Pereraian unsur radioaktif

Struktur alam semesta Perpecahan radioaktif dalam konteks struktur alam semesta

Pembentukan alam semesta membawa kepada pembentukan beberapa unsur yang terdedah kepada transformasi nuklear . Setiap perpecahan radioaktif yang boleh kita huraikan mampu memberi kita banyak maklumat tentang topik yang berkait rapat dengan nukleus tertentu (strukturnya, keadaan tenaga sedia ada, dan interaksi), tetapi juga menyediakan maklumat tentang asal usul alam semesta. Telah terbukti secara empirik bahawa terdapat tiga jenis sinaran utama, yang dibahagikan dengan keupayaan untuk menembusi melalui jirim:

1. Sinaran alfa (α) , yang mempunyai bentuk nukleus helium dan menunjukkan kebolehtelapan yang rendah, yang dalam praktiknya bermakna kesukaran untuk menembusi helaian kertas nipis;
2. Sinaran beta (β) , yang digambarkan sebagai elektron atau positron dengan jisim yang sama tetapi cas yang bertentangan, mampu menembusi ke dalam aluminium sehingga lebih kurang. 3 mm;
3. Sinaran gamma (γ) , yang sepadan dengan foton, mempunyai keupayaan penembusan terbaik yang setanding dengan penembusan ke dalam plumbum sehingga dua atau lebih sentimeter.

Sejarah perpecahan radioaktif

Sejarah perpecahan radioaktif telah dimulakan oleh Antoine Becquerel, yang memerhati pada tahun 1896 bahawa jika kita meletakkan batu yang kaya dengan uranium ke dalam kotak tertutup dengan filem fotografi, filem itu akan menjadi gelap. Dia membuat kesimpulan bahawa ini disebabkan oleh pancaran sinar yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Dengan pengetahuan hari ini, kita boleh memberikan sekurang-kurangnya tiga hujah yang mencadangkan asal nuklear sinar tersebut:

1. Keadaan kimia : bentuk unsur tertentu dalam keadaan bebas atau dalam sebatian kimia tidak menjejaskan keupayaan radioaktifnya;
2. Faktor luaran yang mempengaruhi elektron dalam atom , seperti tekanan atau suhu, tidak menjejaskan sifat radioaktif;
3. Peralihan elektron yang biasa diketahui dalam atom tidak menjana sejumlah besar tenaga yang boleh mencapai berjuta-juta elektronvolt.

Hari ini, sinaran ditakrifkan sebagai proses sifat nuklear yang mengubah jisim menjadi tenaga.

Sinaran alfa, beta dan gamma

Sifat elektrik sinaran boleh diperhatikan berkat gerakan mereka yang berlaku dalam medan magnet homogen. Pengenalpastian setiap jenis sinaran dengan molekul yang sepadan adalah berdasarkan formula untuk daya magnet Lorentz . Dengan mengandaikan pelepasan mendatar dari titik sumber radioaktif, zarah dengan cas positif condong ke atas, yang bercas negatif condong ke bawah, dan zarah tanpa cas menembusi melalui medan magnet, tidak menjejaskan laluan pelepasan. Sinaran alfa sepadan dengan pelepasan nukleus helium ⁴ He . Sinaran beta boleh berlaku dalam dua cara: dalam bentuk elektron (β ^– ) atau positron (β ⁺ ). Sinaran gamma menentukan pelepasan tenaga tinggi foton.

Perpecahan alfa

Ia dicirikan oleh berat dan nukleus yang tidak stabil secara kimia. Semasa perpecahan, nukleus kehilangan dua proton dan bilangan neutron yang sama, yang membayangkan pengurangan nombor atomnya sebanyak dua dan nombor jisim sebanyak empat unit. Hasil daripada penjelmaan itu ialah atom helium. Nukleus pemancar dipanggil nukleus primer, dan yang dihasilkan semasa perpecahan dipanggil nukleus sekunder. Notasi asas perpecahan radioaktif alfa boleh dibentangkan seperti berikut: Bahagian pertama tatatanda sedemikian, iaitu, membentuk nukleus primer, nukleus sekunder ialah , manakala zarah alfa. Contoh perpecahan alfa boleh menjadi transformasi isotop uranium ²³⁸ U, di mana nombor atom dikurangkan sebanyak dua. Perpecahan boleh diperhatikan sebagai persamaan berikut: Tenaga yang dibebaskan semasa perpecahan alfa adalah sama dengan tenaga kinetik nukleus helium dan torium. Oleh kerana jisim nukleus torium, dan dengan itu kelajuannya yang lebih rendah, tenaga kinetik nukleus helium adalah lebih tinggi.

Perpecahan beta

Ini mungkin berlaku dalam dua cara: dengan pelepasan elektron atau positron. Caj mereka adalah bertentangan tetapi jisim mereka adalah sama , jadi kadangkala positron boleh dirujuk sebagai antielektron. Apabila mempertimbangkan perpecahan radioaktif beta, saintis biasanya menggunakan model molekul (elektron atau positron) yang terikat dalam nukleus, yang terlepas daripadanya semasa perpecahan. Andaian ini telah dicabar, kerana berdasarkan prinsip ketidakpastian Heisenberg tenaga kinetik elektron dianggarkan lebih sedikit daripada sepuluh GeV. Walau bagaimanapun, ia telah dibuktikan secara empirik bahawa ia adalah sama dengan hanya beberapa megaelectronovolts. Ini bermakna bahawa perpecahan beta tidak terdiri daripada pelepasan molekul tetapi dalam transformasi satu nukleon kepada yang lain. Apabila menganalisis perpecahan neutron, kita boleh melihat peralihan berikut: Elektron, dinyatakan sebagai , mempunyai nombor jisim sama dengan 0 dan nombor atom. Ini bermakna ia adalah molekul yang hampir tidak berjisim dengan cas negatif. Proton mempunyai kedua-dua nombor sama dengan satu. Kehadiran neutrino (v) diperlukan memandangkan undang-undang pemuliharaan tenaga dan momentum. Transformasi sedemikian yang berlaku dalam nukleus menyebabkan interaksi nuklear yang lemah. Contoh isotop yang tertakluk kepada pereraian beta ialah , yang hancur oleh pelepasan β mengikut persamaan berikut ^: Proses yang bertentangan, yang melibatkan penghasilan positron, berlaku sebagai contoh dalam isotop aluminium:

Perpecahan gamma

Istilah "pemecahan gamma" merujuk kepada perpecahan yang berlaku apabila nukleus yang teruja bertukar kepada keadaan dengan tenaga yang lebih rendah, yang mengakibatkan pelepasan foton . Peralihan sedemikian adalah serupa dengan peralihan elektron ke tahap tenaga yang lebih rendah dan boleh diperhatikan dengan simbol, di mana * bermaksud keadaan teruja : Jisim dan nombor atom tidak berubah semasa perpecahan gamma. Satu-satunya perubahan merujuk kepada jenis nukleus.

Unsur radioaktif

Atom mereka hancur secara spontan, memancarkan zarah atau sinar. Ini sering disertai dengan pelepasan haba dan cahaya. Secara semula jadi, kita boleh memerhatikan empat kumpulan unsur radioaktif: thorides, neptunide, uranida dan actinides, yang namanya berasal daripada unsur induk. Contohnya termasuk:

1. Polonium – hasil perpecahan atom, kebanyakannya melibatkan uranium-238. Ia merupakan sumber sinaran alfa dan ia digunakan sebagai sumber tenaga dalam satelit.
2. Radon – dihasilkan hasil daripada perpecahan radium, yang isotop dengan jisim atom 222 digunakan dalam merawat kes kanser yang serius.

Siri radioaktif

Dianggap bahawa semua nukleus dengan nombor atom lebih tinggi daripada 82 adalah tidak stabil dan tertakluk kepada perpecahan spontan. Kebanyakan mereka juga dicirikan oleh kitaran hayat yang pendek, jadi mereka tidak diperhatikan dalam alam semula jadi. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa pengecualian penting, seperti dan , yang tempoh separuh hayatnya ialah 1.39·10 ¹⁰ tahun dan 7.04·10 ⁸ tahun, masing-masing. Pereputan nukleus berat boleh membawa kepada siri perpecahan yang panjang, kerana setiap nukleus sekunder yang dihasilkan mungkin menjadi nukleus primer dalam perpecahan seterusnya, sehingga nukleus yang stabil terbentuk. Proses ini dipanggil siri radioaktif.