Radioaktywność oraz izotopy radioaktywne

Plan pracy:

1. Radioaktywność.

2. Typy promieniowania.

3.Izotopy.

4.Izotopy radioaktywne.

1. Radioaktywność

Radioaktywność to umiejętność emitowania przez pierwiastki promieniotwórcze promieniowania jądrowego w czasie samoistnej przemiany jąder atomowych. W wyniku tego procesu powstają nowe jądra atomowe. Głównymi procesami wpływającymi na promieniotwórczość są: rozpad alfa, rozpad beta, wychwyt elektronów, spontaniczne rozszczepienie.

Intensywność promieniotwórczości opisujemy podając aktywność substancji (źródła promieniotwórczego). Zmianę czasową aktywności promieniotwórczej charakteryzuje, czas półrozpadu.

Piotr Curie oraz jego żona Maria zainteresowali się nowym zjawiskiem. Odkryli rad oraz polon. Rozpisali promieniotwórczość toru oraz uranu. Pierwiastki te należą do najbardziej popularnych oraz najważniejszych naturalnych pierwiastków radioaktywnych. M. Curie Skłodowska oraz P. Curie - stwierdzili brak wpływu różnorodnych czynników fizykochemicznych, takich jak: ciśnienie, stan skupienia, temperatura, pole elektromagnetyczne, na przebieg promieniotwórczości (dokładnie rzecz biorąc na prawo rozpadu).

Promieniotwórczość naturalną odkrył H. Becquerel, zaś promieniotwórczość sztuczna odkryła Irena oraz Fryderyk Joliot-Curie.

2. Typy promieniowania

Najprostsza odpowiedz, która się nasuwa, jest ta, że promieniowanie, to pewien sposób przekazywanie i wysyłania energii na pewna odległość.

Promieniowanie możemy podzielić na dwa rodzaje:

1. Promieniowanie niejonizujące

W skład promieniowania niejonizującego wchodzi promieniowanie: podczerwone, radiowe, mikrofalowe, światło widzialne.

2. Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące może powstać, gdy niestabilne jądro atomowe emituje nukleony i w procesie tym wydzielana jest energia. Takie właściwości posiadają izotopy o odpowiedniej ilości neutronów w jądrze atomowym. Wszystkie te pierwiastki są zdolne ulec takiemu rozpadowi. Ilość neutronów w jądrze atomowym musi być większa od ilości protonów. Tylko w takim wypadku są możliwe silne oddziaływania jądrowe, po to, aby niemożliwe było oderwanie się nuklidu. W przypadku, gdy ilość neutronów jest inna, to atom zmuszony jest do wyemitowania niepotrzebnych cząstek i energii. Taki proces nazywamy promieniowaniem jonizującym.

Podział promieniowania jonizującego:

1. Promieniowanie alfa

Promieniowanie alfa to emitowane jądra atomu helu, które składają się z dwóch neutronów oraz dwóch protonów. Promieniowanie alfa może powstać w wyniku rozpadu tylko ciężkich jąder.

2. Promieniowanie beta

Promieniowanie beta tworzą elektrony ( pozytony lub negatony) powstałe w wyniku rozpadu jądra atomowego. W reakcji, w której neutron ulega przemianie w proton emitowany jest elektron, a przemianę nazywamy beta minus. Liczba atomowa nowego jądra zwiększa się o jeden, w stosunku do liczby atomowej macierzystego jądra.

Jeżeli w jądrze mamy do czynienia z powstaniem nautronu z protonu, to reakcji towarzyszy emisja pozytonu, a przemiana ta to promieniowanie beta plus. Liczba atomowa nowego pierwiastka jest mniejsza od liczby atomowej macierzystego jądra.

Promieniowanie beta może zachodzić w sztucznych jądrach pierwiastków radioaktywnych, które powstają w licznych reakcjach jądrowych, ale także w środowisku naturalnym z izotopu sodu (liczba masowa 22).

3. Promieniowanie gamma, UV, X

Promieniowania te nie powodują rozpadu jądra, tylko wywołują emitowanie promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowania te charakteryzują się znaczną energią. Mogą temu towarzyszyć emisje cząstek alfa oraz beta.

3.Izotopy

Izotopy to jądra atomowe pierwiastka, które różnią się tylko masą atomową. Maja taką samą ilość protonów, ale liczba neutronów jest inna (np. ¹²C i ¹⁴C). Występują zarówno trwałe izotopy jak i radioaktywne (radioizotopy). Różne izotopy określonego pierwiastka mogą różnić się ilością neutronów N i masą A. Izotopów odkrył w roku 1913 J.J. Thomson. W środowisku naturalnym większość pierwiastków występuje jako mieszanka wielu izotopów, ale proporcje są pomiędzy nimi stałe. Udział procentowy izotopu to względna częstość występowania izotopu (abundancja).

Własności chemiczne oraz fizyczne izotopów tego samego pierwiastka są identyczne, istnieją jednakże fizyczne metody, dzięki którym możliwe staje się rozdzielanie izotopów. Są to następujące metody: spektrometria masowa, kilkukrotna dyfuzja przez materiał porowaty Izotopy są stosowane w badaniach, w produkcji innych izotopów promieniotwórczych (radiofarmaceutyki), w otrzymywaniu materiałów rozszczepialnych.

4.Izotopy radioaktywne

Obok 272 stabilnych izotopów znanych jest około 2000 izotopów radioaktywnych (radioizotopów), charakteryzujących się różnym czasem oraz rodzajem połowicznego rozpadu. Część z nich możemy spotkać w środowisku naturalnym. Przeważająca część jednak jest otrzymywana sztucznie w reakcjach jądrowych. Izotopy radioaktywne są na szeroką skalę stosowane. Pierwiastki radioaktywne mogą być stosowane do produkcji bomby atomowej. Dotychczas stosowane bomby wykorzystywały reakcję rozpadu jądra uranu o liczbie masowej 233, ewentualnie plutonu o liczbie masowej 239. Są wykorzystywane w: medycynie, technice, biologii, chemii oraz fizyce. Znalazły także zastosowanie w wykrywaniu wadliwych materiałów, pomiarach grubości, archeologii (datowanie izotopowe), metodzie wskaźników izotopowych. Izotopy promieniotwórcze są stosowane także jako źródło promieniotwórcze, w celu modyfikacji cech naświetlanych przedmiotów, sterylizacji, wywoływania mutacji, wywoływania zmian w budowie polimerów. Izotopy promieniotwórcze mogą być wykorzystywane w dziedzinie medycyny nuklearnej. W celu zapoznania się z działaniem leku, problemami w funkcjonowaniu serca, pracą mózgu, przerzutami nowotworowymi, promieniowanie jest w stanie zniszczyć chore komórki i w konsekwencji zlikwidować nowotwór. Jest to jedno z najważniejszych zastosowań zastosowania izotopów radioaktywnych.