ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ
ΔΙΑΣΠΑΣΕΙΣ
ΔΙΑΣΠΑΣΗ Α
Κατά την διάσπαση α, ο βαρύς πυρήνας διασπάται αυθόρμητα, χωρίς την ύπαρξη κάποιου προφανές αιτίου.
Κατά την διάσπαση αυτή λοιπόν προκύπτει ένα σωμάτιο α το οποίο είναι το ήλιο 4 He, και ένας θυγατρικός πυρήνας του οποίου ο ατομικός αριθμός είναι μειωμένος κατά 2 πρωτόνια ενώ ο μαζικός αριθμός είναι μειωμένος κατά 4 νουκλεόνια. Η διάσπαση α συμβολίζεται ως εξής:
2
Μητρικός πυρήνας
Θυγατρικός πυρήνας
Μαζικός Αριθμός -4
Ατομικός Αριθμός -2
Άτομο Ηλίου ( Σωμάτιο α)
Παράδειγμα διάσπασης
ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ Α:
1)Το άθροισμα των μαζικών αριθμών Α είναι το ίδιο και στα δυο σκέλη της εξίσωσης
2)Το άθροισμα των αριθμών Ζ πρέπει να είναι ίδιο και στα δυο σκέλη.
3)Η μάζα του μητρικού πυρήνα είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των μαζών θυγατρικού πυρήνα και σωματίου α . Έτσι εκλύεται ενέργεια , η οποία εμφανίζεται ως κινητική ενέργεια του θυγατρικού πυρήνα και του σωματίου α.
4)Εξαιτίας της αρχής διατήρησης της ενέργειας και της ορμής αποδεικνύεται ότι ο θυγατρικός πυρήνας έχει μικρή ταχύτητα , μικρή κινητική ενέργεια και σχεδόν όλη η εκλυόμενη ενέργεια γίνεται ενέργεια του σωματίου α .
Διάσπαση Β
Όταν ένας ραδιενεργός πυρήνας υπόκειται σε διάσπαση βήτα, ο θυγατρικός πυρήνας έχει τον ίδιο μαζικό αριθμό με τον μητρικό πυρήνα, αλλά ο ατομικός αριθμός του μητρικού αλλάζει κατά μια μονάδα η διάσπαση βήτα περιγράφεται συμβολικά ως
AZX Z+1AY+B-
AZX Z-1AY+B+
Η μάζα του μητρικού πυρήνα είναι μεγαλύτερη από τη μάζα του θυγατρικού μαζί με τη μάζα του ηλεκτρονίου ή του ποζιτρονίου και γι’ αυτό η διάσπαση β είναι εξώθερμη.
Επειδή ο ατομικός αριθμός δεν παραμένει ίδιος στα δύο μέλη της εξίσωσης, χωρίζουμε την διάσπαση β σε δυο κατηγορίες για να εξετάσουμε τι είναι το σωμάτιο β- και β+. Έτσι λοιπόν έχουμε την διάσπαση β- και την διάσπαση β+.
ΔΙΑΣΠΑΣΗ Β-
Ο ραδιενεργός πυρήνας του ατόμου κατά την διάσπαση β-, βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση και για να μειωθεί η ενέργεια των νουκλεονιων του και να γίνει πιο σταθερός, ένα νετρόνιο του πυρήνα διασπάται σε πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνιο.
Το ηλεκτρόνιο δεν προϋπάρχει στον πυρήνα, απλά ένα νετρόνιο του πυρήνα έχει πιθανότητα να διασπαστεί ανά πάσα χρονική στιγμή.(Η δημιουργία του ηλεκτρονίου εξασφαλίζει την αρχή διατήρησης του φορτίου!!!)
Γενικά χαρακτηριστικά:
1)Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αντίδραση εμφανίζεται ως κινητική ενεργεία τού ηλεκτρονίου και του αντινετρινίου.
2) Το ηλεκτρόνιο και το αντινέτρινιο έχουν ταχύτητες της του 99.9% του φωτός.
3)Το νετρίνο και το αντινετρίνο του ηλεκτρονίου αλληλεπιδρούν πολύ ασθενικά με την ύλη, γι’ αυτό και η ανίχνευσή τους είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Είναι πολύ πιθανό κατά τη δίοδο ενός νετρίνου ή ενός αντινετρίνου από τη Γη να μην υπάρξει καμία αλληλεπίδραση, σαν να μην υπήρχε καν η Γη.
Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε σε προσημείωση την διάσπαση β- του ραδιενεργού ισότοπου του άνθρακα 14 C
6
Στις παρακάτω εικόνες βλέπουμε τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της διάσπασης β-, καθώς και τον γενικό μαθηματικό τύπο της διάσπασης του νετρονίου.
ΝΕΤΡΙΝΙΟ-ΑΝΤΙΝΕΤΡΙΝΙΟ
Έχει παρατηρηθεί ότι κατά την διάσπαση β- πολλών ατόμων ενός ραδιενεργού στοιχειού, η ταχύτητα του ηλεκτρόνιου που εξέπεμπε κάθε άτομο ήταν διαφορετική πιο συγκεκριμένα μειωνόταν. Έτσι λοιπόν πρόεκυπτε η σοβαρή παραβίαση της αρχής διατήρησης της ενεργείας. Για αυτό τον λόγο ο Pauli το 1930 εφεύρε το σωμάτιο νέτρινιο το οποίο έχει
1) ελάχιστη μάζα (μικρότερη από αυτή του ηλεκτρόνιου),
2) ουδέτερο φορτίο και αντισταθμίζει την χαμένη κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου.
Η αρχή διατήρησης της ενέργειας ισχύει πάντα έτσι την χαμένη κινητική ενέργεια του ηλεκτρόνιου, την αντισταθμίζει η αύξηση της κινητικής ενέργειας του νετρίνιου.
Στο διάγραμμα παρακολουθούμε την μείωση της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων από άτομο σε άτομο του ιδίου στοιχείου!!!
ΔΙΑΣΠΑΣΗ Β+
Ο ραδιενεργός πυρήνας του ατόμου κατά την διάσπαση β+, βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση και για να μειωθεί η ενέργεια των νουκλεονιων του και να γίνει πιο σταθερός, ενα πρώτονιο του πυρήνα διασπάται σε ένα νετρόνιο, ενα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνιο.
Το ποζιτρόνιο δεν προϋπάρχει στον πυρήνα. Απλά, ένα πρωτόνιο στον πυρήνα έχει μια πιθανότητα να διασπαστεί, ανά πάσα χρονική στιγμή.
1)Η ενέργεια που προκύπτει κατά την διάσπαση του πρωτονίου μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του ποζιτρονίου και του αντινετρονίου.
2)Ο μαζικός αριθμός διατηρείται σταθερός ενώ αλλάζει ο ατομικός αριθμός μειώνεται κατά 1.
3)Η μάζα του μητρικού πυρήνα είναι μεγαλύτερη από τη μάζα του θυγατρικού μαζί με τη μάζα του ηλεκτρονίου ή του ποζιτρονίου και γι’ αυτό η διάσπαση β είναι εξώθερμη.
4) Η κινητική ενεργεία του ποζιτρονίου καλύπτει ένα συνεχές φάσμα από 0 μέχρι το Q της αντίδρασης. Για κάθε ενδιάμεση τιμή της κινητικής ενέργειας του ποζιτρονίου, το υπόλοιπο ποσό της κινητικής ενεργείας μέχρι το Q της αντίδρασης την παίρνει το αντινετρινιο.
Εδώ παρακολουθούμε τι συμβαίνει κατά την διάσπαση β+ στο άτομο του οξυγόνου, το όποιο μετατρέπεται σε άζωτο!!!
ΔΙΑΣΠΑΣΗ Γ
Πολύ συχνά ένας ραδιενεργός πυρήνας που έχει διασπαστεί, παραμένει σε διεγερμένη κατάσταση. Συνήθως τότε, ο πυρήνας αποδιέγειρεται και με μια νέα διάσπαση, εκπέμποντάς ένα φωτόνιο, μεταβαίνει στη θεμελιώδη ίσως κατάσταση του. Τα φωτόνια τα οποία εκπέμπονται κατά την διεργασία αυτή της απόδιεργέσεις του πυρήνα ονομάζονται ακτίνες γ.
Ο διεγερμένος πυρήνας, είναι όπως το διεγερμένο άτομο. Τα νουκλεονια του βρίσκονται σε στάθμες υψηλής ενεργείας και για να μεταβούν σε χαμηλότερες στάθμες και να μεταβεί ο πυρήνας στην θεμελιώδη του κατάσταση εκπέμπουν φωτόνια υψηλής ενέργειας!!!
Κατά την διάσπαση γ, η σύσταση του πυρήνα δεν αλλάζει οπότε έχουμε το ίδιο στοιχείο. Με αποτέλεσμα να μην γίνεται ΜΕΤΑΣΤΟΙΧΕΙΩΣΗ (δεν αλλάζει ούτε ο ατομικός ούτε ο μαζικός αριθμός του ατόμου).
Γενικά χαρακτηριστικά
1)Η διάσπαση γ προκύπτει πολλές φορές μετά από μια διάσπαση α ή β κατά την οποία ο θυγατρικός πυρήνας προκύπτει σε διεγερμένη κατάσταση.
2)Λόγω των ενεργειακών διαφορών ανάμεσα στις στάθμες του πυρήνα, οι ακτίνες γ έχουν πολύ υψηλότερες ενέργειες από τις ενέργειες των φωτονίων του ορατού φωτός και γενικότερα των ατομικών φαινομένων.
3) Οι ακτίνες Γ έχουν τα μικρότερα μήκη κύματος και την πιο μεγάλη ενέργεια.
4)Είναι εξαιρετικά επικίνδυνες για τον άνθρωπο.
5)Αποτελούν αυτό που αποκαλούμε Ραδιενέργεια.
6)Εκπέμπονται από ραδιενεργά στοιχεία και κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις.
Η πρώτη αντίδραση είναι διάσπαση α. Και παρατηρούμε μετά την διάσπαση α ο ΘΥΓΑΤΡΙΚΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση και εκπέμποντάς ακτίνες γ αποδιέγειρεται στην θεμελιώδη του κατάσταση.
Τα νούκλέονια υπάρχουν στον πυρήνα σε εξωτερική στοιβάδα του, δεν προσλαμβάνονται ως ελεύθερα. Έτσι δεν αλλάζει ούτε ο μαζικός αριθμός ούτε ο ατομικός αριθμός του πυρήνα!!!
