Radioaktivita: Porovnání verzí
→Střední doba života: oprava |
formulační změny, doplnění informací, odstranění nesprávných nebo zavádějících tvrzení nebo tvrzení mimo kontext značka: přepnuto z Vizuálního editoru |
||
Řádek 4: | Řádek 4: | ||
'''Radioaktivita''' neboli '''radioaktivní přeměna''' (nepřesně '''radioaktivní rozpad''')<ref group="pozn.">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.</ref> je jev, při němž dochází k vnitřní přeměně složení nebo energetického stavu atomových [[Atomové jádro|jader]], přičemž je zpravidla emitováno vysokoenergetické [[ionizující záření]].<ref group="pozn.">U radioaktivní přeměny beta prostřednictvím záchytu elektronu není emise záření součástí vlastní radioaktivní přeměny, ale až následných změn v elektronovém obalu jádra.</ref> |
'''Radioaktivita''' neboli '''radioaktivní přeměna''' (nepřesně '''radioaktivní rozpad''')<ref group="pozn.">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.</ref> je jev, při němž dochází k vnitřní přeměně složení nebo energetického stavu atomových [[Atomové jádro|jader]], přičemž je zpravidla emitováno vysokoenergetické [[ionizující záření]].<ref group="pozn.">U radioaktivní přeměny beta prostřednictvím záchytu elektronu není emise záření součástí vlastní radioaktivní přeměny, ale až následných změn v elektronovém obalu jádra.</ref> |
||
Základními typy radioaktivní přeměny jsou přeměna alfa, beta (včetně elektronového záchytu), gama a dále spontánní štěpení <ref>Ullmann, V. ''[http://astronuklfyzika.cz/JadRadFyzika2.htm Jaderná a radiační fyzika - Radioaktivita.]'' [cit. 2015-07-16] http://astronuklfyzika.cz</ref>. |
|||
Změní-li se počet protonů v jádře, dojde ke změně prvku. |
Změní-li se počet protonů v jádře (rozpad alfa a beta), dojde ke změně prvku. Při spontánním štěpení se jádro nějakého prvku rozpadá na dvě menší jádra jiných prvků. |
||
Radioaktivitu objevil v roce [[1896]] [[Henri Becquerel]] u solí [[uran (prvek)|uranu]]. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli [[Francie|francouzští]] fyzikové [[Pierre Curie]] a [[Marie Curie-Skłodowská]] [[Polsko|polského]] původu.<ref>[http://www.techmania.cz/edutorium/art_vedci.php?key=141 Curie-Sklodowská Marie] techmania.cz</ref> |
Radioaktivitu objevil v roce [[1896]] [[Henri Becquerel]] u solí [[uran (prvek)|uranu]]. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli [[Francie|francouzští]] fyzikové [[Pierre Curie]] a [[Marie Curie-Skłodowská]] [[Polsko|polského]] původu.<ref>[http://www.techmania.cz/edutorium/art_vedci.php?key=141 Curie-Sklodowská Marie] techmania.cz</ref> |
||
Řádek 21: | Řádek 21: | ||
| datum vydání = 2012-11-19 |
| datum vydání = 2012-11-19 |
||
| datum přístupu = 2015-02-19 |
| datum přístupu = 2015-02-19 |
||
}}</ref> Zdroji přirozených radioaktivních látek jsou interakce kosmického a slunečního záření s atmosférou (např. <sup>14</sup>C používaný v radiokarbonovou metoěu datování), radionuklidy s dlouhým poločasem přeměny vzniklé při raných vesmírných procesech (výbuchu supernovy z jejíž zbytků se vyvinula Sluneční soustava, např. <sup>40</sup>K) a produkty rozpadových řad (např. <sup>222</sup>Rn známý ve stavebnictví). |
|||
}}</ref> |
|||
=== Umělá radioaktivita === |
=== Umělá radioaktivita === |
||
Umělou radioaktivitu |
Umělou radioaktivitu mohou prvky získat jadernými reakcemi, např. [[transmutace|transmutací]], aktivací neutrony (třeba v [[řetězová reakce|řetězové reakci]]) nebo působením [[urychlovač|urychlených]] částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jader, jejichž nestabilita je způsobena vnějším vlivem, například při ostřelování některých látek [[částice alfa|částicemi alfa]] se zasažená jádra mohou dále samovolně přeměňovat, tedy vykazují radioaktivitu. 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, hovoříme o umělé radioaktivitě. |
||
Jev umělé radioaktivity lze demonstrovat na následujícím příkladu. Vložením radioaktivního [[izotop]]u [[polonium|polonia]] <math>{}_{84}^{210}\mathrm{Po}</math> do [[hliník]]ové nádoby pozorujeme pronikavé [[záření]], které vychází z nádoby, a které neustává ani po odstranění polonia z nádoby. Hliníková nádoba se tedy působením radioaktivního polonia sama stala (uměle) radioaktivní. |
Jev umělé radioaktivity lze demonstrovat na následujícím příkladu. Vložením radioaktivního [[izotop]]u [[polonium|polonia]] <math>{}_{84}^{210}\mathrm{Po}</math> do [[hliník]]ové nádoby pozorujeme pronikavé [[záření]], které vychází z nádoby, a které neustává ani po odstranění polonia z nádoby. Hliníková nádoba se tedy působením radioaktivního polonia sama stala (uměle) radioaktivní. |
||
Řádek 39: | Řádek 39: | ||
== Zákon radioaktivní přeměny == |
== Zákon radioaktivní přeměny == |
||
Vlastnosti radioaktivní |
Vlastnosti radioaktivní zkoumat pomocí [[statistika|statistických]] metod. |
||
Předpokládejme, že za [[čas]]ový interval <math>\mathrm{d}t</math> dojde k přeměně <math>\mathrm{d}n</math> [[atom]]ů radioaktivní látky. Počet přeměněných atomů <math>\mathrm{d}n</math> je úměrný počtu částic v daném časovém okamžiku, který označíme <math>n</math>. Tuto úměru lze vyjádřit vztahem |
Předpokládejme, že za [[čas]]ový interval <math>\mathrm{d}t</math> dojde k přeměně <math>\mathrm{d}n</math> [[atom]]ů radioaktivní látky. Počet přeměněných atomů <math>\mathrm{d}n</math> je úměrný počtu částic v daném časovém okamžiku, který označíme <math>n</math>. Tuto úměru lze vyjádřit vztahem |
||
Řádek 69: | Řádek 69: | ||
kde <math>A_0</math> označuje aktivitu v počátečním čase a <math>A</math> je aktivita v čase <math>t</math>. Aktivita, tedy rychlost rozpadu, klesá s časem. |
kde <math>A_0</math> označuje aktivitu v počátečním čase a <math>A</math> je aktivita v čase <math>t</math>. Aktivita, tedy rychlost rozpadu, klesá s časem. |
||
Jednotkou aktivity je [[becquerel]] (Bq), |
Jednotkou aktivity je [[becquerel]] (Bq), který odpovídá jedné přeměně za 1 s, v USA se používá zastaralá jednotka [[curie]] (Ci). |
||
== Druhy vznikajícího záření == |
== Druhy vznikajícího záření == |
||
Řádek 76: | Řádek 76: | ||
* záření alfa je proud [[atomové jádro|jader]] [[helium|helia]] ([[částice alfa|částic alfa]]) a nese kladný [[elektrický náboj]], má nejkratší dosah (lze ho zastavit např. i listem [[papír]]u). |
* záření alfa je proud [[atomové jádro|jader]] [[helium|helia]] ([[částice alfa|částic alfa]]) a nese kladný [[elektrický náboj]], má nejkratší dosah (lze ho zastavit např. i listem [[papír]]u). |
||
* [[záření beta|Záření β]] je proud specificky nabitých [[elektron]]ů |
* [[záření beta|Záření β]] je proud specificky nabitých [[elektron]]ů nebo pozitronů. Maximální dolet v látce je dán energií beta částic. Rozlišujeme záření β<sup>-</sup> (elektrony) a β<sup>+</sup> (kladně nabité [[pozitron]]y), lze ho odstínit 1 [[centimetr|cm]] [[Polymethylmethakrylát|plexiskla]] nebo 1 [[milimetr|mm]] [[olovo|olova]], avšak při stínění urychlených elektronů těžkým materiálem (kovy) vzniká brzdné záření, neboli rentgenové záření. |
||
* [[záření gama|Záření γ]] je [[elektromagnetické záření]] vysoké [[frekvence]], neboli proud velmi energetických [[foton]]ů. Nemá [[elektrický náboj]], a proto nereaguje na [[elektrické pole]]. Jeho pronikavost je velmi vysoká, pro odstínění se používají |
* [[záření gama|Záření γ]] je [[elektromagnetické záření]] vysoké [[frekvence]], neboli proud velmi energetických [[foton]]ů. Nemá [[elektrický náboj]], a proto nereaguje na [[elektrické pole]]. Jeho pronikavost je velmi vysoká, pro odstínění se používají tlusté štíty z kovů velké hustoty (např. [[olovo]]), a nebo slitin kovů velké hustoty. Platí, že čím vyšší hustota a tloušťka štítu, tím více je záření odstíněno. |
||
* Kromě těchto částic mohou při radioaktivních přeměnách, některých uměle připravených nuklidů, být emitovány [[neutron]]y nebo [[proton]]y (jednotlivě nebo ve dvojici). Proud elektricky neutrálních [[neutron]]ů<ref group="pozn.">V souvislosti a radioaktivním rozpadem se u emise neutronů zpravidla nepoužívá pojem "neutronové záření". Velkou produkcí emitovaných neutronů ([[neutronové záření|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.</ref> |
* Kromě těchto částic mohou při radioaktivních přeměnách, některých uměle připravených nuklidů, být emitovány [[neutron]]y nebo [[proton]]y (jednotlivě nebo ve dvojici). Proud elektricky neutrálních [[neutron]]ů<ref group="pozn.">V souvislosti a radioaktivním rozpadem se u emise neutronů zpravidla nepoužívá pojem "neutronové záření". Velkou produkcí emitovaných neutronů ([[neutronové záření|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.</ref> odstíní např. materiály bohaté na [[vodík]] (tlustá vrstva vody, [[uhlovodíky]] jako etylen, parafín či organické plasty), [[Bor (prvek)|bor]] (karbid boru, voda s kyselinou boritou), nebo tlustá vrstva betonu. Proud protonů má pronikavost mezi zářením alfa a beta. |
||
* Radioaktivní přeměna beta je také doprovázena emisí [[neutrino|neutrina či antineutrina]]. Tyto částice interagují pouze slabě (nezahrnuje se do [[ionizující záření|ionizujícího záření]]) a nelze je v pozemských podmínkách prakticky odstínit. |
* Radioaktivní přeměna beta je také doprovázena emisí [[neutrino|neutrina či antineutrina]]. Tyto částice interagují pouze slabě (nezahrnuje se do [[ionizující záření|ionizujícího záření]]) a nelze je v pozemských podmínkách prakticky odstínit. |
||
Řádek 87: | Řádek 87: | ||
== Rozpadové řady == |
== Rozpadové řady == |
||
U [[Těžké kovy|těžkých prvků]] jsou produkty rozpadu rovněž [[nestabilita|nestabilní]] a přeměňují se dále. Tento proces popisuje přeměnová [[rozpadová řada]]. |
|||
== Zajímavosti == |
== Zajímavosti == |
Verze z 9. 9. 2017, 08:41
Radioaktivita neboli radioaktivní přeměna (nepřesně radioaktivní rozpad)[pozn. 1] je jev, při němž dochází k vnitřní přeměně složení nebo energetického stavu atomových jader, přičemž je zpravidla emitováno vysokoenergetické ionizující záření.[pozn. 2]
Základními typy radioaktivní přeměny jsou přeměna alfa, beta (včetně elektronového záchytu), gama a dále spontánní štěpení [1].
Změní-li se počet protonů v jádře (rozpad alfa a beta), dojde ke změně prvku. Při spontánním štěpení se jádro nějakého prvku rozpadá na dvě menší jádra jiných prvků.
Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzští fyzikové Pierre Curie a Marie Curie-Skłodowská polského původu.[2]
Přirozená a umělá radioaktivita
Radioaktivita se rozděluje na radioaktivitu přirozenou a umělou.
Přirozená radioaktivita
Přirozená radioaktivita je důsledkem samovolné přeměny atomového jádra. Přirozeně radioaktivních je mnoho látek v přírodě (takové látky se pak označují jako radioaktivní látky), včetně tkání živých organismů.[3] Zdroji přirozených radioaktivních látek jsou interakce kosmického a slunečního záření s atmosférou (např. 14C používaný v radiokarbonovou metoěu datování), radionuklidy s dlouhým poločasem přeměny vzniklé při raných vesmírných procesech (výbuchu supernovy z jejíž zbytků se vyvinula Sluneční soustava, např. 40K) a produkty rozpadových řad (např. 222Rn známý ve stavebnictví).
Umělá radioaktivita
Umělou radioaktivitu mohou prvky získat jadernými reakcemi, např. transmutací, aktivací neutrony (třeba v řetězové reakci) nebo působením urychlených částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jader, jejichž nestabilita je způsobena vnějším vlivem, například při ostřelování některých látek částicemi alfa se zasažená jádra mohou dále samovolně přeměňovat, tedy vykazují radioaktivitu. 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, hovoříme o umělé radioaktivitě.
Jev umělé radioaktivity lze demonstrovat na následujícím příkladu. Vložením radioaktivního izotopu polonia do hliníkové nádoby pozorujeme pronikavé záření, které vychází z nádoby, a které neustává ani po odstranění polonia z nádoby. Hliníková nádoba se tedy působením radioaktivního polonia sama stala (uměle) radioaktivní.
Polonium je totiž přirozeně radioaktivní, přičemž při své přeměně vyzařuje α částice, které přeměňují hliník na izotop fosforu
- ,
kde označuje neutron.
Izotop fosforu je však nestabilní s poločasem přeměny . Prostřednictvím kladné beta přeměny přechází na stabilní křemík, tzn.
- ,
kde je vyzářený pozitron a představuje neutrino.
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
Vlastnosti radioaktivní zkoumat pomocí statistických metod.
Předpokládejme, že za časový interval dojde k přeměně atomů radioaktivní látky. Počet přeměněných atomů je úměrný počtu částic v daném časovém okamžiku, který označíme . Tuto úměru lze vyjádřit vztahem
- ,
kde je přeměnová konstanta, která charakterizuje předpokládanou rychlost přeměny radionuklidu. Znaménko - souvisí s tím, že s rostoucím časem dochází k poklesu okamžitého počtu částic.
Integrací předchozího vztahu můžeme počet částic v čase vyjádřit jako
- ,
kde představuje počet částic v čase . Tento vztah se označuje jako zákon radioaktivní přeměny.
Pro praktické využití je vhodnější využít úměry mezi počtem částic a jejich celkovou hmotností, hmotností radioaktivního vzorku . Předchozí vztah pak můžeme přepsat ve tvaru
- ,
kde je počáteční hmotnost radioaktivního vzorku a je jeho hmotnost v čase .
Poločas přeměny
Doba, za kterou dojde k rozpadu poloviny z původního počtu atomů radionuklidu, se označuje jako poločas přeměny . Počet částic po uplynutí této doby je , čímž dostaneme pro poločas přeměny vztah
Střední doba života
Další veličinou charakterizující radioaktivní přeměnu je střední doba života , což je čas, po němž klesne původní počet atomových jader na hodnotu . Střední doba života má hodnotu
Aktivita (radioaktivita)
Rychlost radioaktivní přeměny charakterizuje aktivita (radioaktivita) , která se definuje vztahem
Dosazením z předchozích vztahů dostaneme
- ,
kde označuje aktivitu v počátečním čase a je aktivita v čase . Aktivita, tedy rychlost rozpadu, klesá s časem.
Jednotkou aktivity je becquerel (Bq), který odpovídá jedné přeměně za 1 s, v USA se používá zastaralá jednotka curie (Ci).
Druhy vznikajícího záření
Záření, které při radioaktivním přeměně vzniká, je zpravidla tří druhů:
- záření alfa je proud jader helia (částic alfa) a nese kladný elektrický náboj, má nejkratší dosah (lze ho zastavit např. i listem papíru).
- Záření β je proud specificky nabitých elektronů nebo pozitronů. Maximální dolet v látce je dán energií beta částic. Rozlišujeme záření β- (elektrony) a β+ (kladně nabité pozitrony), lze ho odstínit 1 cm plexiskla nebo 1 mm olova, avšak při stínění urychlených elektronů těžkým materiálem (kovy) vzniká brzdné záření, neboli rentgenové záření.
- Záření γ je elektromagnetické záření vysoké frekvence, neboli proud velmi energetických fotonů. Nemá elektrický náboj, a proto nereaguje na elektrické pole. Jeho pronikavost je velmi vysoká, pro odstínění se používají tlusté štíty z kovů velké hustoty (např. olovo), a nebo slitin kovů velké hustoty. Platí, že čím vyšší hustota a tloušťka štítu, tím více je záření odstíněno.
- Kromě těchto částic mohou při radioaktivních přeměnách, některých uměle připravených nuklidů, být emitovány neutrony nebo protony (jednotlivě nebo ve dvojici). Proud elektricky neutrálních neutronů[pozn. 3] odstíní např. materiály bohaté na vodík (tlustá vrstva vody, uhlovodíky jako etylen, parafín či organické plasty), bor (karbid boru, voda s kyselinou boritou), nebo tlustá vrstva betonu. Proud protonů má pronikavost mezi zářením alfa a beta.
- Radioaktivní přeměna beta je také doprovázena emisí neutrina či antineutrina. Tyto částice interagují pouze slabě (nezahrnuje se do ionizujícího záření) a nelze je v pozemských podmínkách prakticky odstínit.
- Některé uměle připravené nuklidy se přeměňují spontánním štěpením (zpravidla doprovázeným emisí jednoho či více neutronů) nebo emisí "klastru" nukleonů, např. jádra uhlíku 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
U těžkých prvků jsou produkty rozpadu rovněž nestabilní a přeměňují se dále. Tento proces popisuje přeměnová rozpadová řada.
Zajímavosti
- Radioaktivní přeměna poskytla první důkaz toho, že zákony řídící subatomový svět mají statistický charakter.
- Neexistuje vůbec žádný způsob, jak předpovědět, jestli určité jádro ze vzorku bude mezi jedním z malého počtu jader, které se přemění v následující sekundě. U všech jader je pravděpodobnost stejná.
Poznámky
- ↑ 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.
- ↑ U radioaktivní přeměny beta prostřednictvím záchytu elektronu není emise záření součástí vlastní radioaktivní přeměny, ale až následných změn v elektronovém obalu jádra.
- ↑ V souvislosti a 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.
Odkazy
Reference
- ↑ Ullmann, V. Jaderná a radiační fyzika - Radioaktivita. [cit. 2015-07-16] http://astronuklfyzika.cz
- ↑ Curie-Sklodowská Marie techmania.cz
- ↑ Radiouhlíkové datování: jak funguje nejrozšířenější datovací metoda [online]. Atom, 2012-11-19 [cit. 2015-02-19]. Dostupné online.
Související články
Externí odkazy
- Obrázky, zvuky či videa k tématu radioaktivita na Wikimedia Commons
- NuDat 2.0 – Databáze struktury jader a dat o radioaktivním rozpadu (anglicky)