لماذا يحدث الاضمحلال الإشعاعي؟

click fraud protection

الاضمحلال الإشعاعي هو عملية عفوية يتم من خلالها عدم استقرار النواة الذرية يتكسر إلى أجزاء أصغر وأكثر استقرارًا. هل تساءلت يومًا عن سبب انحلال بعض النوى بينما البعض الآخر لا؟

إنها في الأساس مسألة ديناميكا حرارية. تسعى كل ذرة لتكون مستقرة قدر الإمكان. في حالة الاضمحلال الإشعاعي ، يحدث عدم الاستقرار عندما يكون هناك خلل في عدد البروتونات و النيوترونات في النواة الذرية. بشكل أساسي ، هناك الكثير من الطاقة داخل النواة لتجمع كل النويات معًا. وضع الإلكترونات للذرة لا يهم للانحلال ، على الرغم من أن لديهم أيضًا طريقتهم الخاصة في إيجاد الاستقرار. إذا كانت نواة الذرة غير مستقرة ، فسوف تتفكك في النهاية لتفقد على الأقل بعض الجسيمات التي تجعلها غير مستقرة. تسمى النواة الأصلية بالوالد ، بينما تسمى النواة الناتجة أو النواة بالابنة أو البنات. قد لا تزال البنات تكون مشعة، في نهاية المطاف إلى مزيد من الأجزاء ، أو قد تكون مستقرة.

ثلاثة أنواع من الاضمحلال الإشعاعي

هناك ثلاثة أشكال من الاضمحلال الإشعاعي: أي من هذه النواة الذرية يخضع لطبيعة عدم الاستقرار الداخلي. يمكن أن تتحلل بعض النظائر عبر أكثر من مسار واحد.

في اضمحلال ألفا ، تقوم النواة بإخراج جسيم ألفا ، وهو عبارة عن نواة هيليوم (اثنان البروتونات واثنين من النيوترونات) ، مما يقلل العدد الذري للوالدين بمقدار اثنين وعدد الكتلة بمقدار أربعة.

instagram viewer

في اضمحلال بيتا ، يتم طرد تيار من الإلكترونات ، يسمى جسيمات بيتا ، من الأم ، ويتم تحويل النيوترون في النواة إلى بروتون. إن العدد الكتلي للنواة الجديدة هو نفسه ، لكن العدد الذري يزداد بمقدار واحد.

في انحلال جاما ، تطلق النواة الذرية طاقة زائدة على شكل فوتونات عالية الطاقة (إشعاع كهرومغناطيسي). يبقى العدد الذري والعدد الكتلي كما هو ، ولكن النواة الناتجة تفترض حالة طاقة أكثر استقرارًا.

مقابل المشعة مستقر

أ النظائر المشعة هي تلك التي تعاني من الاضمحلال الإشعاعي. مصطلح "مستقر" أكثر غموضا ، لأنه ينطبق على العناصر التي لا تنفصل ، لأغراض عملية ، على مدى فترة طويلة من الزمن. وهذا يعني أن النظائر المستقرة تشمل تلك التي لا تنكسر أبدًا ، مثل البروتينيوم (يتكون من بروتون واحد ، لذلك لم يتبق شيء) ، والنظائر المشعة ، مثل التيلوريوم -128 ، الذي نصف عمر 7.7 × 1024 سنوات. تسمى النظائر المشعة ذات نصف عمر قصير نظائر مشعة غير مستقرة.

تحتوي بعض النظائر المستقرة على نيوترونات أكثر من البروتونات

قد تفترض أن النواة ذات التكوين المستقر سيكون لها نفس عدد البروتونات مثل النيوترونات. بالنسبة للعديد من العناصر الأخف ، هذا صحيح. على سبيل المثال ، يتم العثور على الكربون بشكل عام مع ثلاثة تكوينات من البروتونات والنيوترونات ، تسمى النظائر. لا يتغير عدد البروتونات ، لأن هذا يحدد العنصر ، لكن عدد النيوترونات يتغير: يحتوي الكربون -12 على ستة بروتونات وستة نيوترونات وهو مستقر ؛ يحتوي الكربون -13 أيضًا على ستة بروتونات ، ولكن لديه سبعة نيوترونات. الكربون 13 مستقر أيضًا. ومع ذلك ، الكربون 14 ، مع ستة بروتونات وثمانية نيوترونات ، غير مستقر أو مشع. عدد النيوترونات لنواة الكربون 14 مرتفع جدًا بالنسبة للقوة الجذابة القوية التي تمسكها معًا إلى أجل غير مسمى.

ولكن ، بينما تنتقل إلى الذرات التي تحتوي على المزيد من البروتونات ، فإن النظائر مستقرة بشكل متزايد مع زيادة النيوترونات. هذا لأن النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) ليست ثابتة في مكانها في النواة ، ولكنها تتحرك ، وتتصدى البروتونات لبعضها البعض لأنها تحمل شحنة كهربائية إيجابية. تعمل نيوترونات هذه النواة الكبيرة على عزل البروتونات من تأثيرات بعضها البعض.

النسبة N: Z والأرقام السحرية

إن نسبة النيوترونات إلى البروتونات ، أو نسبة N: Z ، هي العامل الأساسي الذي يحدد ما إذا كانت النواة الذرية مستقرة أم لا. تفضل العناصر الأخف (Z <20) أن يكون لها نفس عدد البروتونات والنيوترونات أو N: Z = 1. تفضل العناصر الأثقل (Z = 20 إلى 83) نسبة N: Z من 1.5 لأن هناك حاجة إلى المزيد من النيوترونات للعزل ضد قوة التنافر بين البروتونات.

هناك أيضًا ما يسمى بالأرقام السحرية ، وهي أرقام النيوكليونات (سواء البروتونات أو النيوترونات) المستقرة بشكل خاص. إذا كان لكل من عدد البروتونات والنيوترونات هذه القيم ، فإن الوضع يطلق عليه أرقام سحرية مزدوجة. يمكنك التفكير في هذا على أنه النواة المكافئة لل القاعدة الثماني تحكم استقرار غلاف الإلكترون. تختلف الأرقام السحرية قليلاً للبروتونات والنيوترونات:

  • البروتونات: 2 ، 8 ، 20 ، 28 ، 50 ، 82 ، 114
  • النيوترونات: 2 ، 8 ، 20 ، 28 ، 50 ، 82 ، 126 ، 184

لمزيد من تعقيد الاستقرار ، هناك نظائر أكثر ثباتًا مع Z: N (162 نظيرًا) من نظائر زوجية (53 نظيرًا) ، من نظريات فردية (50) من قيم فردية إلى فردية (4).

العشوائية والانحلال الإشعاعي

ملاحظة أخيرة: سواء تعرضت نواة واحدة للانحلال أم لا ، فهذا حدث عشوائي تمامًا. عمر النصف للنظير هو أفضل تنبؤ لعينة كبيرة بما فيه الكفاية من العناصر. لا يمكن استخدامه لإجراء أي نوع من التنبؤ بشأن سلوك نواة واحدة أو عدد قليل من النوى.

يمكنك تمرير مسابقة حول النشاط الإشعاعي?

instagram story viewer