Radiohemija

Radiohemija je grana fizičke hemije koja se bavi ispitivanjem fizičkih i hemijskih osobina radioaktivnih izotopa i njihovim raznovrsnim primenama.

Radioaktivnost je pojava da hemijski element, zbog unutrašnje nestabilnosti jezgra, spontano emituje zračenje. Pri tome taj radioaktivni element može da ostane hemijski neizmenjen (gama-raspad) ili da se transformiše u drugi element (alfa-raspad, beta-raspad, K-zahvat).

Radioaktivni raspad je slučajan proces u kojem atomsko jezgro iz nestabilnog prelazi u stabilno ili stabilnije stanje uz emisiju čestica ili elektromagnetnog zračenja.

Vrste radioaktivnog raspada

Osnovne vrste radioaktivnog raspada su:

• α-raspad - emisija jezgra helijuma,
• β-raspad - emisije elektrona ili pozitrona,
• zahvat elektrona (K zahvat) - zahvat elektrona iz K ljuske pri čemu proton iz jezgra prelazi u neutron uz oslobađanje neutrina.
• γ-raspad - emisija fotona visoke energije.

α-raspad

Glavni članak: Alfa-raspad

To je raspad pri kojem jezgro izbacuje α-česticu ⁴He⁺⁺, tj. jezgro atoma helijuma. Pri tome se maseni broj radionukleida smanjuje za 4, a naelektrisanje (redni broj) jezgra za 2.

Pravilo pomeranja za α-raspad glasi:Ovim raspadom nastaje potomak koji je u odnosu na pretka smešten dva mesta ulevo u Periodnom sistemu .

Energijski spektar.Nakon otkrića α-zračenja dugo se smatralo da je to zračenje monoenergijsko, tj. da jezgro emituje česticu jedne energije. Kasnije je se pokazalo da se α-zračenje može sastojati od čestica različitih energija, pri tome te energije nisu bilo kakve već su kvantirane, pa je spektar α-zračenja diskretan. Takav α-raspad pri kojem se emituje više grupa čestica sa diskretnim energijama dovodi do stvaranja potomaka čija su jezgra na različitim nivoima pobuđenosti. To dalje dovodi do emisije γ-zračenja čiji spektar takođe mora biti diskretan.

Energije α-čestica leže u domenu 1,83 MeV (¹⁴⁴Nd)do 11,7 MeV (²¹²Po), a vreme poluraspada je od μs do 10¹⁰.

β-raspad

Glavni članak: Beta-raspad

Pod ß-raspadom se podrazumeva raspad kod kojeg jezgro radionukleida emituje elektron ili pozitron, pri čemu se u jezgru stvara jedan proton, odnosno neutron. Zato se govori o ß minus i β plus raspadu. Time se redni broj jezgra menja za +1, odnosno -1, dok mu se masa praktično ne menja, što znači da pri β-raspadu nastaju izobarna jezgra (A se ne menja).

Pravilo pomeranja za β minus-raspad glasi: ß minus-raspadom se stvara element-potomak koji je u odnosu na pretka smešten jedno mesto udesno u Periodnom sistemu.

Pravilo pomeranja za β plus-raspad glasi: β plus-raspadom se stvara element-potomak koji je u odnosu na pretka smešten jedno mesto ulevo u Periodnom sistemu.

γ-raspad

Glavni članak: Gama-raspad

Pod γ-raspadom se podrazumeva emisija γ-zračenja iz atomskog jezgra.

Kod emisije γ-zračenja ne dolazi do nastanka novog jezgra već samo do relaksacije postojećeg, koje je iz nekih razloga bilo u pobuđenom stanju. Zato se obično proces γ-emisije ne smatra radioaktivnim raspadom u najužem smislu, mada se izučava u sklopu tog raspada.

γ-emisija je najčešće posledica α- ili β- raspada u kojima se obrazuju jezgra potomaka koji se nalaze u nekom pobuđenom stanju.

γ-zračenje je elektromagnetni talas male talasne dužine, tj. visoke frekvencije i visoke energije.

Energijski spektar. Pobuđeno jezgro se uvek nalazi na nekom određenom, kvantiranom nivou energije. Pošto je γ-emisija (kao uostalom i α- i β-) prelazak sa višeg na niži nivo sledi da je γ-zračenje kvantirano, tj. da ima linijski, ane kontinualni spektar.

Zahvat elektrona, ε-raspad

Ako je energija raspada nedovoljna da bude zadovoljen uslov za β plus-raspad, a jezgro ima nepovoljan odnos N/Z u smislu viška protona, onda neće doći do emisije pozitron aveć će jezgro zahvatiti elektron iz svog elektronskog omotača i time reukovati broj protona.

Pravilo pomeranja za ε-raspad: ε-raspadom se stvara potomak koji je u odnosu na pretka smešteno jedno mesto ulevo u Periodnom sistemu, kao kod β plus-raspada.

Elektronskim zahvatom se obično zahvataju elektroni iz K-ljuske jer je tamo verovatnoća njihovog nalaženja najveća. Tada se govori o K-zahvatu. Nije isključeno da može doći i do L- ili M-zahvata, ali su oni ređi. Oni se obično javljaju kada energija nije dovoljna da otkine elektrone iz K-ljuske, gde su oni inače najjače vezani.

Kod elektroskog zahvata dolazi do stvaranja praznih mesta u elektronskoj oblozi atoma. Ona se onda popunjava zahvatom spoljnih elektrona. Pri tome atom potomka emituje karakteristično rendgensko zračenje, na osnovu koga može biti identifikovan.

Zahvat elektrona je moguć i ako je ispunjen uslov za β plus-zračenje, tj. kada je razlika masa pretka i potomka veća od 1,022 MeV. Tada su ova dva procesa konkurentna, ali verovatnoća ε-raspada opada sa porastom energije raspada.