Radioaktivita základní typy radioaktivity Radioaktivita příčiny radioaktivity existuje 266 stálých nuklidů prvků důležitý je poměr N / Z - lehká jádra (Z<20) → N / Z = 1 - těžká jádra → N / Z = 1 - 1,52 prvky s jedním stabilním izotopem 19F, 23Na, 197Au prvky s více stabilními izotopy 16O, 17O, 18O → N / Z = 1 - 1,25 Radioaktivita CERN – summer student program 2019 Radioaktivita radioaktivní jádro - odchylka od optimálního rozmezí poměru Z / N - izotopy 14O, 15O, 19O, 20O - samovolná přeměna 𝐙 𝐀 𝐗 → 𝐀 𝟏, 𝐙 𝟏 𝐘 + 𝐀 𝟐, 𝐙 𝟐 mateřské dceřiné vysokoenergetická jádro jádro částice částice Radioaktivita vlastnosti radioaktivního rozpadu přeměna je děj samovolný (spontánní) nezávisí na chemickém stavu atomu platí zákon zachování hmotnosti a energie platí zákon zachování nukleonového a atomového čísla A = A1 + A2 Z = Z1 + Z2 Radioaktivita základní hmotnostní podmínka M(X) > M(Y) + M(částice) energie ekvivalentní rozdílu hmotnostní je energie radioaktivní přeměny velikost této energie Q= -931,5 (M(Y) + M(částice) – M(X)) Radioaktivita typy radioaktivních přeměn současná změna Z a A - přeměna alfa, emise nukleonů, emise těžkých jader, samovolné štěpení změna Z při konstantním A - přeměny beta, elektronový záchyt deexcitace jádra, změna energie jádra - gama záření, vnitřní konverze Radioaktivita typy radioaktivních přeměn alfa záření - jádra He vyzařována z prvků jako U, Th, Ra beta záření - elektrony nebo pozitrony gama záření - fotony uvolněné při jaderných reakcích proud neutronů - vznikají při jaderných reakcích Radioaktivita přeměny beta a elektronový záchyt Soddyho-Fajansova posuvová pravidla - negatronová nadbytek neutronů - pozitronová nadbytek protonů - elektronový záchyt Z A X → Z+1 A Y + β- + ෥νe Z A X → Z−1 A Y + β+ + νe Z A X + e → Z−1 A Y + νe přirozené i umělé nuklidy Radioaktivita Frederick Soddy 2. září 1877 22. září 1956 radiochemik - Nobelova cena za chemii 1921: „za práci na chemii radioaktivních látek a za výzkum izotopů” - Soddyho kružnice -The Kiss Precise Radioaktivita Radioaktivita negatronová přeměna - hmotnostní podmínka M(A, Z) > M(A, Z+1) + me - energetický stav vzniklého jádra: - základní stav (3H, 14C, 32P) - excitovaný stav - následuje deexcitace a vyzáření fotonů (60Co-60Ni, 109Pd-109Ag) - část jader v základním stavu a část v excitovaném (42K-42Ca, 137Cs-137Ba) Radioaktivita pozitronová přeměna - hmotnostní podmínka M(A, Z) > M(A, Z-1) + me - energetický stav vzniklého jádra - základní stav (15O, 17F, 19Ne) - excitovaný stav (14O, 23Mg, 62Cu) - část jader v základním stavu a část v excitovaném - pozitronickou přeměnu zpravidla provází také elektronový záchyt Radioaktivita pozitron - antičástice elektronu - poměrně nestálý ~10-10s - po zpomalení srážkami dochází k interakci s elektronem anihilační reakce e+ + e-  2  (2 x 0,51 MeV) vznikající fotony se využívají při měření pozitronických radioaktivních nuklidů Radioaktivita elektronový záchyt - zvláštní typ přeměny β jádro se zbavuje nadbytku protonů v jádře proton jádra zachytí obalový elektron ze slupky K nebo L a přemění se na neutron pozorujeme současně - charakteristické rentgenovo záření - Augerovy elektrony - vznikají při průchodu rtg. záření vyššími elektronovými slupkami - mají diskrétní energii Radioaktivita elektronový záchyt hmotnostní podmínka M(A, Z) + me > M(A, Z-1) příklad přeměny 7Be + e- → 7Li + ν Radioaktivita přeměna alfa - Soddyho-Fajansovo posuvové pravidlo Z A X → Z−2 A−4 Y + 2 4 He(α) přirozené i umělé nuklidy těžké prvky silné odpuzování protonů Radioaktivita přeměna alfa hmotnostní podmínka M(A, Z) > M(A-4, Z-2) + mα příklad přeměny 88 226 Ra → 86 222 Rn + α alfa částice - má vysokou střední vazebnou energii (stabilní částice) - relativně nízkou hmotnost Radioaktivita přeměna alfa mechanismus přeměny - tunelování důkaz tunelového efektu 226Ra - výška potenciálové bariéry 23 MeV - energie α částice 4,8 MeV Radioaktivita přeměna alfa vznik základního a excitovaného jádra přeměnou alfa vzniká více excitovaných stavů - 239Pu - dva - 241Am - šest Radioaktivita přeměna alfa - zákon zachování hybnosti při emisi alfa částice - dochází k odrazu odrazová energie   mm Qm E Y Y    - představuje asi 2% celkové přeměnové energie - desítky keV - excitace elektronů - vysoce ionizované dceřiné jádro a zpřetrhání chemických vazeb Radioaktivita přeměna gama - vysokoenergetické elektromagnetické záření - vzniká deexcitací vzbuzených hladin atomového jádra - dceřiné jádro vzniklé po radioaktivní přeměně - emise fotonů mezi diskrétními energetickými stavy o určité energii - γ spektrum je čárové - emise fotonu je vždy provázena změnou jaderného spinu (foton má spin =1) Radioaktivita přeměna gama Radioaktivita přeměna gama - deexcitace může nastat postupnou emisí několika fotonů přechody |I| = 1 nebo 2 jsou nejpravděpodobnější, tzv. dovolené přechody přechody |  I| > 2 jsou méně pravděpodobné, tzv. zakázané přechody - emise gama záření je velmi významná - umožňuje měření aktivity nuklidů - slouží k identifikaci nuklidů Radioaktivita vnitřní konverze - alternativní způsob deexcitace jádra - nezářivý přenos energie na orbitální elektron - překryv vlnových funkcí orbitálního elektronu a excitovaného jádra - uvolňuje se tzv. konvertovaný elektron - má diskrétní energii - po uvolnění konvertovaného elektronu se vakance v elektronovém orbitalu zaplňuje elektronem z vyšší hladiny a dochází ke vzniku charakteristického rentgenova záření případně i Augerova elektronu (jako u EZ) Radioaktivita vnitřní konverze Radioaktivita samovolné štěpení - vyskytuje se u jader s vysokým počtem protonů a elipsoidním tvarem - vznikají při něm 2 tzv. fragmenty a zpravidla 2-3 neutrony - jde často o konkurenční reakci k přeměně alfa Radioaktivita samovolné štěpení parametr samovolného štěpení - Z2/A vychází z kapkového modelu jádra - poměr energie odpuzování a energie povrchové Radioaktivita samovolné štěpení s rostoucím parametrem štěpení klesá poločas rozpadu samovolného štěpení nuklidu Radioaktivita emise nukleonů z mateřského jádra uvolňuje proton nebo neutron větvené přeměny hmotnostní podmínka přeměny umožňuje dva či více typů přeměny každá přeměna má svou pravděpodobnost a energii