Mini-kurzus
Radioaktivitás
A radioaktivitás instabil atommagok spontán átalakulása, amely során részecskék vagy elektromágneses sugárzás távozhat. A jelenség valószínűségi: egyetlen atommag bomlásának időpontját nem tudjuk megjósolni, nagy sokaság viselkedése viszont jól leírható.
Miért lehet instabil egy atommag?
A kémiai reakciókban rendszerint nem az atommag változik, hanem a külső elektronok rendeződnek át. Ezért ugyanaz az atommodell egyszerre magyarázza az ionképződést, a kémiai kötéseket és a periódusos rendszer mintázatait. Az atommag szerkezete akkor kerül előtérbe, amikor izotópokról vagy radioaktív átalakulásokról beszélünk.
Alfa-, béta- és gammafolyamat
Alfabomláskor a mag két protont és két neutront tartalmazó ⁴He-maghoz hasonló α-részecskét bocsát ki, ezért Z kettővel, A néggyel csökken. Béta-mínusz bomláskor egy neutron protonná alakul, elektron és elektron-antineutrínó távozik; A nem változik, Z eggyel nő. Gammaátmenetkor a mag gerjesztett állapotból fotont bocsát ki, így Z és A változatlan.
Bomlási törvény
Nagy atommag-sokaságra N(t)=N₀e^(−λt). A λ bomlási állandó azt fejezi ki, mekkora a bomlás időegységre jutó valószínűsége. A folyamat memória nélküli: egy még el nem bomlott mag következő időszakra vonatkozó bomlási esélye nem függ attól, mióta létezik.
Felezési idő és aktivitás
A felezési idő T₁/₂=ln2/λ: ennyi idő alatt a várhatóan megmaradó magok száma a felére csökken. Az aktivitás A=λN az időegység alatt várható bomlások számát adja; SI-egysége a becquerel, 1 Bq=1 s⁻¹. Az aktivitás nem azonos az egyes részecskék energiájával vagy a biológiai dózissal.
Sugárzás és veszély nem ugyanaz
A kockázat függ a sugárzás típusától, energiájától, az aktivitástól, az expozíciós időtől és attól, hogy a forrás kívül vagy belül van-e a szervezetben. Egy α-részecske kis áthatolóképességű, de belső forrásból erős ionizáló hatást fejthet ki. A „radioaktív” szó önmagában ezért nem ad teljes kockázati leírást.
Mi marad meg a magreakcióban?
A reakcióegyenlet ellenőrzéséhez megmarad a teljes elektromos töltés, az energiát és impulzust pedig a kibocsátott részecskékkel együtt kell számolni. Béta-bomlásnál az antineutrínó nem díszítő részlet: nélkülözhetetlen az energia, impulzus és lepton-szám helyes mérlegéhez.
Mérés és statisztika
Ha rövid idő alatt sok bomlást számlálunk, a kapott érték ingadozik a várható átlag körül. Ez nem műszerhiba önmagában, hanem a folyamat statisztikai természetének következménye. Nagyobb számlálási idő vagy nagyobb aktivitás esetén a relatív ingadozás kisebb, ezért a mérési bizonytalanság is jobban kezelhető.
Próbáld ki
Egy radioaktív minta felezési ideje 8 nap. A kezdeti atommagok hány százaléka marad 24 nap után?
Megoldás
24 nap három felezési idő. A megmaradó hányad (1/2)³=1/8=12,5%.