Mikrosvět

* Gamma č. 042 (Výpravy do mikrosvěta (VI.))

Vydáno dne 08. 02. 2006 (2687 přečtení)

Výpravy do mikrosvěta (VI.) - radioaktivita (I.)

Ukázali jsme si, že se jádro atomu skládá z kladných protonů (které se navzájem elektricky odpuzují) a neutrálních neutronů; všechno dohromady jsou to nukleony, které se bez rozdílu přitahují (jen na ty opravdu nejkratší vzdálenosti) silnou jadernou silou. Viděli jsme také, že druh chemického prvku je dán počtem protonů (který určuje počet elektronů v obalu, a ty zase zprostředkují chemické vazby), a že z chemického hlediska tentýž prvek se může vyskytovat v několika izotopech, které mají v jádře stejný počet protonů, ale liší se počtem neutronů. Viděli jsme také, že právě neutrony, díky tomu, že se mezi sebou ani s protony neodpuzují, slouží jako jakési ?lepidlo? mezi odpuzujícími se protony.



Atom

Počet neutronů tedy rozhoduje nikoliv o chemických vlastnostech izotopu, ale o stabilitě jeho jádra. Některé izotopy jsou přirozeně nestabilní; takové atomy se po nějaké době samy rozpadají. Jejich rozpad se řídí statistickým zákonem, podle něhož doba, za kterou se rozpadne polovina zbývajících atomů, je vždy stejná; říká se jí poločas rozpadu. A protože při rozpadu dochází k vyzařování mikročástic a paprsků (ano, právě paprsků gamma - už se k tomu blížíme) a jelikož vyzařovat se latinsky řekne radiare, označujeme takové izotopy jako radioaktivní.


Jedním z nejznámějších příkladů takového nestabilního čili radioaktivního izotopu je uhlík s poločasem rozpadu 5570 let. Rostliny tento izotop přijímají během fotosyntézy ve formě vzdušného CO2, takže si během svého života udržují jeho stálou koncentraci. Jakmile rostlina zahyne a zastaví fotosyntézu, příjem ustane a v důsledku rozpadu koncentrace tohoto izotopu v těle rostliny začne klesat podle zpomalující se exponenciální křivky. Když pak archeologové změří obsah v kusu nalezeného dřeva, mohou zpětně spočítat, jak dlouho trvalo, než koncentrace klesla na tuto úroveň z hladiny odpovídající rovnovážnému stavu v živém stromu, ze kterého byl kdysi trám vyroben. Statistická závislost rozpadu je ovšem přibližná a radioizotopoví analytici musí proto při vyhodnocování konečných údajů brát v úvahu nevyhnutelný rozptyl, aby nedocházelo k výsledkům typu ?dřevěný penál Járy Cimrmana byl do truhly ukryt 24. října 1906 v 11:45, plus minus tři roky?.


Radioaktivní rozpad má dva možné scénáře: v jednodušším případě se jádro atomu jen zmenší poté, co z něj odletí jeden či více neutronů (pak dochází jen ke změně izotopu, protože protonové číslo a tedy druh chemického prvku se nemění) nebo z jádra vylétají i protony (pak se mění i druh chemického prvku). Jindy dochází k rozštěpení velkého jádra na dvě menší části; z jednoho těžkého prvku tak vzniknou dva lehčí. V každém případě přitom ještě odletují z rozpadlého jádra další částice, zejména fotony.


Radioaktivních izotopů je celá řada; v důsledku toho žijeme v prostředí přirozené radioaktivity. Zhruba se dá říct, že stabilita atomového jádra klesá s jeho velikostí. Jak roste průměr jádra, ani zvyšující se množství neutronů (nejen absolutně, ale i procentuálně) nedokáže zabránit sílící tendenci k samovolnému rozpadu. Příčina je názorná: protony v jádře se odpuzují každý s každým, jelikož elektrická síla působí v celém prostoru jádra, i když slábne s druhou mocninou vzdálenosti. Silná jaderná síla, kterou se přitahují všechny nukleony navzájem (protony i neutrony) a která jediná drží jádro pohromadě, má však tak krátký dosah, že u větších atomů nepůsobí z jednoho konce jádra na druhý, takže nejvzdálenější nukleony v jádře se už vůbec nepřitahují. Neutronový ?cement? tak ztrácí na účinnosti, atomy se začínají rozpadat a co z toho všeho vzejde, si povíme některém z následujících vydání - protože v příštím čísle Mikrosvěta nás čeká důležitá vsuvka: přehled elektromagnetického záření, jedné ze čtyř základních sil, která nás v nejrůznějších formách provází po celý život a bez níž bychom nemohli existovat.

(pokračování příště)





Celý článek | Autor: Jarda Pecka | Počet komentářů: 4 | Přidat komentář | Informaèní e-mailVytisknout článek


©2001 Zbyněk Slába, grafické prvky - Renáta Řehová
Stránky byly vytvořeny s využžitím redakčního systému: PhpRS