Chemie - Radioaktivita

Autor: Přemysl Brada

V přírodě se vyskytují atomy, jejichž jádra jsou nestabilní a samovolně se přeměňují. Jejich přeměnou vznikají jádra jiných prvků a uvolňuje se neviditelné záření. Tento proces je označován jako radioaktivita.
Důležitým faktorem, který rozhoduje o tom, zda bude daný nuklid stabilní nebo ne, je poměr počtu neutronů N k počtu protonů Z. Někdy je tato závislost označována jako řeka stability.

Radioaktivní záření

- známe tři základní druhy radioaktivního záření

částice ALFA - kladně nabitá jádra hélia (42He). Toto záření má velmi malý dosah a zachytí jej i list papíru nebo slabá hliníková fólie.

částice BETA - dělí se na b+ a b-. Záření b- je tvořeno proudem elektronů. Je více pronikavé než záření a. Záření b+ je tvořeno proudem kladně nabitých pozitronů.

částice GAMA - elektromagnetické vlnění s velmi krátkou vlnovou délkou a vysokou energií (energie záření je přímo úměrná vlnové délce). Často se používá k podobným účelům jako rentgenové záření, protože má podobné vlastnosti. Z těchto tří typů záření je nejpronikavější.

Radioaktivní rozpady

Rozpad alfa je typický pro rozpad jader těžkých prvků. Z jádra je vymrštěna částice 42He, čímž vzniká jádro prvku, jehož nukleonové číslo A je o 4 jednotky a protonové číslo Z o 2 jednotky nižší než u původního jádra.
- rozpadem vzniklý nuklid je v PTP posunut o dvě místa vlevo (k původnímu jádru).

Rozpad beta- je charakteristický pro jádra nuklidů, která vybočují z řeky stability svým počtem neutronů (např. 31H).
- některý neutron se může rozpadnout na proton a elektron. Proton zůstává v jádře, zatímco elektron je opouští.
- jádro vzniklé rozpadem je v PTP posunut vzhledem k původnímu o jedno místo vpravo.

Rozpad beta+ některé uměle připravené nuklidy vybočují z řeky stability, protože mají relativní nadbytek protonů.
- může dojít k přeměně některého protonu na neutron a pozitron.
- pozitron opouští jádro a zaniká při střetu s elektronem za vzniku fotonu.
- vzniklý nuklid je v PTP posunut o jedno místo vlevo.

Elektronový záchyt

- místo rozpadu beta+ může nastat tzv. elektronový záchyt.
- proton se nerozloží na neutron a pozitron, ale zachytí elektron z el. obalu. Podle vrstvy ze které elektron pocházel, mluvíme o záchytu K, záchytu L atd. .
- vzniklý nuklid je v PTP posunut o jedno místo vlevo.

Poločas rozpadu

- veličina poločas rozpadu byla zavedena kvůli tomu, že zatím nedovedeme určit, které jádro se rozpadne v kterém okamžiku.
- poločas rozpadu je doba, za kterou se rozpadne polovina přítomných jader radioaktivního nuklidu.
- poločas rozpadu je pro nuklid stálou veličinou - nejde ovlivnit změnou vnějších podmínek.

Radioaktivní rozpadové řady

Thorium 23290Th, Uran 23892U a Polonium 20984Po tvoří základy tří přírodních rozpadových řad. Rozpad každého z nich zahajuje řetězec přeměn, v jehož průběhu vzniká řada radioaktivních nuklidů s různě dlouhými poločasy rozpadu. Protože výchozí nuklidy mají podstatně delší poločas rozpadu, než vznikající sekundární nuklidy, ustavila se mezi jednotlivými členy řad trvalá radioaktivní rovnováha. Všechny tři řady jsou zakončeny stabilními nuklidy olova.
Existuje i čtvrtá řada - umělá, která začíná uměle připraveným Neptuniem 23793Np a končí stabilním izotopem Thalia.

Radiouhlíková metoda určování stáří archeologických nálezů

- dýcháním se do organismu dostává s CO2 uhlík. Přírodní uhlík je tvořen izotopy 12C, 13C a 14C. Izotopu 14C, který je radioaktivní, je nejméně. Poměr izotopů Uhlíku je dlouhodobě konstantní. Po smrti organismu přestává přívod uhlíku a tak se poměr mezi izotopy uhlíku mění.
- bohužel tato metoda nelze použít na nálezy starší než 57000 let, protože poločas rozpadu 14C je 5700 let (po proběhnutí 10 poločasů rozpadu je hmota prakticky vymřelá).
- další nevýhodou je nemožnost použití na neorganické látky. Např. pokud určujeme stáří pěstních klínů podle nálezů kostí kolem, nemůžeme si být jisti zjištěným stářím, protože kosti se mohly dostat na místo dávno předtím nebo naopak dlouho poté.
- tato metoda by též selhala, kdyby byla radioaktivita do těla zavedena uměle. Ale to je jen teorie, protože současná archeologie s jadernou technologií v minulosti Země nepočítá (ve starých indických textech se objevují zbraně nebeštanů, u kterých popis jejich účinku připomíná jaderné zbraně).