Radioaktivita

Jsou dva druhy radioaktivity – přirozená a umělá.

Přirozená radioaktivita

Jádra atomů některých prvků vyzařují neviditelné záření a přitom se mění na jádra jiného prvku.

Jaderné záření

• Záření α (alfa)

  jsou vyzařována jádra ⁴₂He (2p⁺ a 2n⁰)
  je málo pronikavé

• Záření β (beta)

  Dělí se na:
  • záření β⁺ – jsou vyzařovány pozitrony
    pozitron má stejnou hmotnost jako elektron, ale kladný náboj, značí se e⁺.
    Radioaktivita se ale přeci týká jádra, kde se tam vzal pozitron? Pozitron vznikl touto reakcí:
    p⁺ → n⁰ + e⁺
  • záření β^- – jsou vyzařovány elektrony, ty vznikají takto: n⁰ → p⁺ + e^- (tj. také vznikly v jádře)
  Záření β je obecně pronikavější než záření α.

• Záření γ (gamma)

  Elektromagnetické vlnění podobné světlu, ale má kratší vlnovou délku a energii.
  Záření γ je nejpronikavější

Radioaktivní rozpady

• Záření α

  ^A_ZX → ⁴₂He + ^A-4_Z-2Y
  Prvek Y je prvek ležící v tabulce o 2 místa nalevo od X.

• Záření β⁺

  p⁺ → n⁰ + e^{+
  A}_ZX → ^A_Z-1Y + e⁺
  Prvek Y leží o 1 místo nalevo od prvku X.

• Záření β^-

  n⁺ → p⁰ + e^{-
  A}_ZX → ^A_Z+1Y + e^-
  Vznikne prvek, který je o jedno místo vpravo od původního

• Zážení γ

  Změny v jádře nezpůsobí.

poločas rozpadu – značí se τ_1/2 (tau 1/2), je to doba, po které se rozpadne polovina jader radioaktivní látky. Nelze ji ovlivnit vnějšími faktory. Funguje to tak, že pokud máme např. 128 jader, za τ_1/2 se jich rozpadne 1/2, což je 64, zbyde nám také 64 jader. Za další τ_1/2 se rozpadne další 1/2 ze zbylých jader, což je 1/4 z počátečního počtu, za další τ_1/2 se ze zbytku rozpadne 1/2, což je 1/8 z původního počtu...

Polonium ²¹²₈₄Po má poločas rozpadu 3 × 10^-7s.

Radioaktivní rozpadové řady

nestabilní prvek se rozpadá na stabilní prvek.
Nemusí to ale být hned, nestabilní prvek č.1 se může rozpadnout na nestabilní prvek č.2, ..., který se konečně rozpadne na stabilní prvek. Radioaktivní rozpadová řada nám vlastně říká, jakými přeměnami vlastně prvek projde.

Rozlišujeme 3 radioaktivní rozpadové řady: uranová (začíná uranem, končí olovem), aktinouranová (také začíná uranem a končí olovem, tento uran a olovo mají ale jiná protonová čísla), thoriová (začíná thoriem, končí ještě jiným olovem)

Stabilita atomových jader

Rozhoduje o tom poměr neutronů ku protonům, neboli N:Z
Tyto pravidla nefungují vždy, slouží ale jako dobrý odhad.

• prvky s Z < 20 (prvky před vápníkem) – stabilní, když se N:Z pohybuje kolem 1
  

  Př.: kyslík ¹⁶₈O je stabilní, neboť má 8 protonů a 8 neutronů, tudíž N:Z = 8:8 = 1
  oproti tomu, kyslíky ¹⁷₈O a ¹⁸₈O stabilní nejsou, neboť jejich poměry jsou 9:8=1,125 a 10:8=1,25.

• prvky s Z > 20 (prvky za vápníkem) – stabilní, když se N÷Z blíží k 3/2.

Využití radioaktivity

lékařství – např. ozářování nádorů
chemie – určování struktury látek
archeologie – určování stáří nálezů

radiouhlíková metoda – určování stáří nálezů:
Ve vzduchu je CO₂, v tomto CO₂ je uhlík. Uhlík existuje ve 3 izotopech: ¹²₆C (ten nás nezajímá, jelikož je stabilní), ¹³₆C a ¹⁴₆C. Nás bude nejvíce zajímat ¹⁴₆C. Každý živý organismus ve svém těle obsahuje všechny tyto tři izotopy uhlíku. Dýcháním CO₂ živé organismy doplňují množství ¹⁴₆C (tj. u živého organismu je množství ¹⁴₆C konstantní). U odumřelého organismu už nedochází k doplňování ¹⁴₆C, tudíž tento uhlík se kvůli své radioaktivitě rozpadá. Pokud archeologové objeví nějaký nález, ví, kolik ¹⁴₆C měl organismus v těle za živa, naměří si také, kolik ¹⁴₆C je v těle nyní. Jelikož známe poločas rozpadu ¹⁴₆C, můžeme vypočítat, kolik let uplynulo od odumření organismu.

Významné osobnosti související s radioaktivitou – Henry Becquierel, Pierre Curie, Marie Curie-Sklodowská

Umělá radioaktivita

Ze stabilního prvku nejdříve uměle vytvoříme nestabilní prvek (nevyskytující se v přírodě), který se chová radioaktivně – tj. opět se rozpadne na jiný stabilní prvek. Př.: ²⁷₁₃H + ⁴₂He → ³⁰₁₅P + ¹₀n – přičemž ³⁰₁₅P se v přírodě nevyskytuje
Jaké mají protonové a nukleonové číslo základní elementární částice? – ¹₁p⁺, ¹₀n⁰ a ⁰_-1e^-

a) na co se rozpadne železo v příkladu? ⁵⁸₂₆Fe → ... + ⁰_-1e
⁵⁸₂₆Fe → ⁵⁸₂₇ + ⁰_-1e

b) jaký prvek se rozpadl v příkladu?
... → ¹⁷⁶₇₂Hf + ⁴₂He
¹⁸⁰₇₄W → ¹⁷⁶₇₂Hf + ⁴₂He

c) ¹⁹²₇₈Pt → ¹⁸⁸₇₆Os + ...
¹⁹²₇₈Pt → ¹⁸⁸₇₆Os + ⁴₂He

My totiž řešíme něco jako rovnici – musíme doplnit protonová i nukleonová čísla tak, aby byl součet na obou stranách stejný.