Природна радиоактивност

Преузми Word документ

Крајем 19. века (1896) француски физичар Анри Бекерел – случајно ставио комад уранове руде на фотографску плочу која је била добро заштићена од утицаја светлости. Када је касније плоча развијена и фиксирана на њој се показала велика црна мрља на месту где се налазила уранова руда. Закључак: уранова руда зрачи неке невидљиве зраке који пролазе кроз хартију и утичу на фотографску плочу.

Марија и Пјер Кири – проналазе два нова елемента – радијум и полонијум – зраче знатно јаче од уранијума.

Појава да неки елементи спонтано емитују невидљиве зраке названа је радиокативност.

латинска реч radiare – зрачити

У почетку је природа овог зрачења била непозната. Касније је утврђено да ови зраци потичу из језгра радиоактивних елемената и настају због њиховог распадања.

На основу понашања зрачења у хомогеном електричном или магнетном пољу, Радерфорд је утврдио да постоје три врсте зрачења – $\alpha$ , $\beta$ и $\gamma$ .

Закључак:

$\alpha$ -распад – позитивне честице
$\beta$ – распад – негативне честице
$\gamma$ – распад – електронеутрално зрачење (електромагнетни таласи)

При распаду се тежи атоми трансформишу у лакше. При томе настају радиоактивни зраци.

Пример: радијум се распада и отпушта $\alpha$ , $\beta$ и $\gamma$ зраке и након низа преображаја настаје олово које није радиоактивно.

Природно су радиоактивни сви елементи периодног система иза олова. То значи да су ови елементи склони једном од три начина на који се језгра распадају, а то су: $\alpha$ -распад, $\beta$ -распад (три врсте) и $\gamma$ – распад.

$\alpha$ – РАСПАД

$\alpha$ -зраци (честице) су језгра атома хелијума – састоје се од 2 протона и 2 неутрона.

Када језгро радиоактивног елемента емитује $\alpha$ – честице, мења се састав језгра и добија се језгро другог хемијског елемента, чији је редни број мањи за 2, а масени број мањи за 4.

$_Z^A X=_{Z-2}^{A-4}Y+_2^4 \alpha$

$_{92}^{238}U=_{90}^{234}Th+_2^4 \alpha$

Проласком кроз супстанцу $\alpha$ -честица губи енергију, али при томе јонизује атоме супстанце кроз коју пролази.

$\beta$ -РАСПАД

Процес при коме долази до трансформације нуклеона у језгру – неутрона у протон или протона у неутрон. Ове трансформације узрокују посебне силе – слабе нуклеарне силе (слабе интеракције) – малог интензитета и домета

Електронски $\beta$ распад ( $\beta$ ^– распад)

Распад неутрона у језгру на протон, електрон и антинеутрино.

$n\rightarrow p+e^{-}+\overline{\nu}$

Добија се ново, стабилније језгро са редним бројем повећаним за 1, док масени број остаје исти.

$_Z^A \alpha=_{Z+1}^{A}Y+e^{-}+\overline{\nu}$

Пример:

$_{27}^{60}Co=_{28}^{60}Ni+e^{-}+\overline{\nu}$

Овај процес се дешава код језгара чији је број неутрона знатно већи од броја протона.

Позитронски $\beta$ распад ( $\beta$ ⁺ распад)

Распад протона у језгру на неутрон, позитрон и неутрино.

$p\rightarrow n+e^{+}+\nu$

Редни број новог, стабилнијег језгра се смањује за 1, док масени број остаје исти.

$_Z^A \alpha=_{Z-1}^{A}Y+e^{+}+\nu$

Овај распад може да се дешава само у атомском језгру у коме је могуће приликом трансформације преузимање додатне потребе енергије од других честива у језгру ( $m_{p}<m_{n}$ )

Електронски захват (К захват) – посебан облик $\beta$ -распада. При овом процесу језгро апсорбује један електрон из електронског омотача – најчешће из К љуске. Због тога се један од протона претвара у неутрон, а при томе се емитује неутрино.

$p+e^{-}\rightarrow n+\nu$

Редни број новонасталог језгра је мањи за 1, а масени број остаје исти.

$_Z^A \alpha+e^{-}=_{Z-1}^{A}Y+\nu$

Пошто је захваћен један елекрон и К љуске, то празно место ће се попунити електроном из виших љуски, па ће се појавити карактеристично рендгенско зрачење.

Приликом овог типа распада из језгра излеће само једна честица – неутрино.

После било ког $\beta$ -распада новонастало језгро се налази у побуђеном стању. Прелазак језгра у основно стање праћено је емисијом $\gamma$ зрачења – фотона.

$\gamma$ -РАСПАД

$\gamma$ -зраци се високоенергетски електромагнетни таласи (фотони), простиру се брзином светлости и не скрећу у електричном и магнетном пољу. То је најпродорније зрачење. Увек прати $\alpha$ и $\beta$ распад.

Када атомско језгро емитује $\alpha$ или $\beta$ зраке (честице), трансформише се у ново језгро које се налази у побуђеном стању. Приликом преласка у нижа енергетска стања језгро емитује $\gamma$ -зраке.

Емисијом $\gamma$ -фотона језгро не мења ни редни број ни масени број, већ прелази из енергетски вишег у енергетски ниже стање.

Када распадање почне на њега не може да се утиче – не може ни да се убрза ни успори.

Приликом радиоактивног распада ослобађа се енергија радиоактивног распада.

Да би се описала брзина распадања атома уведена је величина која је названа период полураспада. Период полураспада је време за које се почетни број атома неког радиоактивног елемента смањи за половину.

Пример: периоди полураспада