Perioadă de semidezintegrare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare

Dezintegrarea radioactivă este o transformare naturală permanentă a anumitor substanțe care constă în transformarea atomilor și a nucleelor lor instabile, în atomi cu proprietăți fizice și chimice diferite de cele inițiale. În acest fel o substanță inițială se diminuează permanent, în masa care se dezintegrează apărând permanent o nouă substanță. Se numește „timp de înjumătățire” timpul necesar pentru ca substanța inițială să se diminueze până la jumătate. Timpul de înjumătățire al unei substanțe este o caracteristică invariabilă, intrinsecă a acesteia. Ca valoare absolută, timpii de înjumătățire ai diferitelor substanțe sunt extrem de diferiți, începând de la trilionimi de secundă și ajungând până la cuadrilioane de ani și mai mult.

Diminuarea masei acesteia este o mărime ce scade exponențial în timp:

N_t = N_0 \cdot e^{- \lambda t}

Scăderea exponențială este un fenomen tipic radioactivității, tot așa cum creșterea exponențială este tipică în biologie (de ex. la înmulțirea bacteriilor).

Timpul de înjumătățire se poate exprima matematic în forma: 1/2 * 1/2 = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 ș.a.m.d. Altfel spus, probabilitatea ca un nucleu atomic să se dezintegreze într-un interval de timp care durează cât timpul de înjumătățire este de 50 %; această probabilitate crește în intervalul următor la 50 + 25 = 75 % (comparat cu starea inițială), apoi la 50 + 25 + 12,5 = 87,5 % ș.a.m.d. Astfel cantitatea substanței inițiale tinde cu timpul spre zero și aceasta dispare treptat, transformându-se în altă substanță.

Legea dezintegrării[modificare | modificare sursă]

La o substanță radioactivă cu un număr N0 de nuclei are o activitate de -dN/dt

N\cdot\lambda =-\frac{\mathrm d N}{\mathrm d t}
-\lambda \cdot \mathrm d t=\frac{\mathrm d N}{N}
\int_0^t -\lambda \cdot \mathrm dt'=\int_{N_0}^N\frac{\mathrm dN'}{N'} prin calcul diferențial:
-\lambda t =\ln\left(\frac{N}{N_0}\right)
e^{-\lambda t} = \frac{N}{N_0}
N(t)= N_0 \cdot e^{-\lambda t}

După un timp t din numărul de nuclee N0 rămân numai N(t) de nuclee. Numărul de atomi dezintegrați scade în funcție de factorul e. Timpul de înjumătățire: T1/2 se calculează după o constantă ln 2 : T1/2 = \tau ln 2 ≈ 0,693 \tau .

Exemple de timpi de înjumătățire[modificare | modificare sursă]


Diferite moduri de dezintegrare a unui nuclid radioactiv. Vertical: numărul atomic, orizontal: numărul de neutroni

În fizica atomică se consideră că fiecare nuclid are un timp de înjumătățire, timp în care se transformă în alți atomi:

Elementul Izotopul Timpul de înjumătățire
Telur 128Te ca. 7·1024 ani (7 quatralionane ani)
Bismut 209Bi ca. 1,9·1019 ani (19 trilioane ani)
Toriu 232Th 14,05 miliarde ani
Uraniu 238U 4,468 miliarde ani
Uraniu 235U 704 milioane ani
Plutoniu 239Pu 24.110 ani
Carbon 14C 5.730 ani
Radiu 226Ra 1.602 ani
Plutoniu 238Pu 87,74 ani
Cesiu 137Cs 30,2 ani
Tritiu 3H 12,36 ani
Sulf 35S 87,5 zile
Radon 222Rn 3,8 zile
Franciu 223Fr 22 minute
Toriu 223Th 0,6 secunde
Poloniu 212Po 0,3 µs
Beriliu 8Be 9 · 10-17 s (90 trilionimi de secundă)

Tipuri de dezintegrare[modificare | modificare sursă]

Dezintegrarea nu este buna.

Dezintegrare spontană[modificare | modificare sursă]

Dezintegrarea spontană este un fenomen de transformare a atomilor grei prin procese radioactive. Nucleul atomic se va despica în două sau mai multe fragmente, respectând regula prin care două fragmente rezultate vor avea totdeauna dimensiuni egale. Suma masei fragmentelor rezultate fiind egală cu masa nucleului inițial.

{}^{252}_{98} \mathrm {Cf} \to {}^{145}_{56} \mathrm {Ba} + {}^{104}_{42} \mathrm {Mo} + 3 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n} {}^{252}_{98} \mathrm {Cf} \to {}^{128}_{50} \mathrm {Sn} + {}^{122}_{48} \mathrm {Cd} + 2 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}

Izotopii uraniului se transformă prin procesul dezintegrării spontane:

{}^{235}_{92} \mathrm {U} \to {}^{142}_{56} \mathrm {Ba} + {}^{90}_{36} \mathrm {Kr} + 3 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n} {}^{238}_{92} \mathrm {U} \to {}^{140}_{54} \mathrm {Xe} + {}^{96}_{38} \mathrm {Sr} + 2 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}
{}^{235}_{92} \mathrm {U} \to {}^{135}_{53} \mathrm {I} + {}^{98}_{39} \mathrm {Y} + 2 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n} {}^{238}_{92} \mathrm {U} \to {}^{133}_{51} \mathrm {Sb} + {}^{102}_{41} \mathrm {Nb} + 3 ~ {}^{1}_{0} \mathrm {n}

Emisiune spontană de nucleoni[modificare | modificare sursă]

{}^A_Z\mathrm{X}\to{}^{A-1}_{Z-1}\mathrm{Y} +{}^1_1\mathrm{p}

{}^A_Z\mathrm{X}\to{}^{A-1}_{Z}\mathrm{Y} +{}^1_0\mathrm{n}

emisiune de nucleoni

Acest fenomen are loc la nucleii cu un număr mic de protoni. 5He → 4He + 1n

9B → 8Be + 1p

Dezintegrarea tip Cluster[modificare | modificare sursă]

In acest caz în loc de emisiune de protoni sau neutroni, are loc o emisiune de nuclei mari atomici:

{}^{247}_{97} \mathrm {Bk} \to {}^{235}_{91} \mathrm {Pa} + {}^{12}_{6} \mathrm {C} {}^{247}_{97} \mathrm {Bk} \to {}^{199}_{77} \mathrm {Ir} + {}^{48}_{20} \mathrm {Ca} {}^{248}_{98} \mathrm {Cf} \to {}^{232}_{90} \mathrm {Th} + {}^{16}_{8} \mathrm {O}

Dezintegrarea prin doi protoni[modificare | modificare sursă]

Acest fenomen are loc în cazul unei emisiuni intense de protoni, ca de exemplu în cazul 45fierului) când doi protoni colidează simultan cu nucleul, fiind posibilă chiar emisiunea simultană a 2 protoni. 45Fe → 43Cr + 2 1p

Dezintegrarea tip β[modificare | modificare sursă]

{}^{A}_{Z} \mathrm{X} \to {}^{A}_{Z+1} \mathrm{Y} + \mathrm{e}^- + \overline{\nu}_\mathrm{e}

[[Dezintegrare tip β-]]

In acest caz în nucleul atomic se produce o transformare a unui neutron într-un proton însoțită de emisiunea unui electron cu energie mare, numărul atomic crescând cu o unitate. {}^{14}_6 \mathrm C \to {}^{14}_7 \mathrm N + e^- + \overline{\nu_e}

Dezintegrarea β+[modificare | modificare sursă]

{}^{A}_{Z} \mathrm{X} \to {}^{A}_{Z-1} \mathrm{Y} + \mathrm{e}^+ + \nu_\mathrm{e}

[[Dezintegrare tip β+]]

In acest caz un proton din nucleu se transformă într-un neutron și un pozitron încărcat cu energie, numărul atomic micșorându-se cu o unitate. l: {}^{13}_7 \mathrm N \to {}^{13}_6 \mathrm C + e^+ + \nu_e

Dezintegrare prin captare de electroni[modificare | modificare sursă]

{}^{A}_{Z}\mathrm{X}+ \mathrm{e}^- \to{}^{A}_{Z-1}\mathrm{Y} + \nu_\mathrm{e}

dezintegrare-ε

Mai există o posibilitate de transformare a unui proton în neutron prin captare de electroni.

{}^{59}_{28} \mathrm {Ni} + e^- \to {}^{59}_{27} \mathrm {Co} + \nu_e

Dezintegrare tip gamma[modificare | modificare sursă]

{}^{A}_{Z}\mathrm{X}^{**}\to{}^{A}_{Z}\mathrm{X}^* + \gamma

Dezintegrare-γ

Se produce când nucleii atomici, după o dezintegrare, sunt încărcați cu energie mare, radiațiile γ fiind unde electromagnetice de înaltă frecvență. Această emisiune nu produce transformări ale protonilor sau neutronilor nucleari, ci numai în cazul emisiilor α și β, ca de exemplu:

{}^{60}_{27} \mathrm {Co} \to {}^{60}_{28} \mathrm {Ni} + {\gamma}

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

  • I.G. Murgulescu, J. Păun Introducere în chimia fizică vol I,3 Nucleul atomic. Reacții nucleare. Particule elementare Editura Academiei RSR, București 1982

Vezi și[modificare | modificare sursă]