Re: Rozpad na inny pierwiastek. Na czym to polega?
Przyczyną przemian jądrowych (promieniotwórczości) jest dążenie danego jądra atomu do uzyskania struktury o niższej energii, następuje wówczas zmiana liczby protonów i/lub neutronów, która ma gwarantować większą trwałość jądra. O sposobie przemiany decyduje to jaki rodzaj cząstki może być najczęściej wyrzucony z jądra, a determinuje ją wartość bariery potencjału jądra.
Główną przyczyną nietrwałości jąder ciężkich pierwiastków jest ich duża liczba atomowa (
Z), tj. duża liczba protonów, które to odpychają się swymi ładunkami "+", aby jądra te nie uległy szybkiemu samorzutnemu rozszczepieniu (SF) — musi kompensować go większa liczba neutralnych elektrostatycznie neutronów, dzięki krótkozasięgowej sile wzajemnego przyciągania się nukleonów...
Stosunek neutronów do protonów w najcięższych jądrach może dochodzić więc do 1,6:1
Różnorodna trwałość izotopów tłumaczona jest modelem powłokowym jąder mających większą ilość nukleonów – podobną w pewnym stopniu do powłok elektronowych atomów. Szczególnie ważne są jądra o tzw. „
magicznych liczbach” 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 protonów i/lub neutronów; np. pierwiastki o takich liczbach protonów są niezwykle trwałe...
Dlatego też ciężkie jądra "dążą" do osiągnięcia stanu bardziej stabilnego poprzez zmianę konfiguracji nukleonów, w
rozpadzie alfa zmniejsza się liczba protonów oraz neutronów o –2. W
rozpadzie beta— zmniejsza się liczba neutronów o –1, a zwiększa liczba protonów o +1. Następuje to w dość skomplikowany sposób z udziałem ciężkiego bozonu
W-, który przekształca się prawie natychmiast w elektron i antyneutrino.
Niektóre jądra mają dla odmiany, niedobór neutronów nad protonami, więc następuje w nich przemiana jądrowa typu
beta+, gdzie emitowany jest pozyton (elektron o dodatnim ładunku) i neutrino; zmniejsza się liczba protonów o –1, a zwiększa liczba neutronów o +1.
Przykład: Węgiel-11 ——(T½ 20')——> Bor-11 + β
+ + ν
e A więc tym samym powstają w tych przemianach jądrowych nowe pierwiastki.
Warto pamiętać, że za rozpad
beta— oraz
beta+ przyczynia się jedno z podstawowych oddziaływań wg. Modelu Standardowego tzw. słabe siły jądrowe.
Intrygujące jest to, że z punktu widzenia fizyki klasycznej promieniotwórczości nie powinno być (
sic!), żadna z cząstek emitowanych nie ma energii rzędu kilkudziesięciu MeV, a taka może być bariera potencjału jąder, energie cząstek emitowanych są góra rzędu kilku-kilkunastu MeV, a najczęściej kilkaset keV. Z punktu widzenia fizyki kwantowej barierę potencjału pozwala przekroczyć
efekt tunelowy.
Nota bene: Efekt tunelowy działa też w drugą stronę: gdyby nie on, reakcje termojądrowe wewnątrz Słońca musiałby się odbywać w dużo wyższej temperaturze, co spowodowałoby znacznie szybszą utratę paliwa, a tak będzie ono świecić nam spokojnie przez kolejne kilka miliardów lat...Wracając jednak do promieniotwórczości, to zdarza się po jakieś przemianie jądrowej, iż jądro pochodne może mniej trwałe od pierwotnego i stąd te diametralne różnice w okresach półtrwania — u jednych to trwa lata lub wręcz eony (np. U-238), u innych tylko ułamki sekund...
Prawdopodobieństwo zajścia takiego rozpadu – zwane
stałą rozpadu (oznaczany symbolem
λ) – jest niezależne od warunków zewnętrznych (stopnia skupienia, ciśnienia, temperatury itp.) i liczby atomów, a zależy od rodzaju izotopu promieniotwórczego i jest indywidualne dla każdego z tychże.
Warto pamiętać, że energie wiązań powłok elektronowych są rzędu eV, zaś energie wiązań jąder atomów są miliony razy większe, tj. rzędu MeV. To tłumaczy diametralne różnice między ilością energii otrzymywanych w reakcjach chemicznych, a jądrowych...
Trwałość jąder można określić np.
doświadczalnie, bądź teoretycznie (ale wówczas może okazać się, ze wartość stałej rozpadu wyznaczona może być mniej dokładnie).