V tomhle videu se podíváme na radioaktivitu, radioaktivní rozpady a záření. Probereme, co radioaktivita vlastně je, podíváme se na různé typy radioaktivního záření a na atomové přeměny. Co to vlastně je ta radioaktivita? Radioaktivita je proces, při kterém dochází k samovolné přeměně atomu za současného uvolnění částice či záření o vysoké energii.
Důležitým faktorem, který rozhoduje o tom, zda bude nuklit stabilní nebo nestabilní, čili zda se může samovolně rozpadnout, je poměr protonů a neutronů v jádře. Počet protonů, neboli protonové číslo, značíme Z a počet neutronů značíme N. Pokud si těmito pojmy nejste jistí, doporučuji se podívat na video o složení atomů.
Odkaz bude dole v popisku. Pokud si napíšeme značku náhodného prvku, uvádíme u prvku vlevo dole protonové číslo a vlevo nahoře ke značce prvku píšeme nukleonové číslo, které udává počet nukleonů v jádře, tedy součet protonů a neutronů. U prvků, které mají méně než 20 protonů, jsou nejstabilnější ta jádra, která mají poměr protonů a neutronů jedna k jedné, tedy mají stejně protonů, jako neutronů. U prvků, které mají více protonů než 20, jsou stabilní i jádra, která mají třeba 1,5x tolik neutronů oproti protonů.
Můžeme si to nakreslit i do grafu, kde na osu X dáme počet protonů a na osu Y počet neutronů. Na této křivce jsou nuklidy, které mají stejný počet protonů jako neutronů. A na téhle křivce jsou nuklidy, které mají 1,5x tolik neutronů co protonů. Tuto závislost někdy označujeme jako řeku stability. A nuklidy, které z ní nevybočují a koupají se v řece, označujeme jako stabilní.
Radioaktivitu dělíme na přirozenou a umělou. Přirozená radioaktivita je vlastností nestabilních nuklidů, které se vyskytují v přírodě. Umělou radioaktivitou se rozumí samovolný rozpad uměle připravených nuklidů.
K přípravě takových látek potřebujeme speciální laboratoř, ve které jsou jádra ostrělována například neutrony nebo částicemi alfa, o kterých si hned za chvilku povíme víc. Už jsme si řekli, že radioaktivita je schopnost jader samovolně se rozpadat. Při rozpadu se uvolňují částice z jádra atomu a proudu takovýchto částic říkáme záření.
Prvním příkladem je alfa záření a alfa rozpad. Alfa rozpad je typický pro jádra těžkých kovů. Z jádra těžkého kovu je vymrštěna částice alfa.
Kladně nabitá částice helia, složená ze dvou protonů a dvou neutronů. Nukleonové číslo helia je tedy čtyři. Dva protony a dva neutrony.
Toto záření má velmi malý dosah. a zastaví ho papír nebo tenká hlínková folie. Ukážeme si alfa rozpad na příkladu. Napíšeme si sem náhodný prvek X s počtem protonů Z a počtem nukleonu A. Pokud se jádro rozpadne alfa rozpadem, uvolní se z ní částice alfa, takže kladně nabité helium.
A vznikne jiný náhodný prvek, Y, který už není tak náhodný, protože bude mít nukleonové číslo o čtyři nížší než prvek X A protonové číslo o dvě nižší než původní prvek x. Takže prvek y najdeme v tabulce o dvě místa vlevo oproti prvku x. Má o dva protony méně.
Příklad z praxe. Alfa rozpad rádia 88226. Víme, že se uvolňuje částice alfa, takže si napíšeme helium-24. A zbyde atom, který bude mít 222 nukleonů. 226 minus 4 je 222 a 86 protonů.
88 minus 2 je 86. Když se podíváme do tabulky, zjistíme, že prvek s 222 protony je radon. Takže si ho rovnou napíšeme. Beta rozpad je už trochu složitější. Známe totiž dva různé beta rozpady. Beta plus a beta mínus.
Beta plus záření je tvořeno proudem pozitronu a beta minus je tvořeno proudem elektronu. Oba dva tyto typy rozpadů, včetně už zmíněného alfa, jsou doprovázeny zářením gamma. Gamma záření je záření s vysokou energí, je podobné rengenovému a v lékařství se stejně jako rengenové používá.
Jen pro zajímavost, vrstva olova silná asi 1,3 cm. pohltí zhruba jen 50% kamazáření. Nejdřív se podíváme na beta-minus rozpad. Ten je typický pro jádra nuklidů, která vybočují z řeky stability počtem neutronů, například tritium. V tomto případě se neutron v jádře rozhodne, že toho má dost a prostě se rozpadne.
Rozpadne se na proton a elektron. Neutron není proton, takže dolů k protonovému číslu si napíšeme nulu Ale je to nukleon, takže nahoru píšeme jedničku. Proton je proton, takže jeho protonové číslo je jedna, ale je to zároveň i nukleon, takže jedničku píšeme i nahoru do nukleonového čísla. Elektron není nukleon, takže nahoře je v nula. A je to vlastně opak protonu.
Není to proton a je to dokonce jeho opak, takže dolů si napíšeme minus jedničku, což je vlastně náboj elektronu. Tohle je možná trošku zmatené, ale matematicky to vychází, když si sečteme horní čísla a spodní čísla, máme na obou stranách rovnice stejně. Takže neutron se rozpadne, proton zůstane v jádře a elektron utíká z jádra pryč, nemá tam co dělat. Vzniklé jádro má tedy o jeden neutron mén, ale o jeden proton víc, když se náš oblíbený prvek XAZ rozpadá beta mínus rozpadem na nuklit Y.
který bude mít stejný počet nukleonů. Jeden nukleon nahradíme druhý, ale získáme jeden proton navíc, takže protonové číslo se o jedna zvýší. No a samozřejmě je to beta minus rozpad, takže vzniká elektron. Nový prvek tedy najdeme v tabulce o jedno místo vpravo.
Má o jeden proton víc. Podíváme se na rozpad proaktínia 91,234. Víme, že se rozpadá beta minus rozpadem. Takže píšeme elektron. Druhá částice, která vznikne, bude mít stejně nukleonu a o jeden proton víc.
Takže, když se podíváme do tabulky, najdeme tam uran s 92 protony a spočítáme si, že bude mít 234 nukleonu. Tedy stejně jako původní proaktínium. Teď beta plus rozpad. Tady se naopak rozpadá proton na neutron a pozitron.
hladně nabitý elektron. Tento rozpad je typický pro jádra mimo řeku stability s velkým počtem protonů. Protonů je hodně, takže se jeden rozpade na neutron, který zůstává v jádře, a pozitron, který jádro opouští.
Někde venku se potká s neutronem a splinou spolu v jeden foton. Pro náš prvek X to znamená, že se z něj stane prvek Y se stejným počtem nukleonu. Opět vyměníme jeden nukleon zajímý, ale bude mít o jeden proton méně. No a samozřejmě píšeme pozitron. Pokud se beta plus rozpadem rozpadne například fosfor z 15 protony a 30 nukleony, tak se z jeho jádra uvolní pozitron a nově vzniklý prvek bude mít v jádře o jeden proton méně.
Prvek se 14 protony je křemík. Počet nukleonů zůstává stejný. Jenom jsme vyměnili jeden proton za neutron. Posledním typem radioaktivního rozpadu, kterým se budeme zabývat, je elektronový záchyt. Je opět typický pro jádra s vysokým počtem protonů.
Jejich přebytek může být vyřešen tak, že proton z jádra zachytí elektron z obalu a vznikne neutron. Je to vlastně reakce přímo opačná beta-minus rozpadu. Chudáka prvek X ještě naposled podrobíme elektronovému záchytu.
Proton si chytne elektron z obalu a přemění se na neutron. Vzniklý prvek Y má tedy o jeden proton míň, ale nukleonů má pořád stejně. V tabulce se ale posune o jedno m ísto doleva. Přišel o proton. Ha!
Tohle bylo docela vyčerpávající. Ale s radioaktivitou ještě není konec. Rozhodně si musíme ještě povědět o poločase rozpadu, přírodních rozpadových řadách a radiouhlíkové metodě, která nám slouží například k určování stáří fosílí. Ale to necháme na některé z příštích videí. Až bude hotové, tak najdete link dole v popisku.
Mezitím se s vámi loučím a jako vždy, pokud budete potřebovat pomoct, můžete mi napsat na e-mail nebo ještě lépe na Instagram. Tak zatím!