Radioaktiivne lagunemine on spontaanne protsess, mille kaudu ebastabiilne aatomituum puruneb väiksemateks, stabiilsemateks fragmentideks. Kas olete kunagi mõelnud, miks mõned tuumad lagunevad, teised mitte?
Põhimõtteliselt on see termodünaamika küsimus. Iga aatom püüab olla võimalikult stabiilne. Radioaktiivse lagunemise korral ilmneb ebastabiilsus, kui alarühmade arv on tasakaalustamata prootonid ja neutronid aatomituumas. Põhimõtteliselt on tuuma sees liiga palju energiat, et kõiki nukleone koos hoida. Staatus elektronid aatomi lagunemine ei oma tähtsust, ehkki ka neil on oma viis stabiilsuse leidmiseks. Kui aatomi tuum on ebastabiilne, puruneb see lõpuks nii, et kaotavad vähemalt osa selle ebastabiilseks muutuvatest osakestest. Algset tuuma nimetatakse vanemaks, samas kui saadud tuuma või tuumasid nimetatakse tütreks või tütardeks. Tütred võivad ikkagi olema radioaktiivne, purunedes lõpuks rohkemateks osadeks või võivad need olla stabiilsed.
Radioaktiivse lagunemise kolm tüüpi
Radioaktiivsel lagunemisel on kolm vormi: milline neist aatomituuma läbib, sõltub sisemise ebastabiilsuse olemusest. Mõned isotoobid võivad laguneda rohkem kui ühe raja kaudu.
Alfa lagunemisel väljastab tuum alfaosakese, mis on sisuliselt heeliumi tuum (kaks tuuma) prootonid ja kaks neutronit), vähendades vanema aatomiarvu kahe ja massiarvu võrra neli.
Beeta lagunemisel väljub lähteühendist elektronide voog, mida nimetatakse beetaosakesteks, ja tuumas olev neutron muundatakse prootoniks. Uue tuuma massiarv on sama, kuid aatomiarv suureneb ühe võrra.
Gamma lagunemisel eraldab aatomituum liigset energiat suure energiaga footonite (elektromagnetiline kiirgus) kujul. Aatomiarv ja massiarv jäävad samaks, kuid saadud tuum eeldab stabiilsemat energiaseisundit.
Radioaktiivne vs. Stabiilne
A radioaktiivne isotoop on üks, mis läbib radioaktiivse lagunemise. Mõiste "stabiilne" on mitmetähenduslik, kuna see kehtib elementide kohta, mis pika aja jooksul praktilistel eesmärkidel laiali ei lagune. See tähendab, et stabiilsed isotoobid hõlmavad selliseid, mis kunagi ei purune, nagu nt protum (koosneb ühest prootonist, seega pole midagi kaotada) ja radioaktiivsed isotoobid, näiteks telluur -128, millel on poolväärtusaeg 7,7 x 1024 aastatel. Lühikese poolestusajaga radioisotoope nimetatakse ebastabiilseteks radioisotoopideks.
Mõnel stabiilsel isotoobil on rohkem neutroone kui prootoneid
Võite eeldada, et stabiilse konfiguratsiooniga tuumas on sama arv prootoneid kui neutronitel. Paljude kergemate elementide puhul on see tõsi. Näiteks leitakse süsinikku tavaliselt prootonite ja neutronite kolme konfiguratsiooniga, mida nimetatakse isotoopideks. Prootonite arv ei muutu, kuna see määrab elemendi, kuid neutronite arv muutub: Süsinik-12-l on kuus prootonit ja kuus neutronit ning see on stabiilne; süsinik-13-l on ka kuus prootonit, kuid sellel on seitse neutronit; süsinik-13 on samuti stabiilne. Kuue prootonite ja kaheksa neutroniga süsinik-14 on aga ebastabiilne või radioaktiivne. Süsiniku-14 tuuma neutronite arv on liiga suur, et tugev atraktiivne jõud seda koos lõputult koos hoiaks.
Kuid liikudes aatomite juurde, mis sisaldavad rohkem prootoneid, on isotoobid stabiilsed neutronite liigse sisaldusega. Selle põhjuseks on asjaolu, et nukleonid (prootonid ja neutronid) ei ole tuumas fikseeritud, vaid liiguvad ringi ja prootonid tõrjuvad üksteist, kuna need kõik kannavad positiivset elektrilaengut. Selle suurema tuuma neutronid isoleerivad prootoneid üksteise mõjudest.
N: Z suhe ja maagilised numbrid
Neutronite ja prootonite suhe ehk N: Z suhe on peamine tegur, mis määrab, kas aatomituum on stabiilne või mitte. Kergematel elementidel (Z <20) eelistatakse, et prootonite ja neutronite arv oleks sama või N: Z = 1. Raskemad elemendid (Z = 20 kuni 83) eelistavad N: Z suhet 1,5, kuna prootonite vahelise tõrjuva jõu vastu isoleerimiseks on vaja rohkem neutroneid.
On ka nn maagilisi numbreid, mis on eriti stabiilsed nukleonide (kas prootonite või neutronite) arv. Kui nii prootonite kui ka neutronite arvul on need väärtused, nimetatakse olukorda topeltmaagia numbriteks. Võite mõelda, et see on tuum, mis on samaväärne tuumaga oktetreegel elektronkesta kestuse reguleerimine. Maagilised numbrid on prootonite ja neutronite osas pisut erinevad:
- Prootonid: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
- Neutronid: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184
Stabiilsuse edasiseks komplitseerimiseks on olemas stabiilsemad isotoobid, mille Z: N (162 isotoopi) on paaris-paaritu (53 isotoopi) kui paaritu-paaris (50) kui paaritu-paaritu väärtused (4).
Juhuslikkus ja radioaktiivne lagunemine
Viimane märkus: see, kas mõni tuum laguneb või mitte, on täiesti juhuslik sündmus. Isotoobi poolestusaeg on parim prognoos elementide piisavalt suure proovi jaoks. Seda ei saa kasutada mingite ennustuste tegemiseks ühe või mõne tuuma käitumise kohta.
Kas saate a viktoriin radioaktiivsuse kohta?