Promieniotwórczość

Promieniotwórczość - co to takiego?

Promieniotwórczość pierwotnie zwana radioaktywnością. Wiążemy ją przede wszystkim z Polką - odkrywczynią tego zjawiska - Marią Curie-Skłodowską. Małżonkowie Curie dostali nagrodę Nobla za odkrycie radu. Pierwiastka od którego zaczęto ponownie uzupełniać układ okresowy, który dał chemii nowy dział.

Promieniotwórczość - to zjawisko samorzutnego rozpadu jąder połączone z emisją cząstek alfa, cząstek beta, promieniowania gamma.

Na przemianę jądra nie maja wpływu czynniki zewnętrzne takie jak: temperatura, pole magnetyczne czy skupienie materiału promieniotwórczego.

Zjawisko promieniotwórczości odkrył francuski fizyk Becquerel w 1896 roku. Dokładniejszym zbadaniem tego zjawiska zajęli się Maria Curie-Skłodowska i Piotr Curie. Odkryli oni promieniotwórczość uranu i toru oraz pierwiastki polon i rad. Pierwiastki przez nich odkryte i zbadane należą do najważniejszych naturalnych pierwiastków promieniotwórczych. Małżonkowie Curie zostali nagrodzeni za odkrycie radu nagrodę Nobla w 1898 roku.

Angielscy fizycy Rutherfod i Soddy ustalili, że promieniowanie zachodzi, kiedy jądro atomowe jest nietrwałe, niestabilne w skutek czego nieuchronnie musi ulegać ciągłemu rozpadowi. Emitując cząstki alfa (jądra atomów helu) i cząstki beta (elektrony) przekształcają się one tym samym w jądra atomów nowych, lżejszych pierwiastków. Po jednym lub kilku następujących po sobie aktach rozpadu przechodzą w jądra trwałe. Na przykład, w wyniku emisji cząstki alfa (hel-4) i utracenia przez to dwóch ładunków dodatnich i czterech jednostek masy rad-226 (radon-226)przekształca się w nowy pierwiastek - gazowy radon-222(radon-222). W efekcie powstają więc atomy już dwóch nowych pierwiastków - radonu i helu. Jednakże proces rozpadu pierwotnego pierwiastka promieniotwórczego na tym się nie kończy. Nowo powstały radon-222 jest także nietrwały i po wyeliminowaniu cząstki alfa przekształca się z kolei w nowy, również nietrwały pierwiastek promieniotwórczy - rad A, to znaczy - polon-218(polon-218). Ten proces powstawania i rozpadu wszystkich następnych pokoleń pierwiastków promieniotwórczych ustaje dopiero wówczas, gdy cała początkowa ilość radu przekształci się w ostatecznym efekcie w zwykły ołów, a dokładniej - w jeden z jego izotopów, a mianowicie - w ołów-206 (ołów-206).


Promieniotwórczość możemy podzielić na promieniotwórczość naturalną (towarzysząca przemianom jądrowym izotopów występujących w przyrodzie) i promieniotwórczość sztuczną (zachodzącą w jądrach atomów otrzymywanych sztucznie - poprzez bombardowanie jąder trwałych pierwiastków cząstkami alfa oraz beta).

Promieniotwórczość sztuczna - promieniotwórczość trwałych pierwiastków chemicznych wywołana w sposób sztuczny przez napromieniowanie ich neutronami w reaktorze jądrowym lub przez "zbombardowanie" ich ciężkimi cząstkami, takimi jak na przykład protony, cząstki alfa i inne.

Ze względu na ogromną różnorodność właściwości (rodzaj promieniowania, energia promieniowania, czas życia, masa emitowanych cząstek i inne) substancje promieniotwórcze otrzymywane sztucznie znajdują znacznie szersze zastosowanie niż naturalne substancje promieniotwórcze. W związku z odkryciem promieniotwórczości sztucznej możliwa okazała się realizacja marzeń średniowiecznych alchemików o przemianie jednych pierwiastków chemicznych w inne, a dokładniej - w złoto.

W ślad za tym odkryciem uczeni w różnych krajach zaczęli poddawać bombardowaniu cząstkami jądrowymi formalnie wszystkie pierwiastki chemiczne układu okresowego. Okazało się przy tym, że prawie wszystkie pierwiastki mogą tworzyć nowe sztuczne izotopy promieniotwórcze. W stosunkowo krótkim okresie czasu liczba takich sztucznych źródeł promieniowania doszła do tysiąca i z każdym rokiem wciąż wzrasta.

Promieniotwórczość protonowa
Do niedawna w nauce znano następujące podstawowe rodzaje rozpadu promieniotwórczego jąder atomowych. Trzy z nich: emisja cząstek alfa (jąder atomów helu), cząstek beta (elektronów) i promieniowania gamma - były znane jeszcze w czasach Marii i Piotra Curie. Jeszcze jeden rodzaj rozpadu - samorzutne (spontaniczne) rozczepienie jąder atomów uranu z emisją neutronów, elektronów i kwantów gamma - odkryli uczeni radzieccy Flerow i Pietrzak w 1940 roku. Następnie odkryto emisję neutronów przez produkty rozczepienia jąder uranu (emisja neutronów opóźnionych) w krótkim czasie już po zajściu rozczepienia.
Swego czasu na podstawie badań teoretycznych przewidziano istnienie jeszcze jednego rodzaju rozpadu. Polegać on miał na tym, że jądro wzbudzonego atomu, to znaczy - jądro atomu, które pochłonęło dostarczaną mu skądś z zewnątrz pewną ilość energii, miało emitować proton - dodatnio naładowaną cząstkę elementarną. Ta tak zwana promieniotwórczość protonowa została odkryta przez uczonych radzieckich w 1962 roku. Istnieje jeszcze kilka innych rodzajów rozpadu: wychwyt K, przemiany izomeryczne, rozpad pozytonowi, emisja opóźnionych protonów i inne.

Promieniotwórcze rodziny
Łańcuch pierwiastków, które samorzutnie powstają jeden z drugiego w wyniku rozpadu promieniotwórczego, nazywa się rodzina promieniotwórczą. Istnieją cztery takie rodziny. Obejmują one wszystkie znane naturalne pierwiastki promieniotwórcze.

"Założycielem rodu" pierwszej rodziny jest uran-238, którego łańcuch kończy się na izotopie zwykłego ołowiu-206.
Drugą rodzinę zaczyna tor-232, który w ostatecznym efekcie przekształca się w izotop ołowiu - 208.
Trzeci łańcuch - aktynu-235 (aktyno-uranu-235) - kończy się na ołowiu - 207.
Czwartą rodzinę promieniotwórczą zapoczątkowuje sztucznie otrzymany pierwiastek "za-uranowy" (inaczej - transuranowy), a mianowicie pluton-241, który przekształca się w uran-235 dając w ten sposób początek drugiej rodzinie uranu, kończącej się na trwałym talu-205.