Lanț de decădere
În fizica nucleară , termenul lanț de dezintegrare indică o serie de dezintegrări radioactive ale diferitelor produse de dezintegrare legate între ele într-o serie de transformări. Majoritatea elementelor radioactive nu se descompun direct într-un nucleu stabil, ci trec mai degrabă printr-o serie de descompuneri succesive până când ajung la un nucleid stabil derivat.
Descriere
Fiecare etapă a lanțului este identificată prin relațiile sale cu etapele anterioare și următoare. Uneori vorbim despre izotopul părintelui pentru a indica faptul că suferă o dezintegrare radioactivă pentru a forma ceea ce este cunoscut izotopul fiu. Izotopul copilului poate fi la rândul său stabil sau în decădere.
Timpul necesar pentru ca un izotop cu un singur părinte să se descompună într-un nucleu al izotopului său copil poate varia foarte mult, nu numai pentru diferite perechi părinte-copil, ci și pentru perechile identice părinte-copil. În timp ce descompunerea unui singur atom are loc aleatoriu, decăderea unei populații inițiale în funcție de timp, t, urmează o distribuție exponențială și -λt, unde parametrul λ se numește constantă de descompunere . Datorită acestei naturi exponențiale, o proprietate caracteristică a fiecărui izotop este timpul său de înjumătățire , adică timpul în care jumătate din radioizotopul original se descompun părinții. Timpul de înjumătățire a fost determinat în laborator pentru mii de radioizotopi (sau radionuclizi). Acestea variază de la fracțiunile unui al doilea minim (se descompune aproape instantaneu) până la 10 19 ani sau mai mult.
Deseori etapele intermediare emit mai multă radioactivitate decât radioizotopul original: odată ajuns la echilibru, un izotop de lanț este prezent într-o cantitate proporțională cu timpul său de înjumătățire ; dar din moment ce activitatea sa este invers proporțională cu timpul său de înjumătățire , fiecare nuclid din lanț contribuie în cele din urmă la activitatea ca progenitor al lanțului. De exemplu, „ uraniul natural nu este deosebit de radioactiv, dar probele de pitchblendă , un mineral care conține uraniu, se dovedesc a fi de 13 ori mai radioactive, din cauza izotopilor radio și a altor fiice pe care le conțin. Izotopii radio nu numai că sunt surse semnificative de radiații, dar generează și radonul gazos ca etapă următoare a lanțului de dezintegrare. Astfel, gazul radon este o sursă naturală de radioactivitate, datorată cancerului pulmonar chiar și la nefumători. [1] [2]
Tipuri
Cele patru moduri cele mai frecvente de dezintegrare radioactivă sunt: dezintegrarea alfa , dezintegrarea β - și β + (considerate atât ca emisie de pozitroni decât ca captare de electroni ) și tranziție izomerică . Dintre aceste procese de descompunere, numai decăderea alfa produce o schimbare a numărului de masă al miezului, scăzând cu patru unități (corespunzătoare nucleului de heliu care constituie particula alfa). Din acest motiv, fiecare produs de dezintegrare rezultat dintr-un nucleu dat va avea un număr de masă cu același mod 4, împărțind în acest fel toți nuclizii în patru clase. Prin urmare, toți membrii fiecărui lanț de decădere posibil trebuie să aparțină uneia dintre aceste patru clase.
În natură, există trei lanțuri principale de descompunere (sau familii), denumite în mod obișnuit seria toriu , seria radium (și nu a „seriei de uraniu ) și seria de„ actiniu , care reprezintă trei dintre aceste patru clase și se termină în trei izotopi diferiți stabil în frunte . Numărul de masă al fiecărui izotop din aceste lanțuri poate fi reprezentat respectiv ca A n = 4, A = 4 n +2 și A = 4 n +3. Izotopii de lungă durată 232 Th, 238 U și 235 U, puncte de plecare din care sunt generate aceste serii, au existat de la formarea Pământului, iar progenitorul familiei toriu este cel mai abundent dintre toți radioizotopii naturali [3] ; de asemenea, precursorul 244 Pu a fost găsit în doze mici pe pământ [4] . Al patrulea lanț, seria neptuniului cu A = 4 n +1, datorită timpului de înjumătățire destul de scurt de izotopul său de pornire 237 Np, este deja dispărut, cu excepția trecerii sale finale. Izotopul terminal al acestui lanț este 205 Tl . Unele surse mai vechi identifică sfârșitul lanțului în 209 Bi, dar recent s-a descoperit că 209 Bi este de fapt radioactiv în sine, cu un timp de înjumătățire de 1,9 × 10 19 ani.
În toate cele trei lanțuri este întotdeauna prezent un radionuclid care este situat în stare gazoasă: 220 Rn, numit și Thoron , 222 Rn și 219 Rn, numit și Attinon [3] .
Există, de asemenea, o serie de lanțuri mai scurte, de exemplu, cea a carbonului-14 . Pe uscat majoritatea izotopilor de pornire ai acestor lanțuri mai scurte sunt generați de radiația cosmică .
Lanț alfa de actinoizi care se descompune
În tabelele de mai jos sunt menținuți minori cu rapoarte de ramificare de descompunere mai mici de 0,0001%). Eliberarea de energie include „ energia cinetică totală a tuturor particulelor emise ( electroni , particule alfa , fotoni gamma , neutrini , electroni Auger și raze X ) și reculul nucleului părinte, presupunând că acesta a fost inițial în repaus.
Numele istorice ale nucleidelor care pot fi găsite în natură sunt, de asemenea, date în tabelele de mai jos. Aceste nume au fost folosite în momentul în care lanțurile de descompunere au fost descoperite și studiate. Din aceste nume este posibil să se urmărească lanțul particular căruia îi aparține nucleul.
Seria toriu
Lanțul 4n al Th-232 este denumit în mod obișnuit „seria toriu”.
| nuclid | nume istoric (abrev.) | nume istoric (complet) | tipul de descompunere | jumătate de viață | energie eliberată, MeV | produs de descompunere |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 252 Cf | α | 2.645 a | 6.1181 | 248 Cm | ||
| 248 Cm | α | • 5 la 10 3.4 | 6.260 | 244 Pu | ||
| 244 Pu | α | 8 • 7-10 | 4.589 | 240 U | ||
| 240 U | β - | 14,1 ore | .39 | 240 Np | ||
| 240 Np | β - | 1.032 h | 2.2 | 240 Pu | ||
| 244 Cm | α | 18 a | 5,8048 | 240 Pu | ||
| 240 Pu | α | 6561 a | 5.1683 | 236 U | ||
| 236 U | α | 2.3 • 10 7 | 4.494 | 232 Th | ||
| 232 Th | Th | Toriu | α | 1405 • 10 10 | 4.081 | 228 Ra |
| 228 Ra | MsTh 1 | Mesothorium 1 | β - | 5,75 a | 0,046 | 228 Ac |
| 228 Ac | MsTh 2 | Mesothorium 2 | β - | 6,25 h | 2.124 | 228 Th |
| 228 Th | RdTh | Radiotoriul | α | 1.9116 a | 5.520 | 224 Ra |
| 224 Ra | THX | Toriu X | α | 3,6319 d | 5.789 | 220 Rn |
| 220 Rn | Tn | Thoron | α | 55,6 s | 6.404 | 216 Po |
| 216 Po | ThA | Toriu A | α | 0.145 s | 6,906 | 212 Pb |
| 212 Pb | ThB | Toriu B | β - | 10.64 h | 0,570 | 212 Bi |
| 212 Bi | ThC | Toriu C | β - 64,06% α 35,94% | 60,55 min | 2.252 6.208 | 212 Po 208 Tl |
| 212 Po | ThC ' | Toriu C ' | α | 299 ns | 8.955 | 208 Pb |
| 208 Tl | ThC " | Toriu C " | β - | 3.053 min | 4.999 | 208 Pb |
| 208 Pb | . | grajd | . | . |
Seria Radium (sau seria Uranium)
Lanțul 4n + 2 al U-238 este denumit în mod obișnuit „seria radium” (uneori „seria uraniului”).
| nuclid | nume istoric (abrev.) | nume istoric (complet) | tipul de descompunere | jumătate de viață | energie eliberată, MeV | produs de descompunere |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 238 U | U | Uraniu | α | 4468 · 9-10 | 4.270 | 234 Th |
| 234 Th | UX 1 | Uraniu X1 | β - | 24,10 d | 0,273 | 234 Pa |
| 234 Pa | UZ | Uraniu Z | β - | 6.70 h | 2.197 | 234 U |
| 234 U | U II | Uraniu doi | α | 245500 a | 4.859 | 230 Th |
| 230 Th | the | Ionium | α | 75380 a | 4.770 | 226 Ra |
| 226 Ra | Ra | Radiu | α | 1602 a | 4.871 | 222 Rn |
| 222 Rn | Rn | Radon | α | 3,8235 d | 5.590 | 218 Po |
| 218 Po | RaA | Radiu A | α 99,98% β - 00: 02% | 3,10 min | 6.115 0,265 | 214 Pb 218 La |
| 218 La | α 99,90% β - 00: 10% | 1,5 s | 6.874 2.883 | 214 Bi 218 Rn | ||
| 218 Rn | α | 35 ms | 7.263 | 214 Po | ||
| 214 Pb | RaB | Radiu B | β - | 26,8 min | 1.024 | 214 Bi |
| 214 Bi | RaC | Radiu C | β - 99,98% α 0,02% | 19,9 min | 3.272 5.617 | 214 Po 210 Tl |
| 214 Po | RaC ' | Radio acolo | α | 0,1643 ms | 7.883 | 210 Pb |
| 210 Tl | RaC " | Radiu C " | β - | 1,30 min | 5.484 | 210 Pb |
| 210 Pb | RaD | Radiu D | β - | 22.3 a | 0,064 | 210 Bi |
| 210 Bi | RaE | Radium E | β - 99,99987% α 0,00013% | 5.013 d | 1.426 5.982 | 210 Po 206 Tl |
| 210 Po | RaF | Radiu F | α | 138.376 d | 5.407 | 206 Pb |
| 206 Tl | β - | 4.199 min | 1.533 | 206 Pb | ||
| 206 Pb | - | grajd | - | - |
Seria Actinium
Lanțul 4n + 3 al U-235 este denumit în mod obișnuit „seria actinium”.
| nuclid | nume istoric (abrev.) | nume istoric (complet) | tipul de descompunere | jumătate de viață | energie eliberată, MeV | produs de descompunere |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 239 Pu | α | 02:41 · 4 până la 10 | 5.244 | 235 U | ||
| 235 U | AcU | Actină Uraniu | α | 4.7 · 10 8 până la | 4.678 | 231 Th |
| 231 Th | UY | Uraniu Y | β - | 25,52 h | 0,391 | 231 Pa |
| 231 Pa | Protoactiniu | α | 32760 a | 5.150 | 227 Ac | |
| 227 Ac | B.C | Actinium | β - 98,62% α 1,38% | 21.772 a | 0,045 5.042 | 227 Th 223 Fr |
| 227 Th | RdAc | Radioactiniu | α | 18,68 d | 6.147 | 223 Ra |
| 223 Fr | AcK | Actinium K | β - | 22.00 min | 1.149 | 223 Ra |
| 223 Ra | AcX | Actinium X | α | 11,43 d | 5.979 | 219 Rn |
| 219 Rn | Un | Actinon | α | 3,96 s | 6,946 | 215 Po |
| 215 Po | AcA | Actinium A | α 99,99977% β - 0,00023% | 1,781 ms | 7.527 0,715 | 211 Pb 215 La |
| 215 La | α | 0,1 ms | 8.178 | 211 Bi | ||
| 211 Pb | AcB | Actinium B | β - | 36,1 min | 1,367 | 211 Bi |
| 211 Bi | AcC | Actinium C | α 99,724% β - 0,276% | 2,14 min | 6.751 0,575 | 207 Tl 211 Po |
| 211 Po | AcC ' | Actinium C ' | α | 516 ms | 7.595 | 207 Pb |
| 207 Tl | AcC " | Actinium C " | β - | 4,77 min | 1.418 | 207 Pb |
| 207 Pb | . | grajd | . | . |
Seria Neptunium
Lanțul 4n + 1:
| nuclid | tipul de descompunere | jumătate de viață | energie eliberată, MeV | produs de descompunere |
|---|---|---|---|---|
| 249 Cf | α | 351 a | 5.813 + .388 | 245 Cm |
| 245 Cm | α | 8500 a | 5.362 + .175 | 241 Pu |
| 241 Pu | β - | 14.4 a | 0,021 | 241 Am |
| 241 Am | α | 432,7 a | 5.638 | 237 Np |
| 237 Np | α | 2.14 · 10 6 | 4.959 | 233 Pa |
| 233 Pa | β - | 27,0 d | 0,571 | 233 U |
| 233 U | α | 1.592 · 10 5 până la | 4.909 | 229 Th |
| 229 Th | α | 07:54 · 4 până la 10 | 5.168 | 225 Ra |
| 225 Ra | β - | 14,9 d | 0,36 | 225 Ac |
| 225 Ac | α | 10,0 d | 5.935 | 221 Fr |
| 221 Fr | α | 4,8 min | 6.3 | 217 La |
| 217 La | α | 32 ms | 7.0 | 213 Bi |
| 213 Bi | α | 46,5 min | 5,87 | 209 Tl |
| 209 Tl | β - | 2,2 min | 3,99 | 209 Pb |
| 209 Pb | β - | 3.25 h | 0,644 | 209 Bi |
| 209 Bi | grajd |
Lanțuri de descompunere beta
Deoarece nucleele mai grele au o relație între numărul de neutroni și numărul mai mare de protoni, produsele fisiunii lor au aproape întotdeauna un raport neutron / proton mai mare decât se aștepta din curba de stabilitate pentru domeniul lor de masă; din acest motiv, aceștia suferă o serie de dezintegrări beta în ordine, în fiecare dintre care un neutron este transformat într-un proton. Prima descompunere are, în general, o energie de descompunere mai mare și un timp de înjumătățire inferior; ultimele descompuneri tind să aibă o energie de descompunere scăzută și / sau un timp de înjumătățire lung.
De exemplu, „ uraniul-235 are 92 de protoni și 143 de neutroni. Fisiunea necesită unul sau mai mulți neutroni și produce doi sau trei sau mai mulți; presupunem că 92 de protoni și 142 de neutroni sunt disponibili pentru cei doi nuclei produși prin fisiune. Presupunând că acestea au masă 99 cu 39 de protoni și 60 de neutroni ( itriu -99) și 135 de masă cu 53 de protoni și 82 de neutroni ( iod -135) veți avea lanțurile de dezintegrare:
| Nucleid | Jumătate de viață |
|---|---|
| 99 Y | 1.470 (7) s |
| 99 Zr | 2.1 (1) s |
| 99 Nb | 15,0 (2) s |
| 99 Mo | 2.7489 (6) d |
| 99 Tc | 2.111 (12) E + 5 y |
| 99 Ru | Grajd |
| Nucleid | Jumătate de viață |
|---|---|
| 135 I | 6,57 (2) h |
| 135 Xe | 9.14 (2) h |
| 135 Cs | 2.3 (3) E + 6 a |
| 135 Ba | Grajd |
Notă
- ^(EN) www.epa.gov/radon
- ^ Riscul de radon în Italia, 3.000 de cazuri anual de cancer pulmonar. Posibilități de ajutor din dietă , pe iss.it. Accesat la 27 iunie 2008 (depus de „Adresa URL originală la 8 martie 2010).
- ^ A b Maurizio Pelliccioni, Fundamentele fizice ale protecției împotriva radiațiilor, Pythagoras Editrice Bologna, p. 125, ISBN 88-371-0470-7 .
- ^ DC. Hoffman, FO Lawrence, JL Mewheter, FM Rourke: Detectarea plutoniului-244 în natură. În: Natura, Nr. 34, 1971, pp. 132–134
Bibliografie
- (EN) CM Lederer, JM Hollander, I. Perlman, Table of Isotopes, ediția a VI-a. , New York, Wiley & Sons, 1968.
- (EN) G.Pfenning și colab., Karlsruher Nuklidkarte, ed. A VIII-a. , Nucleonic, 2012, ISBN 92-79-02175-3 .
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pentru a descompune lanțul
linkuri externe
- Lanțuri de decădere , pe epa.gov.
- Lanțul de degradare a uraniului-238 , pe atral.com. Adus la 16 august 2008 (depus de 'url original 20 septembrie 2008).
- Site-ul guvernului listează izotopii și energiile de descompunere pe ie.lbl.gov. Adus la 5 decembrie 2006 (depus de „Adresa URL originală la 5 decembrie 2006).
