Радиоактивност

Из Википедије, слободне енциклопедије
Radioactive.svg

Радиоактивност је спонтани процес у којем се атомско језгро, емитујући једну или више честица или кваната електромагнетног зрачења, преображава у друго језгро. Првобитно није била позната природа зрачења него се збирно говорило о радијацији па је ова појава „распада“ језгра названа радиоактивност, а језгра која емитују честице или зрачење радиоактивна језгра или, исправније радиоактивни изотопи. Распадом почетног језгра, које се назива и језгро родитељ, настаје ново језгро, потомак, које може да има редни број Z и/или масени број A различит од језгра родитеља. Радиоактивни распад карактерише се врстом и енергијом емитоване радијације и временом полураспада. У природи се јављају алфа-распад, бета--распад, гама-распад и спонтана фисија. При алфа-распаду радиоактивна језгра емитују језгра хелијумових атома 4He++. Код бета--распада, из језгра се емитују електрон и антинеутрино, а код гама-распада језгро зрачи електромагнетне таласе (фотоне) велике енергије. У лабораторији могу да се добију и језгра која се распадају на бројне начине (видети таблицу доле), на пример, емитујући позитроне и неутрина (бета+-распад) или код којих долази до К-захвата.

Историја открића радиоактивности[уреди]

Природну радиоактивност открио је крајем XIX века француски физичар Анри Бекерел. Трудећи се да установи узрок флуоресценције односно фосфоресценције неких материјала (што је и његов отац, такође физичар, проучавао), Бекерел је на фотографску плочу умотану у црни папир поставио кристал уранијумове соли и онда све излагао сунчевој светлости. Након развијања фотографске плоче показало се да је она била “осветљена”, дакле, уранијумова со је емитовала зрачење које може да прође кроз црни папир и да дејствује на фотографску плочу. Бекерел је сматрао да уранијумова со зрачи под дејством сунчеве светлости. А онда, једног дана, због облачности, одустао је од експеримента, и фото плочу умотану у црни папир одложио, а преко ње и уранијумску со. После неколико дана ипак је развио плочу и на велико изненађење, установио да је и она јако озрачена. Исправно је закључио да уранијумова со, без спољашњег утицаја, дакле спонтано, емитује зрачење које пролази кроз хартију и изазива зацрњење фото плоче. Марија Кири је ову појаву назвала радиоактивност.

Марија Кири је заједно с Пјером Киријем проучавала радиоактивност и других уранијумових једињења, нпр. руде пехбленде (која се углавном састоји од уранил оксида U3О8). М. Кири је утврдила да је зрачење много јаче и да није пропорционално количини уранијума. Претпоставила је да руда пехбленде садржи малу количину неког елемента који много јаче зрачи. Коришћењем обичних хемијских поступака за раздвајање елемената, П. и М. Кири изоловали су полонијум и радијум. Радијум је изолован после дугог и стрпљивог прерађивања једне тоне руде пехбленде из које је већ био извађен уранијум. Издвојене су најпре мале количине радијума у облику радијум-хлорида, а 1910. године електролизом је добијен и чист радијум. Отприлике у исто време М. Кири и Г. Шмит открили су, независно, да су и торијумова једињења радиоактивна. Затим су А. Дебијерн и Ф. Гизел у уранијумским минералима нашли још један радиоактивни елемент - актинијум. После ових првих открића, систематским испитивањима, откривено је да у природи постоји четрдесетак радиоактивних елемената.

Основне особине[уреди]

Приказ продирности (штетности) за различите врсте зрака.

Радиоактивно зрачење продире кроз различите материјале, а такође може и да јонизује средину кроз коју пролази. Проучавајући продорну моћ зрачења која емитује уранијум, Радерфорд је утврдио да постоје две врсте зрачења (алфа и бета). Алфа-зрачење лакше се апсорбује од бета- али више јонизује средину кроз коју пролази. Алфа и бета зраци различито скрећу у магнетском пољу, на основу чега је закључено да је реч о честицама супротног наелетрисања и различите масе. Трећи облик природне радиоактивности (гама-зрачење) открио је П. Вилар утврдивши да оно не скреће у магнетском пољу, а да се одликује изузетном продорношћу.

Процес радиоактивног распада је егзотерман, дакле праћен ослобађањем енергије. Енергијски биланс радиоактивног распада најлакше је одредити помоћу Ајнштајнове релације за однос масе и енергије

 E =  m c^{2} \,


где је Е енергија еквивалентна маси m, а c брзина светлости у вакууму. У складу са тиме енергија Е која се ослобађа при радиоактивном распаду једнака је:


 E =  M_r c^{2} - \left (M_p c^{2} + \sum M_e c^{2} \right ),


где су Мr маса родитеља, Мp маса потомка и Me масе мировања емитованих честица. Дакле, ослобођена енергија (кинетичка и електромагнетна) једнака је разлици у маси између језгра родитеља и свих производа његовог распада.


Јединица за радиоактивност у СИ систему је Бекерел (Bq).

Типови распада[уреди]

Радионуклиди могу да се распадну на неколико разичитих начина, што је сумирано у следећој табели. Атомско језгро са позитивним наелектрисањем (атомским бројем) Z и атомском масом A представљено је као (A, Z).

Тип распада Честице учесници Језгро потомак
Распади са емисијом нуклеона:
Алфа-распад Алфа честица (A=4, Z=2) емитована из језгра (A-4, Z-2)
Емисија протона Протон избачен из језгра (A-1, Z-1)
Емисија неутрона Неутрон избачен из језгра (A-1, Z)
Двострука емисија протона Два протона избачена из језгра једновремено (A-2, Z-2)
Спонтана фисија Језгро се распада на два или више мањих језгара и других честица -
Кластерски распад Језгро емитује грозд (кластер) нуклеона, дакле атомско језгро веће од хелијума (A1, Z1) (A-A1, Z-Z1) + (A1,Z1)
Бета распади:
Бета-негативни распад Језгро емитује електрон и антинеутрино (A, Z+1)
Емисија позитрона, или бета-позитивни распад Језгро емитује позитрон и неутрино (A, Z-1)
Захват електрона Језгро захвата орбитални електрон и емитује неутрино - језгро потомак остаје у побуђеном (нестабилном) стању (A, Z-1)
Двоструки бета распад Језгро емитује два електрона и два антинеутрина (A, Z+2)
Двоструки електронски захват Језгро апсорбује два орбитална електрона и емитује два неутрина - језгро потомак остаје у побуђеном и нестабилном стању (A, Z-2)
Електронски захват с емисијом позитрона Језгро захвата један орбитални електрон, емитује позитрон и два неутрина (A, Z-2)
Двострука емисија позитрона Језгро емитује два позитрона и два неутрина (A, Z-2)
Прелази међу стањима у истом језгру:
Гама распад Побуђено језгро емитује фотон високе енергије (гама зрак) (A, Z)
Унутрашња конверзија Побуђено језгро преноси енергију орбиталном електрону који бива избачен из атома (A, Z)

Литература[уреди]

Види још[уреди]

Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Радиоактивност