2.1 Zákon rádioaktívneho rozpadu

Rádioaktivita spočíva v samovoľnom rozpade jadier, ktorý je spojený s vyžiarením jenej častice, niekoľkých častíc, alebo elektromagnetického žiarenia (fotónov gama). Jadrá, ktoré podliehajú samovoľnému rozpadu, sa nazývajú rádioaktívne.Jadro pôvodného nuklidu sa pritom mení na jadro iného nuklidu. V procese rozpadu jadra sa pritom môže meniť atómové číslo Z, aj hmotnostné číslo A. Pri rozpade nestabilných jadier sa emitujú a -častice, ktoré predstavujú jadrá atómov ;b-častice, ktoré predstavujú tok elektrónov, alebo pozitrónov a fotóny gama, ktoré sú tokom kvánt elektromagnetického žiarenia. Niekedy sa môžu emitovať aj iné častice (protóny, neutróny), alebo sa jadro rozštiepi na dve časti.

Štatistickou veličinou, opisujúcou rádioaktívny rozpad, je pravdepodobnosť rozpadu jadra za jednotku času l . Zmysel veličiny l, ktorá sa nazýva rozpadová konštanta, spočíva vtom, že ak zoberieme veľký počet N rovnakých nestabilných jadier, tak za časovú jednotku sa rozpadne l. N jadier. Pretože proces rozpadu je samovoľný, zmena D N počtu jadier N v dôsledku rozpadu za časový úsek D t sa určuje jedine množstvom radioaktívnych jadier N v momente času t a je úmerná časovému úseku Dt, t.j. :

                                                                                     (2.2)

                                                                                              (2.3)

Ak do vzťahu (2.2) položíme  a t = T, potom časom T sa rozumie doba, v ktorejsa rozpadne polovica počiatočného počtu rádioaktívnych jadier nuklidu a nazýva sa polčasom rozpadu. Zo vzťahu (2.2) vyplýva :

                                                                                                                                            ( 2.4)
 
 

Obr. 2.1 : Zmena počtu rádioaktívnych jadier v závislosti od času.Veličina, ktorá určuje počet rozpadov za sekundu :

 

                                                                                         (2.5)

Sa nazýva aktivitou daného rádionuklidu, ktorá je charakteristickou veličinou celého rádioaktívneho nuklidu. Jednotkou aktivity je becquerel (Bq), ktorý sa rovná jednému rozpadu za sekundu. Rozmer tejto jednotky je (). Do roku 1974 sa používala pre aktivitu jednotka curie (Ci), pričom 1 Ci = 3,7 1010 Bq čo je aktivita 1 gramu rádia.

Rádioaktívny rozpad je principiálne štatistickým javom. Nemožno povedať, kedy sa presne rozpadne dané jadro, ale iba ukázať, s akou pravdepodobnosťou sa ono rozpadne za daný časový úsek.
 
 

2.2 Rádioaktívne rozpady

Pri skúmaní rozpadu rádioaktívnych jadier sa možno často stretnúť s prípadom, keď sa uskutočňuje celá reťaz rádioaktívnych premien. Rozpad atómových jadier jedného rádioaktívného prvku vedie k vzniku atómových jadier iného dcérskeho prvku, ktoré sa ďalej rozpadajú. Všetky členy daného rádioaktívného radu sú v stave tzv. rádioaktívnej rovnováhy , čo znamená, že aktivita materského izotopu je rovná aktivite dcérského resp. , že nedochádza k hromadeniu dcérského produktu.

Druhy rádioaktívnych premien.

1.Rozpad a (alfa)

Podmienkou premeny alfa je, aby hmotnosť pôvodného jadra M(A,Z) bola väčšia ako suma hmotnosti vznikajúceho jadra a alfa častice.

Rozpad aspočíva vtom,že jadro vyžaruje samovoľne častice a , pričom hmotnostné číslo sa zmenšuje o 4 jednotky a atómové číslo o 2 jednotky, podľa

                                                                                            (2.6)

                                                                                            (2.7)

Beta rozpadom sa nazýva proces samovoľnej premeny na jadro so zmeneným nábojom o Sú známe tri druhy rozpadu.Rozpad ,rozpad a elektrónový záchyt.

a) Rozpad spočíva v tom, že jadro vyžaruje elektrón a elementárnu časticu antineutríno , pričom dostávame jadrá s rovnakým hmotnostným číslom, ale s atómovým číslom o jednotku väčším:

                                                                                        (2.8)

Zo vzťahu (2.8) vyplýva, že pri rozpade sa v jadre jeden z neutrónov mení na protón.Ako napríklad :

                                                                                           (2.9)

b) Pri rozpade jadro vyžaruje  a neutríno podľa schémy :

                                                                                          (2.10)

                                                                                            (2.11)

c) Ďalším typom rozpadu ß je elektrónový záchyt, často nazývaný K-záchytom. V tomto procese jadro pohlcuje jeden z elektrónov atómového obalu, obyčajne z K-sféry, pričom vyžaruje neutríno , a to podľa schémy :

                                                                                           (2.12)

                                                                                             (2.13)

Sledovanie energetického rozloženia beta častíc ukázalo, že v procese beta premeny sú emitované elektróny (pozitróny) všetkých energií od nuly až po nejakú maximálnu hodnotu, ktorá sa približne rovná uvoľnenej energii beta premeny. Celý proces beta premeny sa dá najlepšie popísať hypotézou, ktorú vyslovil roku 1931 Pauli: V procese premeny beta sa spolu s časticou uvoľňuje ešte jedna častica - neutríno resp. antineutríno, ktorá odnáša príslušnú časť energie.

3. Žiarenie g(gama)

Všetky stabilné jadrá sa nachádzajú obyčajne na najnižšej energetickej hladine. Ak sa jadro nachádza na vzbudenej hladine, pri prechode na nižšiu energetickú hladinu dochádza k vyžiareniu fotónu gama. Mnohé jadrové premeny (a -rozpad,ß-rozpad) sú často sprevádzané vyžiarením fotónov gama. K emisii žiarenia gama gmôže dôjsť len vtedy ak sa jadro nachádza vo vzbudenom stave  a prechádza do základného stavu , čiže :

                                                                                                   (2.14)