Szereg promieniotwórczy - Polski Serwis Naukowy

Szereg promieniotwórczy – szereg nuklidów promieniotwórczych przekształcających się kolejno jedne w drugie na drodze rozpadów promieniotwórczych. Kolejne produkty rozpadów promieniotwórczych tworzą szereg, który rozpoczyna się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania, a kończy izotopem trwałym (niepromieniotwórczym).

Liczba masowa (A) to wartość opisująca liczbę nukleonów (czyli protonów i neutronów) w jądrze atomu (nuklidzie) danego izotopu danego pierwiastka. Liczby masowej nie należy mylić z masą atomową pierwiastka, która wyznaczana jest metodami chemicznymi, ani też z masą pojedynczego izotopu.

Rozpad alfa (przemiana α) - reakcja jądrowa rozpadu, w której emitowana jest cząstka α (jądro helu 42He2+). Strumień emitowanych cząstek alfa przez rozpadajace się jądra to promieniowanie alfa.

Przemiany jądrowe zachodzące w szeregach to przemiany typu alfa α i beta β. W pierwszym przypadku następuje przesunięcie pierwiastka w układzie okresowym o dwa miejsca w lewo (zmniejszenie liczby atomowej o 2 i liczby masowej o 4), w drugim przypadku o jedno miejsce w prawo (wzrost liczby atomowej o 1 i brak zmiany liczby masowej). Zasady te, wyrażają tzw. prawo przesunięć Soddy'ego i Fajansa z 1913 – mające dziś już tylko charakter historyczny.

Rozpad beta – jeden z typów reakcji rozpadu jądra. Jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad β − (beta minus) oraz rozpad β + (beta plus). W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma.

Liczba atomowa ( Z ) (liczba porządkowa) określa, ile protonów znajduje się w jądrze danego atomu. Jest także równa liczbie elektronów niezjonizowanego atomu. Pojawia się ona w symbolicznym zapisie jądra izotopu:

Przynależność nuklidów do szeregów promieniotwórczych

O tym, do którego szeregu należy dany nuklid decyduje jego liczba masowa A. W rozpadzie promieniotwórczym liczba masowa zmienia się o 4 poprzez emisję cząstki α; można to przedstawić wzorem: $A = 4n + m\;$

gdzie:

Tal (Tl, łac. thallium) - pierwiastek chemiczny, metal występujący w bloku p układu okresowego. Nazwa pochodzi od greckiego określenia oznaczającego zieloną gałązkę.

Czas połowicznego rozpadu (zaniku) (okres połowicznego rozpadu) jest to czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas ten, oznaczany symbolem T1/2, zgodnie z definicją musi spełniać zależność:

n – liczba całkowita,

m – przyjmuje wartości 0, 1, 2, 3.

W ten sposób otrzymuje się 4 szeregi promieniotwórcze:

występujące naturalnie w przyrodzie:

(m = 2) uranowo-radowy – U → Pb

(m = 3) uranowo-aktynowy – U → Pb

(m = 0) torowy – Th → Pb

sztuczny

(m = 1) neptunowy – Np → Bi

Szereg uranowo-radowy

Szereg promieniotwórczy uranowo-radowy

Szereg rozpoczyna się izotopem uranu U o okresie półtrwania wynoszącym 4,5 miliarda lat, a kończy na stabilnym ołowiu Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 2 i należy do niego 16 nuklidów, między innymi: U, U, Ra, Rn, Po, Pb.

Kazimierz Fajans (ur. 27 maja 1887 w Warszawie - zm. 18 maja 1975 w Ann Arbor, Michigan, USA), fizykochemik amerykański pochodzenia polskiego, współtwórca nauki o promieniotwórczości. Trzykrotny kandydat do Nagrody Nobla.

Radioaktywność (promieniotwórczość) – zdolność jąder atomowych do rozpadu promieniotwórczego, który najczęściej jest związany z emisją cząstek alfa, cząstek beta oraz promieniowania gamma (promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo dużej energii).

Szereg uranowo-aktynowy

Szereg promieniotwórczy uranowo-aktynowy

Szereg rozpoczyna się izotopem uranu U o okresie półtrwania wynoszącym 700 milionów lat a kończy na stabilnym ołowiu Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 3 i należy do niego 14 nuklidów, między innymi: U, Pa, Ra.

Szereg torowy

Szereg promieniotwórczy torowy

Szereg rozpoczyna się izotopem toru Th o okresie półtrwania wynoszącym 14 miliardów lat, a kończy stabilnym ołowiem Pb. Szereg jest opisanym wzorem 4n + 0, należy do niego 12 nuklidów, między innymi: Th, Th, Ra, Rn.

Ziemia (łac. Terra) − trzecia licząc od Słońca, a piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu.

Układ okresowy pierwiastków - zestawienie wszystkich pierwiastków chemicznych w postaci rozbudowanej tabeli, uporządkowanych według ich rosnącej liczby atomowej, grupujące pierwiastki według ich cyklicznie powtarzających się podobieństw właściwości, zgodnie z prawem okresowości Dmitrija Mendelejewa.

Szereg neptunowy

Szereg promieniotwórczy neptunowy

Szereg rozpoczyna się izotopem neptunu Np o okresie półtrwania 2,1 miliona lat, a kończy na stabilnym bizmucie Bi. Szereg opisany jest wzorem 4n + 1 i należy do niego 13 nuklidów, między innymi: Np, U, Th.

Szereg neptunowy występuje jedynie w wyniku sztucznego otrzymywania (naświetlanie uranu strumieniem neutronów). Okres półtrwania neptunu jest około 2000 razy krótszy od wieku Ziemi przez co zostały jedynie niewykrywalne jego ilości. Obecnie w rudach uranowych występuje go ok. 1,8∙10% (2 atomy neptunu na bilion atomów uranu).

Czas połowicznego rozpadu (zaniku) (okres połowicznego rozpadu) jest to czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas ten, oznaczany symbolem T1/2, zgodnie z definicją musi spełniać zależność:

Izotopy – odmiany pierwiastka chemicznego różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu (z definicji atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze). Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą masową (łączną liczbą neutronów i protonów w jądrze), ale mają tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze).

*Izotop Bi, choć często opisywany jako trwały, ma okres połowicznego rozpadu 1,9·10 lat, a produktem jego rozpadu α jest Tl. Tak długi okres rozpadu (setki milionów razy dłuższy od wieku wszechświata) pozwala traktować bizmut jako praktycznie trwały.