Radioaktivita


Radioaktivita neboli radioaktivní přeměna (nepřesně radioaktivní rozpad)[pozn. 1] je jev, při němž dochází k vnitřní přeměně složení nebo energetického stavu atomových jader, přičemž je zpravidla emitováno vysokoenergetické ionizující záření.[pozn. 2]

K radioaktivní přeměně může docházet spontánním štěpením u nestabilních radionuklidů[1] nebo jadernou reakcí při kolizi s jinou částicí. Může se jednat o štěpnou reakci, při které se jádro po dopadu subatomární částice rozpadne na jádra lehčích prvků, nebo o jadernou fúzi, při které dochází naopak ke slučování lehčích jader.

Změní-li se počet protonů v jádře, dojde ke změně prvku.

Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzští fyzikové Pierre Curie a Marie Curie-Skłodowská polského původu.[2]

Obsah

Přirozená a umělá radioaktivita


Radioaktivita se rozděluje na radioaktivitu přirozenou a umělou.

Přirozená radioaktivita

Přirozená radioaktivita je důsledkem samovolné přeměny atomového jádra. Přirozeně radioaktivních je mnoho látek v přírodě (takové látky se pak označují jako radioaktivní látky), včetně tkání živých organismů.[3]

Umělá radioaktivita

Umělou radioaktivitu získají prvky transmutací, vlivem řetězové reakce nebo působením urychlených částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem, například při ostřelování částicemi alfa se jádra mohou dále samovolně přeměňovat, tedy vykazují radioaktivitu. Takováto jádra v přírodě běžně neexistují, ale byla vytvořena uměle. Zákonitosti přeměny těchto uměle vytvořených jader jsou shodné se zákony popisujícími přeměny přirozeně radioaktivních jader. Poněvadž však ke vzniku těchto jader byl nutný vnější umělý zásah, hovoří se o umělé radioaktivitě.

Jev umělé radioaktivity lze demonstrovat na následujícím příkladu. Vložení radioaktivního izotopu polonia \({\displaystyle {}_{84}^{210}\mathrm {Po} }\) do hliníkové nádoby vede ke vzniku pronikavého záření, které vychází z nádoby, a které neustává ani po odstranění polonia z nádoby. Hliníková nádoba se tedy působením radioaktivního polonia sama stala (uměle) radioaktivní.

Polonium \({\displaystyle {}_{84}^{210}\mathrm {Po} }\) je totiž přirozeně radioaktivní, přičemž při své přeměně vyzařuje částice α, které přeměňují hliník na izotop fosforu

\({\displaystyle {}_{13}^{27}\mathrm {Al} +{}_{2}^{4}\alpha \,\to \,{}_{15}^{30}\mathrm {P} +n}\),

kde \({\displaystyle n}\) označuje neutron.

Izotop fosforu \({\displaystyle {}_{15}^{30}\mathrm {P} }\) je však nestabilní s poločasem přeměny \({\displaystyle T\approx 135,5\,{\mbox{s}}}\). Prostřednictvím kladné přeměny beta přechází na stabilní křemík, tedy

\({\displaystyle {}_{15}^{30}\mathrm {P} \,\to \,{}_{14}^{30}\mathrm {Si} +e^{+}+\nu }\),

kde \({\displaystyle e^{+}}\) je vyzářený pozitron a \({\displaystyle \nu }\) představuje neutrino.

Umělou radioaktivitu poprvé pozorovali manželé Joliot-Curie v prosinci 1933. Omylem zapomenutá hliníková fólie po pokusech s pozitrony zůstala u čítače paprsků. Na něm se později objevil nezvykle vysoký počet záznamů. Při pátrání po příčině se podařilo objevit výše zmíněnou reakci a chemicky ji dokázat. Za svůj objev byli oba objevitelé oceněni Nobelovou cenou.

Zákon radioaktivní přeměny


Vlastnosti radioaktivní přeměny lze zkoumat pomocí statistických metod.

Předpokládejme, že za časový interval \({\displaystyle \mathrm {d} t}\) dojde k přeměně \({\displaystyle \mathrm {d} n}\) atomů radioaktivní látky. Počet přeměněných atomů \({\displaystyle \mathrm {d} n}\) je úměrný počtu částic v daném časovém okamžiku, který se označí \({\displaystyle n}\). Tuto úměru lze vyjádřit vztahem

\({\displaystyle -\mathrm {d} n=\lambda n\mathrm {d} t}\),

kde \({\displaystyle \lambda }\) je přeměnová konstanta, která charakterizuje předpokládanou rychlost přeměny radionuklidu. Znaménko souvisí s tím, že s rostoucím časem dochází k poklesu okamžitého počtu částic.

Integrací předchozího vztahu je možné počet částic v čase \({\displaystyle t}\) vyjádřit jako

\({\displaystyle n=n_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}}\),

kde \({\displaystyle n_{0}}\) představuje počet částic v čase \({\displaystyle t=0}\). Tento vztah se označuje jako zákon radioaktivní přeměny.

Pro praktické využití je vhodnější využít úměry mezi počtem částic a jejich celkovou hmotností, hmotností radioaktivního vzorku \({\displaystyle m}\). Předchozí vztah pak lze přepsat ve tvaru

\({\displaystyle m=m_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}}\),

kde \({\displaystyle m_{0}}\) je počáteční hmotnost radioaktivního vzorku a \({\displaystyle m}\) je jeho hmotnost v čase \({\displaystyle t}\).

Poločas přeměny

Podrobnější informace naleznete v článku Poločas přeměny.

Doba, za kterou dojde k rozpadu poloviny z původního počtu atomů radionuklidu, se označuje jako poločas přeměny \({\displaystyle T}\). Počet částic po uplynutí této doby je \({\displaystyle n={\frac {n_{0}}{2}}}\), čímž vznikne pro poločas přeměny vztah

\({\displaystyle T={\frac {\ln {2}}{\lambda }}\approx 0,693\cdot \lambda ^{-1}}\)

Střední doba života

Další veličinou charakterizující radioaktivní přeměnu je střední doba života \({\displaystyle \tau }\), což je čas, po němž klesne původní počet atomových jader \({\displaystyle n_{0}}\) na hodnotu \({\displaystyle n={\frac {n_{0}}{\mathrm {e} }}}\). Střední doba života má hodnotu

\({\displaystyle \tau ={\frac {1}{\lambda }}={\frac {T}{\ln {2}}}}\)

Aktivita (radioaktivita)

Rychlost radioaktivní přeměny charakterizuje aktivita (radioaktivita) \({\displaystyle A}\), která se definuje vztahem

\({\displaystyle A=\left|{\frac {\mathrm {d} n}{\mathrm {d} t}}\right|}\)

Dosazením z předchozích vztahů dostaneme

\({\displaystyle A=\lambda n=\lambda n_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}=A_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}}\),

kde \({\displaystyle A_{0}}\) označuje aktivitu v počátečním čase a \({\displaystyle A}\) je aktivita v čase \({\displaystyle t}\). Aktivita, tedy rychlost rozpadu, klesá s časem.

Jednotkou aktivity je becquerel (Bq), případně curie (Ci).

Druhy vznikajícího záření


Záření, které při radioaktivním přeměně vzniká, je zpravidla tří druhů:

Rozpadové řady


Kvantová mechanika umožňuje pro každý izotop spočítat pravděpodobnost, že jádro se v daném časovém intervalu přemění. Pro větší množství látky z toho lze určit poločas přeměny, kterým charakterizujeme rychlost poločas přeměny. Udává, za jak dlouho se přemění právě polovina jader ve vzorku. U těžkých prvků jsou produkty rozpadu rovněž nestabilní a přeměňují se dále. Tento proces popisuje přeměnová rozpadová řada.

Zajímavosti


Poznámky


  1. U radioaktivní přeměny beta prostřednictvím záchytu elektronu nebo u inverzní přeměny beta se nejedná o rozpad, ale jde v podstatě o jadernou reakci, do které vstupuje jádro a další částice.
  2. U radioaktivní přeměny beta prostřednictvím záchytu elektronu není emise záření součástí vlastní radioaktivní přeměny, ale až následných změn v elektronovém obalu jádra.
  3. V souvislosti s radioaktivním rozpadem se u emise neutronů zpravidla nepoužívá pojem „neutronové záření“. Velkou produkcí emitovaných neutronů (neutronovým zářením) jsou však doprovázeny štěpné jaderné reakce, ale u nich se zase nehovoří o neutronové radioaktivitě, i když část emitovaných neutronů má prokazatelně zpožděný vznik a proto pochází až z radioaktivního rozpadu odštěpků.

Odkazy


Reference

  1. Ullmann, V. Jaderná a radiační fyzika - Radioaktivita. [cit. 2015-07-16] http://astronuklfyzika.cz
  2. Curie-Sklodowská Marie Archivováno 8. 6. 2012 na Wayback Machine techmania.cz
  3. Radiouhlíkové datování: jak funguje nejrozšířenější datovací metoda [online]. Atom, 2012-11-19 [cit. 2015-02-19]. Dostupné online .

Související články

Externí odkazy










Kategorie: Radioaktivita | Fyzika částic | Jaderná chemie | Jaderná fyzika




Poslední aktualizace: 19.02.2021 10:14:06 CET

Zdroj: Wikipedia (autoři [Dějiny])    licence: CC-by-sa-3.0

Změny: Všechny obrázky a většina návrhových prvků, které s nimi souvisejí, byly odstraněny. Některé ikony byly nahrazeny FontAwesome-Icons. Některé šablony byly odstraněny (např. „Článek potřebuje rozšíření“) nebo byly přiřazeny (např. „Poznámky“). Třídy CSS byly buď odstraněny, nebo harmonizovány Byly odstraněny konkrétní odkazy na Wikipedii, které nevedou k článku nebo kategorii (jako „Redlinks“, „links to edit page“, „links to portals“). Každý externí odkaz má další obrázek. Kromě několika drobných změn designu byly odstraněny mediální kontejnery, mapy, navigační krabice, mluvené verze a geomikroformáty.

Upozornění Protože daný obsah je v daném okamžiku automaticky převzat z Wikipedie, ruční ověření bylo a není možné. LinkFang.org proto nezaručuje přesnost a aktuálnost získaného obsahu. Pokud existují informace, které jsou v tuto chvíli chybné nebo mají nepřesné zobrazení, neváhejte a kontaktujte nás: e-mail.
Viz také: Tiráž & Ochrana dat.