Movatterモバイル変換

[0]ホーム
URL:

Přeskočit na obsah
WikipedieWikipedie: Otevřená encyklopedie
Hledání

Radioaktivita

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Mezinárodní výstražný symbol, označující radioaktivní materiál.
Nový doplňkový výstražný symbol ionizujícího záření schválený dne15. února2007Mezinárodní agenturou pro atomovou energii (IAEA) aMezinárodní organizací pro normalizaci (ISO). Klasický žluto-černý symbol radioaktivity nahrazuje jen v určitých případech.

Radioaktivita neboliradioaktivní přeměna (nepřesněradioaktivní rozpad)[pozn. 1] je jev, při němž dochází k vnitřní přeměně složení nebo energetického stavu atomovýchjader, přičemž je zpravidla emitováno vysokoenergetickéionizující záření.[pozn. 2]

K radioaktivní přeměně může docházetspontánním štěpením u nestabilníchradionuklidů[1] nebojadernou reakcí při kolizi s jinou částicí. Může se jednat oštěpnou reakci, při které se jádro po dopadusubatomární částice rozpadne na jádra lehčích prvků, nebo ojadernou fúzi, při které dochází naopak ke slučování lehčích jader.

Změní-li se počet protonů v jádře, jde otransmutaci čili změnuprvku.

Radioaktivitu objevil v roce1896Henri Becquerel u solíuranu. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispělifrancouzský fyzikPierre Curie aMarie Curie-Skłodowskápolského původu.[2]

Přirozená a umělá radioaktivita

[editovat |editovat zdroj]

Radioaktivita se rozděluje napřirozenou aumělou.

Přirozená radioaktivita

[editovat |editovat zdroj]

Přirozená radioaktivita je důsledkem samovolné přeměny atomového jádra. Přirozeně radioaktivních je mnoholátek vpřírodě (takové látky se pak označují jakoradioaktivní látky), včetně tkáníživých organismů.[3]

Umělá radioaktivita

[editovat |editovat zdroj]

Umělou radioaktivitu získají prvkytransmutací, vlivemřetězové reakce nebo působenímurychlených částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem, například při ostřelováníčásticemi 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 radioaktivníhoizotopupolonia84210Po{\displaystyle {}_{84}^{210}\mathrm {Po} } dohliníkové nádoby vede ke vzniku pronikavéhozáření, které vychází z nádoby, a které neustává ani po odstranění polonia z nádoby. Hliníková nádoba se tedy působením radioaktivního polonia sama stala (uměle) radioaktivní.

Polonium84210Po{\displaystyle {}_{84}^{210}\mathrm {Po} } je totiž přirozeně radioaktivní, přičemž při své přeměně vyzařuje částice α, které přeměňují hliník na izotopfosforu

84210Po→82206Pb+24α{\displaystyle {}_{84}^{210}\mathrm {Po} \,\to \,{}_{82}^{206}\mathrm {Pb} +{}_{2}^{4}\alpha },
1327Al+24α→1530P+n{\displaystyle {}_{13}^{27}\mathrm {Al} +{}_{2}^{4}\alpha \,\to \,{}_{15}^{30}\mathrm {P} +n},

kden{\displaystyle n} označujeneutron.

Izotop fosforu1530P{\displaystyle {}_{15}^{30}\mathrm {P} } je však nestabilní s poločasem přeměnyT≈135,5s{\displaystyle T\approx 135,5\,{\mbox{s}}}. Prostřednictvím kladnépřeměny beta přechází na stabilníkřemík, tedy

1530P→1430Si+e++ν{\displaystyle {}_{15}^{30}\mathrm {P} \,\to \,{}_{14}^{30}\mathrm {Si} +e^{+}+\nu },

kdee+{\displaystyle e^{+}} je vyzářenýpozitron aν{\displaystyle \nu } představujeneutrino.

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

[editovat |editovat zdroj]

Vlastnosti radioaktivní přeměny lze zkoumat pomocístatistických metod.

Předpokládejme, že začasový intervaldt{\displaystyle \mathrm {d} t} dojde k přeměnědn{\displaystyle \mathrm {d} n}atomů radioaktivní látky. Počet přeměněných atomůdn{\displaystyle \mathrm {d} n} je úměrný počtu částic v daném časovém okamžiku, který se označín{\displaystyle n}. Tuto úměru lze vyjádřit vztahem

−dn=λndt{\displaystyle -\mathrm {d} n=\lambda n\mathrm {d} t},

kdeλ{\displaystyle \lambda } je přeměnová konstanta, která charakterizuje předpokládanourychlost přeměnyradionuklidu. Znaménko– souvisí s tím, že s rostoucím časem dochází k poklesu okamžitého počtu částic.

Integrací předchozího vztahu je možné počet částic v časet{\displaystyle t} vyjádřit jako

n=n0e−λt{\displaystyle n=n_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}},

kden0{\displaystyle n_{0}} představuje počet částic v časet=0{\displaystyle t=0}. Tento vztah se označuje jakozákon radioaktivní přeměny.

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

m=m0e−λt{\displaystyle m=m_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}},

kdem0{\displaystyle m_{0}} je počáteční hmotnost radioaktivního vzorku am{\displaystyle m} je jeho hmotnost v časet{\displaystyle t}.

Poločas přeměny

[editovat |editovat zdroj]
Podrobnější informace naleznete v článku Poločas přeměny.

Doba, za kterou dojde k rozpadu poloviny z původního počtu atomů radionuklidu, se označuje jakopoločas přeměnyT{\displaystyle T}. Počet částic po uplynutí této doby jen=n02{\displaystyle n={\frac {n_{0}}{2}}}, čímž vznikne pro poločas přeměny vztah

T=ln⁡2λ≈0,693⋅λ−1{\displaystyle T={\frac {\ln {2}}{\lambda }}\approx 0,693\cdot \lambda ^{-1}}

Střední doba života

[editovat |editovat zdroj]

Další veličinou charakterizující radioaktivní přeměnu jestřední doba životaτ{\displaystyle \tau }, což ječas, po němž klesne původní počet atomových jadern0{\displaystyle n_{0}} na hodnotun=n0e{\displaystyle n={\frac {n_{0}}{\mathrm {e} }}}. Střední doba života má hodnotu

τ=1λ=Tln⁡2{\displaystyle \tau ={\frac {1}{\lambda }}={\frac {T}{\ln {2}}}}

Aktivita (radioaktivita)

[editovat |editovat zdroj]

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

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

Dosazením z předchozích vztahů dostaneme

A=λn=λn0e−λt=A0e−λt{\displaystyle A=\lambda n=\lambda n_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}=A_{0}\mathrm {e} ^{-\lambda t}},

kdeA0{\displaystyle A_{0}} označuje aktivitu v počátečním čase aA{\displaystyle A} je aktivita v časet{\displaystyle t}. Aktivita, tedy rychlost rozpadu, klesá s časem.

Jednotkou aktivity jebecquerel (Bq), případněcurie (Ci).

Druhy vznikajícího záření

[editovat |editovat zdroj]

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

  • Kromě těchto částic mohou při radioaktivních přeměnách, zejména některých uměle připravených nuklidů, být emitoványneutrony neboprotony (jednotlivě nebo ve dvojici[pozn. 3]). Proud elektricky neutrálníchneutronů[pozn. 4] pohltí např. materiály bohaté navodík (tlustá vrstva vody,uhlovodíky jakoethylen, parafín či organické plasty),bor (karbid boru, voda s kyselinou boritou), nebo tlustá vrstva betonu. Proud protonů má pronikavost mezi zářením alfa a beta.
  • Některé uměle připravené nuklidy se přeměňujíspontánním štěpením (zpravidla doprovázeným emisí jednoho či více neutronů) nebo emisí „klastru“ nukleonů, např. jádrauhlíku-14 či neonu-24 (tyto přeměny již byly pozorovány u více než 20 nuklidů s emisí klastru více než 10 různých druhů). Odštěpky i klastry mají velmi silnou ionizační schopnost, a proto nižší pronikavost než záření alfa.

Rozpadové řady

[editovat |editovat zdroj]

Kvantová mechanika umožňuje pro každýizotop spočítat pravděpodobnost, že jádro se v danémčasovém intervalu přemění. Pro větší množství látky z toho lze určitpoločas přeměny, kterým se charakterizuje rychlost přeměny. Udává, za jak dlouho se přemění právě polovinajader ve vzorku. Utěžkých prvků jsou produkty rozpadu rovněž nestabilní a přeměňují se dále. Tento proces popisuje přeměnovározpadová řada.

Zajímavosti

[editovat |editovat zdroj]
  • Radioaktivní přeměna poskytla první důkaz toho, že zákony řídící subatomový svět mají ryzestochastický charakter.
  • Neexistuje vůbec žádný způsob, jak předpovědět, jestli dané jádro ze vzorku bude tím, které se přemění v následující sekundě. U všech jader je tato pravděpodobnost stejná bez jakéhokoliv ohledu na jejich minulost. Tedy např. pravděpodobnost rozpadu právě vzniklého jádra uranu je zcela stejná jako pravděpodobnost rozpadu jádra uranu z přírodní směsi, vzniklého před miliardami let a staršího než planeta Země. Tato skutečnost se někdy přirovnává k hypotetické situaci, kdy by lidé neumírali stářím a jejich smrt by byla způsobována pouze nešťastnými (tj. náhodnými) událostmi.

Odkazy

[editovat |editovat zdroj]

Poznámky

[editovat |editovat zdroj]
  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. ↑5 protonů emitovaných při rozpadu uměle připraveného izotopu dusíku9N jsou ve skutečnosti postupně vyzářený jeden proton, poté pár protonů a nakonec další pár protonů.[4]
  4. ↑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.

Reference

[editovat |editovat zdroj]
  1. ↑Ullmann, V.Jaderná a radiační fyzika - Radioaktivita. [cit. 2015-07-16]http://astronuklfyzika.cz
  2. ↑Curie-Sklodowská MarieArchivováno 8. 6. 2012 naWayback Machine. techmania.cz
  3. ↑Radiouhlíkové datování: jak funguje nejrozšířenější datovací metoda [online]. Atom, 2012-11-19 [cit. 2015-02-19].Dostupné online. 
  4. ↑HOUSER, Pavel. Objevili dusík-9, izotop s pouhými 2 neutrony.SCIENCEmag.cz [online]. Nitemedia s.r.o., 2023-11-02 [cit. 2023-11-02].Dostupné online. 

Související články

[editovat |editovat zdroj]

Externí odkazy

[editovat |editovat zdroj]
Autoritní dataEditovat na Wikidatech
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Radioaktivita&oldid=25379389“
Kategorie:
Skryté kategorie:
[8]ページ先頭
©2009-2025 Movatter.jp