Почему происходит радиоактивный распад?

Радиоактивный распад - самопроизвольный процесс, посредством которого происходит нестабильный атомное ядро разбивается на более мелкие, более стабильные фрагменты. Задумывались ли вы, почему одни ядра распадаются, а другие нет?

Это в основном вопрос термодинамики. Каждый атом стремится быть максимально стабильным. В случае радиоактивного распада нестабильность возникает, когда существует дисбаланс в количестве протоны и нейтроны в атомном ядре. По сути, внутри ядра слишком много энергии, чтобы удерживать все нуклоны вместе. Статус электроны атома не имеет значения для распада, хотя у них тоже есть свой способ обрести стабильность. Если ядро ​​атома является нестабильным, в конечном итоге он распадется на части, потеряв хотя бы часть частиц, которые делают его нестабильным. Исходное ядро ​​называется родительским, а получающееся ядро ​​или ядра называются дочерью или дочерью. Дочери могут еще быть радиоактивным, в конечном итоге разбивая на несколько частей, или они могут быть стабильными.

Существует три формы радиоактивного распада: какая из них претерпевает атомное ядро, зависит от характера внутренней нестабильности. Некоторые изотопы могут распадаться по нескольким путям.

При альфа-распаде ядро ​​выбрасывает альфа-частицу, которая по сути является ядром гелия (два протоны и два нейтрона), уменьшая атомный номер родителя на два и массовое число на четыре.

При бета-распаде поток электронов, называемых бета-частицами, выбрасывается из родителя, а нейтрон в ядре превращается в протон. Массовое число нового ядра одинаково, но атомный номер увеличивается на единицу.

При гамма-распаде атомное ядро ​​выделяет избыточную энергию в виде фотонов высокой энергии (электромагнитное излучение). Атомный номер и массовое число остаются неизменными, но получающееся ядро ​​принимает более стабильное энергетическое состояние.

радиоактивный изотоп это тот, который подвергается радиоактивному распаду. Термин «стабильный» является более неоднозначным, поскольку он применяется к элементам, которые не разбиваются на части для практических целей в течение длительного периода времени. Это означает, что стабильные изотопы включают те, которые никогда не разрушаются, такие как протий (состоит из одного протона, так что нечего терять), и радиоактивные изотопы, такие как теллур-128, который имеет период полураспада 7,7 х 10²⁴ года. Радиоизотопы с коротким периодом полураспада называются нестабильными радиоизотопами.

Можно предположить, что ядро ​​в стабильной конфигурации будет иметь столько же протонов, сколько нейтронов. Для многих легких элементов это правда. Например, углерод обычно находится в трех конфигурациях протонов и нейтронов, называемых изотопами. Число протонов не изменяется, поскольку это определяет элемент, но количество нейтронов изменяется: Углерод-12 имеет шесть протонов и шесть нейтронов и является стабильным; 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 для ядра углерода-14 слишком велико, чтобы сильная сила притяжения удерживала его вместе бесконечно долго.

Но когда вы переходите к атомам, которые содержат больше протонов, изотопы становятся все более стабильными с избытком нейтронов. Это потому, что нуклоны (протоны и нейтроны) не фиксируются на месте в ядре, а перемещаются, и протоны отталкивают друг друга, потому что все они несут положительный электрический заряд. Нейтроны этого более крупного ядра защищают протоны от воздействия друг друга.

Отношение нейтронов к протонам, или отношение N: Z, является основным фактором, который определяет, является ли атомное ядро ​​стабильным. Более легкие элементы (Z <20) предпочитают иметь одинаковое количество протонов и нейтронов или N: Z = 1. Более тяжелые элементы (Z = 20–83) предпочитают отношение N: Z, равное 1,5, поскольку для изоляции от силы отталкивания между протонами требуется больше нейтронов.

Есть также так называемые магические числа, которые являются числами нуклонов (протонов или нейтронов), которые являются особенно стабильными. Если оба числа протонов и нейтронов имеют эти значения, ситуация называется двойными магическими числами. Вы можете думать об этом как о ядре, эквивалентном Правило октета регулирующий стабильность электронной оболочки. Магические числа немного отличаются для протонов и нейтронов:

• Протоны: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Нейтроны: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

Для дальнейшего усложнения стабильности существуют более стабильные изотопы с четно-четным Z: N (162 изотопа), чем четно-нечетное (53 изотопа), чем нечетно-четное (50), чем нечетно-нечетное значение (4).

Последнее замечание: независимо от того, подвергается ли какое-либо одно ядро ​​распаду, это совершенно случайное событие. Период полураспада изотопа - лучший прогноз для достаточно большой выборки элементов. Его нельзя использовать для прогнозирования поведения одного ядра или нескольких ядер.

Можете ли вы передать викторина о радиоактивности?