Kodėl atsiranda radioaktyvusis skilimas?

Radioaktyvusis skilimas yra savaiminis procesas, per kurį nestabilus atominis branduolys skyla į mažesnius, stabilesnius fragmentus. Ar kada susimąstėte, kodėl vieni branduoliai suyra, o kiti ne?

Iš esmės tai yra termodinamika. Kiekvienas atomas siekia būti kiek įmanoma stabilesnis. Radioaktyviojo skilimo atveju nestabilumas atsiranda, kai yra nesubalansuotas protonai ir neutronai atominiame branduolyje. Iš esmės branduolio viduje yra per daug energijos, kad visi branduoliai būtų laikomi kartu. Statusas elektronai Atomo atominis skilimas neturi reikšmės, nors jie taip pat turi savo būdą rasti stabilumą. Jei atomo branduolys yra nestabilus, ilgainiui jis subyrės, kad prarastų bent dalį dalelių, kurios jį padaro nestabilų. Originalus branduolys vadinamas tėvu, o susidaręs branduolys ar branduoliai yra vadinami dukra ar dukterimis. Dukros dar gali būti radioaktyvus, galų gale suskaidomos į daugiau dalių, arba jos gali būti stabilios.

Yra trys radioaktyvaus skilimo formos: kuris iš šių atominių branduolių patiriamas, priklauso nuo vidinio nestabilumo pobūdžio. Kai kurie izotopai gali skilti keliais būdais.

Alfa skilimo metu branduolys išstumia alfa dalelę, kuri iš esmės yra helio branduolys (du protonai ir du neutronai), pirminio atominį skaičių sumažinant dviem ir masės skaičių keturi.

Beta puvimo metu iš pirminio išmetama elektronų, vadinamų beta dalelėmis, srautas, o branduolyje esantis neutronas virsta protonu. Naujojo branduolio masių skaičius yra tas pats, tačiau atominis skaičius padidėja vienu.

Gama skilimo metu atominis branduolys išskiria energijos perteklių didelės energijos fotonų (elektromagnetinės spinduliuotės) pavidalu. Atomo ir masės skaičiai išlieka tie patys, tačiau susidaręs branduolys įgyja stabilesnę energijos būseną.

A radioaktyvusis izotopas yra tas, kuris patiria radioaktyvųjį skilimą. Sąvoka „stabilus“ yra labiau dviprasmiška, nes ji taikoma elementams, kurie per ilgą laiko tarpą praktiškai neskyla. Tai reiškia, kad stabilūs izotopai apima tuos, kurie niekada nesulaužami, pavyzdžiui, protą (susideda iš vieno protono, taigi nieko nelieka.) Ir radioaktyvius izotopus, tokius kaip telūras -128, kuris turi pusinės eliminacijos laikas iš 7,7 x 10²⁴ metų. Radioizotopai, kurių pusinės eliminacijos periodas yra vadinami nestabiliais radioizotopais.

Galite manyti, kad stabilios konfigūracijos branduolys turėtų tokį patį protonų skaičių kaip ir neutronai. Daugeliui lengvesnių elementų tai tiesa. Pvz., Anglis paprastai aptinkama trijose protonų ir neutronų konfigūracijose, vadinamose izotopais. Protonų skaičius nesikeičia, nes tai lemia elementą, tačiau neutronų skaičius pasikeičia: Carbon-12 turi šešis protonus ir šešis neutronus ir yra stabilus; anglis-13 taip pat turi šešis protonus, tačiau jis turi septynis neutronus; anglis-13 taip pat yra stabilus. Tačiau anglis-14, turinti šešis protonus ir aštuonis neutronus, yra nestabili arba radioaktyvi. Anglies-14 branduolio neutronų skaičius yra per didelis, kad stipri patraukli jėga galėtų jį laikyti neribotą laiką.

Bet jums pereinant prie atomų, kuriuose yra daugiau protonų, izotopai tampa vis stabilesni, turėdami per daug neutronų. Taip yra todėl, kad branduoliai (protonai ir neutronai) nėra fiksuoti branduolyje, bet juda, o protonai atstumia vienas kitą, nes jie visi turi teigiamą elektrinį krūvį. Šio didesnio branduolio neutronai izoliuoja protonus nuo vienas kito poveikio.

Neutronų ir protonų santykis arba N: Z santykis yra pagrindinis faktorius, lemiantis, ar atominis branduolys yra stabilus. Šviesesni elementai (Z <20) nori turėti tą patį protonų ir neutronų skaičių arba N: Z = 1. Sunkesniems elementams (nuo Z = nuo 20 iki 83) N: Z santykis yra 1,5, nes reikia daugiau neutronų, kad izoliuotųsi nuo protonų atstumiančios jėgos.

Taip pat yra vadinamieji stebuklingieji skaičiai, tai ypač stabilių branduolių (arba protonų, arba neutronų) skaičiai. Jei tiek protonų, tiek neutronų skaičius turi šias reikšmes, situacija vadinama dvigubais magijos skaičiais. Galite galvoti, kad tai branduolys, lygiavertis okteto taisyklė valdantis elektronų apvalkalo stabilumą. Magiški protonų ir neutronų skaičiai šiek tiek skiriasi:

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

Norint dar labiau apsunkinti stabilumą, yra stabilesnių izotopų, kurių Z: N (162 izotopai) yra lygūs, bet nelyginis (53 izotopai), nei nelyginis (50), o ne keistos (nelyginis). (4).

Paskutinė pastaba: ar koks nors branduolys suyra, ar ne, yra visiškai atsitiktinis įvykis. Izotopo pusinės eliminacijos laikas yra geriausia prognozė pakankamai dideliam elementų mėginiui. Jis negali būti naudojamas numatant vieno ar kelių branduolių elgesį.

Ar galite praeiti a viktorina apie radioaktyvumą?