Biofyzika

9.3 Druhy radioaktivního rozpadu

Rozpad radioaktivního jádra, provázený emisí částice a popřípadě ještě emisí kvanta elektromagnetického vlnění, probíhá různým způsobem, podle energetických podmínek v daném jádru a počtu protonů a neutronů. Při radioaktivní přeměně jádra jsou však vždy zachovány tyto fyzikální veličiny: elektrický náboj, počet nukleonů, hybnost a energie.
Zákon zachování elektrického náboje. Algebraický součet nábojů jádra a emitovaných částic je konstantní.
Zákon zachování počtu nukleonů. Počet nukleonů mateřského jádra X před transmutací se rovná počtu nukleonů dceřiného jádra X´ a emitovaných nukleonů.
Zákon zachování hybnosti.
Zákon zachování energie. Při změně mateřského jádra X podle schématu X ® X´ + částice + kvantum o energii hn
 
Rozpad α
U těžkých přirozeně radioaktivních prvků se často setkáváme s takovou přeměnou jádra, při které je emitována částice α. Tato částice se skládá ze dvou protonů a dvou neutronů, jedná se tedy o jádro helia. Vzhledem k velké vazebné energii těchto čtyř nukleonů se toto jejich seskupení chová jako jedna částice. Při emisi částice α se mateřské jádro mění podle schématu:
 
 
Vzniká tedy dceřiné jádro, které se v periodickém systému prvků nachází o dvě místa vlevo od původního mateřského jádra.
Při tomto druhu rozpadu jsou emitovány monoenergetické částice α. Někdy se však kinetická energie emitované částice nerovná energii rozpadu Q ale je menší. V tomto případě vzniká excitované dceřiné jádro, které prakticky okamžitě přechází do základního energetického stavu emisí jednoho nebo více kvant záření g.
Velikost kinetické energie částic a je řádově MeV, což odpovídá rychlostem kolem 104 km/s, tedy rychlostem nerelativistickým (menším než 1/10 rychlosti světla ve vakuu). Experimentálně bylo pozorováno, že jádra s krátkým poločasem rozpadu emitují částice a o velké energii a naopak.
 
Rozpad β
Rozpad β je izobarická transformace jádra, je tedy při něm zachován počet nukleonů jádra. Existují tři druhy rozpadu β.
a) Emise elektronu. Při emisi elektronu se v jádře mění neutron na proton a elektron, jádro mění podle schématu:
 


Mateřským jádrem je emitován záporně nabitý elektron a elektronové antineutrino. Atomové číslo dceřiného prvku je o jednotku vyšší než mateřského prvku.
 
b) Emise pozitronu. Při tomto druhu rozpadu se jaderný proton mění v neutron při současné emisi pozitronu a elektronového neutrina podle schématu
Při emisi pozitronu se jádro mění podle schématu:
 

c) Záchyt elektronu z elektronového obalu (nejčastěji se slupky K). Tuto přeměnu jádra můžeme zapsat schematicky:
 
Atomové číslo mateřského prvku se při této přeměně zmenšuje o jednotku podobně jako při rozpadu β+. Vzhledem k tomu, že při této přeměně je uprázdněno místo pro jeden elektron v nejnižších energetických hladinách elektronového obalu, je tato změna jádra provázena emisí charakteristického elektromagnetického vlnění z elektronového obalu atomu.
 
Záření γ
Záření γ jsou kvanta elektromagnetického vlnění emitovaná jádry atomů při jejich radioaktivní přeměně. Energetické spektrum záření γ je čárové, neboť kvanta odnášení z jádra zcela určitou energii, odpovídající přechodům mezi energetickými stavy jádra.
Kobaltová bomba je zdrojem záření γ používaným v radioterapii. Speciální kontejner se plní radionuklidem 60Co o aktivitě řádově 1011–1012 Bq emitujícím monoenergetická kvanta záření γ o energii přes 1 MeV. Vzhledem k poměrně dlouhému poločasu 60Co (kolem 5 roků), klesá intenzita záření produkovaná tímto zdrojem jen pomalu s časem a po dobu několika let zajišťuje dostatečný dávkový příkon. Používá se pro hloubkovou terapii zářením.
Kromě kobaltového zářiče je pro terapii nádorů též používán cesiový zdroj záření plněný 137Cs s energií 0,66 MeV a poločasem rozpadu 30,1 roků.
 
Spontánní štěpení
Z typů radioaktivních přeměn, které mají praktický význam, je třeba pro úplnost přehledu uvést spontánní štěpení jader, které je známo např. u transuranu california. Štěpení jader je velmi rychlý proces, při které se těžké jádro, obsahující velký počet neutronů, rozštěpí na dvě jádra (fragmenty) při současné emisi několika neutronů a záření γ. Jelikož lehčí jádra mají větší hmotnostní defekt (viz část 1.8), dochází při štěpení vždy k uvolnění energie. Štěpení jader uranu se využívá v atomových reaktorech.
 
 
Předchozí
Následující
Operace
Prohlédnout vše