Почему происходит радиоактивный распад?

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?

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий