Teorija

Radioaktivitāte un kodolreakcijas
Ar radioaktivitāti mēs sastopamies ikdienā, bet to nekādi neizjūtam. Mūsu organisms evolūcijas gaitā ir pieradis pie noteikta dabiskā radioaktīvā starojuma fona tāpat kā pie atmosfēras spiediena.
Radioaktivitāte ir ķīmisko elementu nestabilo izotopu patvaļīgs, nepārtraukts sabrukšanas process, kas nepakļaujas ārējai iedarbībai un kura rezultātā no viena ķīmiskā elementa izotopiem veidojas cita elementa izotopi un tiek izstaroti neredzami stari (α,β,γ) un siltums.
Nestabilo atomu kodolu pārveidošanos par citu ķīmisko elementu atomu kodoliem jeb nestabilo izotopu sabrukšanu var attēlot ar kodolreakcijām. Atšķirībā no ķīmisko reakciju vienādojumiem, kodolreakcijās pie izotopu ķīmiskajiem simboliem norāda arī masas skaitli un atomnumuru. Kodolreakcijās uzrāda tikai tās daļiņas, ar kurām norisinās pārvērtības.
Nestabilo atomu kodolu pārveidošanās par citiem atomu kodoliem ir saistīta ar radioaktīvā starojuma rašanos. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka radioaktīvais starojums nav viendabīgs. Tam ir vairāki veidi: alfa starojums, beta starojums, gamma starojums.
 
 
Starojuma veids
Raksturojums un piemēri
Alfa (α) starojums
alpha_decay.PNG
 
 
 
 
Reakcijas gaitā no kodola tiek izsviesta daļiņa - hēlija atoma kodols.
α daļiņas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem. Raksturīgi tiem elementiem, kuru A > 209 un Z > 83.
 
U92238He24+Th90234
Th90232He24+Ra88228
Ra88226He24+Rn86222
Po84212He24+Pb82208
Beta (β) starojums
bethaminus_decay.PNG
Reakcijas gaitā no kodola tiek izsviests elektrons.
Kodola sastāvā esošais neitrons pārvēršas par protonu un elektronu.
Beta negatīvās sabrukšanas rezultātā kodola masa nemainās, bet lādiņš palielinās par vienu vienību.
I53131e01+Xe54131
Ta73186e01+W74186
Br3582e01+Kr3682
Mg1227e01+Al1327
Beta (β+) starojums
bethaplus_decay.PNG
Reakcijas gaitā no kodola tiek izsviests pozitrons.
Kodola sastāvā esošais protons pārvēršas par neitronu un pozitronu.
Beta pozitīvās radioaktīvās sabrukšanas rezultātā kodola masa nemainās, bet lādiņš samazinās par vienu vienību.
C611e10+B511
K1938e10+Ar1838
Mg1223e10+Na1123
O815e10+N715
Gamma (γ) starojums
gamma_decay.PNG
Reakcijas gaitā nestabilu jeb ierosinātu atomu kodoli, kas tikko radušies α vai β sabrukšanā, atbrīvojas no enerģijas pārpalikuma, izstarojot γ starojumu.
Šī starojuma rašanās nav saistīta ne ar kodola lādiņa, ne arī ar kodola masas izmaiņām.
Nestabilu kodolu apzīmēšanai lieto zvaigznīti.
Cd48114γ00+Cd48114
Rn86226γ00+Rn86226
 
Ar zinātnieku palīdzību cilvēki ir iepazinuši kodolreakcijas, kuras dabā nenorisinās. Pirmo reizi kodolreakciju mākslīgi izraisīja 1919. gadā, ar hēlija atoma kodoliem iedarbojoties uz slāpekļa atomiem. Reakcijas rezultātā ieguva skābekļa atomus un brīvus protonus.
 
N714+He24p11+O817
 
Sākotnēji hēlija atoma kodolus ieguva no dabīgā rādija Ra preparāta, to enerģija bija maza, un kodolreakcijas notika reti. Ja daļiņas, ar ko apšauda atomu kodolus, paātrina, tad daļiņu enerģija jūtami palielinās, un tās var izraisīt kodolreakcijas ar citu ķīmisko elementu atomu kodoliem. Smago elementu atomu kodolus apstarojot ar daļiņām, kam piemīt liela enerģija, ir iegūti jauni Zemes garozā neesošu elementu atomu kodoli. Pēdējais šādi iegūtais elements ir ar atomnumuru 118. Taču pēdējo atklāto elementu atomi ir ļoti nestabili, un tie, tikko radušies, gandrīz tūlīt arī radioaktīvi sabrūk.
 
Mākslīgi izraisītās kodolreakcijas mūsdienās ļoti plaši izmanto cilvēku dzīves kvalitātes celšanai - enerģijas iegūšanai, medicīnas diagnostikai un ārstniecības preparātu ražošanai, pārtikas ražošanai un citur.
 
Medicīnā galvenokārt lieto izotopus, kam piemīt beta starojums. Šajā sabrukšanā rodas elektroni vai pozitroni, kuru enerģija ir pietiekami liela, lai izraisītu vēlamās pārvērtības sabrukšanas vietā, bet daļiņu noskrējiena ceļš nav tik liels, lai skartu tālākās apkārtnes molekulas. Parasti stabilie atomu kodoli, kas rodas beta sabrukšanā, sākotnēji ir ierosināti un emitē lielas enerģijas gamma kvantus, kurus izmanto ļaundabīgo audzēju šūnu apstarošanā. No jonizējošā starojuma ļaundabīgo audzēju šūnas iet bojā ātrāk nekā veselās šūnas. Tāpēc, izmantojot precīzi virzītu šūnu apstarošanu, ir cerības gūt panākumus.
Svarīgi!
Medicīnā izmanto fosforu-32 un stronciju-89.
 
Radioaktīvais starojums iedarbojas uz augu, dzīvnieku un cilvēku organismiem, izraisot molekulu pārvēršanos par joniem - jonizāciju.
 
jonizacija.PNG
 
Jonizācijas rezultātā neitrālu molekulu vietā organismā parādās elektriski lādēti joni. Joni, kas radušies radioaktīvā starojuma rezultātā, ir ļoti reaģētspējīgi un izraisa nevēlamu ķīmisko reakciju norisi šūnā. Tāpēc ļoti nozīmīga ir aizsardzība pretjonizējošo starojumu.
 
Alfa starojumu aiztur papīra lapa, arī cilvēka āda, un tas no ārpuses iekšējos orgānos nenonāk. Taču alfa daļiņu enerģija ir liela. Tāpēc alfa starojums ir bīstams, ja tas nokļūst organismā ar gaisu un pārtiku.
 
Beta starojumu aiztur plāns koka dēlītis vai pusmilimetru bieza alumīnija plāksnīte.
 
Gamma starojums iet cauri kokam un daudziem citiem materiāliem. To var aizturēt tikai samērā biezas svina plāksnes vai pat vairākus metrus biezas betona sienas.
 
starojums.PNG
 
Atsauce:
Kaksis Ā., Ķīmija 10. klasei, Lielvārds, 2009, 58 - 60