النشاط الإشعاعي والمعادلات النووية

أكثر مناطق الذرة كثافة هي النواة،المكونة من بروتونات ونيترونات تُسمى جميعًا نوكليونات أو نويّات. نوع الذرة الذي يحدده عدد معين من البروتونات أو النيترونات يُعرف بالنوكليد. يشتمل رمز النوكليد على حرف،وعدد ذري،وعدد كتلي.

أحد الاختصارات المتعددة لرموز النوكليدات يستخدم الحرف،وشرطة،والعدد الكتلي. النوكليدات التي تتشابه في العدد الذري وتختلف في العدد الكتلي تُسمى نظائر لبعضها البعض. وهكذا يوجد للكربون ثلاثة نظائر موضحة هنا.

كما تمتاز النوكليدات بحالة الطاقة فيها. على سبيل المثال،النظير الوحيد للتكنيشيوم 99 يتواجد على حالتين مختلفتين:الحالة القاعية ذات الطاقة المنخفضة والحالة المُثارة التي تعيش طويلًا وتُسمى حالة شبه الاستقرار. هذان النوعان،رغم احتوائهما على العدد ذاته من البروتونات والنيترونات،إلّا أنها نوكليدات مختلفة.

الملفت أن بعض العناصر في الجدول الدوري تحتوي على نوكليدات مستقرة،تبقى سليمة إلى ما لا نهاية. وعلى العكس،تحتوي بعض العناصر على نوكليدات غير مستقرة،تُسمى نوكليدات مُشعّة. على سبيل المثال،التفكك النووي التلقائي لليورانيوم-238 يُنتج ثوريوم-234.

تُسمى العملية اضمحلال النشاط الإشعاعي. النوكليدة الوليدة التي تنتج أثناء الاضمحلال قد تكون مستقرة أو مُشعّة. يرافق العملية انبعاث شظايا صغيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي.

جسيمات ألفا مكافئة لنويات ذرات الهيليوم. يؤدي انبعاثها إلى تخفيض العدد الذري بمقدار 2،وتخفيض العدد الكتلي بمقدار 4. أشعة بيتا مطابقة للإلكترونات،وعند انبعاثها يرتفع العدد الذري للنوكليدة الوليدة بمقدار 1.

ولأنها تحمل شحنة سالبة،تُسمى إشعاع بيتا السالب. انبعاث بوزيترون واحد،الذي يتساوى مع الإلكترون في الكتلة ويخالفه في الشحنة،يخفّض العدد الذري بمقدار 1. غالبًا ما يُسمى انبعاث بيتا الموجب.

أشعة غاما تمتاز بإشعاع كهرومغناطيسي ذي طاقة كبيرة،ولا يؤدي انبعاثها إلى أي تغيير في العدد الذري أو الكتلي. أما انبعاث البروتون فيخفّض العدد الكتلي والعدد الذري بمقدار 1 لكل منهما،بينما انبعاث النيترون يخفّض العدد الكتلي بمقدار 1. المعادلات النووية ترسم الفرق بين النوكليدات الأم والنوكليدات الوليدة،وتبين طبيعة الاضمحلال.

اضمحلال النشاط الإشعاعي لليورانيوم-238 ليتحول إلى ثوريوم-234 يرافقه انبعاث أشعة ألفا. المعادلات النووية موزونة مثل المعادلات الكيميائية تمامًا. مجموع الأعداد الكتلية متساوٍعلى طرفي المعادلة.

بما أن هذا اضمحلال ألفا،كذلك مجموع الأعداد الذرية.