilimu. Už šį atradimą Bekerelis ir Kiuri 1903 m. buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija.

Drebulės simbolis naudojamas radioaktyviosioms medžiagoms žymėti.

Pavyzdys

Daugumos anglies atomų branduolyje yra šeši protonai ir šeši neutronai. Tokia anglis vadinama anglis-12s (šeši protonai + šeši neutronai = 12). Jos atominė masė yra 12. Jei anglies atomas turi dviem neutronais daugiau, jis yra anglis-14. Anglis-14 chemiškai veikia kaip ir kitos anglies, nes šeši protonai ir šeši elektronai lemia jos chemines savybes. Iš tikrųjų anglies-14 yra visose gyvose būtybėse; anglies-14 yra visuose augaluose ir gyvūnuose. Tačiau anglis-14 yra radioaktyvi. Ji skyla beta skilimo būdu ir tampa azotu-14. Anglis-14, kurios nedideli kiekiai aptinkami gamtoje, yra nekenksminga. Archeologijoje šios rūšies anglis naudojama medienos ir kitų anksčiau gyvų daiktų amžiui nustatyti. Šis metodas vadinamas radiokarboniniu datavimu.

Įvairios skilimo rūšys

Ernestas Rutherfordas nustatė, kad šios dalelės į materiją skverbiasi įvairiais būdais. Jis nustatė du skirtingus skilimo būdus, kuriuos pavadino alfa skilimu ir beta skilimu. 1900 m. Paulas Villardas atrado trečią rūšį. 1903 m. Rutherfordas ją pavadino gama skilimu.

Radioaktyvioji anglis-14 virsta stabiliuoju azotu-14, tai yra radioaktyvusis skilimas. Jis įvyksta, kai atomas išspinduliuoja alfa dalelę. Alfa dalelė - tai energijos impulsas, kai elektronas arba pozitronas palieka branduolį.

Vėliau buvo aptikta ir kitų puvimo rūšių. Skilimo rūšys skiriasi viena nuo kitos, nes skirtingų rūšių skilimo metu susidaro skirtingų rūšių dalelės. Pradinis radioaktyvusis branduolys vadinamas pradiniu branduoliu, o branduolys, į kurį jis virsta, vadinamas dukteriniu branduoliu. Didelės energijos dalelės, kurias išskiria radioaktyviosios medžiagos, vadinamos radiacija.

Šie įvairūs irimo procesai gali vykti nuosekliai, sudarydami "irimo grandinę". Vienos rūšies branduoliai skyla į kitos rūšies branduolius, kurie vėl skyla į kitos rūšies branduolius ir taip toliau, kol tampa stabiliais izotopais ir grandinė baigiasi.

Skilimo greitis

Kiekvienas elementas keičiasi skirtingu greičiu. Radioaktyvųjį skilimą lemia atsitiktinumas: Laikas, per kurį vidutiniškai pasikeičia pusė medžiagos atomų, vadinamas pusėjimo trukme. Greitį nusako eksponentinė funkcija. Pavyzdžiui, jodo (¹³¹ I) pusėjimo trukmė yra maždaug 8 dienos. Plutonio pusamžis svyruoja nuo 4 valandų (²⁴³ Pu) iki 80 milijonų metų (²⁴⁴ Pu).

Branduoliniai virsmai ir energija

Radioaktyviojo skilimo metu atomas iš atomo, kurio branduolyje yra didesnė energija, virsta atomu, kurio energija yra mažesnė. Branduolio energijos pokytis suteikiamas susidariusioms dalelėms. Radioaktyviojo skilimo metu išsiskyrusi energija gali būti pernešama gama spindulių elektromagnetine spinduliuote (šviesos rūšis), beta dalelėmis arba alfa dalelėmis. Visais šiais atvejais pernešama pasikeitusi branduolio energija. Ir visais tais atvejais bendras atomo protonų ir elektronų teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius prieš pokytį ir po jo yra lygus nuliui.

Alfa skilimas

Alfa skilimo metu atomo branduolys išskiria alfa dalelę. Alfa skilimo metu branduolys netenka dviejų protonų ir dviejų neutronų. Dėl alfa skilimo atomas virsta kitu elementu, nes praranda du protonus (ir du elektronus). Pavyzdžiui, jei americiui įvyktų alfa skilimas, jis virstų neptūnu, nes neptūnas turi dviem protonais mažiau nei americius. Alfa skilimas paprastai vyksta sunkiausiuose elementuose, pavyzdžiui, urane, torijuje, plutonyje ir radijuje.

Alfa dalelės negali prasiskverbti net pro kelis centimetrus oro. Alfa spinduliuotė negali pakenkti žmogui, kai alfa spinduliuotės šaltinis yra už žmogaus kūno ribų, nes žmogaus oda nepraleidžia alfa dalelių. Alfa spinduliuotė gali būti labai kenksminga, jei jos šaltinis yra organizmo viduje, pavyzdžiui, kai žmonės kvėpuoja dulkėmis ar dujomis, kuriose yra medžiagų, kurios skyla skleisdamos alfa daleles (spinduliuotę).

Beta skilimas

Yra dvi beta skilimo rūšys: beta plius ir beta minus.

Beta-minus skilimo metu branduolys atiduoda neigiamą krūvį turintį elektroną, o neutronas virsta protonu:

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

kur

n 0 {\displaystyle n^{0}} $n^{0}$ yra neutronas

p + {\displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ yra protonas

e - {\displaystyle e^{-}} $e^{-}$ yra elektronas

ν Ž e {\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}} ${\bar {\nu }}_{e}$ yra antineutrinas

Beta-minus skilimas vyksta branduoliniuose reaktoriuose.

Beta plius skilimo metu branduolys išskiria pozitroną, kuris yra panašus į elektroną, bet turi teigiamą krūvį, o protonas virsta neutronu:

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

kur

p + {\displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ yra protonas

n 0 {\displaystyle n^{0}} $n^{0}$ yra neutronas

e + {\displaystyle e^{+}} $e^{+}$ yra pozitronas

ν e {\displaystyle {\nu }_{e}} ${\nu }_{e}$ yra neutrinas

Beta plius skilimas vyksta Saulėje ir kai kurių tipų dalelių greitintuvuose.

Gama skilimas

Gama skilimas vyksta, kai branduolys išskiria didelės energijos paketą, vadinamą gama spinduliuote. Gama spinduliai neturi elektrinio krūvio, bet turi kampinį momentą. Gama spinduliai paprastai išspinduliuojami iš branduolių iškart po kitų skilimo tipų. Gama spinduliai gali būti naudojami medžiagoms įžiūrėti, bakterijoms maiste naikinti, kai kurioms ligoms nustatyti ir kai kurioms vėžio rūšims gydyti. Gama spindulių energija yra didžiausia iš visų elektromagnetinių bangų, o iš kosmoso sklindantys gama spindulių pliūpsniai yra energingiausias žinomas energijos išsiskyrimas.