رادیواکتیویته - آنتی اسکالانت

رادیواکتیویته (از فرانسوی radioactivité ؛ از لاتین radiare «تابش کردن» و activus «فعال»، «موثر»؛ متشکل از «فعالیت تشعشعی») خاصیت هسته‌های اتمی ناپایدار برای ساطع خود به خود تشعشعات یونیزان است . هسته اتم با انتشار ذرات به هسته دیگری تبدیل می شود یا با آزاد شدن انرژی حالت خود را تغییر می دهد . تشعشعات یونیزان ساطع شده توسط این فرآیند در اصطلاح عامیانه “تابش رادیواکتیو” نامیده می شود.

اصطلاح رادیواکتیویته اولین بار در سال 1898 توسط زوج متاهل ماری کوری و پیر کوری برای پدیده ای که دو سال قبل توسط آنتوان هانری بکرل کشف شد ابداع شد .فرآیند تبدیل را واپاشی رادیواکتیو یا فروپاشی هسته ای نیز می نامند . انواع اتم های دارای هسته ناپایدار را پرتوزا نامیده می شود .

انرژی آزاد شده در طی فرآیند تبدیل به صورت انرژی جنبشی از ذرات ساطع شده (عمدتا ذرات آلفا یا بتا ) یا به عنوان انرژی تابشی از پرتوهای گاما منتشر می شود . نوع و طیف انرژی تابش برای رادیونوکلئید مربوطه مشخص است. این نوع پرتوها مستقیماً برای انسان قابل درک نیستند – درست مانند پرتوهای کیهانی و اشعه ایکس – و بسته به شرایط، می توانند مضر باشند (به آسیب تشعشع ، اثرات تشعشع مراجعه کنید ) یا مفید (به عنوان مثال به عقیم سازی پرتو ، درمان رادیونوکلئید ، براکی تراپی مراجعه کنید. ).

پس از هر هسته مدتی که مشخصه رادیواکتیو است، نیمه عمر آن، مقدار آن و همراه با آن فعالیت آن نصف شده است . نیمه عمر می تواند از کسری از ثانیه تا کوادریلیون سال متغیر باشد.

رادیونوکلئیدها در طبیعت وجود دارند. اما آنها همچنین بوجود می آیند به عنوان مثال. ب. در راکتورهای هسته ای یا با انفجار سلاح های هسته ای . آنها را می توان به طور خاص در شتاب دهنده های ذرات تولید کرد . از مواد رادیواکتیو استفاده می شود به عنوان مثال. در باتری های رادیونوکلئید و عناصر گرمایشی برای تامین انرژی در سفرهای فضایی و همچنین در پزشکی هسته ای و رادیوتراپی . در باستان شناسی ، از واپاشی رادیواکتیو برای تعیین سن استفاده می شود، به عنوان مثال با روش رادیوکربن .

فهرست مطالب

استفاده از اصطلاحات

واپاشی رادیواکتیو

اصطلاح “واپاشی رادیواکتیو” در اصل به کاهش شدت تشعشع مشاهده شده از یک رادیونوکلئید در طول زمان اشاره دارد (مگر اینکه رادیونوکلئید دائماً توسط فرآیندهای دیگر بازسازی شود). همچنین برای کاهش میزان رادیونوکلئید استفاده می شود.

از نظر فنی، دگرگونی خود به خودی هر هسته اتمی – و گاهی اوقات هر تغییر خود به خودی در وضعیت یک سیستم مکانیکی کوانتومی توصیف شده – به عنوان فروپاشی نیز شناخته می شود، به عنوان مثال. ب. “واپاشی گاما” در حال حاضر برای انتشار یک کوانتوم گاما منفرد. در معنای لغوی، کمتر بحث از هم پاشیدگی است تا دگرگونی هسته اتم یا سیستم.

مواد رادیواکتیو و تشعشعات

در زبان روزمره و در بحث های عمومی، مواد رادیواکتیو و تشعشعات آنها اغلب تفکیک نمی شوند. این همان چیزی است که به آن تشعشعات رادیواکتیو می گویند . ^[3]^[4] به بیان دقیق، این ترکیب کلمات اشتباه است، زیرا این خود تشعشع نیست که رادیواکتیو است، بلکه مواد ( رادیاتورها ) هستند که از آنها می گریزند. منظور تشعشعات یونیزان از مواد رادیواکتیو است . می شد بکرل اصطلاح برای این مورد پرتوهای استفاده . ^[5]

گزارش‌های مربوط به حوادث هسته‌ای اغلب به تشعشعات نشت‌شده اشاره می‌کنند ، ^[6]^[7] اگرچه بیشتر اوقات در مورد مواد رادیواکتیو آزاد شده ناخواسته مانند سزیم-137 و ید-131 هستند . اینها می توانند به طور قابل توجهی خطرناکتر باشند، برای مثال اگر توسط بدن انسان جذب شوند ، از تشعشعات ساطع شده توسط خود سیستم.

داستان

پیر و ماری کوری

در سال 1896، آنتوان هانری بکرل ، در حالی که تلاش می کرد اشعه ایکس را که به تازگی یافته بود به عنوان یک پدیده فلورسانس توضیح دهد ، کشف کرد که نمک های اورانیوم حتی بدون قرار گرفتن در معرض قبلی صفحات عکاسی را سیاه می کنند . این امر فلورسانس را به عنوان یک علت رد کرد. همانطور که او بعداً کشف کرد، این تشعشع جدید می تواند به مواد مات نفوذ کند و هوا را یونیزه کند، بدون اینکه تحت تأثیر تغییرات دما یا عملیات شیمیایی نمونه قرار گیرد. کشف کردند در سال 1898، ماری و پیر کوری رادیواکتیویته اکسید توریم را و دو ماده ناشناخته و بسیار قوی‌تر را جدا کردند که آنها را رادیوم و پولونیوم نامیدند .

در سال 1898، ارنست رادرفورد ، با بررسی قدرت نفوذ، موفق شد بین دو جزء تشعشع که آنها را α-(آلفا) و β-(بتا) تابش ^{نامید، تمایز قائل شود. [8]} توانستند در سال 1899، استفان مایر و اگون شویدلر و همچنین فردریش گیزل نشان دهند که در میدان‌های مغناطیسی در جهت مخالف منحرف می‌شوند کشف کرد . در سال 1900، پل ویلارد مؤلفه سومی را که توسط میدان های مغناطیسی منحرف نمی شد و بسیار نافذ بود. رادرفورد در سال 1903 اصطلاح تابش γ (گاما) را برای این نوع سوم تابش ابداع کرد . ^[9] تا سال 1909 نشان داده شد که تابش آلفا از هسته هلیوم و تابش بتا از الکترون تشکیل شده است . این فرض که تابش گاما تابش الکترومغناطیسی است تا سال 1914 توسط رادرفورد و ادوارد آندراد تایید نشد.

در اوایل سال 1903 – شش سال قبل از کشف هسته های اتم ایجاد کردند – رادرفورد و فردریک سودی فرضیه ای را که بر اساس آن رادیواکتیویته با تبدیل عناصر ( تغییر تغییر ) مرتبط است. در سال 1913 فرموله کردند بر این اساس، کاسیمیر فاجانس و فردریک سودی قضایای جابجایی رادیواکتیو را . اینها تغییر جرم و عدد اتمی را در طول واپاشی آلفا و بتا توصیف می‌کنند، که با آن می‌توان سری فروپاشی طبیعی را به عنوان دنباله‌ای گام به گام از این فرآیندهای فروپاشی توضیح داد.

موفق در سال 1933، ایرن و فردریک ژولیوت کوری برای اولین بار به ایجاد عناصر رادیواکتیو جدید شدند. با بمباران نمونه‌ها با ذرات α، آنها توانستند هسته‌هایی تولید کنند که به دلیل نیمه عمر کوتاه در طبیعت وجود ندارند . آنها در آزمایشات خود در سال 1934 نوع جدیدی از واپاشی بتا را کشف کردند که در آن پوزیترون به جای الکترون، ساطع می شد. از آن زمان، تمایزی بین تابش β ⁺ و β- ^ایجاد شده است .

در سال 1980، Aureliu Sandulescu ، Dorin N. Poenaru و Walter Greiner بر اساس ملاحظات نظری، ^{نوع جدیدی از رادیواکتیویته را پیش‌بینی کردند که در آن هسته‌های سنگین‌تر از ذرات α منتشر می‌شوند. [10]} اولین شواهد تجربی از چنین فروپاشی خوشه ای به دست آمد توسط اچ جی رز و جورج آرنولد جونز در سال 1983 در دانشگاه آکسفورد . ^[11] آنها مشاهده کردند که ²²³ Ra ، که معمولاً یک تابنده α است، به ندرت ¹⁴ تجزیه می شود و یک هسته به ²⁰⁹ سرب درجه سانتیگراد منتشر می کند .

مبانی فیزیکی

نقشه حالت واپاشی رادیواکتیو نوکلیدها. که به رنگ سیاه کشیده شده اند نوکلیدهایی پایدار هستند، آنهایی که رنگی هستند ناپایدار هستند. خط مورب هسته‌هایی را با تعداد پروتون و نوترون یکسان نشان می‌دهد. می توان دید که هسته های با بیش از 20 پروتون با نوترون های اضافی فقط پایدار هستند. سنگین ترین هسته پایدار سرب-208 با 82 پروتون و 126 نوترون است.

ثبات

در طبیعت وجود دارند ^[12] بر اساس دانش فعلی، 255 نوکلید پایدار و حدود 100 هسته ناپایدار ^[13] . در مجموع حدود 3000 هسته رادیواکتیو (رادیونوکلئید) شناخته شده است. ^[14] بنابراین ثابت شده است که اکثریت قریب به اتفاق تمام هسته های شناخته شده رادیواکتیو هستند.

اگر رادیواکتیویته برای یک هسته مشاهده نشده باشد، دو احتمال وجود دارد:

نوکلید به معنای مطلق پایدار است، i. یعنی با توجه به وضعیت دانش در فیزیک، هیچ حالت کم انرژی وجود ندارد که بتواند به آن برود (واپاشی).
هسته از نظر تئوری می تواند واپاشی شود، اما تاکنون هیچ رویداد فروپاشی یا محصول فروپاشی واضحی با قطعیت ثابت نشده است ( نوکلیدهای پایدار از نظر مشاهده ).

نمونه ای از نوع اول هلیوم-4 است. نمونه ای از نوع دوم سرب-208 است که سنگین ترین هسته هسته ای بدون واپاشی اثبات شده است. واپاشی آلفا آن ²⁰⁸ Pb → ²⁰⁴ Hg + α حدود 0.5 مگا ولت انرژی آزاد می کند. تخمین نیمه عمر بر اساس انواع مختلف قانون گایگر- ناتال بیش از 10100 سال است ^، یعنی حداقل 1090 ^برابر سن جهان. بنابراین، این پوسیدگی احتمالا هرگز مشاهده نخواهد شد. هسته های دیگری نیز وجود دارند که پوسیدگی احتمالی دارند اما مشاهده نشده است. بنابراین، تعداد کل هسته‌های پایدار امروز (2020) هنوز مشخص نیست.

همه عناصر تا سرب، به جز تکنسیوم و پرومتیم ، دارای یک یا چند ایزوتوپ پایدار هستند. تعداد ایزوتوپ های پایدار به ده ( قلع ) می رسد. تمام عناصر سنگین تر از سرب ناپایدار هستند (رادیواکتیو).

تأثیر جرم هسته ای و نسبت نوترون به پروتون

دو هسته بسیار سبک، هیدروژن معمولی ^1H و ایزوتوپ نادر هلیوم ^3Heفقط ، با نوترون های کمتری نسبت به پروتون ها پایدار هستند. همه هسته‌های دیگر حداقل به همین تعداد برای پایداری نیاز دارند ( ⁶ Li، ¹⁰ B، ¹² C، ¹⁴ N ^{، 16} O، ²⁰ Ne، ²⁴ Mg، ²⁸ Si، ³² S، ³⁶ Ar و ⁴⁰ Ca) اما عمدتاً حتی نوترون بیشتر به عنوان پروتون نسبت متوسط عدد نوترون به عدد پروتون با افزایش عدد اتمی از 1:1 برای هسته‌های بسیار سبک به 1.54:1 برای سنگین‌ترین هسته‌های پایدار افزایش می‌یابد . تمام هسته‌های با نوترون‌های بسیار زیاد یا کم، ناپایدار هستند و بنابراین رادیواکتیو هستند. هسته هایی با بیش از 208 ذره همیشه ناپایدار هستند.

پایدارترین هسته‌ها – یعنی آنهایی که دارای بالاترین انرژی اتصال در هر نوکلئون هستند ^{هستند – 62} Ni، ⁵⁸ Fe و ⁵⁶ Fe . همسایگان بلافصل مانند B. ⁶³ Ni یا ⁶⁰ Co در حال حاضر رادیواکتیو هستند. علاوه بر نسبت متعادل نوترون ها به پروتون ها، این مهم است که تعداد نوترون ها و پروتون ها زوج (جفت و مطلوب) یا فرد (جفت نشده و نامطلوب) باشد. با استفاده از فرمول Bethe-Weizsäcker انرژی اتصال را می توان تقریباً محاسبه کرد.

برای هسته‌های ناپایدار، می‌توان روش فروپاشی آنها (که در زیر توضیح داده شده است) تخمین زد:

تعداد زیاد نوترون: بتا منهای واپاشی. با بیش از حد زیاد نیز انتشار مستقیم نوترون
خیلی سنگین: فروپاشی آلفا. تا حدی نیز تجزیه خوشه ای یا شکافت خود به خود (شکاف)
پروتون های زیاد: واپاشی بتا پلاس یا جذب الکترون . با بیش از حد زیاد نیز انتشار مستقیم پروتون

واپاشی گاما معمولاً به عنوان یک فرآیند متعاقب پس از یک فروپاشی قبلی از نوع دیگری رخ می دهد.

به طور کلی، نیمه عمر هر چه نوکلید از پایداری دورتر باشد، کوتاهتر است (مناطق سیاه نمودار نوکلید).

کاهش زمانی به دلیل پوسیدگی

نیست تجزیه رادیواکتیو یک فرآیند قطعی . زمان فروپاشی هر هسته اتمی منفرد تصادفی است . ^[15] وجود دارد با این حال، برای هر رادیونوکلئید احتمال خاصی از فروپاشی (تعداد در هر دوره زمانی). در مورد مقادیر ماکروسکوپیک ماده، این منجر به این واقعیت می شود که مقدار هسته به طور تصاعدی کاهش می یابد و به تقریب خوبی می رسد ، همانطور که توسط قانون واپاشی توضیح داده شده است . احتمال پوسیدگی را می توان به طور غیر مستقیم، اما به وضوح با نیمه عمر نشان داد . اچ. دوره ای که پس از آن نیمی از هسته های یک مجموعه اولیه پوسیده شده اند. نیمه عمر رادیواکتیو از کسری کوچک از ثانیه تا کوادریلیون سال متغیر است. هر چه نیمه عمر کوتاهتر باشد، فعالیت این نوکلید برای مقدار معینی از ماده بیشتر است.

اگر هیچ هسته پایدار یا با عمر طولانی در طول پوسیدگی تشکیل نشود، کل فعالیت یک کمیت اصلی می تواند چندین برابر افزایش یابد. این ماده با رادیونوکلئیدهای زنجیره واپاشی تجمع می یابد که هر کدام فعالیتی مشابه فرآیند اصلی دارند. پدیدار می شود یک تعادل سکولار . این در z انجام می شود. B. ¹³⁷ Cs بعد از چند دقیقه، با ²³² Th چندین سال طول می کشد.

رابطه بین نیمه عمر و فعالیت خاص
ایزوتوپ	نیمه عمر ^[14]	فعالیت خاص نوکلید	فعالیت خاص سری فروپاشی	پوسیدگی گونه ها
¹³¹ من	8 بام	4.600.000.000.000 Bq/mg	4.600.000.000.000 Bq/mg	ب ^–
¹³⁷ Cs	30 سال	3.200.000.000 Bq/mg	6.230.000.000 Bq/mg	ب ^–
²³⁹ Pu	24110 سال	2.300.000 Bq/mg	2.300.000 Bq/mg	آ
²³⁵ ایالات متحده	704,000,000 سال	80 Bq/mg	160 Bq/mg	a، b ^–
²³⁸ ایالات متحده	4,468,000,000 سال	12 Bq/mg	37 Bq/mg	a، b ^–
²³² Th	14,050,000,000 سال	4 Bq/mg	41 Bq/mg	a، b ^–

نوسانات آماری

فعالیت مقدار مورد A یک مقدار ماده، انتظار تعداد واپاشی N در هر دوره زمانی است. تعداد واقعی فروپاشی مشاهده شده در یک بازه زمانی معین T به طور تصادفی در اطراف مقدار مورد انتظار N _T = A·T نوسان می کند . فرکانسی که با آن یک عدد خاص k اتفاق می افتد از توزیع پواسون پیروی می کند . این فرآیند z است. ب. پشت بی نظمی ترک خوردگی دستگاه تشخیص آلودگی (“مشتری گایگر”).

توزیع پواسون را اگر عدد متوسط به اندازه کافی بزرگ باشد، می توان تقریباً با توزیع گاوسی توصیف کرد . انحراف معیار در $N$ رویدادهای پوسیدگی در بازه زمانی انتخاب شده ${\sqrt {N}}$ .

انواع پوسیدگی

انواع مختلف فروپاشی یک رادیونوکلئید در نمایش نقشه هسته : عمودی: عدد اتمی (عدد پروتون) Z ، افقی: عدد نوترونی N

رایج‌ترین، مهم‌ترین و طولانی‌ترین حالت‌های فروپاشی شناخته‌شده ، که به عنوان حالت فروپاشی (ZM) یا کانال فروپاشی نیز شناخته می‌شوند ، واپاشی آلفا، بتا و گاما هستند. از آنجایی که ماهیت این فرآیندها در زمان کشف آنها ناشناخته بود، سه نوع پرتو به ترتیب افزایش قدرت نفوذ با سه حرف اول (پایین) الفبای یونانی تعیین شدند: α، β و γ.

در واپاشی آلفا، هسته یک ذره آلفا را ساطع می کند که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است. این عدد جرمی را 4 و عدد اتمی را 2 کاهش می دهد.
در واپاشی بتا به معنای باریک تر، هسته اتم یک الکترون یا یک پوزیترون ساطع می کند . این در هسته اتم هنگام تبدیل نوترون به پروتون یا پروتون به نوترون رخ می دهد. عدد جرمی ثابت می ماند، عدد اتمی 1+ یا 1- تغییر می کند.
پرانرژی ساطع می کند در واپاشی گاما، هسته اتم یک فوتون . جرم و عدد اتمی ثابت می ماند، فقط حالت برانگیخته هسته کاهش می یابد. واپاشی گاما معمولاً به عنوان یک نتیجه مستقیم از واپاشی آلفا یا بتا قبلی رخ می دهد.

علاوه بر این سه نوع دگرگونی، بعدها موارد دیگری نیز کشف شد. بسیاری از این موارد نادر هستند و فقط برای خود تحقیقات فیزیک جالب هستند. جدای از واپاشی آلفا، بتا و گاما، شکافت خود به خودی اهمیت عملی خاصی نیز دارد .

برخی از نوکلیدها می توانند به بیش از یک روش تجزیه شوند، یعنی بیش از یک کانال واپاشی دارند. نمودار هسته ای یک نمای کلی گرافیکی از تمام هسته های پایدار و ناپایدار از جمله انواع فروپاشی مشاهده شده و نیمه عمر آنها است .

تعداد زیادی از انواع پوسیدگی موجود را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

ساطع کننده را تجزیه می کند نوکلئون های: بسیاری از هسته های رادیواکتیو با انتشار نوکلئون ها تغییر می کنند. اچ. از پروتون ها، نوترون ها یا هسته های سبک. بارزترین مثال، فروپاشی آلفا است . هسته مادر از یک هسته هلیوم جدا می شود. به ندرت، نوترون‌ها یا پروتون‌ها یا کربن کامل یا دیگر هسته‌های سبک منتشر می‌شوند (به بیرون فرستاده می‌شوند). تمام واپاشی های انتشار نوکلئون توسط برهمکنش قوی همراه با برهمکنش الکترومغناطیسی واسطه می شوند .

بتا تجزیه می شود: هنگامی که الکترون ها (یا پادذرات آنها) در یک واپاشی درگیر می شوند، به آن واپاشی بتا می گویند. چنین فرآیندهای مختلفی وجود دارد. لازم نیست همیشه یک الکترون به عنوان یک محصول باشد، یک الکترون نیز می تواند مانند جذب الکترون تبدیل شود . همه فروپاشی های بتا فرآیندهای تعامل ضعیفی هستند .

انتقال بین حالت های یک هسته: در این حالت هیچ ذرات ماده ای ساطع نمی شود. به همین ترتیب، هسته خود را به دیگری تبدیل نمی کند. فقط انرژی اضافی می دهد. این می تواند به عنوان تابش گاما آزاد شود یا به الکترون در پوسته اتمی داده شود (تبدیل داخلی). اینها فرآیندهای تعامل الکترومغناطیسی هستند.

بررسی اجمالی

△	حالت پوسیدگی	ذرات شرکت کننده	هسته دختر	صادر شده ذره
نوکلئون های ساطع کننده را تجزیه می کند
آ	فروپاشی آلفا	هسته یک ^{هسته 4} He ( A = 4، Z = 2) ساطع می کند که ذرات آلفا نیز نامیده می شود .	( A -4، Z -2)	⁴ او
SF	شکاف خود به خود	هسته به دو هسته متوسط سنگین تجزیه می شود، به ندرت به هسته های اضافی (معمولاً سبک) تبدیل می شود که معمولاً دو تا سه نوترون ساطع می کنند.	2+ هسته	2…3 n
پ	انتشار پروتون	هسته یک پروتون ساطع می کند.	( A -1، Z -1)	پ
n	انتشار نوترون	هسته یک نوترون ساطع می کند.	( A -1، Z )	n
2p	انتشار پروتون دوگانه	هسته دو پروتون را همزمان ساطع می کند.	( A -2، Z -2)	2 ص
2n	انتشار دو نوترون	هسته دو نوترون را همزمان منتشر می کند.	( A -2، Z )	2 n
A _c Z _c	Clusterzerfall	هسته یک هسته کوچکتر ( ^C تا ²⁸ Si) با ، _Ac Zc منتشر ₁₄ می کند . یک هسته سنگین بین ²⁰⁴ جیوه، ²¹² سرب و ²¹¹ بی باقی می ماند. به دلایل تاریخی، واپاشی آلفا (به بالا مراجعه کنید) i است. به طور کلی در میان فروپاشی خوشه حساب نمی شود.	( A − A _c , Z − Z _c )	( A _c , Z _c )
بتا تجزیه می شود
ب ^–	بتا منهای پوسیدگی	هسته یک الکترون و یک الکترون پادنوترینو ساطع می کند.	( A ، Z +1)	ν̅ _e , e ⁻
b ⁺	بتا به علاوه پوسیدگی	هسته یک پوزیترون و یک نوترینو الکترونی ساطع می کند .	( A , Z -1)	n _e ، e ⁺
K (e)	جذب الکترون	هسته یک الکترون را از پوسته اتمی جذب می کند و یک نوترینو الکترونی ساطع می کند.	( A , Z -1)	n _e
bb (2b ^– )	دو برابر بتا منهای پوسیدگی	هسته دو الکترون و دو الکترون آنتی نوترینو ساطع می کند.	( A , Z +2)	2 ν̅ _e , 2 e ⁻
(2b ⁺ )	دو بتا به علاوه پوسیدگی	هسته دو پوزیترون و دو نوترینو الکترونی ساطع می کند.	( A , Z -2)	2 n _e ، 2 e ⁺
(ev ⁺ )	جذب الکترون با گسیل پوزیترون	هسته یک الکترون را از پوسته اتمی جذب می کند و یک پوزیترون و دو الکترون نوترینو از خود ساطع می کند.	( A , Z -2)	2 n _e ، e ⁺
KEC (2ε)	جذب الکترون دوگانه	هسته دو الکترون را از پوسته اتمی جذب می کند و دو الکترون نوترینو از خود ساطع می کند.	( A , Z -2)	2 n _e
انتقال بین حالت های یک هسته
آی تی	واپاشی گاما	(معمولا) پرانرژی هسته برانگیخته یک فوتون (کوانتا گاما) ساطع می کند.	( الف ، ض )	ج
(مدار مجتمع)	تبدیل درونی	هسته برانگیخته انرژی را به الکترون پوسته ای منتقل می کند که اتم را ترک می کند.	( الف ، ض )	e ^–

اختصارات بدون پرانتز در فهرست ایزوتوپی ویکی‌پدیای آلمانی زبان استفاده می‌شوند، اختصارهای داخل پرانتز اغلب در وب‌سایت‌های دیگر استفاده می‌شوند.
K/β ⁺ وقوع جذب الکترون و همچنین واپاشی بتا را نشان می دهد.

نوکلئون های ساطع کننده را تجزیه می کند

آلفا-زرفال (الف)

واپاشی آلفا عمدتاً با هسته های سنگین تر و نسبتاً فقیر از نوترون رخ می دهد. خارج می شود یک هسته هلیوم -4 که در این مورد ذرات آلفا نامیده می شود، با سرعت 3 تا 8 درصد سرعت نور از هسته مادر بالا . این امر با وجود سد کولن به دلیل اثر تونل امکان پذیر است . هسته باقیمانده، که به عنوان هسته پس زدگی پس از فرآیند یا هسته دختر نیز شناخته می شود، دارای یک عدد نوکلئون 4 و یک عدد اتمی 2 کاهش می یابد .

فرمول کلی واپاشی آلفا است

{}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z-2}^{A-4}\mathrm {Y} +~_{2}^{4}\ mathrm {He}

هسته مادر X با عدد نوکلئون (عدد جرمی) A و عدد پروتون Z با گسیل یک ذره آلفا به هسته دختر Y با عدد نوکلئون 4 و عدد پروتون 2 کاهش می یابد.

مثال : تجزیه اورانیوم-238 به توریم-234:

{}^{238}_{\ 92} \mathrm U \to {}^{234}_{\ 90} \mathrm{Th} + \alpha

واپاشی های بیشتر با انتشار نوکلئون ها در اینجا دنبال می شود .

بتا تجزیه می شود

واپاشی بتا زمانی اتفاق می‌افتد که نسبت نوترون‌ها به پروتون‌ها در هسته نامتعادل باشد. تابش بتا حاصل از الکترون‌ها (β ⁻ ) یا پوزیترون‌ها (β ⁺ ) تشکیل می‌شود که بسته به هسته، تا 99.9 درصد سرعت نور از هسته خارج می‌شوند.

پوسیدگی بتا منهای ( ^β- )

در فروپاشی بتا منهای، یک نوترون در هسته به پروتون تبدیل می شود. گسیل می شوند یک الکترون و یک الکترون پادنوترینو . عدد نوکلئون هسته تغییر نمی کند، عدد اتمی آن 1 افزایش می یابد.

فرمول کلی این است

{}^{A}_{Z} \mathrm{X} \به {}^{A}_{Z+1} \mathrm{Y} + \mathrm{e}^- + \overline\nu_\mathrm{ e}

هسته مادر X با تعداد نوکلئون‌های A و تعداد پروتون‌های Z با تعداد نوکلئون‌های مشابه به هسته‌ی دختری Y تجزیه می‌شوند و تعداد پروتون 1 افزایش می‌یابد و یک الکترون و یک الکترون پادنوترینو ساطع می‌کند.

مثال: تجزیه کربن-14 به ایزوتوپ پایدار نیتروژن-14:

{}^{14}_{\ 6} \mathrm C \to {}^{14}_{\ 7}\mathrm N + e^- + \overline\nu_\mathrm{e} Abschirmung (Strahlung

تشعشعات بتا منهای را می توان با چند متر هوا یا به عنوان مثال تشخیص داد. ب. کاملاً با صفحه پلکسی گلاس سپر کنید .

نوترینو و پادنوترینو فقط در معرض اندرکنش ضعیف هستند . به دلیل این تعامل بسیار نادر با ماده، تشخیص آنها دشوار است و برای موجودات زنده بی ضرر است. نوترینوهای خورشیدی تقریباً بدون تضعیف از بخش هایی از خورشید و کل زمین عبور می کنند.

پوسیدگی بتا به علاوه (β ⁺ )

در واپاشی بتا به علاوه، در هسته یک پروتون به نوترون تبدیل می شود . یک پوزیترون و یک نوترینو الکترونی گسیل می شوند. عدد نوکلئون هسته تغییر نمی کند، عدد اتمی آن 1 کاهش می یابد.

فرمول کلی این است

{}^{A}_{Z} \mathrm{X} \به {}^{A}_{Z-1} \mathrm{Y} + \mathrm{e}^+ + \nu_\mathrm{e}

هسته والد X با تعداد نوکلئون های A و تعداد پروتون های Z به هسته دختر Y با همان تعداد نوکلئون و تعداد پروتون های کاهش یافته 1 تجزیه می شود و یک پوزیترون و یک الکترون نوترینو ساطع می کند.

مثال: تجزیه نیتروژن-13 به ایزوتوپ پایدار کربن-13:

{}^{13}_{\7} \mathrm N \to {}^{13}_{\6} \mathrm C + e^+ + \nu_e

(ساده) گرفتن الکترون (ε)

روش دیگر تبدیل پروتون به نوترون از طریق گرفتن الکترون نیز است که به آن واپاشی ε یا گاهی واپاشی β معکوس می گویند کشیده می شود . یک الکترون از لایه اتمی به درون هسته که معمولاً تحت تأثیر قرار می گیرد . پس از پوسته الکترونی ، پوسته K، جذب الکترون نیز به عنوان جذب K شناخته می شود . یک پروتون از هسته به نوترون تبدیل می شود و یک الکترون نوترینو ساطع می شود. تغییر در هسته مانند β ⁺ – واپاشی است: تعداد نوکلئون ها بدون تغییر باقی می ماند، عدد اتمی یک کاهش می یابد. بنابراین جذب الکترون با ^{β +} واپاشی رقابت می کند. از آنجایی که واپاشی β ⁺ برای هر هسته‌ای که با جذب الکترون تجزیه می‌شود، ^{باید انرژی پوزیترون ساطع شده را فراهم کند، واپاشی β +} گزینه‌ای نیست . فضایی در پوسته تحت تأثیر جذب الکترون خالی می‌شود و الکترون‌های لایه‌های بیرونی به سمت جلو حرکت می‌کنند و پرتوهای X مشخصه ساطع می‌کنند .

به طور کلی، فرمول برای گرفتن الکترون است

{}^{A}_{Z}\mathrm{X}+ \mathrm{e}^- \to{}^{A}_{Z-1}\mathrm{Y} + \nu_\mathrm{e}

هسته والد X یک الکترون را از پوسته اتمی می گیرد و به هسته دختر با همان تعداد نوکلئون و تعداد پروتون کاهش یافته 1 تبدیل می شود و یک نوترینوی الکترونی ساطع می کند.

مثال: تجزیه نیکل-59 به کبالت-59:

{}^{59}_{28} \mathrm {Ni} + e^- \to {}^{59}_{27} \mathrm {Co} + \nu_e {\displaystyle {}_{\ 54}

جذب الکترون دوگانه (2ε)

برای برخی از هسته ها، گرفتن الکترون ساده از نظر انرژی امکان پذیر نیست، اما آنها می توانند با گرفتن دو الکترون به طور همزمان تجزیه شوند. از آنجایی که چنین پوسیدگی ها به دو برهمکنش ضعیف به طور همزمان نیاز دارند، نیمه عمر بسیار طولانی دارند. آنها به طور مستقیم برای اولین بار در سال 1986 شناسایی شدند. ^[16]

مثال: تجزیه زنون-124 به تلوریوم-124:

^ {124}\mathrm {Xe} +2~e^{-}\to {}_{\ 52}^{124}\mathrm {Te} +2~\nu _{e}} siehe

فروپاشی مضاعف بتا منهای ( ^2β- )

واپاشی ساده بتا از نظر انرژی برای برخی از هسته ها ممکن نیست، اما آنها می توانند با گسیل دو الکترون تجزیه شوند. از آنجایی که چنین پوسیدگی ها به دو برهمکنش ضعیف به طور همزمان نیاز دارند، نیمه عمر بسیار طولانی دارند. آنها برای اولین بار به طور مستقیم در سال 1987 شناسایی شدند.

مثال: تجزیه زیرکونیوم-96 به مولیبدن-96:

{}_{40}^{96}\mathrm {Zr} \to {}_{42}^{96}\mathrm {Mo} +2~e^{-}+2~{\overline { \nu }}_{\mathrm {e} }

اینکه آیا دو نوترینو همیشه در طول واپاشی مضاعف بتا منتشر می‌شوند یا اینکه واپاشی مضاعف بتا بدون نوترینو نیز رخ می‌دهد، هنوز پاسخی داده نشده است (2016). اگر مورد بدون نوترینو می توانست اثبات شود، نوترینوها یکدیگر را نابود می کردند ، به این معنی که نوترینوها پادذرات خودشان هستند. این باعث می شود که آنها به اصطلاح ذرات Majorana شوند .

انتقال بین حالت های یک هسته

گاما-زرفال (γ)

واپاشی گاما معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که یک هسته اتمی پس از یک فروپاشی قبلی در حالت برانگیخته باقی بماند . پرانرژی با انتشار تابش الکترومغناطیسی (تابش γ)، هسته اتم انرژی آزاد می کند و به حالت کم انرژی تغییر می کند. تعداد نوترون ها و پروتون ها در هسته تغییر نمی کند. اصطلاح گاما “واپاشی” از این نظر تا حدودی گمراه کننده است، اما هنوز هم نامگذاری معمول است. به استثنای چند مورد، واپاشی گاما در مدت زمان بسیار کوتاهی (10-18 ^تا 10-12 ^ثانیه ) پس از واپاشی قبلی رخ می دهد.

فرمول کلی این است

{}^{A}_{Z}\mathrm{X}^{*}\to{}^{A}_{Z}\mathrm{X} + \گاما نابودی فرمیون مایورانا را ببینید تابش

هسته برانگیخته X با گسیل یک کوانتوم گاما تحریک می شود.

طرح زوال ⁶⁰ شرکت

طرح پوسیدگی ^{99 متر} Tc

یک مثال شناخته شده تابش پرتوهای گاما توسط یک هسته نیکل-60 است که (بیشتر) از فروپاشی بتا هسته کبالت-60 تشکیل می شود:

{}^{60}_{28} \mathrm {Ni}^{*} \to {}^{60}_{28} \mathrm {Ni} + {\gamma}

طرح فروپاشی این فرآیند در نمودار سمت راست نشان داده شده است. ⁶⁰ Co ، یک نوکلید با کاربردهای عملی فراوان، یک ساطع کننده بتا منهای با نیمه عمر 5.26 سال است. آن را به حالت برانگیخته ⁶⁰ Ni ^* تجزیه می کند، که تقریباً بلافاصله با نیمه عمر کمی کمتر از 1 ps با انتشار (عمدتا) آبشاری از دو کوانتای گاما به حالت پایه تبدیل می شود .

کاربردهای عملی ⁶⁰ Co و بسیاری دیگر از رادیونوکلئیدها اغلب فقط در مورد این تابش گاما است. در این موارد، تابش آلفا یا بتا توسط محفظه آماده سازی رادیواکتیو محافظت می شود و تنها تابش گاما به خارج نفوذ می کند.

اگرچه تشعشعات گاما از نوکلید دختر واپاشی آلفا یا بتا می آید، اما همیشه با هسته اصلی آن مرتبط است. یکی از “گسترش کننده گاما” کبالت-60 و غیره صحبت می کند، زیرا تنها منبع عملا قابل استفاده این تشعشع گاما یک ^{آماده سازی 60} Co است.

فقط زمانی که حالت برانگیخته یک ایزومر باشد ، یعنی. اچ. دارای نیمه عمر به اندازه کافی طولانی است، منبع واقعی اشعه گاما را می توان جدا از نسل آن استفاده کرد، مانند مورد تکنسیوم -99:

{\displaystyle {}_{43}^{99\mathrm {m} }\mathrm {Tc} \to {}_{43}^{99}\mathrm {Tc} +{\gamma }} بزرگنمایی و اطلاعات

این ایزوتوپ تکنسیوم با نیمه عمر شش ساعت در تشخیص پزشکی استفاده می شود.

صفحات بتنی یا سربی به ضخامت دسی متر ممکن است برای محافظت از تابش γ ضروری باشند، زیرا محدوده خاصی در ماده ندارند، بلکه فقط به صورت تصاعدی ضعیف می شوند . وابسته به انرژی گاما برای هر ماده محافظ وجود دارد بنابراین یک ضخامت نیم مقدار . تابش گاما مانند نور، تابش الکترومغناطیسی است، اما کوانتوم آن بسیار پرانرژی است و بنابراین بسیار خارج از طیف قابل مشاهده برای چشم انسان است.

تبدیل داخلی (IC)

انرژی آزاد شده هنگام انتقال یک هسته اتمی به حالت کم انرژی نیز می تواند به یک الکترون در پوسته اتمی منتقل شود. به این فرآیند تبدیل درونی می گویند. بر این اساس، الکترون‌های تبدیل انرژی‌های بسیار مشخصی دارند، یعنی در مقابل الکترون‌های β، طیف خطی را نشان می‌دهند.

{}^{A}_{Z}\mathrm{X}^{*}\to{}^{A}_{Z}\mathrm{X} siehe

هسته برانگیخته X از هیجان خارج می شود. انرژی آزاد شده در این فرآیند به عنوان انرژی جنبشی به یک الکترون در پوسته اتمی منتقل می شود.

در مورد تبدیل داخلی، یک بار اولیه منفی پس از فروپاشی در پوسته وجود ندارد و یک یون مثبت باقی می‌ماند .

انواع دیگر فروپاشی با انتشار نوکلئون ها

شکاف خود به خود (SF)

برای هسته های به ویژه سنگین فراتر از عدد اتمی 90 ( توریم است )، شکافت خود به خودی یکی دیگر از فرآیندهای تبدیل رادیواکتیو . هسته اتم به دو هسته دختر متوسط سنگین (به ندرت بیشتر) تجزیه می شود و در این فرآیند دو یا سه نوترون آزاد می شود. جفت های مختلفی از هسته های دختر ممکن است، اما مجموع اعداد اتمی و مجموع اعداد جرمی همه محصولات شکافت با هسته اصلی یکسان است:

{}^{252}_{\ 98} \mathrm {Cf} \to {}^{145}_{\ 56} \mathrm {Ba} + {}^{104}_{\ 42} \mathrm {Mo } + 3 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}

{}^{252}_{\ 98} \mathrm {Cf} \to {}^{128}_{\ 50} \mathrm {Sn} + {}^{122}_{\ 48} \mathrm {Cd } + 2 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}

ایزوتوپ های اورانیوم طبیعی در اثر شکافت خود به خود به کسری کوچک تجزیه می شوند:

{}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \to {}^{142}_{\ 56} \mathrm {Ba} + {}^{90}_{36} \mathrm {Kr} + 3 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}

{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} \to {}^{140}_{\ 54} \mathrm { Xe} + {}^{96}_{38} \mathrm {Sr} + 2 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}

{}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \to {}^{135}_{\ 53} \mathrm {I} + {}^{98}_{39} \mathrm {Y} + 2 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}

{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} \to {}^{133}_{\ 51} \mathrm { Sb} + {}^{102}_{\ 41} \mathrm {Nb} + 3 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n} {\displaystyle {}_{Z}^{A

علاوه بر شکافت عمدتاً دوتایی، شکافت سه تایی به ندرت رخ می دهد که در آن یک ذره سوم (نور) رخ می دهد. این ذره معمولاً یک ^{هسته 4} He یا ³ H است.

شکافت هسته ای چهارتایی حتی به ندرت اتفاق می افتد که در آن دو ذره نور دیگر (در اینجا عمدتاً ⁴ He) تشکیل می شوند. ^[17]

انتشار خود به خود نوکلئون (p، n، 2p، 2n)

می‌تواند رخ دهد در مورد هسته‌هایی با تعداد نوترون‌های به‌ویژه زیاد یا به‌ویژه کم، انتشار خود به خودی نوکلئون . اچ. منجر به انتشار پروتون یا نوترون می شود . هسته های اتمی با بیش از حد زیاد پروتون می توانند یک پروتون تولید کنند، هسته های اتمی با بیش از حد زیاد نوترون می توانند نوترون تولید کنند.

} \mathrm {X} \to {}_{Z-1}^{A-1}\mathrm {Y} +{}_{1}^{1}\mathrm {p} } {\displaystyle {}_

{ Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z}^{A-1}\mathrm {X} +{}_{0}^{1}\mathrm {n} } {\

مثال: بور-9 یک پروتون را می شکافد تا مقدار اضافی را جبران کند:

displaystyle {}^{9}\mathrm {B} \to {}^{8}\mathrm {Be} +{}_{1}^{1}\mathrm {p} } {\displaystyle {}^

مثال: هلیوم-5، از طرف دیگر، به طور خود به خود یک نوترون ساطع می کند:

{5} \mathrm {He} \to {}^{4}\mathrm {He} +{}_{0}^{1}\mathrm {n} }

واپاشی دو پروتون (2p)

اگر بیش از حد پروتون وجود داشته باشد، واپاشی دو پروتون ممکن است رخ دهد، که در آن حتی دو پروتون به طور همزمان ساطع می شوند.

مثال: تجزیه گوگرد -26 به سیلیکون -24:

{}_{16}^{26}\mathrm {S} \to {}_{14}^{24}\mathrm {Si} +2~{}_{1}^{1}\mathrm {p}

دو فروپاشی نوترونی (2n)

در مورد بیش از حد زیاد نوترون، واپاشی دو نوترونی می تواند رخ دهد، که در آن حتی دو نوترون به طور همزمان ساطع می شوند.

مثال: تجزیه بریلیم -16 به بریلیم-14:

{}_{4}^{16}\mathrm {Be} \to {}_{4}^{14}\mathrm {Be} +2~{}_{0}^{1}\mathrm {n}

هر دو فرآیند دو نوکلئونی نزدیک به حد تئوریک پایداری، “لبه نمودار نوکلید” رخ می دهند. خارج از این هیچ هسته اتمی محدودی وجود ندارد. ^[18]

Clusterzerfall (A _c Z _c )

در موارد بسیار نادر، هسته‌های اتمی بزرگ‌تر نیز به جای نوکلئون‌های منفرد یا هسته‌های هلیوم 4 منتشر می‌شوند. این شکل از فروپاشی در سال 1980 پیش بینی شد و در سال 1983 به طور تجربی تأیید شد.

مثال ها:

{}_{\ 97}^{247}\mathrm {Bk} \to {}_{\ 91}^{235}\mathrm {Pa} +{}_{\ 6}^{12}\ mathrm {C}

{}_{\ 97}^{247}\mathrm {Bk} \to {}_{\ 77}^{199}\mathrm {Ir} +{}_{20}^ {48}\mathrm {Ca}

{}_{\ 98}^{248}\mathrm {Cf} \to {}_{\ 90}^{232}\mathrm {Th} +{}_ {\ 8}^{16}\mathrm {O}

سریال پوسیدگی

محصول یک فروپاشی ممکن است پایدار یا خود رادیواکتیو باشد. در مورد دوم، یک سری از واپاشی های رادیواکتیو رخ خواهد داد تا در نهایت یک هسته پایدار به عنوان محصول نهایی تشکیل شود. می گویند به این توالی واپاشی های رادیواکتیو ، سری واپاشی یا زنجیره واپاشی .

بنابراین، ایزوتوپ اورانیوم -234 تجزیه می شود و یک ذره آلفا -238 به توریم ساطع می کند که سپس از طریق واپاشی بتا به پروتاکتینیم -234 تبدیل می شود که دوباره ناپایدار است و غیره. پس از مجموع 14 یا 15 فروپاشی، این سری واپاشی به سرب هسته پایدار -206 ختم می شود. از آنجایی که برخی از هسته‌ها می‌توانند به روش‌های مختلف تجزیه شوند (به کانال فروپاشی مراجعه کنید)، چندین شاخه از یک سری فروپاشی می‌توانند از یک هسته مادر (که می‌توانند دوباره به هم برسند) بیرون بیایند. به عنوان مثال، حدود 64 درصد از اتم های یک بیسموت -212 نمونه بتا واپاشی به پلونیوم -212 و بقیه حدود 36 درصد آلفا-واپاشی به تالیم -208 تبدیل می شوند.

به این ترتیب، یک نمونه خالص اصلی از یک رادیونوکلئید می تواند در طول زمان به مخلوطی از رادیونوکلئیدهای مختلف تبدیل شود. نوکلیدهای با عمر طولانی بیشتر از نوکلیدهای کوتاه مدت تجمع می یابند.

سپر و برد

تابش آلفا به طور کامل توسط یک ورق کاغذ جذب می شود، تابش بتا توسط یک ورق فلز به ضخامت چند میلی متر. بسته به انرژی این تابش، چندین سانتی متر تا دسی متر از ماده ای با بالاترین چگالی ممکن برای تضعیف تابش گاما به اندازه کافی مورد نیاز است (به محافظ (تابش) مراجعه کنید ).

تابش α را می توان با یک ورق کاغذ، مقوای نازک یا هوا محافظت کرد. برای محافظت در برابر تابش β- ⁽ لایه های نازک پلکسی گلاس یا ورق فلز الکترون ها) استفاده می شود . موادی با اعداد اتمی بالا برای محافظت در برابر تابش γ استفاده می شوند، به عنوان مثال. ب. سرب . همین امر در مورد تابش β ⁺ صدق می کند ، زیرا جذب آن از طریق نابودی باعث تولید تابش γ ^{می شود. [19]}

به طور کلی، دامنه تابش یونیزان با انرژی افزایش می یابد و با چگالی مواد محافظ کاهش می یابد. تابش α با انرژی جنبشی 5 مگا الکترون ولت در هوا 3.6 سانتی متر و در بافت فقط 0.04 میلی متر است. ^[20]^[21] عمدتاً، پرتوهای یونیزان از طریق برخورد با اتم‌های ماده محافظ، انرژی آزاد می‌کند و در نتیجه اتم‌ها را یونیزه یا برانگیخته می‌کند ، که به نوبه خود الکترون‌های ثانویه و پرتوهای ایکس را درون ماده محافظ تولید می‌کند.

رادیواکتیویته در محیط

رادیواکتیویته در محیط ما تا حدی به طور طبیعی (بدون دخالت انسان) رخ می دهد، تا حدی توسط فعالیت های انسانی تولید شده یا می شود (“انسان زایی”). علل تشعشعات رادیواکتیو طبیعی رادیونوکلئیدهای اولیه با محصولات جانبی آنها و همچنین هسته هایی هستند که توسط تشعشعات کیهانی در جو زمین ایجاد می شوند است که با ترکیب طبیعی متفاوت است . رادیواکتیویته مصنوعی معمولاً دارای ترکیب ایزوتوپی ، زیرا حاوی رادیواکتیویته های کوتاه مدت است که در زنجیره های فروپاشی یا فرآیندهای پوسته پوسته شدن تولید نمی شوند .

رادیواکتیویته طبیعی

رادیونوکلئیدهای اولیه از مواد زمین اولیه به دست می آیند و به دلیل نیمه عمر طولانی هنوز هم وجود دارند. اینها شامل پتاسیم -40 است که همیشه در بدن انسان وجود دارد و که از سوخت های هسته ای ایزوتوپ های اورانیوم مهم هستند . دیگر رادیونوکلئیدهای به طور غیرمستقیم به عنوان محصولات فروپاشی دائماً بازتولید شده از زنجیره های واپاشی رادیواکتیو این هسته های اولیه ایجاد می شوند، مانند گاز رادون که از همه جا از زمین خارج می شود . می گویند به این هسته ها رادیوژنیک . دیگر رادیونوکلئیدهای کیهانی به طور مداوم در جو توسط واکنش های هسته ای با پرتوهای کیهانی تولید می شوند. آنها شامل کربن 14 است که مانند پتاسیم 40 از طریق متابولیسم وارد همه موجودات می شود .

تابش رادیونوکلئیدهای طبیعی که در همه جا وجود دارند را تشعشعات زمینی می گویند .

رادیواکتیویته ساخته یا منتشر شده توسط انسان

مدت ها قبل از کشف رادیواکتیویته، فعالیت های انسانی مانند استخراج معادن و سوزاندن زغال سنگ مواد رادیواکتیو را آزاد می کردند. پاراسلسوس در سال 1567 توصیف کرد بیماری اشنیبرگر را . سنگ معدن های فلزی و زغال سنگ حاوی رادیونوکلئیدهای بیشتری نسبت به میانگین بیوسفر هستند. چاه ها رادون را از داخل زمین به سطح انتقال می دهند.

با استخراج اورانیوم، ساخت نیروگاه های هسته ای و از همه مهمتر ساخت و آزمایش سلاح های هسته ای در زمین، رادیواکتیویته در بیوسفر منتشر شد که بازتاب جهانی داشت.

مقادیر زیادی مواد رادیواکتیو (علاوه بر آزمایش های هسته ای تا سال 1963) در نتیجه حوادث در تاسیسات هسته ای منتشر شد. شناخته شده ترین آنها فاجعه هسته ای چرنوبیل و فاجعه هسته ای فوکوشیما هستند . پس از سال 1990، تصادف کیشتیم در سال 1957 و پیست استورال ناشی از آن شناخته شد.

کاربردهای پزشکی یا آزمایش مواد با پرتوهای یونیزان به رادیواکتیویته ساخته دست بشر کمک نمی کند. تا آنجایی که اصلاً از مواد رادیواکتیو استفاده می شود، اینها نوکلیدهای کوتاه مدت در مقادیر کم هستند، به عنوان مثال. ب. در توموگرافی گسیل پوزیترون .

به هسته‌های با عمر کوتاه‌تر تبدیل شوند برخی از هسته‌های با عمر طولانی حاصل از زباله‌های رادیواکتیو حاصل از شکافت هسته‌ای می‌توانند در آینده با تبدیل که ذخیره‌سازی آسان‌تر است.

اندازه ها و واحدهای اندازه گیری

فعالیت

فعالیت رادیواکتیو یا رادیواکتیو تعداد رویدادهای فروپاشی در هر دوره زمانی است که در نمونه ای از یک آلوده به ماده رخ می دهد. فعالیت معمولاً در واحد SI بکرل (Bq) داده می شود. 1 بکرل معادل یک پوسیدگی در ثانیه است.

دوز تشعشع

مقادیر و واحدهای اندازه گیری مربوط به اثرات پرتوهای یونیزان (از منابع رادیواکتیو یا سایر منابع) عبارتند از

دوز جذب شده با واحد خاکستری ، که انرژی جذب شده در هر جرم را بر حسب ژول /کیلوگرم (J/kg) توصیف می کند .
دوز معادل واحد با سیورت مربوط به دوز جذب شده اصلاح شده توسط فاکتورهای وزنی مشخص شده برای انواع مختلف تابش و
دوز یون با واحد کولن / کیلوگرم (C/kg)، که میزان فرآیندهای یونیزاسیون ایجاد شده را توصیف می‌کند.

دستگاه های اندازه گیری تشعشعات ناشی از رادیواکتیویته

انواع مختلفی از آشکارسازها برای تشخیص و اندازه گیری کمی تشعشع وجود دارد که هر کدام برای انواع خاصی از تشعشعات مناسب هستند. یک مثال معروف شمارنده گایگر است . محفظه های یونیزاسیون و محفظه های ابری را می توان برای تشخیص تابش آلفا، بتا و گاما، شمارنده های سوسوزن و آشکارسازهای نیمه هادی برای تشخیص پرتوهای بتا و گاما استفاده کرد.

برای حفاظت در برابر تشعشع اندازه گیری انواع مختلفی از دزیمترها و دز سنج ها استفاده می شود . هر کدام حاوی یک یا چند آشکارساز فوق هستند.

اولین اندازه گیری که بیانیه کمی در مورد تابش به دست داد توسط پیر کوری و ماری کوری با کمک الکتروسکوپ انجام شد . این کاهش بار الکتریکی ناشی از رسانایی هوا ناشی از یونیزاسیون را اندازه گیری کرد. همین اصل اندازه گیری هنوز هم امروزه (2016) در دزیمترهای قلم آبنما استفاده می شود .

برنامه های کاربردی

جدول تناوبی عناصر بر اساس نیمه عمر پایدارترین ایزوتوپ آنها رنگ می شود.

کاربردهای فنی

باتری های رادیونوکلئیدی در فضا برای تامین برق و بخاری های رادیونوکلئیدی برای گرمایش استفاده می شوند. فراتر از مدار مشتری ، تابش خورشید دور دیگر ^برای با سلول های خورشیدی پوشش انرژی مورد نیاز کاوشگرها قوی با اندازه عملی کافی نیست. کمربندهای تشعشعی ، مانند آنهایی که به عنوان مثال یافت می شوند. ب. مشتری، استفاده از سلول های خورشیدی را غیرممکن کنید. در اتحاد جماهیر شوروی ، باتری‌های رادیونوکلئیدی بسیار قدرتمند پر از استرانسیم و چراغ‌های رادیویی در دایره قطب شمال استفاده می‌شد فانوس‌های دریایی -90 برای تامین انرژی .

کاربردهای مهمی که از رادیواکتیویته مواد استفاده می کنند، تاریخ گذاری اشیا و آزمایش مواد است.

در باستان شناسی ، هنرهای زیبا ، زمین شناسی و دیرینه اقلیم شناسی ، اندازه گیری غلظت ایزوتوپ های رادیواکتیو برای تعیین سن استفاده می شود، به عنوان مثال. ب. تاریخ گذاری رادیوکربن (روش رادیوکربنی).

یکی از کاربردهای فنی اندازه گیری ضخامت و آزمایش مواد با استفاده از رادیوگرافی است. در این حالت، یک ماده با پرتوهای گاما تابش می شود و یک شمارنده، چگالی متوسط را برای یک ضخامت لایه مشخص یا برعکس، ضخامت لایه را برای یک چگالی شناخته شده بر اساس پرتوهای نافذ و قانون جذب تعیین می کند . تابش همچنین می تواند تصویری را بر روی فیلم اشعه ایکس در پشت لایه مواد ایجاد کند. این شکلی است که در آن از آزمایش رادیوگرافی بر روی مواد استفاده می شود.

در ظروف بزرگ با مواد حجیم یا گرانول نیز اندازه گیری سطح رادیومتری با تشعشع گاما از یک دیواره ظرف به دیوار دیگر انجام می شود.

در ژئوفیزیک و زیست شناسی، مواد رادیواکتیو به عنوان ردیاب برای اندازه گیری رفتار جریان مناسب هستند، به عنوان مثال. ب- بررسی آبهای زیرزمینی در زمین یا خون در بافت. برای انجام این کار، مقدار مشخصی از ماده در یک نقطه خاص معرفی شده و توزیع زمانی و مکانی فعالیت اندازه گیری می شود.

تست مواد

در فیزیک حالت جامد و شیمی حالت جامد، ایزوتوپ های رادیواکتیو برای مطالعه موادی مانند ب. فلزات و آلیاژها ، نیمه هادی ها ، عایق ها و سرامیک های کاربردی . تمرکز در اینجا بر روی عیوب موضعی و انتشار است که اغلب عملکرد مواد را تعیین می کند. اینها امروزه در بسیاری از برنامه های الکترونیکی مانند الکترونیک ، باتری ها ، تراشه های کامپیوتری ، هارد دیسک ، روشنایی و غیره استفاده می شوند. بدون درک عمیق تر از این مواد، یک برنامه هدفمند غیر قابل تصور خواهد بود.

یک کاربرد آنالیز عنصری با استفاده از طیف سنجی گاما است . اندازه گیری های دقیق در تجزیه و تحلیل شیمیایی و بررسی ساختار محلی در جامدات به عنوان مثال. انجام شد ب. با طیف‌سنجی موسباور یا همبستگی زاویه گاما-گامای مختل . این روش‌های فیزیک حالت جامد هسته‌ای از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو ویژه‌ای استفاده می‌کنند که در تأسیسات ویژه یافت می‌شوند، مثلاً. B. ISOLDE در سرن یا در راکتورهای هسته ای .

کاوشگرهای رادیواکتیو این مزیت بزرگ را دارند که فقط مقادیر بسیار کمی از مواد مورد نیاز است و معمولاً فقط در ردیابی مورد استفاده قرار می گیرند. در انتشار ردیاب ، معمولاً چند کیلوبایت برای تعیین ضرایب انتشار در جامدات کافی است. در مورد همبستگی زاویه گاما-گاما مختل، فقط به ازای هر اندازه گیری تقریباً 10 ¹⁰ تا 10 ¹² اتم نیاز است. بنابراین با روش z. به عنوان مثال، اتصال فلزات سمی مانند کادمیوم ، جیوه یا سرب را می توان در سلول های بیولوژیکی در محل مورد بررسی قرار داد . با بتا-NMR، تنها حدود 108 ^اتم در هر اندازه گیری مورد نیاز است.

کاربردهای پزشکی

استفاده از مواد رادیواکتیو بدون مهر و موم بر روی انسان موضوع پزشکی هسته ای است .

بیشتر در تشخیص پزشکی هسته ای سینتی گرافی استفاده می شود . مقادیر کمی از یک ماده تابشگر γ ( ردیاب ) به بیمار اعمال می شود (“اعمال”) به عنوان مثال به داخل ورید تزریق می شود یا استنشاق می شود. تابش ساطع شده توسط ردیاب توسط یک دوربین گاما بر اساس آشکارسازهای سوسوزن در خارج از بدن ثبت می شود و تصویری دو بعدی تولید می کند. پیشرفت‌های جدید روش اجازه نمایش سه بعدی با استفاده از توموگرافی کامپیوتری را می‌دهد ( توموگرافی کامپیوتری انتشار تک فوتون ، SPECT). یکی دیگر از روش های تصویربرداری در پزشکی هسته ای که تصاویر سه بعدی را نیز ارائه می دهد، توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) است. آزمایش‌های آزمایشگاهی خاصی را نیز می‌توان با مواد رادیواکتیو انجام داد، به‌عنوان مثال، رادیوایمنواسی .

در درمان پزشکی هسته ای از تابش های بتا خالص یا عمدتاً استفاده می شود. رایج ترین زمینه های کاربرد ید درمانی برای بیماری های خوش خیم و بدخیم غده تیروئید ، رادیوسینوویورتز برای برخی بیماری های مفصلی و درمان رادیونوکلئیدی برای تسکین درد در متاستازهای استخوانی است .

اغلب در پرتودرمانی رادیونوکلئیدها به شکل ساطع کننده های گامای مهر و موم شده در گذشته مورد استفاده قرار می گرفتند که هیچ ماده رادیواکتیو نمی تواند از آن خارج شده و توسط بدن جذب شود. با توجه به پتانسیل خطر برای کارکنان پزشکی، اشعه ایکس با شتاب دهنده های خطی سخت تولید شده الکترونی به طور فزاینده ای برای تابش بدن از خارج مورد استفاده قرار می گیرد. ساطع کننده های گامای محصور هنوز هم استفاده می شوند، به عنوان مثال، در براکی تراپی یا رادیوسرجری .

خطرناک بودن

همچنین ببینید: قرار گرفتن در معرض تشعشع ، آسیب تشعشع ، بیماری تشعشع ، و خطر تشعشع

ADR کالاهای خطرناک کلاس 7 مواد رادیواکتیو

با توجه به خطر رادیواکتیویته، خطرات مختلفی باید از هم تفکیک شوند:

قرار گرفتن در معرض تابش به عنوان یک اثر از راه دور ( همچنین به فاکتور تبدیل دوز مراجعه کنید )
آلودگی (ناخالصی) با مواد رادیواکتیو، که گاهی اوقات می تواند منجر به قرار گرفتن در معرض طولانی مدت شود، به عنوان مثال. ب- در صورت آلودگی پوست
ادغام (گرفتن) ماده رادیواکتیو در بدن با تنفس آن ( استنشاق ) یا خوردن/آشامیدن ( بلع ).

این اصطلاحات گاهی اوقات در گزارش و عموم اشتباه گرفته می شود. بر این اساس، به عنوان مثال، اصطلاح “تابش یافته” اغلب به اشتباه امروز (2016) به جای آلوده استفاده می شود . تشعشع در اصل به معنی – مشابه سوختگی – آسیب یا آسیب قابل توجه ناشی از تشعشع است.

گاهی خطرناک اثرات بیولوژیکی این خود رادیواکتیویته نیست که مسئول است، بلکه تشعشعات یونیزه کننده ای است که از آن ساطع می شود.

عواقب اثرات تشعشعات با دوز کم ( پرتوهای سطح پایین ) بر محیط زیست و موجودات زنده به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته است. اثبات آنها دشوار است. ^[23] مجاز نیز تعیین مقادیر حد بحث برانگیز است.

نمادهای هشدار دهنده

علامت هشدار مطابق ISO 21482 که فقط مستقیماً به ساطع کننده های رادیواکتیو خطرناک متصل می شود.

از آنجایی که علامت هشدار تشعشع (نماد سه‌فویل: ☢ ) که تاکنون استفاده شده است اغلب به‌عنوان هشداری درباره منابع رادیواکتیو قوی شناخته نمی‌شود و مردم یک هسته‌دار با تشعشع قوی را از محافظ آن حذف می‌کنند (مثلاً حادثه Goiânia )، تلفات جانی به‌ویژه در مراحل توسعه رخ داده است. تصادفات کشورها در 15 فوریه 2007، آژانس بین‌المللی انرژی اتمی اعلام کرد که ^[24] باید یک علامت هشدار جدید و واضح‌تر مستقیماً به رادیاتورهای دسته‌های تشعشعات 1، 2 و 3 متصل شود . این امر با کمک نمادهای معنادارتر، خطر مرگبار تشعشعات یونیزان را هشدار می دهد و مردم را ترغیب به فرار می کند. فقط نماد قدیمی باید همچنان به خود ظرف متصل شود، زیرا آنقدر از تشعشعات محافظت می کند که خطر فوری ایجاد نمی کند. با استاندارد سازی ISO – Norm 21482، علامت هشدار جدید برای منابع تشعشع خطرناک باید در سریع ترین زمان ممکن و الزام آور بین المللی معرفی شود. در آلمان، علامت هشدار نه در استاندارد ملی و نه در مقررات پیشگیری از تصادف گنجانده شده است. همچنین در پیش نویس نسخه جدید DIN 4844-2 که علائم هشدار دهنده را تنظیم می کند، گنجانده نشده است. در اتریش در OENORM ISO 21482 استاندارد شده است.

در مورد منابع تابش ضعیف، برچسب نباید تغییر کند. ^[25] توسعه نمادهایی برای هشدار دادن به آیندگان در مورد خطرات رادیواکتیو موضوع نشانه‌شناسی اتمی است .

فهرست مطالب

استفاده از اصطلاحات

واپاشی رادیواکتیو

مواد رادیواکتیو و تشعشعات

داستان

مبانی فیزیکی

ثبات

تأثیر جرم هسته ای و نسبت نوترون به پروتون

کاهش زمانی به دلیل پوسیدگی

نوسانات آماری

انواع پوسیدگی

بررسی اجمالی

نوکلئون های ساطع کننده را تجزیه می کند

آلفا-زرفال (الف)

بتا تجزیه می شود

پوسیدگی بتا منهای ( β- )

پوسیدگی بتا به علاوه (β + )

(ساده) گرفتن الکترون (ε)

جذب الکترون دوگانه (2ε)

فروپاشی مضاعف بتا منهای ( 2β- )

انتقال بین حالت های یک هسته

گاما-زرفال (γ)

تبدیل داخلی (IC)

انواع دیگر فروپاشی با انتشار نوکلئون ها

شکاف خود به خود (SF)

انتشار خود به خود نوکلئون (p، n، 2p، 2n)

واپاشی دو پروتون (2p)

دو فروپاشی نوترونی (2n)

Clusterzerfall (A c Z c )

سریال پوسیدگی

سپر و برد

رادیواکتیویته در محیط

رادیواکتیویته طبیعی

رادیواکتیویته ساخته یا منتشر شده توسط انسان

اندازه ها و واحدهای اندازه گیری

فعالیت

دوز تشعشع

دستگاه های اندازه گیری تشعشعات ناشی از رادیواکتیویته

برنامه های کاربردی

کاربردهای فنی

تست مواد

کاربردهای پزشکی

خطرناک بودن

نمادهای هشدار دهنده

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

پوسیدگی بتا منهای ( ^β- )

پوسیدگی بتا به علاوه (β ⁺ )

فروپاشی مضاعف بتا منهای ( ^2β- )

Clusterzerfall (A _c Z _c )