Radioaktivnost

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje
Mednarodni znak za radioaktivno nevarnost.

Radioaktívnost je pojav, pri katerem nestabilno atomsko jedro razpade. Pri razpadu nastane drugo jedro, obenem pa se sprosti še visokoenergijski delec. To je lahko helijevo jedro pri razpadu alfa ali pa elektron ali pozitron pri razpadu beta. Če jedro po razpadu ostane v vzbujenem stanju, se v osnovno stanje povrne z izsevanjem žarka gama.

Nestabilna jedra so lahko naravna (člen v enem od radioaktivnih nizov) ali umetno pridobljena.

Iznajdba radioaktivnosti[uredi | uredi kodo]

Radioaktivnost je bila prvič odkrita leta 1896, odkril pa jo je francoski znanstvenik Henri Becquerel, medtem ko je delal na fosforescentnih materialih. Ti materiali svetijo v temi po izpostavljenosti svetlobi, zato je mislil, da se svetijo v katodnih ceveh z žarki X, ki so povezani s fosforescenco. Materiali so bili zaviti na fotografsko ploščo v črni papir in so dajali različne fosforescentne pojave na njej. Vsi rezultati so bili negativni, dokler ni bila uporabljena uranska sol. Rezultat s temi spojinami je globoko počrnjenje. To sevanje so imenovali Becquerel Rays.

Kmalu je postalo jasno, da počrnjenje tablice ni imelo nič opraviti s fosforescenco, saj je plošča počrnila tudi v temi. Nefosforescentne soli urana in kovinskega urana so tudi počrnile ploščo. Očitno je obstajala neka oblika sevanja, ki gre lahko skozi papir in povzroča, da plošča postane črna.

Sprva se je zdelo, da je bilo novo sevanje podobno nedavno odkritim žarkom x. Nadaljnje raziskave, ki so jih Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie, Ernest Rutherford in drugi izvedli, so pokazale, da je radioaktivnost bistveno bolj zapletena. Različne vrste razpada se lahko pojavijo, vendar Rutherford se je prvi zavedal, da se vse pojavijo z enakimi matematičnimi eksponentnimi formulami.

Raziskovalci so na začetku ugotovili, da je veliko tudi drugih kemijskih elementov, ki imajo poleg urana radioaktivne izotope. Sistematično iskanje skupne radioaktivnosti v uranu rude je opravljala Marie Curie.

Nevarnost radioaktivnosti ter materialov[uredi | uredi kodo]

Nevarnosti radioaktivnosti in sevanja niso bili takoj priznani. Akutni učinki sevanja so bili najprej opaženi pri uporabi X-žarkov, teste pa je opravljal električni inženir in fizik Nikola Tesla, ki je namerno izpostavljal prste X-žarkom leta 1896. Tesla je nato objavil svoje stališče glede opekline, ki se je je razvila in kasneje zacelila. Genetski učinki sevanja, vključno z učinki za tveganje raka, so bili priznani precej kasneje. Leta 1927 je Hermann Joseph Muller objavil raziskave, ki so kazale na telesne genetske učinke. Leta 1946 je bil za svoje ugotovitve nagrajen z Nobelovo nagrado.

Biološki učinki sevanja so bili znani, mnogi zdravniki in družbe so začele trženje radioaktivnih snovi, kot je medicina patent oziroma rentgen. Marie Curie je svarila pred to vrsto zdravljenja, saj učinki sevanja na človeško telo še niso dobro razumljeni. Domnevali so, da je Marie Curie kasneje umrla zaradi svojega dela z radijem, toda preizkusi njenih kosti so pokazali, da je imela nizko količino radija. Bolj verjeten vzrok je bila njena izpostavljenost nezaščiteni cevi X-žarkov.

Radioaktivni razpad[uredi | uredi kodo]

Za vrste radioaktivnega razpada je bilo ugotovljeno, da bi lahko električno ali magnetno polje po delih razdelili v tri tipe nosilcev. Zaradi pomanjkanja boljših izrazov so bili žarki razdeljeni po grškem abecednem redu alfa, beta in gama, ki se uporabljajo še danes. Čeprav je bil alfa razpad opažen le pri težjih elementih (atomsko število 52, telur in več), sta bili drugi dve vrsti razpada vidni v vseh elementih. Pri analizi narave upadanja je bilo razvidno iz smeri elektromagnetnih sil, da alfa žarkom določa pozitivni naboj, beta žarkom negativen naboj, gama žarki pa so bili nevtralni. Od velikosti deformacije je bilo jasno, da so bili alfa delci veliko bolj množični pri razkroju kot beta delci, kateri so se pokazali kot jedra helija. Drugi poskusi so pokazali podobnost med sevanjem beta in katodnimi žarki, ki povzročajo visoko energetsko elektromagnetno sevanje. Čeprav so alfa, beta, gama razredi najpogostejši, so bile s časom odkrite tudi druge vrste razkroja. Kmalu po odkritju nevtronov leta 1932 je Enrico Fermi odkril, da so nekatere redke reakcije razpada donos nevtronov kot razpad delcev. Izolirani protoni so bili tudi opaženi v nekaterih elementih.

Čas razpadanja[uredi | uredi kodo]

Razpad nestabilnih jedr je povsem naključnen pojav, zato je nemogoče napovedati, kdaj bo atom v upadanju. Vendar pa je enako verjetno, da se upadanja dogajajo v vsakem trenutku. Zato je glede vzorec radioaktivnih izotopov število upadanja-dN pričakovati v majhenem intervalu dt časa. Če je N število atomov, potem je verjetnost razpadanja (-dN / N) sorazmerna z dt.
 \left(-\frac{dN}{N} \right) = \lambda \cdot dt.
t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda} = \tau \ln 2.

Posebna radioaktivna upadanja na različnih stopnjah imajo svojsko konstanto upadanja (λ). Negativni predznak označuje, da se N zmanjšuje z vsakim upadanjem. Rešitev tega prvega reda diferencialne enačbe je naslednja funkcija:

N(t) = N_0\,e^{-{\lambda}t} = N_0\,e^{-t/ \tau} = N_0\,2^{-t/t_{1/2}}. \,\!

Primer ko je N0 vrednost N v času nič (t = 0). Druga enačba priznava, da je razlika konstanta upadanja λ na enoto časa 1/t lahko zastopana tudi kot 1 / τ, kjer je τ čas tega procesa. Ta lastnost se imenuje časovna konstanta procesa. V radioaktivnem razpadu ta proces časovne konstante pomeni tudi povprečno življenjsko dobo do propada atomov.

\tau = \frac{1}{\lambda}.

Prejšnja eksponentna funkcija na splošno predstavlja rezultat eksponentnega razpada. To pa je le približna rešitev. Prvič, eksponentna funkcija je stalno prisotna, vendar fizično N atomov razpada lahko izvede le nenegativna vrednost celega števila. Drugič, ker opisuje naključni proces je to statistično res. V večini primerov je N vrednost zelo velika, podobna avogadrovemu številu, zato je dobljena funkcija le približek.

Spreminjanje stopnje upadanja[uredi | uredi kodo]

Številni poskusi so pokazali, da na stopnjo upadanja naravno prisotnih radioaktivnih izotopov , ne vplivajo zunanji pogoji, kot so temperatura, tlak, kemično okolje in električna, magnetna ali gravitacijskega polja. Primerjava laboratorijskih poskusov v zadnjem stoletju, študije naravnega jedrskega reaktorja Oklo, in astrofizikalnih svetilnosti razpadlih oddaljenih supernov,ki se je pojavili že davno, močno kažejo, da so bile stopnje upadanja konstantne (vsaj v omejitvah malih eksperimentalnih napak) v odvisnosti od časa, kot tudi.

Po drugi strani pa nekateri zadnji rezultati pa kažejo na možnost, da bi stopnje upadanja so zelo šibko odvisnost (0,1 % ali manj) na v okoljskih dejavnikih. Predlagano je bilo, da se meritve stopnje upadanja silicija-32, mangana-54 in radija-226 pojavijo malih merilna nihanja (približno 0,1 %), na katere ne vplivatudi učinek sonca in razdalja od njega.Vendar pa so bili pri meritvah meritvah zelo dovzetni za sistematične napake-Izjema je upadanje na način znani kot zajetje elektronov z majhno število izotopov. Kemijske vezi lahko vplivajo na stopnjo zajetja elektronov v manjši meri (na splošno manj kot 1 %) glede na bližino elektronov v jedru.

Razpolovna doba[uredi | uredi kodo]

Pogosteje uporabljen parameter je razpolovna doba.Glede na vzorec radioaktivnosti, je razpolovna doba čas, potreben da polovica radioaktivnih atomov izgine. Razpolovna doba je povezana s konstanto upadanja na naslednji način:

:t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda} = \tau \ln 2.

Ta odnos med razpolovno dobo in konstanto upadanja kaže, da so visoka radioaktivna snovi hitro porabi, medtem ko se tiste snovi, ki izžarevajo slabo stanje dlje porabljajo.Razpolovne dobe radioaktivnih snovi se zelo razlikujejo med seboj, še posebej med zelo nestabilnimi radioaktivnim snovmi.

Viri[uredi | uredi kodo]

   * NUCLEONICA Nuclear Science Portal
   * NUCLEONICA wiki: Decay Engine
   * General information
   * Nomenclature of nuclear chemistry
   * Some theoretical questions of nuclear stability
   * Decay heat rate|quantity calculation
   * Specific activity and related topics.
   * The Lund/LBNL Nuclear Data Search - Contains tabulated information on radioactive decay types and energies.
   * The Karlsruhe Nuclide Chart
   * Monte Carlo Simulation of Radioactive Decay
   * Ndslivechart.png The Live Chart of Nuclides - IAEA in Java or HTML
   * Health Physics Society Public Education Website

Zapiski[uredi | uredi kodo]

  1. ^ a b "Decay and Half Life". http://www.iem-inc.com/prhlfr.html. Retrieved 2009-12-14. 
  2. ^ This symbol is included in ISO 21482:2007. ISO International Standards are protected by copyright and may be purchased from ISO or its members (please visit www.iso.org for more information). ISO has not reviewed the accuracy or veracity of this information.
  3. ^ The mystery of varying nuclear decay, Physics World, October 2, 2008 Physicsworld.com
  4. ^ Perturbation of Nuclear Decay Rates During the Solar Flare of 13 December 2006, Astroparticle Physics, Volume 31, Issue 6, July 2009, Pages 407-411, preprint available at arXiv.org e-Print archive
  5. ^ J. H. Jenkins et al., Evidence of correlations between nuclear decay rates and Earth–Sun distance, Astroparticle Physics, Volume 32, Issue 1, August 2009, Pages 42–46. Preprint available at arXiv.org e-Print archive
  6. ^ E. B. Norman et al., Evidence against correlations between nuclear decay rates and Earth–Sun distance, Astroparticle Physics Volume 31, Issue 2, March 2009, Pages 135-137, available online at University of California, Berkeley
  7. ^ B.Wang et al., Euro. Phys. J. A 28, 375-377 (2006) Change of the 7Be electron capture half-life in metallic environments