Rozpad radioaktywny

Krzesło Kimo wygląda na chybotliwe i niestabilne! No i się złamało! Wszystko w porządku, Kimo? Niestabilne przedmioty prędzej czy później się rozpadają. Ale czy wiesz, że niestabilne atomy też mogą się rozpaść?

Spójrzmy na ten atom węgla. W samym środku znajduje się jądro, składające się z sześciu protonów i sześciu neutronów. Siły jądrowe, wiążące ze sobą protony i neutrony, równoważą się wzajemnie, więc jądro atomu pozostaje niezmienione. To jest stabilne jądro. Stabilne jądro atomowe jest jak solidne krzesło — nie rozpadnie się ot tak!

Lecz spójrzmy teraz na ten atom: ma sześć protonów, więc także jest to atom węgla! Jednak zamiast sześciu, ma w jądrze osiem neutronów — czyli razem czternaście cząstek. To jest odmienna postać atomu — izotop węgla, zwany węglem-14. Zwiększona liczba neutronów zakłóca równowagę sił wewnątrz jądra atomu — takie jądro atomowe jest niestabilne. Aby powrócić do stanu równowagi, atom musi pozbyć się nadmiaru energii — co powoduje, że atom rozpada się samorzutnie.

Jądro niestabilnego atomu macierzystego zmienia się, tworząc nowy atom potomny. Ten samorzutny rozpad jądra atomowego nazywamy rozpadem promieniotwórczym. Najczęściej rozpad promieniotwórczy zachodzi na jeden z trzech sposobów. Pierwszy rodzaj rozpadu zwykle występuje w atomach ciężkich pierwiastków, które mają wiele protonów i neutronów. W tym przypadku, atom macierzysty uwalnia cząstkę złożoną z dwóch protonów i dwóch neutronów — cząstkę alfa.

Powstały atom potomny ma o dwa protony mniej i o dwa neutrony mniej niż atom macierzysty. To atom zupełnie innego pierwiastka! Na przykład, gdy atom uranu ulega takiemu rozpadowi, uwalnia cząstkę alfa i zamienia się w atom toru, który ma o dwa protony mniej! Ten rodzaj rozpadu promieniotwórczego nazywa się rozpadem alfa. Inny rodzaj rozpadu promieniotwórczego zachodzi w atomach, które mają zbyt wiele lub za mało neutronów w porównaniu z protonami.

W takim przypadku jeden z neutronów atomu może nagle zmienić się w proton, albo proton może zmienić się w neutron. Jednocześnie, atom macierzysty emituje dodatnio lub ujemnie naładowaną cząstkę beta. Liczba protonów w jądrze się zmienia, więc atom potomny jest również atomem innego pierwiastka! Węgiel-14, o którym mówiliśmy wcześniej jest przykładem izotopu, który ulega tego typu rozpadowi. Kiedy atom węgla-14 ulega rozpadowi, jeden z jego neutronów zamienia się w proton, a jądro uwalnia cząstkę beta w postaci elektronu.

Atom potomny ma siedem protonów zamiast sześciu — to atom azotu! Ten rodzaj rozpadu promieniotwórczego nazywa się rozpadem beta. Trzeci rodzaj rozpadu zwykle występuje tuż po rozpadzie alfa lub beta, gdy w jądrze wciąż pozostaje nadmiar energii. Aby osiągnąć stabilność, atom emituje skoncentrowaną dawkę energii zwaną promieniowaniem gamma. Atom potomny jest tym samym pierwiastkiem co atom macierzysty, ma jednak mniej energii w jądrze.

To jest rozpad gamma. Czasami, nawet po rozpadzie gamma, atom potomny jest nadal niestabilny. W takim przypadku, rozpad promieniotwórczy będzie kontynuowany. Radioaktywny atom potomny rozpada się i produkuje nowy atom potomny. Trwa to, dopóki powstałe jądro nie okaże się stabilne.

Taki ciąg rozpadu promieniotwórczego nazywa się łańcuchem rozpadu lub szeregiem promieniotwórczym. Szczęśliwie dla Kimo, krzesło nie jest promieniotwórcze i może się rozpaść tylko raz. Nie ma obaw, że Kimo znów z niego spadnie!