Radioaktivt sönderfall

Kims stol verkar ganska vinglig och instabil! Och nu gick den sönder! Hur gick det, Kim? Instabila föremål går oundvikligen sönder förr eller senare. Men visste du att instabila atomer också kan falla sönder?

Ta den här kolatomen. I mitten har den en kärna som består av sex protoner och sex neutroner. Kärnkrafterna som håller ihop protonerna och neutronerna är välbalanserade, så atomens kärna förblir oförändrad. Det är en stabil kärna. En stabil kärna är som en mycket robust stol – den går inte plötsligt sönder!

Titta nu på den här atomen: den har sex protoner, så det är också en kolatom! Men i stället för sex, finns det åtta neutroner i kärnan – alltså fjorton partiklar allt som allt. Det här är en variant – en annan isotop – av kol, som kallas kol-14. Det ökade antalet neutroner orsakar en obalans i krafterna inuti kärnan – kärnan är instabil. För att uppnå ett balanserat, stabilt tillstånd måste atomen bli av med överflödig energi – så den bryts ner spontant.

Kärnan i den här instabila moderatomen förändras och producerar en ny dotteratom. Vi kallar den här spontana nedbrytningen av atomkärnan radioaktivt sönderfall. Vanligtvis sker radioaktivt sönderfall på ett av tre sätt. Den första typen av sönderfall förekommer vanligtvis i atomer hos tunga ämnen, som har många protoner och neutroner. I det här fallet avger moderatomen en partikel som består av två protoner och två neutroner – en alfapartikel.

Dotteratomen som blir resultatet har två protoner färre och två neutroner färre än moderatomen. Det är en atom av ett annat grundämne! Till exempel, när en uranatom genomgår den här typen av sönderfall, släpper den en alfapartikel och förvandlas till torium, som har två protoner mindre! Den här sortens radioaktivt sönderfall kallas alfasönderfall. En annan typ av radioaktivt sönderfall sker i atomer som har för många eller för få neutroner jämfört med protoner.

I det här fallet kan en av atomens neutroner plötsligt förändras till en proton, eller en proton kan förändras till en neutron. Samtidigt avger moderatomen en positivt eller negativt laddad betapartikel. Antalet protoner i kärnan ändras, så dotteratomen är återigen en atom av ett annat grundämne! Kol-14 som vi pratade om tidigare är ett exempel på en isotop som genomgår den här sortens sönderfall. När en kol-14-atom sönderfaller ändras en av dess neutroner till en proton och atomkärnan släpper ut en betapartikel i form av en elektron.

Dotteratomen har sju protoner istället för sex – det är en kväveatom! Den här sortens radioaktivt sönderfall kallas betasönderfall. Den tredje typen av sönderfall sker vanligtvis strax efter ett alfa- eller betasönderfall, när det finns överskott av energi kvar i atomkärnan. För att uppnå stabilitet släpper atomen ut ett koncentrerat energiknippe som kallas gammastråle. Dotteratomen är samma grundämne som moderatomen, men den har mindre energi i kärnan.

Det här är gammasönderfall. Ibland, även efter ett gammasönderfall, är en dotteratom fortfarande instabil. I så fall fortsätter det radioaktiva sönderfallet. Den radioaktiva dotteratomen sönderfaller och producerar en ny dotteratom. Det här fortsätter om och om igen tills kärnan slutligen är stabil.

Den här följden av radioaktiva sönderfall kallas en sönderfallskedja eller sönderfallsserie. Som tur är för Kim, är en stol inte radioaktiv – den kan bara gå sönder en gång, så Kim kommer inte fortsätta falla!