Radioaktivnost

Uvod

Sile koje protone i neutrone u jezgri drže na okupu nazivaju se nuklearnim silama. Nuklearne sile kratkog su dosega, jače su od odbojnih sila i razlog su stabilnosti jezgre. Povećanjem broja protona u jezgri povećava se i broj neutrona kako bi se održala stabilnost jezgre. Ako je omjer broja neutrona i broja protona u jezgri atoma, veći od 1,5, jezgre su nestabilne i radioaktivno se raspadaju.   

Radioaktivni raspad 

Radioaktivni raspad je proces prelaska radionuklida iz energijski nestabilnog u energijski stabilnije ili potpuno stabilno stanje. Taj proces prati emisija alfa- ili beta-čestica i/ili elektromagnetskog zračenja. Prema vrsti emitiranih čestica razlikuje se:

  • alfa-raspad
  • beta-raspad
  • gama zračenje.

Alfa-radioaktivni raspad

Pri alfa raspadu jezgra emitira alfa-česticu (jezgra atoma helija, [latex]^4_2He^{2+}[/latex], često se piše i kao [latex]^4_2He[/latex]). Općeniti zapis reakcije alfa-raspada nuklida [latex]^A_{^{}Z}X[/latex], može se prikazati:

[latex]^A_ZX\longrightarrow^{A-4}_{Z-2}Y\enspace +\enspace ^4_2He^{}[/latex]

Alfa-raspad

Beta-radioaktivni raspad

Razlikuju se beta-minus radioaktivni raspad, pri čemu se jedan neutron pretvara u proton i beta-plus radioaktivni raspad, pri čemu se jedan proton pretvara u neutron.

Općeniti zapis reakcije beta-minus raspada nuklida [latex]^A_{^{}Z}X[/latex], može se prikazati: 

Broj protona u jezgri povećava se za jedan, dok se broj neutrona smanjuje za jedan. Prema tomu ne dolazi do promjene nukleonskog broja. 

Općeniti zapis reakcije beta-plus raspada nuklida [latex]^A_{^{}Z}X[/latex], može se prikazati:

Pri beta-plus raspadu broj protona u jezgri smanji se za jedan, a broj neutrona poveća za jedan. Prema tomu ne dolazi do promjene nukleonskog broja.

Gama-zračenje

Gama-zračenje su snopovi fotona visoke energije. Pri emisiji gama-zračenja ne mijenjaju se ni protonski ni nukleonski broj. 

Općeniti zapis gama-zračenja nuklida [latex]^A_{^{}Z}X[/latex], može se prikazati:

[latex]^A_ZX^{\cdot}\longrightarrow^A_ZY\enspace +\enspace ^0_{+1}e^+\enspace +\enspace ^0_0\gamma[/latex]

Pozorno pogledajte videozapis Gama-zračenje i odgovorite na pitanje.

Gama-zračenje

Čovjek je od svoga postanka izložen svim oblicima elektromagnetskoga zračenja. Tijekom pregleda videozapisa zaključite o dometu različitih vrsta zračenja te odgovorite na pitanja.

Domet alfa, beta i gama zračenja

Vrijeme poluraspada

U prirodi postoje mnogi kemijski elementi čije su jezgre nestabilne. Broj jezgara nekog elementa koje se raspadnu (ΔN) u nekom vremenskom intervalu (Δt) proporcionalan je ukupnom broju jezgara tog elementa.

Zakon radioaktivnog raspada može se zapisati formulom:

 

[latex]N=N_0e^{-\lambda t}[/latex]

 

N – broj neraspadnutih radioaktivnih jezgara

N0 – početni broj radioaktivnih jezgara

t – vrijeme, (s)

λ – konstanta radioaktivnog raspada, (s–1)

Napomena: Konstanta radioaktivnog raspada karakteristična je za pojedini nuklid. Ne ovisi o tlaku, temperaturi, količini tvari niti bilo kojem vanjskom fizikalnom ili kemijskom utjecaju.

Vrijeme poluraspada, T1/2 je vrijeme potrebno da se početni broj radioaktivnih jezgara u uzorku smanji na polovinu.  

[latex]T_{\frac{1}{2}}=\frac{ln2}{\lambda}=\frac{0,693}{\lambda}[/latex]

 

[latex]N=N_02^{-\frac{t}{T_{_{\frac{1}{2}}}}}[/latex]

Završetak

Najmlađa tehnologija za dobivanje električne energije je nuklearna tehnologija. Nuklearne elektrane ne pridonose globalnom učinku staklenika, jer pri njihovom radu ne dolazi do emisije ugljikova(IV) oksida. Primjerice, prema nekim izračunima za Europu, korištenjem nuklearne energije moguće je smanjiti godišnju emisiju ugljikova(IV) oksida u atmosferu približno za 800 milijuna tona. Ista bi se ušteda moglo postići, primjerice, smanjenjem broja automobila na europskim cestama za čak 200 milijuna.

No, primjena nuklearne tehnologije može imati i određeni rizik. Pogledajte videozapis Černobil i saznajte više o nuklearnoj nesreći koja se dogodila 1986. godine. 

Černobil