Mini-kurzus
Radioaktív bomlás
Radioaktív bomláskor egy instabil atommag külső beavatkozás nélkül más magállapotba vagy más nukliddá alakul, miközben részecskét vagy elektromágneses sugárzást bocsát ki. Egyetlen mag bomlási időpontja nem jósolható meg, de sok azonos mag együttese pontos statisztikai törvényt követ.
Miért bomlik egy mag?
Az instabilitás oka lehet kedvezőtlen neutron–proton arány, túl nagy magtömeg, gerjesztett magállapot vagy energetikailag kedvezőbb leánymag elérhetősége. A bomlás akkor történhet spontán, ha a végállapot teljes energiája alacsonyabb, és a kvantummechanikai átmenet megengedett.
Exponenciális törvény
Ha N₀ az induló radioaktív magok száma, akkor N(t)=N₀e−λt. A λ bomlási állandó egyetlen mag egységnyi idő alatti bomlási valószínűségének statisztikai mértéke. A görbe nem azért exponenciális, mert a magok „öregszenek”, hanem mert minden még megmaradt mag ugyanazzal a valószínűségi törvénnyel folytatja.
Aktivitás
Az aktivitás A=λN, vagyis az időegység alatt várható bomlások száma. SI-egysége a becquerel: 1 Bq = 1 bomlás másodpercenként. Az aktivitás idővel ugyanúgy exponenciálisan csökken, mint a még el nem bomlott magok száma.
Fő bomlástípusok
Alfa-bomláskor hélium-4 mag távozik; béta-bomláskor a mag neutron–proton összetétele változik; gamma-kibocsátáskor a mag gerjesztett állapotból alacsonyabb energiaszintre kerül a proton- és neutronszám megváltozása nélkül. Ezek eltérő behatolóképességgel és ionizáló hatással járnak.
Mi nem változtatja meg lényegesen a bomlási sebességet?
A legtöbb magbomlás sebességét hétköznapi hőmérséklet-, nyomás- vagy kémiai állapotváltozás alig befolyásolja, mert a folyamat a magban zajlik, miközben a kémiai kötés az elektronhéj energiaskáláján működik. Vannak speciális kivételek, például elektronbefogás, ahol az elektronállapot kis hatást okozhat, de ez nem teszi a radioaktivitást egyszerűen „kapcsolhatóvá”.
Mit jelent a véletlenszerűség?
A véletlenszerű nem azonos a szabálytalannal. Egy adott magról nem tudjuk megmondani, hogy a következő másodpercben bomlik-e, de nagyon sok mag esetén a relatív ingadozás kicsi, ezért az exponenciális törvény rendkívül pontosan mérhető. Ugyanez a statisztikai gondolat jelenik meg a részecskefizika sok más folyamatában.
Biztonsági következmény
A sugárveszély értékeléséhez az aktivitás önmagában nem elég. Számít a sugárzás típusa és energiája, a forrás távolsága, az expozíciós idő, az árnyékolás és az, hogy az anyag a testen kívül vagy belül van-e. Azonos Bq érték különböző nuklidoknál nem feltétlenül azonos biológiai hatást jelent.
Próbáld ki
Egy mintában kezdetben 8,0×10⁶ radioaktív mag van. Ha egy adott idő után 2,0×10⁶ marad, az induló mennyiség hányad része bomlott el?
Megoldás
2,0/8,0=0,25 maradt meg, tehát 25%. Így 75% bomlott el. Ez két felezési időnek felel meg, mert 1→1/2→1/4.