Радіоактивний розпад

Стілець Кім здається досить хитким і нестійким! Ось він і зламався! Все гаразд, Кім? Нестабільні об'єкти рано чи пізно ламаються. А чи знали ви, що нестабільні атоми теж можуть розпадатися? Візьмемо атом вуглецю. В його основі — ядро з шести протонів і шести нейтронів. Ядерні сили, що утримують протони й нейтрони разом, добре збалансовані, тому ядро атома не змінюється. Воно є стабільним. Стабільне ядро схоже на міцний стілець — просто так не розпадеться! Подивімося тепер на цей атом: в нього шість протонів: це також атом вуглецю! Але замість шести нейтронів в його ядрі їх вісім — загалом чотирнадцять частинок. Це варіація, ще один ізотоп вуглецю — «вуглець-14». Збільшена кількість нейтронів створює дисбаланс сил всередині ядра: воно стає нестабільним. Щоб досягти стабільного стану, атом має позбутися зайвої енергії, тож він спонтанно розпадається. Ядро нестабільного вихідного атома змінюється, утворюючи новий дочірній атом. Це називають спонтанним поділом, чи розпадом радіоактивного атомного ядра. Є три способи, у які найчастіше відбувається радіоактивний розпад. Перший тип розпаду зазвичай стається з атомами важких елементів, в яких багато протонів і нейтронів. В цьому випадку вихідний атом вивільняє частинку з двох протонів і двох нейтронів — так звану альфа-частинку. Отриманий дочірній атом має на два протони й два нейтрони менше за вихідний атом. Тепер це атом іншого елемента! Наприклад, коли атом урану зазнає такого типу розпаду, він вивільняє альфа-частинку і стає торієм, в якого на два протони менше! Такий вид поділу ядра називають альфа-розпадом. Ще один вид поділу ядра стається з атомами, де забагато чи замало нейтронів, порівняно з протонами. Один з нейтронів такого атома може раптово перетворитися на протон, або навпаки — протон на нейтрон. Водночас вихідний атом виділяє позитивно чи негативно заряджену бета-частинку. Кількість протонів у ядрі змінюється, тож елемент дочірнього атому знову змінюється на інший! Вуглець-14, який ми вже згадували, є прикладом ізотопу, що зазнає такого типу розпаду. Коли атом вуглецю-14 розпадається, один з його нейтронів стає протоном, а ядро вивільняє бета-частинку у вигляді електрона. Дочірній атом вже має сім протонів замість шести — він стає азотом! Цей тип поділу ядра називають бета-розпадом. Третій тип поділу зазвичай стається відразу після альфа- чи бета-розпаду, коли в ядрі залишається надлишок енергії. Для досягнення стабільності атом вивільняє концентрований сплеск енергії — гамма-промінь. Елемент дочірнього атому не змінюється, але в його ядрі менше енергії. Це гамма-розпад. Іноді навіть після гамма-розпаду дочірній атом все ще нестабільний. В такому разі радіоактивний розпад триватиме. Дочірній атом розпадатиметься, і виникатимуть нові дочірні атоми. Це триватиме, доки ядро остаточно не стане стабільним. Цю послідовність радіоактивних розпадів називають ланцюгом, чи серією розпаду. На щастя для Кім, стілець — не радіоактивний: він може зламатися лише один раз, щоб Кім більше не падала!