Promieniotwórczość lub radioaktywność pewnych pierwiastków, takich jak np. uran, tor, aktyn i innych polega na tym, że wysyłają one samorzutnie z jąder atomowych charakterystyczne promieniowanie. Promieniowanie to ma skład złożony: wyróżniamy w nim promieniowanie α ( cząstki α - które są podwójnie zjonizowanymi atomami
He⁺⁺ ), promieniowanie β ( cząstki β, które są elektronami o bardzo dużej prędkości ) i promieniowanie γ, które są falami elektromagnetycznymi, krótszymi od promieni X. Wykrycie i badanie promieniotwórczości jest możliwe dzięki zjawiskom wywołanym w materii przenikanej przez to promieniowanie. Do zjawisk tych należą:

1. jonizacja materii;

2. pobudzanie do świecenia ( fluorescencja );

3. działanie chemiczne.

Do badania promieniotwórczości najczęściej stosuje się jonizację gazów.

W zależności od tego czy dane jądro w porównaniu z optymalnymi warunkami trwałości ma nadmiar protonów, czy neutronów, wykazuję ono tendencję do przemiany jednej postaci nukleonu w drugą:

p.⁺ n + e⁺ n p. + e.^-

W przypadku takich przemian w jądrze mówimy o promieniotwórczości. Rozpadem promieniotwórczym nazywamy samorzutną przemianę jąder jednego układu nuklidu w jądro innego nuklidu. Z rozpadającego się jądra atomowego wysyłane są cząsteczki α i β (elektrony) i neutrina oraz kwanty γ. W przemianie β emitowany jest elektron zwany cząsteczką β^- oraz antyneutrino elektronowe o masie spoczynkowej równej zero i nie posiadające ładunku elektrycznego. W wyniku takiej przemiany liczba atomowa zwiększa się o jeden:

Z_f = Z_i + 1,

A liczba masowa pozostaje bez zmiany : A_f = A_i ( co jest zgodne z regułą przesunięć Fajansa - wynik emisji cząsteczek β^-, α lub β⁺ powstaje jądro należące do atomu znajdującego się w układzie okresowym w stosunku do pierwiastka macierzystego odpowiednio β^- o jedno miejsce w prawo, β⁺ o jedno miejsce w lewo i dla α^- o dwa miejsca w lewo.

Zapis rozpadu β: AX AY + e + γ e

^{z z +1}

Podczas rozpadu promieniotwórczego wydziela się energia. Część energii spoczynkowej jądra lub energia wzbudzania jądra ulegnie zmianie na energię kinetyczną produktów rozpadu i energię promieniowania elektromagnetycznego. Wartość energii wydzielającej się w pojedynczym akcie rozpadu nazywa się energią rozpadu ( Q ). Bilans energetyczny rozpadu oparty jest na zasadzie zachowania energii całkowitej.

Równanie bilansu energetycznego ma postać:

gdzie: Mx - masa atomu

My - masa atomu końcowego

Z_{i ,} Z_f - energia wzbudzania jądra rozpadającego się i końcowego

-suma mas produktu rozpadu

Q - energia rozpadu, na którą składają się energia kinetyczna produktów rozpadu i

energia kwantów γ.

Energia rozpadu dla przemiany β^- jest równa :

Q_β^- =

Wynika to stąd, że w równaniu bilansu energetycznego przemiany masa wyemitowanego elektronu kompensuje masę brakującego elektronu w powłoce atomowej, a masa spoczynkowa równa się zero.

Typy rozpadu promieniotwórczego:

• rozpad β^- - jeden z neutronów jądra zmienia się w proton z jednoczesną emisją e^-

_

( negaton ) i antyneutrina v

• rozpad β⁺ - jeden z protonów jądra przekształca się w neutron z jednoczesną emisją e⁺

( pozytonu ) i neutrina v

• wychwyt K - wychwyt elektronu z powłoki K przez jądro z jednoczesną emisją neutronu.

Prawo rozpadu promieniotwórczego:

N( t ) =

gdzie:

N( t ) - liczba jąder, które uległy rozpadowi po czasie t,

N₀ - początkowa liczba jąder,

• - stała rozpadu, określa szybkość rozpadu

λ =

T - czas połowicznego zaniku ( N =
)

Reguła przesunięć Soddye'go - Fajansa:

- emitując α pierwiastek przesuwa się w układzie okresowym pierwiastków o dwa miejsca

wstecz ( Z - 2 ),

• emitując β^- przesuwa się o jedno miejsce w przód ( Z - 1 ),

• emitując β⁺ przesuwa się o jedno miejsce wstecz ( Z - 1 ),

• wychwyt K przesuwa się o jedno miejsce wstecz ( Z - 1 ).

---