원소의 방사성 분해

우주의 구조 우주 구조의 맥락에서 방사성 붕괴

우주의 형성은 핵 변형 에 취약한 몇 가지 요소의 형성으로 이어졌습니다. 우리가 기술할 수 있는 각각의 방사성 분해 는 특정 핵과 밀접하게 관련된 주제(구조, 기존 에너지 상태 및 상호 작용)에 대한 많은 정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 우주의 기원에 대한 정보도 제공합니다. 물질을 투과하는 능력에 따라 분류되는 세 가지 주요 방사선 유형이 있다는 것이 경험적으로 입증되었습니다.

1. 알파(α)선 은 헬륨 핵의 형태를 띠고 낮은 투과성을 나타내어 실제로는 얇은 종이를 통과하기 어렵다는 것을 의미합니다.
2. 질량은 같지만 전하가 반대인 전자 또는 양전자로 설명되는 베타(β) 방사선 은 약 3mm;
3. 광자에 해당하는 감마(γ) 방사선 은 최대 2cm 이상 납에 필적하는 최고의 침투 능력을 가지고 있습니다.

방사성 붕괴의 역사

방사성 분해의 역사는 1896년 우라늄이 풍부한 암석을 사진 필름이 있는 밀폐된 상자에 넣으면 필름이 어두워지는 것을 관찰한 Antoine Becquerel에 의해 시작되었습니다. 그는 이것이 육안으로는 보이지 않는 광선의 방출에 의해 발생한다고 결론지었습니다. 오늘날의 지식으로 우리는 그러한 광선의 핵 기원을 제안하는 적어도 세 가지 주장을 제시할 수 있습니다.

1. 화학적 상태 : 자유 상태 또는 화합물의 특정 원소의 형태는 방사능에 영향을 미치지 않습니다.
2. 압력이나 온도와 같은 원자의 전자에 영향을 미치는 외부 요인 은 방사능 특성에 영향을 미치지 않습니다.
3. 일반적으로 알려진 원자의 전자 전이는 수백만 전자 볼트에 도달할 수 있는 엄청난 양의 에너지를 생성하지 않습니다.

오늘날 방사선은 질량을 에너지로 바꾸는 핵 성질의 과정으로 정의됩니다.

알파, 베타 및 감마선

균일한 자기장에서 발생하는 운동 덕분에 방사선의 전기적 특성을 관찰할 수 있습니다. 해당 분자로 각 유형의 방사선을 식별하는 것은 로렌츠 자기력 공식을 기반으로 합니다. 방사성원점에서 수평방출을 가정하면 양전하를 띤 입자는 위로, 음전하를 띤 입자는 아래로 기울고 전하가 없는 입자는 자기장을 통과하여 방출경로에 영향을 미치지 않는다. 알파 방사선은 ⁴ He 헬륨 핵의 방출에 해당합니다 . 베타 방사선 은 전자(β ^– ) 또는 양전자(β ⁺ )의 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다. 감마 방사선은 광자의 고에너지 방출을 결정합니다.

알파 붕괴

무게와 화학적으로 불안정한 핵이 특징입니다. 분해하는 동안 핵은 두 개의 양성자와 같은 수의 중성자를 잃습니다. 이는 원자 번호 가 2 단위 감소하고 질량 수가 4 단위 감소함을 의미합니다. 그 변환의 결과는 헬륨 원자입니다. 방출하는 핵을 1차 핵이라고 하고, 분해 중에 생성되는 핵을 2차 핵이라고 합니다. 알파 방사성 분해의 기본 표기법은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. 이러한 표기법의 첫 번째 부분, 즉 는 1차 핵을 구성하고 2차 핵은 이고 는 알파 입자입니다. 알파 분해의 예는 우라늄 동위원소 ²³⁸ U의 변형일 수 있으며, 그 동안 원자 번호가 2로 감소합니다. 분해는 다음 방정식으로 나타낼 수 있습니다. 알파 분해 중에 방출되는 에너지는 헬륨 및 토륨 핵의 운동 에너지와 같습니다. 토륨 핵의 질량과 그에 따른 더 낮은 속도로 인해 헬륨 핵의 운동 에너지는 더 높습니다.

베타 붕괴

이것은 전자 또는 양전자 방출의 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다. 그들의 요금은 반대이지만 질량은 동일 하므로 때때로 양전자는 반전자라고 할 수 있습니다 . 베타 방사성 분해를 고려할 때 과학자들은 일반적으로 핵에 묶여 있는 분자(전자 또는 양전자) 모델을 사용했는데, 이는 분해 중에 핵에서 탈출합니다. 이 가정은 Heisenberg의 불확정성 원리에 기초하여 전자의 운동 에너지가 10 GeV보다 조금 더 큰 것으로 추정되었기 때문에 도전을 받았습니다. 그러나 단지 몇 메가일렉트로노볼트와 같다는 것이 경험적으로 입증되었습니다. 이것은 베타 분해가 분자의 탈출이 아니라 한 핵자가 다른 핵자로 변형된다는 것을 의미합니다. 중성자의 분해를 분석할 때 다음과 같은 전이를 관찰할 수 있습니다. 로 표시된 전자는 질량수가 0이고 원자번호가 0입니다. 이것은 음전하를 띤 사실상 질량이 없는 분자임을 의미합니다. 양성자는 두 숫자가 모두 1입니다. 에너지 및 운동량 보존 법칙에 따라 중성미자(v)의 존재가 필요합니다. 핵에서 발생하는 이러한 변형은 약한 핵 상호 작용을 유발합니다. 베타 분해 대상 동위원소의 예는 다음 방정식에 따라 β ^– 방출에 의해 분해되는 입니다. 예를 들어 알루미늄의 동위 원소에서 양전자 생산과 관련된 반대 과정이 발생합니다.

감마 분해

"감마 분해"라는 용어 는 여기된 핵이 더 낮은 에너지를 갖는 상태로 바뀌어 광자를 방출 할 때 발생하는 분해를 의미합니다. 이러한 전이는 전자가 더 낮은 에너지 준위로 전이하는 것과 유사하며 기호로 표시할 수 있습니다. 여기서 *는 여기 상태를 나타냅니다. 감마 분해 중에 질량과 원자 번호는 변하지 않습니다. 유일한 변화는 핵의 유형을 나타냅니다.

방사성 원소

그들의 원자는 자발적으로 분해되어 입자 또는 광선을 방출합니다. 이것은 종종 열과 빛의 방출을 동반합니다. 자연에서 우리는 네 그룹의 방사성 원소를 관찰할 수 있습니다 . 예를 들면 다음과 같습니다.

1. 폴로늄 – 주로 우라늄-238과 관련된 원자 분해 산물. 그것은 알파 방사선의 원천이며 위성의 에너지 원으로 사용됩니다.
2. 라돈 – 원자량 222의 라듐 동위원소가 심각한 암 치료에 사용되는 라듐이 분해되어 생성됩니다.

방사능 시리즈

82보다 높은 원자 번호를 가진 모든 핵은 불안정하고 자연 분해되는 것으로 간주됩니다. 대부분 수명주기가 짧은 것이 특징이어서 자연계에서는 관찰되지 않는다. 그러나 반감기가 각각 1.39·10 ¹⁰ 년 및 7.04·10 ⁸ 년인 및 와 같은 몇 가지 중요한 예외가 있습니다. 무거운 핵의 붕괴는 긴 일련의 붕괴로 이어질 수 있는데, 생성된 각각의 2차 핵은 안정한 핵이 형성될 때까지 후속 붕괴에서 1차 핵이 될 수 있기 때문입니다. 이 과정을 방사성 계열이라고 합니다.