Back to chapter

19.2:

סוגים של רדיואקטיביות

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Types of Radioactivity

Languages

Share

רדיו-נוקלידים מתפרקים לנוקלידים צאצאים לצד פליטת חלקיקים או קרינה אלקטרומגנטית. הפליטות הגרעיניות הבסיסיות כוללות חלקיקי אלפא וביתא, פוזיטרונים, ניטרונים, קרני גמא וקרני רנטגן. חלקיק אלפא מורכב משני פרוטונים ושני ניטרונים, בדומה לגרעין הליום-4.לכל אחד מהחלקיקים הללו יש מטען 2 פלוס. התפוררות אלפא מפחיתה את המספר האטומי ב-2 ואת מספר המסה ב-4, כמו המרה של פולוניום-210 לעופרת-206. התפוררות ביתא-מינוס היא פליטה של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה מהגרעין באמצעות המרה של ניטרון לפרוטון.לנוקליד הצאצא יש פרוטון נוסף, והמספר האטומי שלו גדול ב-1 מזה של נוקליד האב. תוך כדי התהליך, מספר הניטרונים קטן ב-1 אך מספר הפרוטונים גדל ב-1. לכן מספר המסה לא משתנה.התפוררות ביתא-פלוס היא ההמרה של פרוטון לניטרון, תוך פליטה של חלקיק טעון חיובית מהגרעין. לחלקיק זה יש אותה מסה כמו לאלקטרון, מה שהופך אותו לאנטי-חלקיק של האלקטרון, הנקרא פוזיטרון. הפוזיטרון הנפלט מקטין את המספר האטומי של גרעין צאצא ב-1.לפוזיטרון אורך חיים קצר מפני שהוא מתנגש עד מהרה באלקטרון, ושני החלקיקים מושמדים. האנרגיה שלהם משוחררת כשתי קרני גמא 511 keV. פליטה של קרינת גמא מתרחשת גם כשנוקליד צאצא מעורר מתפורר למצב היסוד של הגרעין שלו.כך, התפוררות ביתא-מינוס של קובלט-60 מייצרת ניקל-60 במצב מעורר, הפולט שתי קרני גמא תוך ירידה למצב היסוד של הגרעין. מספר המסה והמספר האטומי לא משתנים במהלך התפוררות גמא. הפליטה של קרינת גמא מתרחשת תוך שילוב עם תגובות התפוררות גרעין אחרות.פליטת ניטרון היא הפליטה של ניטרון מהגרעין. היא יכול להתרחש באופן ספונטני כמו בהתפוררות של בריליום-13 לבריליום-12, או בתגובה להפצצה על ידי קרני גמא או חלקיקים. המספר האטומי נשאר ללא שינוי תוך כדי התהליך הזה, בעוד שמספר המסה קטן ב-1.ההמרה של אשלגו-40 לארגון-40 מדגימה את הפליטה של אנרגיה בעקבות לכידת אלקטרון. גרעין האשלגן לוכד אלקטרון פנימי באטום, ופרוטון מומר לניטרון. אלקטרון חיצוני נופל לרמה הפנימית כדי למלא את החלל, המאופיין בפליטה של קרני רנטגן עם אנרגיה המתאימה למעבר.כוח החדירה של חלקיקי אלפא, שהם המסיביים ביותר בין החלקיקי הגרעיים, הוא נמוך ביותר, בעוד שקרינת גמא חודרת את רוב החומרים. נוירונים וחלקיקי ביתא יכולים להיחסם באופן יעיל באמצעות חומרים קלי-משקל יחסית.

19.2:

סוגים של רדיואקטיביות

The most common types of radioactivity are α decay, β decay, γ decay, neutron emission, and electron capture.

Alpha (α) decay is the emission of an α particle from the nucleus. For example, polonium-210 undergoes α decay:

Eq1

Alpha decay occurs primarily in heavy nuclei (A > 200, Z > 83). Loss of an α particle gives a daughter nuclide with a mass number four units smaller and an atomic number two units smaller than those of the parent nuclide.

Beta (β) decay is the emission of an electron or positron from a nucleus. Iodine-131 is an example of a nuclide that undergoes β decay:

Eq2

The electron emitted is from the atomic nucleus and is not one of the electrons surrounding the nucleus. Emission of an electron does not change the mass number of the nuclide but does increase the number of its protons and decrease the number of its neutrons. An antineutrino (Eq6) is also emitted owing to conservation of energy.

Oxygen-15 is an example of a nuclide that undergoes positron emission, or β+ decay:

Eq3

Positron decay is the conversion of a proton into a neutron with the emission of a positron. A neutrino (νe) is also emitted owing to conservation of energy.

Gamma emission (γ emission) is observed when a nuclide is formed in an excited state and then decays to its ground state with the emission of a γ ray, a quantum of high-energy electromagnetic radiation. The presence of a nucleus in an excited state is often indicated by an asterisk (*). Cobalt-60 emits γ radiation and is used in many applications, including cancer treatment:

Eq4

There is no change in mass number or atomic number during the emission of a γ ray. However, γ emission may accompany one of the other modes of decay that would result in a change in mass number or atomic number.

Neutron emission is the ejection of a neutron from the nucleus. It can happen spontaneously, like the decay of beryllium-13 to beryllium-12, or in response to bombardment by gamma rays or particles. The atomic number remains unchanged during this process, whereas the mass number decreases by 1.

Electron capture occurs when one of the inner electrons in an atom is captured by the atom’s nucleus. For example, potassium-40 undergoes electron capture:

Eq5

Electron capture occurs when an inner-shell electron combines with a proton and is converted into a neutron. The loss of an inner-shell electron leaves a vacancy that will be filled by one of the outer electrons. As the outer electron drops into the vacancy, it will emit energy. In most cases, the energy emitted will be in the form of an X-ray. Electron capture has the same effect on the nucleus as positron emission does: the atomic number is decreased by one and the mass number does not change.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 21.3: Radioactive Decay.

Suggested Reading

  1. Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. (2001). An Introduction to Nuclear Physics. Cambridge, U.K. Cambridge University Press.