Radioaktivita

• objevil Antoine Henri Becquerel (1896)
  • jáchymovský smolinec položil na fotografickou desku, na které ještě k tomu ležel klíč, poté co desku exponoval a vyvolal, kromě fotografovaného objektu se na fotografii objevil i onen klíč
• jedná se o schopnost některých prvků vysílat neviditelné záření
• jádro se může změnit v jiné, nebo ztratit část energie
• izotop jednoho prvku se mění v izotop jiného prvku
• v přírodě existují stabilní nuklidy a radionuklidy
• radionuklidy se přeměňují na jiná jádra, důsledkem je:
  • přirozená radioaktivita provázená radioaktivním pozadím
    • existuje na každém místě Země, životu není nebezpečné
      • nesmí však být překročena koncentrace radioaktivních prvků (např. radon v místnostech, uranové doly, atd.)
• existuje možnost, že i některé nuklidy považované za stabilní jsou velmi slabě radioaktivní

Radioaktivní záření:

Alfa:

• z způvodního mateřského jádra při přeměně vyletí částice alfa - jedná se o jádro hélia čtyři (He 4)
  • tím původní jádro přijde o 2 protony a 2 neutrony
    • z původního jádra prvku vznikne jádro prvku nového (o 2 místa níže v periodické soustavě a jádro hélia)
    • nové jádro má tedy o 4 nukleony méně (2p + 2n)
• ochrana proti záření:
  • pohlcuje ho např. list papíru
  • svrchní částí pokožky
  • cca 90 cm vzduchu
• alfa zářič může být nebezpečný při vdechnutí nebo požití - pak působí přímo na sliznice vnitřních orgánů (žaludek, střeva, plíce (radon))
• je silně ionizační - jeden ze zdrojů pro přítomnost iontů ve vzduchu
• příklady přeměny:
  • Radium:
    
  • Uran:
    

Beta:

• z mateřského jádra se uvolňují rychle letící elektrony nebo pozitrony (stejná částice jako elektron, ale s opačným nábojem, má náboj kladný)
• proto mluvíme o β^– (vyletí-li elektron) a β⁺ radioaktivitě (vyletí-li pozitron)
• pohlcuje ho např. tenký hliníkový plech
• příklady:
  • tritium:
    
  • volný neutron:
    
• při vyzáření β^- vzroste protonové číslo o 1 a nukleonové se nezmění
  • neutron se přemění v proton a elektron, který vyletí z atomu
  • nuklid se posune v periodické tabulce o 1 místo výše
• při vyzáření β⁺ klesne protonové číslo o 1 a nukleonové se nezmění
  • proton se změní na neutron a vyzáří pozitron, který vyletí z atomu
  • nuklid se posune v periodické tabulce o 1 místo níže

Gama:

• je elektromagnetické záření o vlnových délkách 300 pm a kratších
• je nejpronikavější
• doprovází záření α i β
• vzniká "uspořádáním" protonů a neutronů v novém jádře (excitovaného jádra) po rozpadu α a β, kdy jádro snižuje energii, kterou vyzařuje
• pohlcuje ho velmi silná vrstva materiálu z těžkých jader (olovo)
• silně ionizuje

Neutronové záření:

• uměle vyvolané záření při jaderných reakcích v reaktorech nebo při explozi
• proud rychle letících neutronů
• velmi pronikavé
• reaguje pouze s atomovými jádry
• srážky s těžkými jádry jsou velmi pružné (neutron se chová jako pinpongový míček při nárazu do stolu - odskočí stejnou rychlostí od stolu)
• srážkami s lehčími jádry jim předává část své kinetické energie a tím se zpomaluje (pinpongový míček, který narazí např. do písku)
• zpomalují se tím více, čím je hmotnost jader bližší hmotnosti neutronu
• odstiňuje se materiály obsahujícím vodík, vodu, parafín, beton
• olovem bez problémů projde!!!

Poločas rozpadu (přeměny) je charakteristická doba (pro každý nuklid jiná), za kterou se z původního množství jader polovina jader přemění na jádra nová.

• od objevu radioaktivity uranu vědci objevili v přírodě cca 50 přirozených radionuklidů - nejdůležitější - viz tabulka:
  • některá jádra se přeměňují pouze alfa přeměnou, některá pouze beta přeměnou a pak existují i jádra, která se přeměňují jak alfa, tak beta přeměnou

• poločasy rozpadů jsou u jednotlivých radionuklidů velmi rozdílné (od zlomeku sekundy po miliardy let)
  • proto v přírodě existují:
    • ty, které mají poločas rozpadu miliardy let a jsou tu od vzniku hvězd (Sluneční soustavy)
    • ty které stále vznikají rozpadem těžších jader
• z tabulky je vidět, že dlouhodobě existují - U 238, U 235, Th 232 a K 40
• stále vlivem slunečního záření v atmosféře vzniká C 14 a H 3
• právě U 238, U 235, Th 232 jsou výchozí nuklidy přírodních přeměnových řad (umělé prvky mají své řady, např. Np 237
  • viz tabulky:

U 238:

U 235:

Th 232:

Pozn.: kdybychom získali hroudu zcela čistého nuklidu U238 s poločasem rozpadu 4,5 mld let, budeme mít i po velmi krátké době v celém objemu všechny prvky podle tabulky až po stabilní Pb206. Je to dáno tím, že každý radionuklid v řadě má jiný poločas rozpadu a jakmile se rozpadne první jádro U238, může se zase hned rozpadnout v Th234 atd. Uvědomme si, že i v malé kuličce jsou kvadriliony (číslo s 24 nulami) a více atomů a každou sekundou se miliony, či spíše miliardy a více atomů mění, jinak by to Uran ani za těch 4,5 mld let nestihl přeměnit polovinu jader.