Радиохемија

Радиохемија је грана физичке хемије која се бави испитивањем физичких и хемијских особина радиоактивних изотопа и њиховим разноврсним применама.

Радиоактивност је појава да хемијски елемент, због унутрашње нестабилности језгра, спонтано емитује зрачење. При томе тај радиоактивни елемент може да остане хемијски неизмењен (гама-распад) или да се трансформише у други елемент (алфа-распад, бета-распад, К-захват).

Радиоактивни распад је случајан процес у којем атомско језгро из нестабилног прелази у стабилно или стабилније стање уз емисију честица или електромагнетног зрачења.

Врсте радиоактивног распада

Основне врсте радиоактивног распада су:

• α-распад - емисија језгра хелијума,
• β-распад - емисије електрона или позитрона,
• захват електрона (К захват) - захват електрона из К љуске при чему протон из језгра прелази у неутрон уз ослобађање неутрина.
• γ-распад - емисија фотона високе енергије.

α-распад

Главни чланак: Алфа-распад

То је распад при којем језгро избацује α-честицу ⁴He⁺⁺, тј. језгро атома хелијума. При томе се масени број радионуклеида смањује за 4, а наелектрисање (редни број) језгра за 2.

Правило померања за α-распад гласи:Овим распадом настаје потомак који је у односу на претка смештен два места улево у Периодном систему .

Енергијски спектар.Након открића α-зрачења дуго се сматрало да је то зрачење моноенергијско, тј. да језгро емитује честицу једне енергије. Касније је се показало да се α-зрачење може састојати од честица различитих енергија, при томе те енергије нису било какве већ су квантиране, па је спектар α-зрачења дискретан. Такав α-распад при којем се емитује више група честица са дискретним енергијама доводи до стварања потомака чија су језгра на различитим нивоима побуђености. То даље доводи до емисије γ-зрачења чији спектар такође мора бити дискретан.

Енергије α-честица леже у домену 1,83 MeV (¹⁴⁴Nd)до 11,7 MeV (²¹²Po), а време полураспада је од μs до 10¹⁰.

β-распад

Главни чланак: Бета-распад

Под ß-распадом се подразумева распад код којег језгро радионуклеида емитује електрон или позитрон, при чему се у језгру ствара један протон, односно неутрон. Зато се говори о ß минус и β плус распаду. Тиме се редни број језгра мења за +1, односно -1, док му се маса практично не мења, што значи да при β-распаду настају изобарна језгра (А се не мења).

Правило померања за β минус-распад гласи: ß минус-распадом се ствара елемент-потомак који је у односу на претка смештен једно место удесно у Периодном систему.

Правило померања за β плус-распад гласи: β плус-распадом се ствара елемент-потомак који је у односу на претка смештен једно место улево у Периодном систему.

γ-распад

Главни чланак: Гама-распад

Под γ-распадом се подразумева емисија γ-зрачења из атомског језгра.

Код емисије γ-зрачења не долази до настанка новог језгра већ само до релаксације постојећег, које је из неких разлога било у побуђеном стању. Зато се обично процес γ-емисије не сматра радиоактивним распадом у најужем смислу, мада се изучава у склопу тог распада.

γ-емисија је најчешће последица α- или β- распада у којима се образују језгра потомака који се налазе у неком побуђеном стању.

γ-зрачење је електромагнетни талас мале таласне дужине, тј. високе фреквенције и високе енергије.

Енергијски спектар. Побуђено језгро се увек налази на неком одређеном, квантираном нивоу енергије. Пошто је γ-емисија (као уосталом и α- и β-) прелазак са вишег на нижи ниво следи да је γ-зрачење квантирано, тј. да има линијски, ане континуални спектар.

Захват електрона, ε-распад

Ако је енергија распада недовољна да буде задовољен услов за β плус-распад, а језгро има неповољан однос N/Z у смислу вишка протона, онда неће доћи до емисије позитрон авећ ће језгро захватити електрон из свог електронског омотача и тиме реуковати број протона.

Правило померања за ε-распад: ε-распадом се ствара потомак који је у односу на претка смештено једно место улево у Периодном систему, као код β плус-распада.

Електронским захватом се обично захватају електрони из К-љуске јер је тамо вероватноћа њиховог налажења највећа. Тада се говори о К-захвату. Није искључено да може доћи и до L- или М-захвата, али су они ређи. Они се обично јављају када енергија није довољна да откине електроне из К-љуске, где су они иначе најјаче везани.

Код електроског захвата долази до стварања празних места у електронској облози атома. Она се онда попуњава захватом спољних електрона. При томе атом потомка емитује карактеристично рендгенско зрачење, на основу кога може бити идентификован.

Захват електрона је могућ и ако је испуњен услов за β плус-зрачење, тј. када је разлика маса претка и потомка већа од 1,022 MeV. Тада су ова два процеса конкурентна, али вероватноћа ε-распада опада са порастом енергије распада.