Kāpēc notiek radioaktīvā sabrukšana?

Radioaktīvā sabrukšana ir spontāns process, caur kuru nestabils atomu kodols sadalās mazākos, stabilākos fragmentos. Vai esat kādreiz domājuši, kāpēc daži kodoli sabrūk, bet citi ne?

Tas būtībā ir termodinamikas jautājums. Katrs atoms cenšas būt pēc iespējas stabilāks. Radioaktīvās sabrukšanas gadījumā nestabilitāte rodas, ja ir nelīdzsvarotība to skaitā protoni un neitroni atomu kodolā. Būtībā kodola iekšpusē ir pārāk daudz enerģijas, lai visus nukleonus turētu kopā. Statusu elektroni Atoma atomiem nav nozīmes sabrukšanai, lai arī arī viņiem ir savs veids, kā atrast stabilitāti. Ja atoma kodols ir nestabils, galu galā tas sadalīsies, zaudējot vismaz dažas daļiņas, kas to padara nestabilu. Sākotnējo kodolu sauc par vecāku, savukārt iegūto kodolu vai kodolus sauc par meitu vai meitām. Meitas vēl varētu būt radioaktīvam, galu galā sadaloties vairākās daļās, vai arī tās varētu būt stabilas.

Ir trīs radioaktīvās sabrukšanas formas: kurš no šiem atomu kodoliem iziet, ir atkarīgs no iekšējās nestabilitātes rakstura. Daži izotopi var sadalīties vairāk nekā vienā ceļā.

Alfa sabrukšanas laikā kodols izstumj alfa daļiņu, kas būtībā ir hēlija kodols (divi protoni un divi neitroni), samazinot vecāku atomu skaitu par diviem un masas numuru par četri.

Beta sabrukšanas laikā no vecākiem tiek izvadīta elektronu plūsma, ko sauc par beta daļiņām, un kodolā esošais neitrons tiek pārveidots par protonu. Jaunā kodola masu skaits ir vienāds, bet atomu skaits palielinās par vienu.

Gamma samazinājuma laikā atomu kodols izdala lieko enerģiju augstas enerģijas fotonu (elektromagnētiskā starojuma) veidā. Atomu skaits un masu skaits nemainās, bet iegūtais kodols uzņem stabilāku enerģijas stāvokli.

A radioaktīvais izotops ir tāds, kurā notiek radioaktīvā sabrukšana. Termins "stabils" ir daudznozīmīgāks, jo tas attiecas uz elementiem, kas praktiskā nolūkā ilgstoši nesadalās. Tas nozīmē, ka stabili izotopi ietver tādus, kas nekad nesadalās, piemēram, protium (sastāv no viena protona, tāpēc nav ko zaudēt) un radioaktīvos izotopus, piemēram, telūru -128, kam ir pussabrukšanas periods no 7,7 x 10²⁴ gados. Radioizotopus ar īsu pussabrukšanas periodu sauc par nestabiliem radioizotopiem.

Jūs varētu pieņemt, ka kodolā stabilā konfigurācijā būs tāds pats protonu skaits kā neitroniem. Daudziem gaišākiem elementiem tā ir taisnība. Piemēram, oglekli parasti atrod ar trim protonu un neitronu konfigurācijām, ko sauc par izotopiem. Protonu skaits nemainās, jo tas nosaka elementu, bet neitronu skaits mainās: Ogleklis-12 satur sešus protonus un sešus neitronus un ir stabils; ogleklis-13 satur arī sešus protonus, bet tajā ir septiņi neitroni; ogleklis-13 ir arī stabils. Tomēr ogleklis-14 ar sešiem protoniem un astoņiem neitroniem ir nestabils vai radioaktīvs. Neitronu skaits oglekļa-14 kodolam ir pārāk liels, lai spēcīgais pievilcīgais spēks turētu to kopā bezgalīgi.

Bet, pārejot uz atomiem, kas satur vairāk protonu, izotopi kļūst arvien stabilāki ar neitronu pārpalikumu. Tas notiek tāpēc, ka nukleoni (protoni un neitroni) nav nostiprinājušies savā vietā kodolā, bet pārvietojas, un protoni atgrūž viens otru, jo tiem visiem ir pozitīvs elektriskais lādiņš. Šī lielāka kodola neitroni darbojas, lai izolētu protonus no otra ietekmes.

Neitronu un protonu attiecība vai N: Z attiecība ir galvenais faktors, kas nosaka, vai atoma kodols ir stabils. Vieglākiem elementiem (Z <20) ir priekšroka, ja tiem ir vienāds protonu un neitronu skaits vai N: Z = 1. Smagākiem elementiem (Z = 20 līdz 83) N: Z attiecība ir 1,5, jo ir nepieciešams vairāk neitronu, lai izolētu pret protonu atspēkojošo spēku.

Ir arī tā sauktie maģiskie skaitļi, kas ir īpaši stabili nukleonu (vai nu protonu, vai neitronu) numuri. Ja gan protonu, gan neitronu skaitam ir šīs vērtības, situāciju sauc par divkāršiem maģiskiem skaitļiem. Jūs varat domāt, ka tas ir kodols, kas ir līdzvērtīgs okteta noteikums kas regulē elektronu apvalka stabilitāti. Burvju skaitļi ir nedaudz atšķirīgi protoniem un neitroniem:

• Protoni: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Neitroni: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

Lai vēl vairāk sarežģītu stabilitāti, ir vairāk stabilu izotopu ar vienādām Z: N (162 izotopiem) nekā pāra nepāra (53 izotopiem) nekā pāra nepāra (50) nekā nepāra ar nepāra vērtībām (4).

Pēdējā piezīme: tas, vai kāds kodols izjūk vai nē, ir pilnīgi nejaušs notikums. Izotopa pussabrukšanas periods ir labākais prognoze pietiekami lielam elementu paraugam. To nevar izmantot, lai veiktu jebkādas prognozes par viena vai dažu kodolu izturēšanos.

Vai jūs varat nokārtot a viktorīna par radioaktivitāti?