Радиоактивный распад – спонтанный процесс, в результате которого нестабильное атомное ядро распадается на более мелкие и более стабильные фрагменты. Вы когда-нибудь задумывались, почему одни ядра распадаются, а другие – нет?
Это в основном вопрос термодинамики. Каждый атом стремится быть максимально стабильным. В случае радиоактивного распада нестабильность возникает при дисбалансе количества протонов и нейтронов в атомном ядре. По сути, внутри ядра слишком много энергии, чтобы удерживать все нуклоны вместе. Состояние электронов атома не имеет значения для распада, хотя у них тоже есть свой способ найти стабильность. Если ядро атома нестабильно, в конечном итоге оно распадется, чтобы потерять хотя бы часть частиц, которые делают его нестабильным. Первоначальное ядро называется родительским, а образовавшееся ядро или ядра – дочерними или дочерними. Дочери могут оставаться радиоактивными и в конечном итоге распадаться на другие части, или они могут быть стабильными.
Три типа радиоактивного распада
Есть три формы радиоактивного распада: какой из них подвергается атомное ядро, зависит от характера внутренней нестабильности. Некоторые изотопы могут распадаться более чем одним путем.
Alpha Decay
При альфа-распаде ядро выбрасывает альфа-частицу, который по сути является ядром гелия (два протона и два нейтрона), уменьшая атомный номер родительского на два и массовое число на четыре.
Бета-распад
При бета-распаде поток электронов, называемых бета-частицами, выбрасывается из родительского ядра, а нейтрон в ядре превращается в протон. Массовое число нового ядра такое же, но атомный номер увеличивается на единицу.
Gamma Decay
В гамме При распаде атомное ядро выделяет избыточную энергию в виде высокоэнергетических фотонов (электромагнитное излучение). Атомный номер и массовое число остаются прежними, но полученное ядро принимает более стабильное энергетическое состояние.
Радиоактивное против стабильного
Радиоактивный изотоп – это изотоп, который подвергается радиоактивному распаду. Термин «стабильный» является более двусмысленным, поскольку он применяется к элементам, которые для практических целей не распадаются на части в течение длительного периода времени. Это означает, что стабильные изотопы включают те, которые никогда не распадаются, например протий (состоит из одного протона, поэтому терять нечего) и радиоактивные изотопы, такие как теллур-128 с периодом полураспада 7,7 x 10 24 года. Радиоизотопы с коротким периодом полураспада называются нестабильными радиоизотопами.
Некоторые стабильные изотопы имеют больше нейтронов, чем протонов
Вы можете предположить что ядро в стабильной конфигурации будет иметь такое же количество протонов, как и нейтронов. Это верно для многих более легких элементов.. Например, углерод обычно встречается в трех конфигурациях протонов и нейтронов, называемых изотопами. Число протонов не меняется, поскольку это определяет элемент, но число нейтронов изменяется: углерод-12 имеет шесть протонов и шесть нейтронов и стабилен; углерод-13 также имеет шесть протонов, но имеет семь нейтронов; углерод-13 также стабилен. Однако углерод-14 с шестью протонами и восемью нейтронами нестабилен или радиоактивен. Число нейтронов в ядре углерода-14 слишком велико, чтобы сильная сила притяжения могла удерживать его вместе бесконечно.
Но, когда вы двигаетесь к атомам, которые содержат больше протонов, изотопы становятся все более стабильными при избытке нейтронов. Это потому, что нуклоны (протоны и нейтроны) не закреплены на месте в ядре, а движутся, а протоны отталкиваются друг от друга, потому что все они несут положительный электрический заряд. Нейтроны этого более крупного ядра защищают протоны от воздействия друг друга.
Соотношение N: Z и магические числа
Отношение нейтронов к протонам, или отношение N: Z, является основным фактором, определяющим, является ли атомное ядро стабильным. Более легкие элементы (Z
Есть также так называемые магические числа, которые представляют собой числа нуклонов (протонов или нейтронов), которые особенно стабильны. Если и количество протонов, и нейтронов имеют эти значения, ситуация называется двойными магическими числами. Вы можете думать об этом как о ядре, эквивалентном правилу октетов, регулирующему стабильность электронной оболочки. Магические числа для протонов и нейтронов немного отличаются:
- Протоны: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
- Нейтроны: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184
Чтобы еще больше усложнить стабильности, есть более стабильные изотопы с четным к четному Z: N (162 изотопа), чем четным к нечетным (53 изотопа), чем нечетным к четным (50), чем нечетным к нечетным значениям (4) .
Случайность и радиоактивный распад
И последнее замечание: подвергается ли какое-либо ядро распаду или нет – это совершенно случайное событие. Период полураспада изотопа – лучший прогноз для достаточно большой выборки элементов. Его нельзя использовать для предсказания поведения одного или нескольких ядер..
Можете ли вы пройти тест на радиоактивность?