24.2: Процеси ядерного розпаду
- Page ID
- 19506
Опромінення їжі є чутливим предметом для багатьох людей. Практика передбачає піддавати їжу іонізуючому випромінюванню, щоб знищити шкідливі бактерії (наприклад, сальмонели), які викликають хворобу. Їжа по суті незмінна і не втрачає жодної поживної цінності. Паразити і комахи-шкідники легко знищуються цим процесом, в той час як бактерії потребують більше часу, щоб вбити. Віруси не схильні до впливу променевої обробки. Але не хвилюйтеся - їжа не радіоактивна, і ви не будете світитися в темряві, якщо з'їсте її.
Процеси ядерного розпаду
Радіоактивний розпад передбачає викид частинки та/або енергії, коли один атом змінюється в інший. У більшості випадків атом змінює свою ідентичність, щоб стати новим елементом. Існує чотири різних типи викидів, які відбуваються.
Альфа-емісія
\(\left( \alpha \right)\)Альфа-розпад передбачає вивільнення іонів гелію з ядра атома. Цей іон складається з двох протонів і двох нейтронів і має\(2+\) заряд. Вивільнення\(\alpha\) частинки виробляє новий атом, який має атомний номер два менше вихідного атома і атомну вагу, яка на чотири менше. Типовою реакцією альфа-розпаду є перетворення урану-238 в торій:
\[\ce{^{238}_{92}U} \rightarrow \ce{^{234}_{90}Th} + \ce{^4_2 \alpha}^+\nonumber \]
Ми бачимо зменшення атомного числа на два (уран до торію) і зменшення атомної ваги на чотири (238 до 234). Зазвичай емісія не записується із зазначенням атомного номера та ваги, оскільки це звичайна частка, властивості якої слід запам'ятати. Досить часто альфа-випромінювання супроводжується\(\left( \gamma \right)\) гамма-випромінюванням, формою виділення енергії. Багато з найбільших елементів в таблиці Менделєєва є альфа-випромінювачі.
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/80995/CK12_Screenshot_24-2-1.png)
Бета-емісія
\(\left( \beta \right)\)Бета-розпад - більш складний процес. На відміну від\(\alpha\) -емісії, яка просто виганяє частинку,\(\beta\) -емісія передбачає перетворення нейтрона в ядрі в протон і електрон. Потім електрон викидається з ядра. У процесі атомний номер збільшується на одиницю, тоді як атомна вага залишається незмінною. Як і у випадку з\(\alpha\) -емісіями,\(\beta\) -викиди часто супроводжуються\(\gamma\) -випромінюванням.
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/80996/CK12_Screenshot_24-2-2.png)
Типовий процес бета-розпаду включає вуглець-14, часто використовується в радіоактивних методах датування. Реакція утворює азот-14 і електрон:
\[\ce{^{14}_6C} \rightarrow \ce{^{14}_7N} + \ce{^0_{-1}e}\nonumber \]
Знову ж таки, бета-випромінювання зазвичай просто позначається грецькою літерою\(\beta\); запам'ятовування процесу необхідно для того, щоб слідувати ядерним розрахункам, в яких грецька буква\(\beta\) з'являється без подальших позначень.
Позитронна емісія
Позитрон - це позитивний електрон (форма антиречовини). Цей рідкісний тип випромінювання виникає при перетворенні протона в нейтрон і позитрон в ядрі, при викиді позитрона. Атомний номер зменшиться на одиницю, при цьому атомна маса не зміниться. Позитрон часто позначається по\(\beta^+\).
Вуглець-11 випромінює позитрон, щоб стати бор-11:
\[\ce{^{11}_6C} \rightarrow \ce{^{11}_5B} + \ce{^0_{+1} \beta}\nonumber \]
Захоплення електронами
Альтернативним способом збільшення нукліду співвідношення нейтронів до протона є явище, яке називається захопленням електронів. При електронному захопленні електрон з внутрішньої орбіти захоплюється ядром атома і поєднується з протоном для утворення нейтрона. Наприклад, срібло-106 піддається електронному захвату, щоб стати паладій-106.
\[\ce{^{106}_{47}Ag} + \ce{^0_{-1}e} \rightarrow \ce{^{106}_{46}Pd}\nonumber \]
Зауважимо, що загальний результат захоплення електронів ідентичний позитронному випромінюванню. Атомний номер зменшується на одиницю, тоді як масове число залишається колишнім.
Гамма-випромінювання
\(\left( \gamma \right)\)Гамма-випромінювання - це просто енергія. Він може вивільнятися сам по собі або, частіше, у зв'язку з іншими радіаційними подіями. Немає зміни атомного номера або атомної ваги в простому\(\gamma\) -емісії. Нерідко ізотоп може виробляти\(\gamma\) -випромінювання в результаті переходу в метастабільний ізотоп. Цей тип ізотопу може просто «осісти», зі зміщенням частинок в ядрі. Склад атома не змінений, але ядро можна було б вважати більш «комфортним» після зсуву. Цей зсув підвищує стійкість ізотопу від енергетично нестабільного (або «метастабільного») ізотопу до більш стійкої форми ядра.
Резюме
- Радіоактивний розпад передбачає викид частинки та/або енергії, коли один атом змінюється в інший.
- \(\left( \alpha \right)\)Альфа-розпад передбачає вивільнення іонів гелію з ядра атома.
- \(\left( \beta \right)\)Бета-розпад передбачає перетворення нейтрона в ядрі в протон і електрон.
- Позитрон - це позитивний електрон (форма антиречовини). Цей рідкісний тип випромінювання виникає при перетворенні протона в нейтрон і позитрон в ядрі, при викиді позитрона.
- \(\left( \gamma \right)\)Гамма-випромінювання - це просто енергія. Він може вивільнятися сам по собі або, частіше, у зв'язку з іншими радіаційними подіями.