Radioaktivt
är ett ord som inte är så väl förstått. Sträckt av rädsla och i sig verkar främmande och farligt är naturen av radioaktivt förfall något som är värt att lära sig om du är en fysikstudent eller bara en intresserad lekman.

Verkligheten är att radioaktivitet i huvudsak beskriver kärnreaktioner som leder till en förändring i atomnumret för ett element och /eller en frisättning av gammastrålning. Det är farligt i stora mängder eftersom den frigjorda strålningen är "joniserande" (det vill säga den har tillräckligt med energi för att ta bort elektroner från atomer) men det är ett intressant fysiskt fenomen och i praktiken kommer de flesta människor aldrig att vara i närheten av radioaktiva material för att vara i risk .

Kärnor kan uppnå ett lägre energitillstånd genom fusion - vilket är när två kärnor smälter samman för att skapa en tyngre kärna, frigör energi i processen - eller genom fission, som är att dela upp tunga element i lättare kärnor . Klyvning är källan till energin i kärnreaktorer och även i kärnvapen, och detta är särskilt vad de flesta föreställer sig när de tänker på radioaktivitet. Men för det mesta, när kärnor förändras till ett lägre energitillstånd i naturen, är det nere till radioaktivt sönderfall.

Det finns tre typer av radioaktivt sönderfall: alfa-sönderfall, beta-sönderfall och gamma-sönderfall, även om beta-förfall själv finns i tre olika typer. Att lära sig om dessa former av nukleär förfall är en avgörande del av varje kärnfysikkurs.
Alpha Decay

Alpha decay inträffar när en kärna avger det som kallas en "alfa-partikel" (α-partikel). En alfapartikel är en kombination av två protoner och två neutroner, som om du känner till din periodiska tabell kommer du att känna igen en heliumkärna.

Processen är ganska lätt att förstå med avseende på massan och egenskaperna hos den resulterande atomen: Den förlorar fyra från sitt massnummer (två från protonerna och två från elektronerna) och två från dess atomnummer (från de två förlorade protonerna). Detta innebär att den ursprungliga atomen (dvs. "föräldrar" -kärnan) blir ett annat element (baserat på "dotter" -kärnan) efter att ha genomgått alfaförlust.

När du beräknar energin som frigörs i alfaförlust behöver du för att subtrahera massan i heliumkärnan och dotteratomen från moderatomernas massa och omvandla detta till ett energivärde med hjälp av Einsteins berömda ekvation E
\u003d mc
^{2. Det är vanligtvis lättare att utföra den här beräkningen om du arbetar i atommassaenheter (amu) och multiplicerar den saknade massan med faktorn c
2 \u003d 931.494 MeV /amu. Detta returnerar ett energivärde i MeV (dvs. mega-elektronvolt), med en elektronvolt som är lika med 1,602 × 10 - 9 joule och generellt en bekvämare enhet för att arbeta i energier på atomskalan.
Beta-förfall: Beta-Plus-förfall (Positron-utsläpp)}

Eftersom beta-sönderfall har tre olika varianter, är det bra att lära sig om var och en i tur och ordning, även om det finns många likheter mellan dem. Beta-plus-sönderfall är när en proton förvandlas till en neutron, med frisättningen av en beta-plus-partikel (dvs en ß + -partikel) tillsammans med en oladdad, nästan masslös partikel som kallas en neutrino. Som ett resultat av denna process kommer dotteratomen att ha en mindre proton och en mer neutron än moderatom, men samma totala massantal.

Betapluspartikeln kallas faktiskt en positron, som är antimaterialpartikeln som motsvarar elektronen. Den har en positiv laddning av samma storlek som den negativa laddningen på elektronen och samma massa som en elektron. Den frigjorda neutrinoen kallas tekniskt en elektronneutrino. Lägg märke till att en partikel av regelbundet ämne och en partikel av antimateria frigörs i denna process.

Att beräkna energin som frigörs i denna förfallprocess är lite mer komplicerad än för andra former av förfall, eftersom massan hos föräldern atomen kommer att innehålla massan av en mer elektron än dotteratomens massa. Ovanpå detta måste du också subtrahera massan av ß + -partikeln som släpps ut i processen. I huvudsak måste du subtrahera massan på dotterpartikeln och två och elektroner från massan på moderpartikeln och sedan konvertera till energi som tidigare. Neutrinoen är så liten att den kan försummas på ett säkert sätt.
Beta-förfall: Beta-Minus-förfall