Spontaniczne przemiany jądrowe

Spontaniczne przemiany jądrowe
Okazało się większość pierwiastków posiada tylko jeden bądź dwa izotopy trwałe, a ponadto
izotopy nietrwałe, które podlegają rozpadowi promieniotwórczemu. Spontaniczne przemiany jądrowe
(promieniotwórczość naturalna) polegają na samorzutnym rozpadzie jądra atomowego, w wyniku czego
powstaje nowe jądro (innego pierwiastka) o masie niewiele mniejszej Towarzyszy temu emisja cząstek 
lub  (dodatnich lub ujemnych). Jeżeli nowo powstałe jądro znajdować się będzie w stanie wzbudzonym,
to przechodzi do stanu podstawowego (w ciągu
) oddając nadmiar energii w postaci
kwantu promieniowania .
Sposób zapisywania reakcji jądrowych:
A+aB+b
A(a;b)B
lub
zapis pełny
zapis uproszczony
gdzie :
A – jądro "bombardowane" (ulegające przemianie spontanicznej lub wymuszonej),
a – cząstka bombardująca (wywołująca reakcję wymuszoną),
B – jądro powstałe po przemianie lub reakcji,
b – cząstka (cząstki) emitowane w czasie przemiany lub reakcji.
W czasie spontanicznych przemian jądrowych i reakcji jądrowych spełnione są następujące zasady:
 zasada zachowania pędu,
 zasada zachowania energii-masy (
,
 zasada zachowania ładunku elektrycznego (suma liczb atomowych („dolnych”) po obu
stronach przemiany spontanicznej lub reakcji jądrowej ma taką samą wartość),
 zasada zachowania liczby nukleonów (suma liczb masowych („górnych”) po obu stronach
przemiany spontanicznej lub reakcji jądrowej ma taką samą wartość.
Uwaga:
Podczas rozpatrywania poniższych przemian spontanicznych, wykorzystane zostały tylko dwie ostatnie
zasady!
1. Przemiana (rozpad) alfa.
Rozpad ten polega na emisji z jądra nietrwałego (promieniotwórczego) cząstki . W efekcie
powstaje nowe jądro o liczbie masowej o cztery mniejszej i liczbie atomowej o dwa mniejszej. Schemat
ogólny przemiany:
Symbol
oznacza cząstkę alfa, np.:
Rozpadowi temu ulega większość jąder o liczbie atomowej Z > 83 i liczbie masowej A>209.
Spontaniczne przemiany jądrowe
Strona 1
2. Przemiana (rozpad) beta minus.
Polega na emisji z jądra nietrwałego elektronu ujemnego (tzw. negatonu) i obojętnej elektrycznie
cząstki elementarnej, tj. antyneutrina (o zerowej masie spoczynkowej). W efekcie powstaje nowe jądro
o takiej samej liczbie masowej i liczbie atomowej o jeden większej. Ogólny schemat przemiany:
Symbol
oznacza cząstkę
(negaton). Ponieważ negaton nie stanowi składnika jądra
atomowego, to przemiana przebiega tak, jak gdyby jeden z neutronów rozpadł się na proton, który w
jądrze pozostaje oraz negaton i antyneutrino, które są emitowane z jądra. Schemat rozpadu neutronu:
Symbol
oznacza proton, natomiast
neutron. Przykład:
3. Przemiana (rozpad) beta plus.
Polega na emisji z jądra nietrwałego elektronu dodatniego (tzw. pozytonu) i obojętnej elektrycznie
cząstki elementarnej, tj. neutrina (o zerowej masie spoczynkowej). W efekcie powstaje nowe jądro o
takiej samej liczbie masowej i liczbie atomowej o jeden mniejszej. Ogólny schemat przemiany:
Symbol
oznacza cząstkę, będącą dodatnim elektronem (tzw. pozyton). Ponieważ pozyton nie
stanowi składnika jądra atomowego, to przemiana przebiega tak, jak gdyby jeden z protonów rozpadł się
na neutron, który w jądrze pozostaje oraz pozyton i neutrino, które są emitowane z jądra. Schemat
rozpadu protonu:
Przykład:
Zadanie domowe
Rozstrzygnij, które z podanych poniżej zdań są prawdziwe, a które nie. Za każdy prawidłowy
wybór można otrzymać 0,2 pkt i dodatkowo 0,3 pkt za pisemne uzasadnienie podjętego wyboru.
I. W czasie przemiany alfa:
1. zmienia się liczba masowa i ładunek jądra, a nie zmienia się liczba neutronów w jądrze,
2. liczba masowa maleje o cztery, a ładunek jądra maleje o 2·e (e – ładunek elementarny),
3. liczba protonów i neutronów w jądrze maleje o dwa,
4. emitowana jest cząstka alfa składająca się z czterech protonów,
5. emitowana jest cząstka alfa posiadającą dodatni ładunek elektryczny,
Spontaniczne przemiany jądrowe
Strona 2
6. jeżeli jądro
U uległo przemianie alfa, to powstało po niej jądro
231
92
7. jeżeli po przemianie alfa powstało jądro
223
87
231
91
Pa ,
Fr , to jądrem wyjściowym było
227
89
Ac ,
8. emitowana jest promieniowanie alfa o dużej zdolności jonizacji i dużej przenikliwości,
9. emitowane są cząstki alfa z jąder trwałych o dużej liczbie masowej,
10. emitowane są cząstki, które ulegają odchyleniu w polu magnetycznym, niezależnie od kierunku
rozchodzenia się tych cząstek względem linii pola magnetycznego.
II. W czasie przemiany beta minus:
1. liczba atomowa jądra maleje o jeden, a liczba masowa się nie zmienia,
2. liczba atomowa i masowa jądra wzrasta o jeden,
3. ładunek jądra maleje o 1·e (e – ładunek elementarny),
4. liczba protonów w jądrze wzrasta o jeden, a liczba nukleonów się nie zmienia,
5. liczba protonów w jądrze wzrasta o jeden, a liczba neutronów się nie zmienia,
6. emitowany jest tylko ujemny elektron zwany negatonem,
7. emitowana jest cząstka zwana antyneutrino i ujemny elektron zwany pozytonem,
8. ładunek jądra wzrasta o 1·e (e – ładunek elementarny), a jego masa się nie zmienia,
9. jeżeli jądro
Th uległo tej przemianie, to powstało jądro
231
90
10. jeżeli po tej przemianie powstało jądro
60
28
231
91
Pa ,
Ni , to jądrem wyjściowym było
60
27
Co ,
III. W czasie przemiany beta plus:
1. liczba atomowa jądra maleje o jeden, a liczba masowa się nie zmienia,
2. liczba atomowa i masowa jądra wzrasta o jeden,
3. ładunek jądra maleje o 1·e (e – ładunek elementarny),
4. liczba neutronów w jądrze wzrasta o jeden, a liczba nukleonów się nie zmienia,
5. liczba protonów w jądrze maleje o jeden, a liczba neutronów się nie zmienia,
6. emitowana jest cząstka zwana neutrino i dodatni elektron zwany pozytonem,
7. ładunek jądra maleje o 1·e (e – ładunek elementarny), a jego masa się nie zmienia,
8. jeżeli jądro 116C uległo tej przemianie, to powstało jądro 115 B ,
9. jeżeli po tej przemianie powstało jądro 1327 Al , to jądrem wyjściowym było 1427 Si ,
10. emisji pozytonu nie może towarzyszyć emisja promieniowania gamma,
Spontaniczne przemiany jądrowe
Strona 3