Kodėl vyksta radioaktyvusis skilimas?

Atominio branduolio radioaktyvaus skilimo priežastys

VICTOR DE SCHWANBERG / MOKSLO FOTO BIBLIOTEKA / Getty Images

Radioaktyvusis skilimas yra spontaniškas procesas, kurio metu nestabilus atomo branduolys skyla į mažesnius, stabilesnius fragmentus. Ar kada nors susimąstėte, kodėl vieni branduoliai suyra, o kiti ne?

Iš esmės tai yra termodinamikos reikalas. Kiekvienas atomas siekia būti kuo stabilesnis. Radioaktyvaus skilimo atveju nestabilumas atsiranda, kai yra disbalansas protonų ir neutronų atomo branduolyje. Iš esmės branduolio viduje yra per daug energijos, kad visi nukleonai būtų kartu. Būsena elektronus atomo skilimas neturi reikšmės, nors jie taip pat turi savo būdą rasti stabilumą. Jei atomo branduolys yra nestabilus, galiausiai jis suirs ir praras bent dalį dalelių, dėl kurių jis nestabilus. Pradinis branduolys vadinamas tėvu, o susidaręs branduolys arba branduoliai vadinami dukra ar dukromis. Dukros gali dar būti radioaktyvus , galiausiai suskyla į daugiau dalių arba jos gali būti stabilios.

Trys radioaktyvaus skilimo tipai

Yra trys radioaktyvaus skilimo formos: kurią iš jų patiria atomo branduolys, priklauso nuo vidinio nestabilumo pobūdžio. Kai kurie izotopai gali skilti daugiau nei vienu keliu.

Alfa skilimas

Alfa skilimo metu branduolys išmeta alfa dalelę, kuri iš esmės yra helio branduolys (du protonai ir du neutronai), sumažindamas pradinio elemento atominį skaičių dviem ir masės skaičių keturiais.

Beta skilimas

Beta skilimo metu elektronų srautas, vadinamas beta dalelėmis, išstumiamas iš pirminio elemento, o branduolyje esantis neutronas paverčiamas protonu. Naujojo branduolio masės skaičius yra toks pat, bet atominis skaičius padidėja vienu.

Gama skilimas

Gama skilimo metu atomo branduolys išskiria energijos perteklių didelės energijos fotonų (elektromagnetinės spinduliuotės) pavidalu. Atominis skaičius ir masės skaičius išlieka tie patys, tačiau gautas branduolys įgauna stabilesnę energijos būseną.

Radioaktyvus vs stabilus

A radioaktyvusis izotopas yra radioaktyviojo skilimo metu. Terminas „stabilus“ yra dviprasmiškesnis, nes jis taikomas elementams, kurie praktiškai nesuyra per ilgą laiką. Tai reiškia, kad stabilūs izotopai apima tuos, kurie niekada nesuyra, pavyzdžiui, protiumą (sudarytą iš vieno protono, todėl nebėra ko prarasti), ir radioaktyvius izotopus, tokius kaip telūras -128, kuris turi pusinės eliminacijos laikas 7,7 x 10²⁴metų. Radioizotopai, kurių pusinės eliminacijos laikas yra trumpas, vadinami nestabiliais radioizotopais.

Kai kurie stabilūs izotopai turi daugiau neutronų nei protonų

Galite manyti, kad stabilios konfigūracijos branduolys turėtų tiek pat protonų, kiek ir neutronai. Daugeliui lengvesnių elementų tai tiesa. Pavyzdžiui, anglis dažniausiai randama su trimis protonų ir neutronų konfigūracijomis, vadinamomis izotopais. Protonų skaičius nesikeičia, nes tai lemia elementą, bet neutronų skaičius: anglis-12 turi šešis protonus ir šešis neutronus ir yra stabilus; anglis-13 taip pat turi šešis protonus, bet turi septynis neutronus; anglis-13 taip pat yra stabilus. Tačiau anglis-14, turinti šešis protonus ir aštuonis neutronus, yra nestabili arba radioaktyvi. Neutronų skaičius anglies-14 branduoliui yra per didelis, kad stipri traukos jėga galėtų jį laikyti kartu neribotą laiką.

Tačiau pereinant prie atomų, kuriuose yra daugiau protonų, izotopai tampa vis stabilesni ir neutronų perteklius. Taip yra todėl, kad nukleonai (protonai ir neutronai) nėra fiksuoti savo vietoje branduolyje, bet juda, o protonai atstumia vienas kitą, nes visi jie turi teigiamą elektros krūvį. Šio didesnio branduolio neutronai izoliuoja protonus nuo vienas kito poveikio.

N:Z santykis ir stebuklingi skaičiai

Neutronų ir protonų santykis arba N:Z santykis yra pagrindinis veiksnys, lemiantis, ar atomo branduolys yra stabilus, ar ne. Lengvesni elementai (Z<20) prefer to have the same number of protons and neutrons or N:Z = 1. Heavier elements (Z = 20 to 83) prefer an N:Z ratio of 1.5 because more neutrons are needed to insulate against the repulsive force between the protons.

Taip pat yra vadinamųjų magiškų skaičių, ty nukleonų (protonų arba neutronų), kurie yra ypač stabilūs. Jei ir protonų, ir neutronų skaičius turi šias reikšmes, situacija vadinama dvigubais magiškais skaičiais. Galite manyti, kad tai yra branduolys, atitinkantis okteto taisyklė reguliuojantis elektronų apvalkalo stabilumą. Magiškieji protonų ir neutronų skaičiai šiek tiek skiriasi:

• Protonai: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Neutronai: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

Siekiant dar labiau apsunkinti stabilumą, yra daugiau stabilių izotopų, kurių Z:N (162 izotopai) lygis yra lyginis, nei lyginis (53 izotopai), nei nelyginis su lyginiu (50), nei nelyginis iki nelyginis. (4).

Atsitiktinumas ir radioaktyvusis skilimas

Paskutinė pastaba: ar kuris nors branduolys suyra, ar ne, yra visiškai atsitiktinis įvykis. Izotopo pusinės eliminacijos laikas yra geriausia prognozė pakankamai dideliam elementų mėginiui. Jis negali būti naudojamas tam, kad būtų galima prognozuoti vieno branduolio ar kelių branduolių elgesį.

Ar galite praeiti a viktorina apie radioaktyvumą ?