Podstawy fizyki jÄ drowej dla inŜynierów

Rozdział 3. Reakcje jądrowe i rodziny promieniotwórcze 21
3.3. Rozpady promieniotwórcze
Rozpadem promieniotwórczym nazywamy zjawisko przemian zachodzących w jądrze,
w wyniku których następuje emitowanie cząstek na zewnątrz jądra. Okazuje się, Ŝe jądra
niektórych izotopów zarówno naturalnych, jak i otrzymanych sztucznie mogą spontanicznie
przekształcać się w inne jądra. Emitują one wówczas cząstki α , które są jądrami helu,
cząstki β , które są elektronami pochodzenia jądrowego, promieniowanie γ , które jest
promieniowaniem elektromagnetycznym, lub teŜ mogą ulec spontanicznemu podziałowi na
dwie części o zbliŜonych masach. Takie przemiany jąder w inne jądra nazywamy rozpadami
promieniotwórczymi. KaŜde jądro, które zmienia swoją strukturę wysyłając promieniowanie
γ lub cząstki jądrowe, takie jak α i β , zwane jest jądrem promieniotwórczym.
W przyrodzie istnieją 272 stabilne jądra, tzn. nie ulegające rozpadowi promieniotwórczemu;
wszystkie inne są promieniotwórcze i nazywamy je radioizotopami.
Reguły przesunięć Soddy’ego i Fajansa:
1) Rozpad α. Wysyłając cząstkę α jądro macierzyste M traci dwa protony i dwa neutrony.
W wyniku tej przemiany powstaje jądro pochodne P, które w porównaniu z jądrem
macierzystym ma liczbę atomową mniejszą o dwie, a liczbę masową mniejszą o cztery
jednostki
A
Z
M A 4
+ 4
α
→ − P Z −2 2
2) Rozpad β – −
. W przemianie β (beta minus) w jądrze macierzystym następuje przemiana
−
neutronu w proton z jednoczesną emisją elektronu. W wyniku przemiany β powstaje jądro
pochodne, które ma liczbę atomową Z większą o jednostkę w porównaniu z jądrem emiterem
(macierzystym), a liczba masowa nie ulega zmianie:
A 0
Z
M→ −1
Z + 1
A
β + P +ν
gdzie ν oznacza antyneutrino. Jądro emiter i jądro pochodne są jądrami izobarycznymi.
3) Rozpad β + +
. W rozpadzie β (beta plus) w jądrze macierzystym następuje przemiana
protonu w neutron i cząstkę o masie równej masie elektronu i ładunku dodatnim o wartości
bezwzględnej równej ładunkowi elektronu. Taka cząstka nazywana jest pozytonem lub
pozytronem. W wyniku tej przemiany powstaje jądro pochodne, które ma liczbę atomową Z
mniejszą o jednostkę w porównaniu z jądrem emiterem, a liczba masowa nie zmienia się:
A
Z
0 A
M→+ 1β +
Z −1P
+ν
gdzie ν oznacza neutrino. Jądro macierzyste i pochodne są izobarami.
4) Wychwyt K. Jądro macierzyste wychwytuje swój własny elektron powłokowy,
najczęściej z powłoki K, rzadziej z L. W wyniku wychwytu K powstaje nowe jądro, które ma
liczbę atomową mniejszą o jeden, a liczba masowa nie zmienia się:
0 A
M+ −1
→Z
−1P
+ν
A
Z
e
Wychwyt K i rozpad β są równowaŜne pod względem skutków przemiany jądrowej. Symbol
e oznacza elektron powłokowy. Elektrony pochodzenia jądrowego przyjęto oznaczać
symbolem β , a elektrony powłokowe i swobodne symbolem e.
5) Przemiana γ. Jądro macierzyste emituje foton (kwant promieniowania
elektromagnetycznego). Podczas tej reakcji ani liczba atomowa, ani masowa nie zmieniają
się. Przemiana γ zachodzi wtedy, gdy jądro macierzyste ze stanu wzbudzonego emituje