Radioaktivita

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Mezinárodní výstražný symbol, označující radioaktivní materiál.
Nový doplňkový výstražný symbol ionizujícího záření schválený dne 15. února 2007 Mezinárodní agenturou pro atomovou energii (IAEA) a Mezinárodní organizací pro normalizaci (ISO). Klasický žluto-černý symbol radioaktivity nahrazuje jen v určitých případech.

Radioaktivita neboli radioaktivní přeměna je samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká ionizující záření. Změní-li se počet protonů v jádře, dojde ke změně prvku. Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzští fyzikové Pierre Curie a Maria Curie-Skłodowska polského původu.[1]

Důležité je také si neplést přeměnu a rozpad, neboť v této oblasti se nic nerozpadá, pouze se tato jádra radionuklidů přeměňují na jádra lehčí a stabilnější za vzniku záření.

Přirozená a umělá radioaktivita[editovat | editovat zdroj]

Radioaktivita se rozděluje na radioaktivitu přirozenou a umělou.

Přirozená radioaktivita[editovat | editovat zdroj]

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.[2]

Umělá radioaktivita[editovat | editovat zdroj]

Umělou radioaktivitu získají prvky transmutací, vlivem řetězové reakce nebo působením urychlených částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem, například při ostřelování částicemi 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, hovoříme o umělé radioaktivitě.

Jev umělé radioaktivity lze demonstrovat na následujícím příkladu. Vložením radioaktivního izotopu polonia {}_{84}^{210}\mathrm{Po} 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 {}_{84}^{210}\mathrm{Po} je totiž přirozeně radioaktivní, přičemž při své přeměně vyzařuje α částice, které přeměňují hliník na izotop fosforu

{}_{13}^{27}\mathrm{Al} + {}_2^4\alpha \,\to\, {}_{15}^{30}\mathrm{P} + n,

kde n označuje neutron.

Izotop fosforu {}_{15}^{30}\mathrm{P} je však nestabilní s poločasem přeměny T\approx 135,5\,\mbox{s}. Prostřednictvím kladné beta přeměny přechází na stabilní křemík, tzn.

{}_{15}^{30}\mathrm{P}\,\to\, {}_{14}^{30}\mathrm{Si} + e^{+} + \nu,

kde e^{+} je vyzářený pozitron a \nu 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[editovat | editovat zdroj]

Relativní změna rozpadové konstanty radonu-222 v závislosti na fázi dne a datu měření.

Vlastnosti radioaktivní přeměny lze zkoumat pomocí statistických metod.

Předpokládejme, že za časový interval \mathrm{d}t dojde k přeměně \mathrm{d}n atomů radioaktivní látky. Počet přeměněných atomů \mathrm{d}n je úměrný počtu částic v daném časovém okamžiku, který označíme n. Tuto úměru lze vyjádřit vztahem

-\mathrm{d}n = \lambda n \mathrm{d}t,

kde \lambda je přeměnová konstanta, která charakterizuje předpokládanou rychlost přeměny radionuklidu. Znaménko - souvisí s tím, že s rostoucím časem dochází k poklesu okamžitého počtu částic. Tato konstanta je běžnými teplotami a poli neovlivněna. U jistých nuklidů se ale vyskytuje měřitelný vliv.[3]

Integrací předchozího vztahu můžeme počet částic v čase t vyjádřit jako

n = n_0\mathrm{e}^{-\lambda t},

kde n_0 představuje počet částic v čase t=0. 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 m. Předchozí vztah pak můžeme přepsat ve tvaru

m = m_0\mathrm{e}^{-\lambda t},

kde m_0 je počáteční hmotnost radioaktivního vzorku a m je jeho hmotnost v čase 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 jako poločas přeměny T. Počet částic po uplynutí této doby je n=\frac{n_0}{2}, čímž dostaneme pro poločas přeměny vztah

T = \frac{\ln{2}}{\lambda}\approx 0,693\cdot\lambda^{-1}

Střední doba života[editovat | editovat zdroj]

Další veličinou charakterizující radioaktivní přeměnu je střední doba života \tau, což je čas, po němž klesne původní počet atomových jader n_0 na hodnotu n=\frac{n_0}{\mathrm{e}}. Pro střední dobu života psát

\tau = \frac{1}{\lambda} = \frac{T}{\ln{2}}

Aktivita (radioaktivita)[editovat | editovat zdroj]

Rychlost radioaktivní přeměny charakterizuje aktivita (radioaktivita) A, která se definuje vztahem

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

Dosazením z předchozích vztahů dostaneme

A = \lambda n = \lambda n_0\mathrm{e}^{-\lambda t} = A_0\mathrm{e}^{-\lambda t},

kde A_0 označuje aktivitu v počátečním čase a A je aktivita v čase t. Aktivita, tedy rychlost rozpadu, klesá s časem.

Jednotkou aktivity je becquerel (Bq), popř. curie (Ci).

Druhy ionizujícího záření[editovat | editovat zdroj]

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

  • Záření β je proud specificky nabitých elektronů/pozitronů. 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.
  • 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. 1] pohltí 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 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.

Přeměnové řady[editovat | editovat zdroj]

Kvantová mechanika umožňuje pro každý izotop spočítat pravděpodobnost, že jádro se v daném časovém intervalu přemění. Pro větší množství látky z toho lze určit poločas přeměny, kterým charakterizujeme rychlost poločas přeměny. Udává, za jak dlouho se přemění právě polovina jader ve vzorku. U těžkých prvků jsou produkty rozpadu rovněž nestabilní a přeměňují se dále. Tento proces popisuje přeměnová řada.

Zajímavosti[editovat | editovat zdroj]

  • 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[editovat | editovat zdroj]

  1. 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[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Curie-Sklodowská Marie techmania.cz
  2. Radiouhlíkové datování: jak funguje nejrozšířenější datovací metoda [online]. Atom, 2012-11-19, [cit. 2015-02-19]. Dostupné online.  
  3. http://arxiv.org/pdf/1205.0205v1.pdf - Analysis of Gamma Radiation from a Radon Source: Indications of a Solar Influence

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

  • NuDat 2.0 – Databáze struktury jader a dat o radioaktivním rozpadu (anglicky)