Decaimento radioativo - Radioactive decay


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Alfa deterioração é um tipo de decaimento radioactivo, em que um núcleo atómico emite uma partícula alfa , e assim transformadas (ou "decai") em um átomo com um número de massa diminuiu 4 e atómica número diminuiu 2.

Decaimento radioactivo (também conhecido como deterioração nuclear , radioactividade ou radiação nuclear ) é o processo pelo qual um instável núcleo atómico perde energia (em termos de massa na sua estrutura restante ) através da emissão de radiação , tal como uma partícula alfa , partícula beta com neutrino ou apenas uma neutrino no caso de captura de electrões , ou um raio gama ou electrões no caso de conversão interna . Um material que contenha tais núcleos instáveis é considerado radioactivos . Certos estados nucleares de vida curta altamente excitados pode decair por meio de emissão de nêutrons , ou, mais raramente, de emissão de prótons .

Decaimento radioactivo é um estocástico processo (ou seja, aleatório) ao nível de um único átomo. De acordo com a teoria quântica , é impossível prever quando um átomo em particular irá decair, independentemente de quanto tempo o átomo tem existido. No entanto, para um conjunto de átomos, taxa de decaimento esperado da recolha é caracterizado em termos das suas medidas constantes de decaimento ou semi-vidas . Esta é a base de datação radiométrica . As meias-vidas de átomos radioactivos não tem limite superior conhecido, abrangendo um intervalo de tempo de mais de 55 ordens de grandeza , a partir de quase instantânea para muito mais tempo do que a idade do universo .

Um núcleo radioactivo com zero de rotação pode não têm orientação definida, e, portanto, emite o total de ritmo de seus produtos de decaimento isotropicamente (todas as direcções e sem polarização). Se houver várias partículas produzidas durante um único decaimento, como em decaimento beta , a sua relativa distribuição angular, ou direcções de rotação pode não ser isotrópico. Produtos de decaimento a partir de um núcleo com rotação pode ser distribuído não-isotropicamente com respeito a esse sentido de rotação, seja por causa de uma influência externa, tal como um campo electromagnético , ou porque o núcleo foi produzido em um processo dinâmico que constrangida a direcção da sua rotação. Tal processo pai pode ser um decaimento anterior, ou uma reacção nuclear .

O núcleo em decomposição é chamado o pai radionuclídeo (ou radioisopo pai ), e o processo produz pelo menos um nuclido filha . Excepto para o decaimento gama ou conversão interna de um nuclear estado animado , o decaimento é uma transmutação resultando numa filha contendo um número diferente de protões ou neutrões (ou ambos). Quando o número de protões alterações, um átomo de um diferente elemento químico é criado.

Os primeiros processos de degradação a ser descobertos foram decaimento alfa, decaimento beta, e gama de decaimento. Alfa deterioração ocorre quando o núcleo expele uma partícula alfa (núcleo de hélio). Este é o processo mais comum de emissores de núcleos , mas núcleos altamente excitados pode ejectar núcleos individuais, ou no caso de deterioração do conjunto , núcleos leves específicos de outros elementos. O decaimento beta ocorre de duas formas: (i) de decaimento beta-menos, quando o núcleo emite um electrão e um antineutrino em um processo que altera um neutrão de um protão, ou (ii) de beta-plus deterioração, quando o núcleo emite um positrão e um neutrino em um processo que muda um próton para um nêutron. Núcleos ricos em nêutrons altamente excitados, formados como o produto de outros tipos de decaimento, ocasionalmente perder energia por meio de emissão de nêutrons, resultando em uma mudança de um isótopo a outro do mesmo elemento. O núcleo pode capturar um electrão em órbita, causando um protão de se converter em um neutrão num processo chamado de captura de electrões. Todos estes processos resultam em uma transmutação bem definido.

Por outro lado, existem processos de decaimento radioativo que não resultam em uma transmutação. A energia de um núcleo animado pode ser emitida na forma de um raio gama em um processo chamado de decaimento gama , ou que a energia pode ser perdido quando o núcleo interage com um electrão orbital causando a sua ejecção a partir do átomo de, num processo chamado de conversão interna .

Outro tipo de resultados de decaimento radioactivo em produtos que variam, aparecendo como dois ou mais "fragmentos" de núcleo original com uma série de possíveis massas. Este decaimento, chamado espontânea fissão , acontece quando um grande núcleo instável divide-se espontaneamente em duas (ou ocasionalmente, três) de núcleos filha menores, e geralmente leva à emissão de raios gama, neutrões ou outras partículas a partir de tais produtos.

Para um quadro sinóptico que mostra o número de nuclidos radioactivos e estáveis em cada categoria, ver radionuclídeo . Há 28 que ocorrem naturalmente na Terra elementos químicos que são radioactivos, que consistem de 33 radionuclídeos (5 elementos têm 2 radionuclídeos diferentes) que data antes do tempo de formação do sistema solar. Estes são conhecidos como 33 nuclidos primordiais . Exemplos bem conhecidos são urânio e tório , mas também estão incluídos os de ocorrência natural radioisopos de vida longa, tais como potássio-40 . Outros 50 ou mais radionuclídeos mais curtos duração, tais como a rádio e rádon , encontradas na Terra, são os produtos de cadeias de desintegração que começaram com os nuclidos primordiais, ou são o produto de curso cosmogénicos processos, tais como a produção de carbono-14 a partir de azoto-14 na atmosfera por raios cósmicos . Radionuclídeos também pode ser produzido artificialmente em aceleradores de partículas ou reactores nucleares , resultando em 650 de estes com meias-vidas de cerca de uma hora, e vários milhares mais com ainda mais curtas semi-vidas. [Veja aqui uma lista destes classificadas segundo a meia-vida.]

História da descoberta

Pierre e Marie Curie em seu laboratório Paris, antes de 1907

Radioatividade foi descoberta em 1896 pelo francês cientista Henri Becquerel , ao trabalhar com fosforescentes materiais. Estes materiais brilham no escuro após a exposição à luz, e ele suspeitava que o brilho produzido em tubos de raios catódicos por raios-X pode estar associado a fosforescência. Ele envolveu uma chapa fotográfica em papel preto e colocado vários fosforescentes sais nele. Todos os resultados foram negativos até que ele usou urânio sais. Os sais de urânio causou um escurecimento da placa apesar da placa ser embrulhado em papel preto. Estas radiações foi dado o nome de "Becquerel Raios".

Logo ficou claro que o enegrecimento da placa não tinha nada a ver com fosforescência, como o escurecimento também foi produzido por não fosforescentes sais de urânio e urânio metálico. Tornou-se evidente a partir destas experiências que não havia uma forma de radiação invisível que pode passar através do papel e foi fazendo com que a placa de reagir como se exposta à luz.

No início, parecia que o novo radiação foi semelhante aos raios-X, em seguida, recentemente descobertos. Mais pesquisas por Becquerel, Ernest Rutherford , Paul Villard , Pierre Curie , Marie Curie e outros mostraram que esta forma de radioatividade foi significativamente mais complicado. Rutherford foi o primeiro a perceber que todos os tais elementos de decaimento, de acordo com a mesma fórmula matemática exponencial. Rutherford e seu aluno Frederick Soddy foram os primeiros a perceber que muitos processos de degradação resultou na transmutação de um elemento para outro. Subsequentemente, a lei de deslocamento radioactivos de Fajans e Soddy foi formulada para descrever os produtos de alfa e decaimento beta .

Os primeiros pesquisadores também descobriram que muitos outros elementos químicos , além de urânio, têm isótopos radioativos . A procura sistemática de radioactividade total em minérios de urânio também orientou Pierre e Marie Curie para isolar dois novos elementos: o polônio e rádio . Excepto para a radioactividade de rádio, a semelhança química de rádio para bário feitos estes dois elementos difíceis de distinguir.

Estudo da radioatividade de Marie e Pierre Curie é um fator importante na ciência e na medicina. Depois de sua pesquisa sobre os raios de Becquerel os levou à descoberta de ambos rádio e polônio, que cunhou o termo "radioatividade". Sua pesquisa sobre os raios penetrantes em urânio e a descoberta do rádio lançou uma era de utilizar o rádio para o tratamento de câncer. Sua exploração do rádio pode ser visto como o primeiro uso pacífico da energia nuclear eo início da moderna medicina nuclear .

perigos de saúde primeiros

Tomando uma imagem de raios-X com início tubo Crookes aparelho em 1896. O tubo Crookes é visível no centro. O homem de pé está vendo sua mão com um fluoroscope tela; esta foi uma forma comum de configurar o tubo. Não há precauções contra a exposição à radiação estão sendo tomadas; seus perigos não eram conhecidos na época.

Os perigos de radiação ionizante devido à radioactividade e os raios-X não foram imediatamente reconhecida.

raios X

A descoberta de raios-x por Wilhelm Röntgen em 1895 levou a experimentação difundida pelos cientistas, médicos, e os inventores. Muitas pessoas começaram a contar histórias de queimaduras, perda de cabelo e pior em revistas técnicas, já em 1896. Em fevereiro daquele ano, Professor Daniel e Dr. Dudley da Universidade Vanderbilt realizado um experimento envolvendo cabeça radiografar de Dudley que resultou na sua perda de cabelo . Um relatório do Dr. HD Hawks, do seu sofrimento mão severa e queimaduras no peito, em uma demonstração de raios-X, foi o primeiro de muitos outros relatos na revisão elétrica .

Outros pesquisadores, incluindo Elihu Thomson e Nikola Tesla , também relataram queimaduras. Thomson deliberadamente exposto um dedo para um tubo de raios-X durante um período de tempo e sofreu dor, inchaço e formação de bolhas. Outros efeitos, incluindo raios ultravioleta e ozônio, foram, por vezes, responsabilizado pelo dano, e muitos médicos ainda afirmou que não houve efeitos da exposição de raios-X em todos.

Apesar disso, houve algumas primeiras investigações perigo sistemáticas, e tão cedo quanto 1902 William Herbert Rollins escreveu quase com desespero que suas advertências sobre os perigos envolvidos no uso descuidado de raios-X não estavam sendo atendidos, quer pela indústria ou por seus colegas. Por esta altura, Rollins tinha provado que os raios X poderia matar animais experimentais, poderia causar uma cobaia grávida a abortar, e que eles poderiam matar um feto. Ele salientou também que "animais variar na susceptibilidade para a acção externa de X-luz" e avisado que estas diferenças ser considerado quando os pacientes foram tratados por meio de raios-X.

Substancias radioativas

Radioatividade é característica de elementos com grande número atômico. Os elementos com pelo menos um isótopo estável está mostrado em azul claro. elementos mostra verdes cujos isótopo mais estável tem uma meia-vida medido em milhões de anos. Amarelo e laranja são cada vez menos estável, com meias-vidas de milhares ou centenas de anos, para baixo em direção a um dia. Vermelho e mostrar roxo altamente e extremamente elementos radioativos em que os isótopos mais estáveis ​​apresentam meias-vidas medidos na ordem de um dia e muito menos.

No entanto, os efeitos biológicos de radiação, devido a substâncias radioactivas foram menos fácil de medir. Isso deu a oportunidade para que muitos médicos e empresas para comercializar substâncias radioactivas como medicamentos patenteados . Exemplos foram rádio enema tratamentos, e as águas contendo rádio para ser bebido como tónicos. Marie Curie protestou contra este tipo de tratamento, alertando que os efeitos da radiação sobre o corpo humano não foram bem compreendidos. Curie mais tarde morreu de anemia aplástica , provavelmente causada por exposição à radiação ionizante. Na década de 1930, após uma série de casos de necrose óssea e morte dos entusiastas de tratamento de rádio, o rádio-medicamentos contendo tinha sido largamente removida do mercado ( charlatanismo radioactivo ).

Proteção contra Radiação

Apenas um ano depois de Röntgen descoberta dos raios X, o engenheiro americano Wolfram Fuchs (1896) deu o que é, provavelmente, o primeiro conselho proteção, mas não foi até 1925 que o primeiro Congresso Internacional de Radiologia (ICR) foi realizada e considerada estabelecer a proteção internacional padrões. Os efeitos da radiação em genes, incluindo o efeito de risco de cancro, foram reconhecidos muito mais tarde. Em 1927, Hermann Joseph Muller publicou uma pesquisa mostrando efeitos genéticos e, em 1946, foi agraciado com o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina por suas descobertas.

O segundo ICR foi realizada em Estocolmo em 1928 e proposta a adopção da unidade de Rõntgen, e o 'Internacional de raios-X e Comité de Protecção Radium' (IXRPC) foi formado. Rolf Sievert foi nomeado presidente, mas uma força motriz era George Kaye da britânica National Physical Laboratory . O comitê se reuniu em 1931, 1934 e 1937.

Após a Segunda Guerra Mundial , o aumento da gama e quantidade de radioativos substâncias sendo tratado como resultado de programas nucleares militares e civis levou a grandes grupos de trabalhadores ocupacionais e do público a ser potencialmente expostos a níveis perigosos de radiação ionizante. Isto foi considerado no primeiro ICR do pós-guerra se reuniu em Londres em 1950, quando o actual Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP) nasceu. Desde então, o ICRP desenvolveu o atual sistema internacional de protecção contra as radiações, cobrindo todos os aspectos do perigo de radiação.

As unidades de radioactividade

Gráfico, mostrando as relações entre a radioactividade e radiação ionizante detectada

O Sistema Internacional de Unidades (SI) da unidade de atividade radioativa é o becquerel (Bq), nomeado em homenagem ao cientista Henri Becquerel . Uma Bq é definido como uma transformação (ou decomposição ou desintegração) por segundo.

Uma unidade mais antiga de radioactividade é o curie , Ci, que foi originalmente definido como "a quantidade ou massa de emanação rádio em equilíbrio com um grama de rádio (elemento)". Hoje, o curie é definido como 3,7 × 10 10 desintegrações por segundo, de modo que um  curie (Ci) = 3,7 x 10 10  Bq . Para fins de proteção radiológica, embora a Comissão Reguladora Nuclear dos Estados Unidos permite o uso da unidade de curie ao lado de unidades SI, a União Europeia unidades europeias de directivas de medição necessário que o seu uso para "Saúde Pública ... fins" ser extinto até 31 de Dezembro 1985.

Os efeitos da radiação ionizante são frequentemente medido em unidades de cinzento para mecânico ou Sievert para danos ao tecido.

Tipos de decaimento

As partículas alfa pode ser completamente parada por uma folha de papel, partículas beta por blindagem de alumínio. Os raios gama só pode ser reduzida em massa muito mais substanciais, tais como uma camada muito espessa do chumbo .

Os primeiros pesquisadores descobriram que um elétrico ou campo magnético poderia dividir emissões radioactivas em três tipos de vigas. Os raios foram dadas a nomes alfa , beta , e gama , em ordem crescente da sua capacidade para penetrar na matéria. Alfa deterioração é observada apenas em elementos mais pesados de número atómico 52 ( telúrio ) e maior, com a excepção de berílio-8 que decai para duas partículas alfa. Os outros dois tipos de decaimento são produzidos por todos os elementos. O chumbo, o número atómico 82, é o elemento mais pesado para ter quaisquer isótopos estáveis (com o limite de medição) para o decaimento radioactivo. Decaimento radioactivo é visto em todos os isótopos de todos os elementos de número atómico 83 ( bismuto ) ou maior. Bismuto-209, no entanto, é apenas muito ligeiramente radioactivo, com uma meia-vida maior do que a idade do universo; radioisótopos com extremamente longas semi-vidas são considerados efectivamente estável para fins práticos.

Diagrama de transição para modos de decaimento de um radionuclido , com número de neutrões N e número atómico Z (mostrados são α , p ± , p + , e n 0 emissões, CE indica a captura de electrões ).
Tipos de decaimento radioactivo relacionadas com N e Z números

Ao analisar a natureza dos produtos de decomposição, era evidente a partir da direcção das forças electromagnéticas aplicadas às radiações por campos magnéticos e eléctricos externos que partículas alfa realizadas uma carga positiva, as partículas beta realizada uma carga negativa, e raios gama eram neutros. A partir da magnitude da deflexão, ficou claro que as partículas alfa eram muito mais maciça do que as partículas beta . Passando partículas alfa através de uma janela de vidro muito finas e prendendo-os em um tubo de descarga permitiu aos investigadores a estudar o espectro de emissão das partículas capturadas, e em última análise revelou que as partículas alfa são hélio núcleos. Outras experiências mostraram radiação beta, resultante do decaimento e cátodo raios , eram de alta velocidade electrões . Da mesma forma, a radiação gama e raios-X verificou-se ser de alta energia de radiação electromagnética .

A relação entre os tipos de decaimentos também começou a ser examinada: Por exemplo, deterioração gama foi quase sempre encontrado para ser associado com outros tipos de deterioração, e ocorreu aproximadamente ao mesmo tempo, ou depois. Gama decaimento como um fenómeno separado, com a sua própria meia-vida (agora denominado transição isomérica ), foi encontrado em radioactividade natural ser um resultado da decomposição gama de metaestáveis excitados isómeros nucleares , que por sua vez foram criados a partir de outros tipos de deterioração.

Embora alfa, beta e radiação gama foram mais comumente encontrados, outros tipos de emissão acabaram por ser descobertos. Logo após a descoberta do pósitron em produtos de raios cósmicos, percebeu-se que o mesmo processo que opera no clássico decaimento beta também pode produzir positrons ( emissão de pósitrons ), juntamente com neutrinos (clássica decaimento beta produz antineutrinos). Em um processo análogo mais comum, chamado de captura de elétrons , alguns nuclides ricos em prótons foram encontrados para capturar seus próprios elétrons atômicos em vez de emitir positrons e, posteriormente, estes nuclídeos emitem apenas um neutrino e um raio gama a partir do núcleo animado (e muitas vezes também Auger elétrons e raios X característicos , como resultado da re-ordenação de elétrons para preencher o lugar do elétron capturado em falta). Estes tipos de deterioração envolve a captura nuclear de electrões ou de emissão de electrões ou positrões, e, assim, actua para mover um núcleo para o rácio de neutrões de prots que tem a menor energia para uma dada número total de núcleos . Este, por conseguinte, produz um núcleo mais estável (energia mais baixa).

(Um processo teórico de captura de positrões , análogo ao de electrões de captura, é possível em átomos de antimatéria, mas não foi observada, como átomos de antimatéria complexas além antihelium não estão disponíveis experimentalmente. Uma tal deterioração exigiria átomos de antimatéria pelo menos tão complexo como beryllium- 7 , que é o mais leve conhecido isótopo de matéria normal de sofrer decaimento por captura de electrões.)

Pouco depois da descoberta do neutrão em 1932, Enrico Fermi percebeu que certas reacções raras de decaimento beta-se obter imediatamente neutrões como uma partícula de decaimento ( emissão de neutrões ). Isolado emissão de prótons foi finalmente observado em alguns elementos. Verificou-se também que alguns elementos pesados podem sofrer cisão espontânea em produtos que variam na sua composição. Em um fenómeno chamado deterioração do conjunto , combinações específicas de neutrões e outras do que as partículas alfa (hélio núcleos) protões foram encontrados para ser espontaneamente emitida a partir de átomos.

Não foram encontrados outros tipos de decaimento radioactivo para emitem partículas previamente visto, mas através de diferentes mecanismos. Um exemplo é a conversão interna , o que resulta numa emissão de electrões inicial, e, em seguida, muitas vezes mais característica raios-X e Auger electrões emissões, embora o processo de conversão interna não envolve nem beta nem gama de decaimento. Um neutrino não é emitida, e nenhum dos electrões (s) e de fotões (s) emitida originam no núcleo, mesmo que a energia para emitir todos eles se origina ali. Decaimento conversão interna, como transição isomérica decaimento gama e emissão de nêutrons, envolve a liberação de energia por um nuclide animado, sem a transmutação de um elemento em outro.

Eventos raros que envolvem uma combinação de dois tipos de eventos decaimento beta terem lugar simultaneamente são conhecidos (ver abaixo). Qualquer processo de decadência que não viole a conservação de energia ou leis de momentum (e talvez outras leis de conservação de partículas) é permitida a acontecer, embora nem todos tenham sido detectados. Um exemplo interessante discutido numa secção final, é ligado decaimento beta estado de rénio-187 . Neste processo, beta-electrão de decaimento do nuclido mãe não é acompanhada pela emissão de electrões beta, porque a partícula beta foi capturado na K-concha do átomo de emissores. Um antineutrino é emitido, tal como em todos os emissão beta negativos.

Os radionuclídeos podem ser submetidos a uma série de reacções diferentes. Estes estão resumidos na tabela a seguir. Um núcleo com número de massa A e número atómico Z é representado como ( A , Z ). A coluna "núcleo filha" indica a diferença entre o novo núcleo e o núcleo original. Assim, ( A  - 1, Z ) significa que o número de massa é um menos do que antes, mas o número atómico é o mesmo que antes.

Se as circunstâncias de energia são favoráveis, um dado radionuclídeo pode sofrer muitos tipos concorrentes de decadência, com alguns átomos de decomposição por uma via, e outros deteriorando por outra. Um exemplo é o cobre-64 , que tem 29 protões, neutrões e 35, que decai com uma meia-vida de cerca de 12,7 horas. Este isótopo tem um protão desemparelhado e um neutrão não emparelhado, de modo que, quer o de protões ou neutrões pode decair para a partícula oposto. Este nuclídeo particular (embora não todos os nuclídeos nesta situação) é quase a mesma probabilidade de decadência por meio de emissão de positrões (18%), ou através de captura de elétrons (43%), como faz através de emissão de elétrons (39%). Os estados excitados de energia resultantes destas decaimentos que não conseguem terminar em um estado de energia do solo, também produzem mais tarde conversão interna e decaimento gama de quase 0,5% do tempo.

Mais comum em nuclides pesados ​​concorrência entre alfa e decaimento beta. Os nuclídeos filha, então, normalmente através de decair beta ou alfa, respectivamente, para terminar no mesmo lugar.

Modo de decaimento partículas participantes núcleo filha
Decai com emissão de núcleons:
decaimento alfa Uma partícula alfa ( A  = 4, z  = 2) emitida a partir de núcleo ( A  - 4, Z  - 2)
emissão de prótons Um protão ejectado do núcleo ( A  - 1, Z  - 1)
emissão de nêutrons Um neutrões ejectados do núcleo ( A  - 1, Z )
emissão de prótons Duplo Dois protões ejectado do núcleo simultaneamente ( A  - 2, Z  - 2)
fissão espontânea Núcleo desintegra-se em dois ou mais núcleos menores e outras partículas -
decaimento Cluster Núcleo emite um tipo específico de núcleo mais pequenas ( A 1 , Z 1 ), que é maior do que uma partícula alfa ( A  -  A 1 , Z  -  Z 1 ) + ( A 1 , Z 1 )
Diferentes modos de decaimento beta:
β - decaimento Um núcleo emite um electrão e um antineutrino electrões ( A , Z  + 1)
De emissão de positrões ( β + decaimento ) Um núcleo emite um positrão e um neutrino electrões ( A , Z  - 1)
captura de elétrons Um núcleo capta um electrão em órbita e emite um neutrino; o núcleo filha é deixado em um estado instável animado ( A , Z  - 1)
Obrigado decaimento beta estado Um neutrões livre ou beta núcleo decai de electrões e antineutrino, mas o electrão não é emitido, uma vez que é capturada numa camada K vazio; o núcleo filha é deixado em um estado animado e instável. Este processo é uma minoria de decaimentos de neutrões livres (0,0004%) devido à baixa energia de ionização de hidrogénio, e é suprimida excepto em átomos ionizados que têm vagas K-concha. ( A , Z  + 1)
decaimento beta duplo Um núcleo emite dois electrões e dois antineutrinos ( A , Z  + 2)
captura eletrônica Duplo Um núcleo absorve dois elétrons orbitais e emite dois neutrinos - o núcleo filha é deixado em um estado animado e instável ( A , Z  - 2)
Captura de elétrons com emissão de pósitrons Um núcleo absorve um electrão orbital, emite um positrões e duas neutrinos ( A , Z  - 2)
emissão de pósitrons Duplo Um núcleo emite dois positrões e duas neutrinos ( A , Z  - 2)
Transições entre estados do mesmo núcleo :
transição isomérica Núcleo animado liberta uma alta energia de fotões ( raios gama ) ( A , Z )
conversão interna núcleo animado transfere energia para um electrão orbital, que é, subsequentemente, ejectado do átomo ( A , Z )

Radioativos resultados de decaimento em uma redução de resto resumiu massa , uma vez que a energia liberada (a energia desintegração ) escapou de alguma forma. Embora a energia de decaimento é por vezes definida como relacionado com a diferença entre a massa dos produtos pai nuclear e a massa dos produtos de decaimento, isso só é verdade de medições da massa de repouso, onde alguma energia tem sido removidos do sistema produto. Isto é verdade porque a energia de decaimento deve sempre levar em massa com ele, onde quer que apareça (veja massa na relatividade especial ) de acordo com a fórmula E  =  mc 2 . A energia de decaimento é inicialmente libertada como a energia de fotões emitidos mais a energia cinética das partículas emitidas maciças (isto é, partículas que têm massa de repouso). Se estas partículas entram para o equilíbrio térmico com o meio envolvente e os fotões são absorvidos, então a energia de decaimento é transformada em energia térmica, que mantém a sua massa.

Energia de decaimento portanto, permanece associado com uma certa medida de massa do sistema de decaimento, chamado massa invariante , que não se altera durante a deterioração, mesmo que a energia de decaimento é distribuída entre as partículas de decaimento. A energia dos fotões, a energia cinética das partículas emitidas, e, mais tarde, a energia térmica da matéria circundante, todos contribuem para a massa invariante do sistema. Assim, enquanto que a soma das massas de repouso das partículas não é conservada em decaimento radioactivo, o sistema de massa e sistema de massa invariante (e também o sistema de energia total) é conservado ao longo de qualquer processo de deterioração. Esta é uma atualização das leis equivalentes de conservação de energia e conservação de massa .

taxas de decaimento radioativo

A taxa de decomposição , ou actividade , de uma substância radioactiva é caracterizado por:

Quantidades constantes :

  • A meia-vida - t 1/2 , é o tempo necessário para a actividade de uma determinada quantidade de uma substância radioactiva para decaimento para metade do seu valor inicial; ver Lista de nuclídeos .
  • A constante de decaimento - λ , " lambda " a recíproca do tempo de vida médio, por vezes referido como simplesmente taxa de decaimento .
  • O tempo de vida médio - τ , " tau " o tempo de vida média (1 / e vida) de uma partícula radioactivo antes de decaimento.

Embora estes sejam constantes, eles são associados com o comportamento estatístico das populações de átomos. Em consequência, as previsões utilizando estas constantes são menos precisos para amostras minúsculas de átomos.

Em princípio, uma meia-vida, uma terceira-vida, ou mesmo um (1 / 2 ) -vida, pode ser usado exactamente da mesma maneira como meia-vida; mas a vida média e meia-vida t 1/2 foram adotados como padrão vezes associados com decaimento exponencial.

Quantidades de tempo variável :

  • A actividade total - Um , é o número de decaimentos por unidade de tempo de uma amostra radioactiva.
  • Número de partículas - N , é o total de número de partículas na amostra.
  • A actividade específica - S Um , número de decaimentos por unidade de tempo por quantidade de substância da amostra no tempo zero ( t = 0). "Quantidade de substância" pode ser a massa, o volume ou moles da amostra inicial.

Estes estão relacionados como segue:

onde N 0 é a quantidade inicial de substância activa - substância que tem a mesma percentagem de partículas instáveis como quando a substância foi formado.

Matemática de decaimento radioactivo

lei universal de decaimento radioativo

A radioactividade é um muito frequentemente dado exemplo de decaimento exponencial . A lei descreve o comportamento estatístico de um grande número de nuclidos, em vez de átomos individuais. No seguinte formalismo, o número de átomos ou a população nuclídeo N , é, naturalmente, uma variável discreta (um número natural ) -but para qualquer amostra física N é tão grande que pode ser tratado como uma variável contínua. Cálculo diferencial é usado para modelar o comportamento de decaimento nuclear.

A matemática do decaimento radioativo dependem de um pressuposto fundamental que um núcleo de um radionuclídeo não tem "memória" ou forma de traduzir sua história em seu comportamento presente. Um núcleo não "age" com o passar do tempo. Assim, a probabilidade de sua quebra não aumenta com o tempo, mas permanece constante, não importa quanto tempo o núcleo tenha existido. Esta probabilidade constante podem variar muito entre os diferentes tipos de núcleo, conduzindo a muitas das taxas de decaimento observados diferentes. No entanto, qualquer que seja a probabilidade é, isso não muda. Isto está em contraste marcante com objetos complexos que mostram o envelhecimento, tais como automóveis e seres humanos. Estes sistemas têm a chance de avaria por unidade de tempo, que aumenta a partir do momento que eles começam a sua existência.

Um processo de decaimento

Consideremos o caso de um nuclido Um que decai para outro B por algum processo A → B (emissão de outras partículas, como neutrinos electrões
ν
e
eelétronse-como nodecaimento beta, são irrelevantes no que se segue). A decadência de um núcleo instável é totalmente aleatória no tempo, por isso é impossível prever quando um átomo em particular irá decair. No entanto, é igualmente provável a decair a qualquer instante no tempo. Portanto, dado uma amostra de um radioisopo particular, o número de eventos decaimento-d N prevista para ocorrer em um pequeno intervalo de tempod t é proporcional ao número de átomos presentes N , que é

Em particular radionuclídeos decadência em taxas diferentes, de modo que cada um tem sua própria decadência constante λ . O decaimento esperado -d N / N é proporcional a um incremento de tempo, d t :

O sinal negativo indica que N diminui à medida que o tempo aumenta, como os eventos de decaimento seguem um após o outro. A solução para esta primeira ordem equação diferencial é a função :

onde N 0 é o valor de N no tempo t = 0, com a constante de decaimento expressa como λ

Temos por todo o tempo t :

onde N totais é o número constante de partículas em todo o processo de deterioração, a qual é igual ao número inicial de um nuclídeos uma vez que esta é a substância inicial.

Se o número de não-deteriorado Um núcleos é:

em seguida, o número de núcleos de B , ou seja, o número de deteriorado Um núcleos, é

O número de decaimentos medidas num determinado intervalo obedece estatística de Poisson . Se o número médio de cáries é <N> , a probabilidade de um determinado número de decaimentos N é

processos de cadeia de decaimento

Cadeia de dois decaimentos

Agora, considere o caso de uma cadeia de dois decaimentos: um nuclídeo Um decaindo em outro B por um processo, em seguida, B decaindo em outro C por um segundo processo, ou seja, A → B → C . A equação anterior não pode ser aplicado para a cadeia de desintegração, mas pode ser generalizado como se segue. Desde Um decai para B , então B decai em C , a actividade de uma soma do número total de B nuclídeos no presente exemplo, antes de aqueles B nuclídeos decaimento e reduzir o número de nuclidos que conduzem à amostra mais tarde. Em outras palavras, o número de núcleos de segunda geração B aumenta como um resultado do primeiro núcleos de geração de decaimento de um , e diminui como resultado do seu próprio decaimento para a terceira geração núcleos C . A soma desses dois termos dá a lei para uma cadeia de decaimento para dois nuclídeos:

A taxa de variação de N B , que é d N B / d t , está relacionada com as alterações nas quantidades de A e B , N B pode aumentar à medida que B é produzida a partir de um e diminuem à medida que B produz C .

Re-escrever usando os resultados anteriores:

Os subscritos referem-se simplesmente para os respectivos nuclídeos, ou seja, N Uma é o número de átomos de tipo A , N A 0 é o número inicial de nuclídeos de tipo A , λ Uma é a constante de decaimento para uma - e de forma semelhante para nuclídeo B . Resolver esta equação para N B dá:

No caso em que B é um nuclídeo estável ( λ B = 0), esta equação reduz-se à solução anterior:

como se mostra acima para uma deterioração. A solução pode ser encontrado pelo factor de integração método, onde o factor de integração é de e λ B t . Este caso é talvez o mais útil, uma vez que pode derivar tanto a equação um decaimento (acima) e a equação para as cadeias multi-decaimento (abaixo) mais directamente.

Cadeia de qualquer número de decaimentos

Para o caso geral de qualquer número de decaimentos consecutivos numa cadeia de decaimento, isto é, um 1 → Um 2 ··· → Um i ° → Um D , onde D é o número de decaimentos e i é um índice manequim ( i = 1, 2, 3, ... D ), cada população nuclídeo pode ser encontrada em termos da população anterior. Neste caso N 2 = 0 , N 3 = 0 , ..., N D = 0 . Usando o resultado acima em uma forma recursiva:

A solução geral para o problema recursivo é dada por equações de Bateman :

equações de Bateman

modos de decaimento alternativas

Em todos os exemplos acima, o nuclídeo inicial decai em apenas um produto. Consideremos o caso de um nuclido inicial que pode decair em qualquer um dos dois produtos, que é um → B e A → C em paralelo. Por exemplo, em uma amostra de potássio-40 , 89,3% de núcleos a deterioração de cálcio-40 e 10,7% de árgon-40 . Temos por todo o tempo t :

que é constante, desde que o número total de átomos permanece constante. Diferenciando com respeito ao tempo:

definindo o total de decaimento constante λ em termos da soma de decaimento constantes parciais X B e λ C :

Notar que

Resolvendo esta equação para N A :

onde N um 0 é o número inicial de nuclídeo A. Ao medir a produção de um nuclídeo, só se pode observar o total de decaimento constante λ . As constantes de decaimento X B e λ C determinar a probabilidade para o decaimento para resultar em produtos B ou C como segue:

porque a fracção λ B / λ de núcleos de decaimento em B enquanto que a fracção λ C / λ de núcleos de decaimento em C .

Corolários das leis de decaimento

As equações acima também pode ser escrito usando quantidades relacionadas com o número de partículas de nuclídeos N numa amostra;

onde L = 6,022 x 10 23 é constante de Avogadro , A r é o número de massa atómica relativa, e a quantidade da substância é em moles .

Decay de tempo: definições e relações

Tempo constante e média de vida

Para a solução de uma deterioração Um → B :

a equação indica que a constante de decaimento λ tem unidades de t -1 , e pode, assim, também ser representado como um / τ , onde τ é um tempo característico do processo de chamada de constante de tempo .

Em um processo de decaimento radioactivo, esta constante de tempo é também o tempo de vida significativo para decomposição átomos. Cada átomo de "viva" para uma quantidade finita de tempo antes que se decompõe, e que pode ser mostrado que esta vida média é a média aritmética de todas as vidas dos átomos, e que é τ , que por sua vez está relacionado com a constante de decaimento quanto seguinte maneira:

Esta forma também é verdadeiro para os processos de dois decaimento simultaneamente Um → B + C , inserindo os valores equivalentes de constantes de decaimento (como dado acima)

para o decaimento solução conduz a:

Simulação de diversos átomos idênticos de sofrer decaimento radioactivo, começando com derivados 4 átomos de (esquerda) ou 400 (para a direita). O número no topo indica quantas meias-vidas se passaram.

Meia vida

Um parâmetro mais comumente utilizada é a meia-vida . Dada uma amostra de um radionuclídeo particular, a meia-vida é o tempo necessário para a metade átomos do radionuclídeos a decadência. Para o caso de reações nucleares de um decaimento:

a meia-vida está relacionada com a constante de decaimento do seguinte modo: definir N = N 0 /2 e t = t 1/2 para se obter

Esta relação entre a semi-vida e as mostras constante de decaimento de que as substâncias altamente radioactivas são rapidamente gastas, enquanto que aqueles que irradiam fracamente aguentar mais. As meias-vidas de radionuclídeos conhecidos variar amplamente, de mais de 10 19 de anos , tais como para o nuclido muito estável quase 209 Bi, a 10 -23 segundos para aqueles altamente instáveis.

O factor de ln (2) nas relações acima resulta do facto de que o conceito de "meia-vida" é simplesmente uma forma de seleccionar uma base diferente do que a outra base natural e para a expressão de vida. A constante de tempo τ é o e -1   -vida, o tempo até que apenas um / e continua a ser, cerca de 36,8%, em vez de a 50% na meia-vida de um radionuclídeo. Assim, τ for mais longo do que o t 1/2 . A seguinte equação pode ser mostrado para ser válido:

Desde decaimento radioactivo é exponencial com uma probabilidade constante, cada processo pode ser facilmente descrito com um período de tempo constante diferente que (por exemplo) deu o seu "(1/3) -vida" (quanto tempo até que apenas 1/3 é esquerdo) ou "(1/10) -vida" (um período de tempo até que apenas 10% é esquerda), e assim por diante. Assim, a escolha de τ e t 1/2 de marcador de tempos, são apenas por conveniência, e a partir de convenção. Eles refletem um princípio fundamental apenas em tanto como eles mostram que a mesma proporção de uma dada substância radioativa irá decair, durante qualquer período de tempo que se escolhe.

Matematicamente, o n th vida para a situação acima seria encontrada na mesma maneira como acima, definindo- N = N 0 / N , T = T 1 / n e substituindo para a solução de decaimento para se obter

Exemplo

Uma amostra de 14 C tem uma meia-vida de 5730 anos e uma taxa de decomposição de 14 desintegração por minuto (DPM) por grama de naturais carbono .

Se um artefacto é encontrado para ter radioactividade de 4 DPM por grama da sua actual C, podemos encontrar a idade aproximada do objecto utilizando a equação acima:

Onde:

anos,
anos.

Mudando taxas de decaimento

Os modos de decaimento radioactivo de captura de electrões e de conversão interna são conhecidos por serem um pouco sensíveis aos efeitos químicos e ambientais que alteram a estrutura electrónica do átomo, o qual por sua vez afecta a presença de 1s e 2s electrões que participam no processo de decomposição. Um pequeno número de átomos em sua maioria leves são afetados. Por exemplo, ligações químicas pode afectar a taxa de captura de electrões para um pequeno grau (em geral, menos de 1%), dependendo da proximidade dos electrões com o núcleo. Em 7 Be, foi observada uma diferença de 0,9% entre as semi-vidas em metálico e ambientes de isolamento. Este efeito é relativamente grande, porque o berílio é um átomo de pequeno cujo electrões de valência são em 2s orbitais , que estão sujeitos a captura de electrões em 7 Seja porque (como todos s orbitais em todos os átomos) que, naturalmente, penetrar no núcleo.

Em 1992, Jung et al. do grupo Darmstadt de iões pesados Research observada uma β acelerado -  decaimento de 163 Dy 66+ . Embora neutro 163 Dy é um isótopo estável, o totalmente ionizado 163 Dy 66+ sofre β -  decaimento para o K e L conchas para 163 Ho 66+ com uma meia-vida de 47 dias.

Rênio-187 é outro exemplo espetacular. 187 Re normalmente beta decai para 187 OS com uma meia-vida de 41,6 x 10 9  anos, mas estudos utilizando totalmente ionizados 187 Re átomos nua (núcleos) descobriram que este pode diminuir para apenas 33 anos. Isto é atribuído ao " β limite de estado - decaimento " do átomo totalmente ionizado - o electrão é emitido para a "K-shell" ( 1s atómica orbital), que não pode ocorrer por átomos neutros em que todos os estados baixas ligados são ocupado.

Exemplo de variações diurnas e sazonais na resposta do detector de raios gama.

Um certo número de experiências descobriram que as taxas de decaimento de outros modos de artificial e radioisótopos que ocorrem naturalmente são, com um alto grau de precisão, não afectada por condições externas, tais como temperatura, pressão, o ambiente químico, e eléctrico, magnético, ou campos gravitacionais. Comparação das experiências de laboratório durante o século passado, os estudos sobre a Oklo reactor nuclear natural (que exemplificados os efeitos de neutrões térmicos no decaimento nuclear), e as observações astrofísicas os decaimentos de luminosidade de supernovas distantes (que ocorreram longe para que a luz tem tomado um grande quantidade de tempo para chegar até nós), por exemplo, fortemente indicam que as taxas de decaimento não perturbados têm sido constantes (pelo menos para dentro das limitações de pequenos erros experimentais) em função do tempo também.

Resultados recentes sugerem a possibilidade de que as taxas de decaimento pode ter uma dependência fraca de fatores ambientais. Tem sido sugerido que as medições de taxas de decaimento de silício-32 , manganês-54 , e rádio-226 exibem pequenas variações sazonais (da ordem de 0,1%). No entanto, tais medidas são altamente susceptível a erros sistemáticos, e um papel posterior tenha encontrado nenhuma evidência para tais correlações em sete outros isótopos ( 22 Na, 44 Ti, 108 Ag, 121 Sn, 133 Ba, 241 Am, 238 PU), e estabelece limites superior no tamanho de tais efeitos. O decaimento de radão-222 uma vez que foi relatado que exibem grande 4% de pico-a-pico variações sazonais (ver trama), que foram propostos para ser relacionada com um ou outro alargamento solar actividade ou a distância a partir do sol, mas a análise detalhada do experimento de falhas de design, juntamente com comparações com outro, muito mais rigorosa e sistematicamente controlada, experiências refutar esta reivindicação.

GSI anomalia

Uma série inesperado de resultados experimentais para a taxa de decomposição de pesados altamente carregadas radioactivos iões que circulam em um anel de armazenamento provocou actividade teórica numa tentativa para encontrar uma explicação convincente. As taxas de fraco decaimento de duas espécies radioactivas com meias-vidas de cerca de 40 s e 200 s são encontrados a ter uma significativa oscilatório modulação , com um período de cerca de 7 s. O fenómeno observa-se conhecida como a anomalia GSI , como o anel de armazenamento é uma facilidade no Centro de Helmholtz para GSI pesado Ion Investigação em Darmstadt , Alemanha . À medida que o processo de decomposição produz um neutrino electrões , algumas das explicações propostas para a oscilação de velocidade observada invocar propriedades neutrinos. As ideias iniciais relacionados com a oscilação sabor recebido com ceticismo. A proposta mais recente envolve diferenças de massa entre a massa do neutrino eigenstates .

base teórica de fenômenos de decaimento

Os neutrões e protões que constituem núcleos, assim como outras partículas que se aproximam de perto o suficiente para eles, são reguladas por várias interacções. A força nuclear forte , não observado no familiarizado macroscópica escala, é a força mais poderosa em distâncias subatômicas. A força eletrostática é quase sempre significativa, e, no caso de decaimento beta , a força nuclear fraca também está envolvida.

Os efeitos combinados destas forças produz um número de diferentes fenómenos em que a energia pode ser libertada por rearranjo de partículas no núcleo, ou então a mudança de um tipo de partícula em outros. Estes rearranjos e transformações pode ser dificultada energicamente, para que eles não ocorrem imediatamente. Em certos casos, aleatórios flutuações de vácuo quânticos são teorizado para promover o relaxamento para um estado de energia mais baixa (o "decaimento") em um fenómeno conhecido como túnel quântico . Radioactivos decaimento meia-vida de nuclidos foi medido ao longo de escalas de tempo de 55 ordens de grandeza, a partir de 2,3 x 10 -23 segundos (por hidrogénio-7 ) a 6,9 x 10 31 segundos (para telúrio-128 ). Os limites dessas escalas de tempo são ajustados pela sensibilidade de apenas instrumentação, e não há limites naturais conhecidos como a breve ou longa um decaimento meia-vida para o decaimento radioactivo de um radionuclido podem ser.

O processo de decadência, como todas as transformações de energia dificultado, podem ser analogized por um campo de neve em uma montanha. Enquanto o atrito entre os cristais de gelo pode ser suportar o peso da neve, o sistema é inerentemente instável em relação a um estado de energia mais baixo potencial. Uma perturbação seria, assim, facilitar o caminho para um estado de maior entropia ; o sistema irá avançar para o estado fundamental, produzindo calor, e a energia total será distribuído ao longo de um maior número de estados quânticos resultando assim em uma avalanche . O total de energia não muda neste processo, mas, por causa da segunda lei da termodinâmica , avalanches foram observados apenas em uma direção e que é para o " estado fundamental " - o estado com o maior número de maneiras em que a disponível energia poderia ser distribuído.

Tal colapso (um de raios gama decaimento evento ) requer uma específica energia de activação . Para uma avalanche de neve, esta energia vem como uma perturbação de fora do sistema, embora tais distúrbios podem ser arbitrariamente pequena. No caso de um animado núcleo atómico decomposição por radiação gama numa emissão espontânea de radiação electromagnética, o arbitrariamente pequena perturbação vem de flutuações de vácuo quântica .

Um núcleo radioactivo (ou qualquer sistema animado na mecânica quântica) é instável, e pode, assim, espontaneamente estabilizar para um sistema menos animado. A transformação resultante altera a estrutura do núcleo e resulta na emissão de qualquer um fotão ou uma partícula de alta velocidade que tem de massa (tal como um electrão, de partículas de alfa , ou de outro tipo).

Ocorrência e aplicações

De acordo com a teoria do Big Bang , isótopos estáveis dos mais leves cinco elementos ( H , Ele , e vestígios de Li , Be , e B ) foram produzidos logo após o surgimento do universo, em um processo chamado nucleossíntese do Big Bang . Estes nuclídeos estáveis mais leves (incluindo o deutério ) sobreviver aos dias de hoje, mas quaisquer isótopos radioactivos dos elementos leves produzidos no Big Bang (tais como trítio ) tem desde há muito deteriorada. Isótopos de elementos mais pesados que o boro não foram produzidos em tudo no Big Bang, e estes primeiros cinco elementos não tem nenhum radioisótopos de vida longa. Assim, todos os núcleos radioactivos são, portanto, relativamente novo com respeito ao nascimento do universo, tendo formado depois em vários outros tipos de nucleosíntese em estrelas (em particular, supernovas ), e também durante as interacções em curso entre isótopos estáveis e partículas energéticas. Por exemplo, carbono-14 , um nuclido radioactivo com uma semi-vida de apenas 5.730 anos, é constantemente produzido na atmosfera superior da Terra devido às interacções entre os raios cósmicos e azoto.

Nuclidos que são produzidos por decaimento radioactivo são chamados nuclídeos radiogênicos , se eles próprios são estáveis ou não. Existem nuclídeos radiogênicos estáveis que foram formados a partir de vida curta radionuclídeos extintos no início do sistema solar. A presença adicional destes nuclídeos radiogênicos estáveis (tal como Xe-129 a partir de primordial I-129) contra o fundo da primordiais nuclídeos estáveis pode ser inferida através de vários meios.

Decaimento radioactivo foi colocada em uso na técnica de marcação com radioisótopos , que é usado para controlar a passagem de uma substância química por meio de um sistema complexo (tal como a vida organismo ). Uma amostra da substância é sintetizada com uma alta concentração de átomos instáveis. A presença da substância em uma ou outra parte do sistema é determinada através da detecção das posições de eventos decaimento.

Na premissa de que o decaimento radioativo é verdadeiramente aleatório (em vez de simplesmente caótico ), que tem sido utilizado em hardware geradores de números aleatórios . Porque o processo não é pensado para variar significativamente em mecanismo ao longo do tempo, é também uma ferramenta valiosa para estimar as idades absolutas de determinados materiais. Para materiais geológicos, os radioisótopos e alguns de seus produtos de decaimento ficam presas quando uma rocha se solidifica, e pode então ser usada mais tarde (sujeito a muitas qualificações conhecidos) para estimar a data da solidificação. Estes incluem a verificação dos resultados dos vários processos simultâneos e os seus produtos de encontro uns aos outros, dentro da mesma amostra. De forma semelhante, e também sujeita a qualificação, a taxa de formação de carbono-14 em várias épocas, a data de formação da matéria orgânica dentro de um determinado período relacionado a meia-vida do isótopo pode ser estimado, porque o carbono-14 torna-se preso quando a matéria orgânica cresce e incorpora o novo carbono-14 a partir do ar. Depois disso, a quantidade de carbono-14 em matéria orgânica diminui de acordo com processos de decomposição que podem também ser independentemente cruzada verificada por outros meios (tais como a verificação do carbono-14 em anéis de árvores individuais, por exemplo).

efeito Szilard-Chalmers

O efeito Szilard-Chalmers é definida como a quebra de uma ligação química entre um átomo e a molécula que o átomo faz parte, como um resultado de uma reacção nuclear do átomo. O efeito pode ser usado para separar isótopos por meios químicos. A descoberta deste efeito é devido à Leó Szilárd e Thomas A. Chalmers.

Origens de nuclidos radioactivos

Radioativos nuclídeo primordial encontrados na Terra são resíduos de antigas supernovas explosões que ocorreram antes da formação do sistema solar . Eles são a fracção de radionuclidos que sobreviveram a partir desse momento, através da formação da energia solar primordial nebulosa , através planeta acreção , e até ao presente momento. Os naturais de curta duração radiogênicos radionuclídeos encontrados em de hoje rochas , são as filhas desses radioativos nuclídeo primordial . Outra fonte menor de nuclidos radioactivos que ocorrem naturalmente são nuclídeos cosmogénicos , que são formadas por bombardeamento de raios cósmicos de material na Terra atmosfera ou crosta . A decadência dos radionuclídeos em rochas da Terra manto e crosta contribuir significativamente para o orçamento calor interno da Terra .

cadeias de desintegração e vários modos

O nuclídeo filha de um evento de decaimento também pode ser instável (radioativo). Neste caso, isso também irá decair, produzindo radiação. O segundo nuclídeo filha resultante pode também ser radioactivo. Isso pode levar a uma sequência de vários eventos de decaimento chamados a cadeia de decaimento (consulte este artigo para obter detalhes específicos de cadeias de decaimento natural importantes). Eventualmente, um nuclídeo estável é produzida. Quaisquer filhas de decaimento que são o resultado de um decaimento alfa também vai resultar em átomos de hélio sendo criado.

Espectro de energia de raios gama de minério de urânio (inserção). -Raios gama são emitidos pela decomposição de nuclidos , e a energia de raios gama pode ser utilizado para caracterizar o decaimento (que nuclídeo está decaindo a que). Aqui, utilizando o espectro de raios gama, vários nuclidos que são típicas da cadeia de decaimento de 238 L foram identificados: 226 Ra, 214 Pb, 214 Bi.

Um exemplo é a cadeia de decaimento natural de 238 L:

  • O urânio-238 decai, através de alfa-emissão, com uma meia-vida de 4,5 bilhões de anos para o tório-234
  • que deteriora, por meio de beta-emissão, com uma meia-vida de 24 dias a Protactínio-234
  • que deteriora, por meio de beta-emissão, com uma meia-vida de 1,2 minutos para urânio-234
  • que decai, através de alfa-emissão, com uma meia-vida de 240 mil anos para o tório-230
  • que deteriora, por meio de alfa-emissão, com uma meia-vida de 77 mil anos de rádio-226
  • que deteriora, por meio de alfa-emissão, com uma meia-vida de 1,6 mil anos a radão-222
  • que deteriora, por meio de alfa-emissão, com uma meia-vida de 3,8 dias para polônio-218
  • que deteriora, por meio de alfa-emissão, com uma meia-vida de 3,1 minutos para levar-214
  • que deteriora, por meio de beta-emissão, com uma meia-vida de 27 minutos de bismuto-214
  • que deteriora, por meio de beta-emissão, com uma meia-vida de 20 minutos para polônio-214
  • que deteriora, por meio de alfa-emissão, com uma meia-vida de 160 microssegundos para levar-210
  • que decai, através de beta-emissão, com uma meia-vida de 22 anos para bismuto-210
  • que decai, através de beta-emissão, com uma meia-vida de 5 dias para o polônio-210
  • que deteriora, por meio de alfa-emissão, com uma meia-vida de 140 dias de chumbo-206 , que é um nuclídeo estável.

Alguns radionuclidos pode ter vários caminhos diferentes de deterioração. Por exemplo, aproximadamente 36% de bismuto-212 decaimentos, por meio de alfa-emissão, de tálio-208 , enquanto que cerca de 64% de bismuto-212 decaimentos, por meio de beta-emissão, para polônio-212 . Ambos tálio-208 e polônio-212 são produtos filhas radioactivos de bismuto-212 , e ambos decaimento directamente para estável chumbo-208 .

sinais de alerta de risco associados

Veja também

Notas

Referências

Na linha

Geral

links externos